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CRH5动车组牵引脉冲整流器自适应优化控制方法研究

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铁道科学与工程学报 2024年第2期21卷 476-486页

作者：李蔚冉治孙博肖友刚刘哲霖中南大学交通运输工程学院湖南长沙410075 中车长春轨道客车股份有限公司吉林长春130062

针对CRH5动车组牵引主回路脉冲整流器在牵引网压波动下的稳定性问题,提出一种基于自抗扰算法的参数自适应优化控制策略。在CRH5动车组牵引脉冲整流器现采用的dq双环控制结构基础上,针对电流内环采用最速综合fal函数实现控制响应及控制... 详细信息

针对CRH5动车组牵引主回路脉冲整流器在牵引网压波动下的稳定性问题,提出一种基于自抗扰算法的参数自适应优化控制策略。在CRH5动车组牵引脉冲整流器现采用的dq双环控制结构基础上,针对电流内环采用最速综合fal函数实现控制响应及控制量大小随误差变化自适应调整,基于状态空间方程构建一阶线性自抗扰电压外环控制器以实现对系统扰动的观测及跟踪。由此改善控制器对外部扰动的估计及补偿能力,增强控制器对车网耦合特性变化的适应能力。通过Matlab/Simulink仿真对比分析了基于PID控制和基于参数自适应优化控制的dq电流控制器性能,仿真结果表明,基于参数自适应的dq电流优化控制策略下的整流器直流侧输出电压在启动过程中超调量更小,且在应对网压波动时输出电压波动恢复后的稳态误差小于指标值的1/6,抗干扰能力更强。为进一步验证该控制器应对网压低频振荡的抗扰动效果,在RT-LAB半实物实验平台上搭建动车组-牵引网级联耦合模型对比分析2种控制策略下的牵引网网压波形。结果表明:基于参数自适应的dq电流优化控制更能适应多列动车组同时接入而引发的扰动,抑制牵引网网压大幅度振荡;fal电流环的参数自适应特性能改善控制器动态特性,可根据瞬态误差及时调整控制器响应,且其控制参数适应范围较宽,易于整定。

关键词： CRH5动车组牵引脉冲整流器自抗扰控制牵引网网压低频振荡

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动车组冷却风道疲劳强度及影响因素研究

铁道机车车辆 2024年第2期44卷 67-73页

作者：于春洋程亚军刘涛孙博飞薛宁鑫中车长春轨道客车股份有限公司国家轨道客车系统集成工程技术研究中心长春130062

为了研究动车组牵引电机冷却风道的疲劳强度及其影响因素,采用仿真分析方法建立冷却风道测点处应力与外载荷之间的载荷传递关系,通过线路测试获得冷却风道内冷却风载荷谱及焊缝测点应力谱,对冷却风道的疲劳性能进行研究。数据分析结果表... 详细信息

为了研究动车组牵引电机冷却风道的疲劳强度及其影响因素,采用仿真分析方法建立冷却风道测点处应力与外载荷之间的载荷传递关系,通过线路测试获得冷却风道内冷却风载荷谱及焊缝测点应力谱,对冷却风道的疲劳性能进行研究。数据分析结果表明:冷却风道测点总损伤的最大值为0.925,满足EN 1999-1-3-2007标准要求。其中冷却风机低速、高速转换运行时产生的冷却风载荷导致的结构累积损伤占总损伤的88.7%~99.8%,每千次启停的累积损伤为0.0227~0.0310。冷却风道内部的冷却风载荷影响系数为0.75~0.90,冷却风载荷是影响风道强度的主要因素,设计过程中需重点关注。

关键词：冷却风载荷动车组冷却风道载荷传递矩阵疲劳强度动应力

基于Kriging代理模型的车轮多边形识别方法研究

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铁道标准设计 2024年

作者：戴成昊许文天彭佳宁崔利通梁树林池茂儒中车长春轨道客车股份有限公司国家轨道客车工程研究中心西南交通大学轨道交通运载系统全国重点实验室

针对目前车轮多边形动态检测方法存在无法定量识别多边形、准确率低等不足，提出一种基于Kriging代理模型的车轮多边形识别方法，该方法利用轴箱垂向振动加速度与车轮粗糙度级之间的关系，通过逆向求解计算车轮粗糙度级，进而定量判断... 详细信息

针对目前车轮多边形动态检测方法存在无法定量识别多边形、准确率低等不足，提出一种基于Kriging代理模型的车轮多边形识别方法，该方法利用轴箱垂向振动加速度与车轮粗糙度级之间的关系，通过逆向求解计算车轮粗糙度级，进而定量判断车轮多边形磨耗情况。首先建立考虑柔性车轮的车辆动力学模型，在不同车速下以不同多边形阶次、粗糙度级的车轮多边形为激励做了大量仿真；通过Kriging代理模型构造了不同阶次下轴箱垂向振动加速度振动级关于车速、车轮粗糙度级的响应曲面；将实测轴箱加速度振动级和车速作为输入，代入KSM(Kriging Surrogate Model)响应曲面得到预测的车轮粗糙度级，并根据ISO 3095：2013标准判断车轮多边形磨耗严重程度。研究结果表明，在较为严重的多边形阶次下，预测的车轮粗糙度级与实际值基本一致，最小绝对误差可达0.14 dB/1μm，最大绝对误差不超过1.50 dB/1μm。此外，研究车轮多边形特征规律时发现：振动级与车轮粗糙度级是近似线性的关系，表明振动级作为研究车轮多边形的指标能够很好地反映轴箱加速度和车轮粗糙度级之间的关系；振动级随阶次和车速的变化规律呈现复杂的非线性关系，表明在制定车轮多边形限值时应考虑车速与阶次的影响。文中提出一种能够定量识别车轮多边形的方法，该方法在车轮多边形故障诊断应用中具有一定的理论意义和工程价值。

关键词：车轮多边形 Kriging代理模型轴箱振动车轮粗糙度级识别方法

车身高度对高速动车组轻量化车体结构模态影响分析

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铁道标准设计 2024年

作者：杨悦肖守讷刘春艳朱涛王侠西南交通大学轨道交通运载系统全国重点实验室中车长春轨道客车股份有限公司国家轨道客车工程研究中心

为解决高速动车组轻量化技术可能导致车体刚度降低的问题，以某高速动车组轻量化车体结构为研究对象，首先，采用HyperMesh有限元前处理软件建立数值模型，并利用ANSYS进行车体振动模态特性计算。其次，以车体铝结构为目标进行整车模态... 详细信息

为解决高速动车组轻量化技术可能导致车体刚度降低的问题，以某高速动车组轻量化车体结构为研究对象，首先，采用HyperMesh有限元前处理软件建立数值模型，并利用ANSYS进行车体振动模态特性计算。其次，以车体铝结构为目标进行整车模态台架试验，获取轻量化车体铝结构模态频率、阻尼比及振型等模态参数。通过对比仿真与试验结果，发现二者前4阶铝结构模态振型吻合，模态频率最大误差仅为6.55%，出现在一阶菱形模态，仔细剖析仿真与试验结果之间差异的根本原因，从而验证了有限元模型的准确性。最后，针对不同车身高度（3 950 mm、3 900 mm、3 850 mm和3 800 mm）的高速动车组轻量化车体进行振动模态特性计算，并对比分析车身高度变化对车体前4阶模态频率的影响。研究结果表明：该高速动车组轻量化车体铝结构模态变形连续，一阶垂弯频率大于17.5 Hz，满足设计要求；车体一阶菱形频率对车身高度变化的灵敏度最高，随着车身高度的降低，车体一阶菱形频率显著提升，增加了5.8%；一阶垂弯频率呈现先提升再降低的趋势，而一阶呼吸频率和一阶扭转频率则呈现缓慢提升。研究成果全面解决了降低车身高度的轻量化设计与车体模态性能下降之间的矛盾，为指导高速动车组轻量化车体车身高度设计提供了理论支持。

关键词：高速动车组轻量化车体结构有限元分析模态特性车身高度

双制式列车接地系统的车-地联合牵引供电计算

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西南交通大学学报 2024年第3期59卷 501-509页

作者：刘炜杨凌云马庆安李雪飞 BHATTI Ashfaque Ahmed 西南交通大学电气工程学院四川成都611730 中车长春轨道客车股份有限公司吉林长春130062

为研究双制式列车在不同供电制式区段下的车体环流和车体—轴端电位分布,针对某型双制式列车构建列车接地系统的链式电路模型,并提出车-地一体化的交、直流区段联合牵引供电计算方法;同时,建立列车接地保护电阻优化模型,并分析2种列车... 详细信息

为研究双制式列车在不同供电制式区段下的车体环流和车体—轴端电位分布,针对某型双制式列车构建列车接地系统的链式电路模型,并提出车-地一体化的交、直流区段联合牵引供电计算方法;同时,建立列车接地保护电阻优化模型,并分析2种列车接地系统配置方案.以国内某条双制式线路为算例进行仿真验证,研究结果表明:方案1相较方案2,列车的车体—轴端电位最大值降低36.58%~41.04%,车体环流最大值降低18.49%~22.97%;并且在方案1中,头尾车保护电阻设置为20 mΩ,可使列车的车体—轴端电位最大值为1.15 V,车体电流最大值为50.30 A,达到抑制车体—轴端电位的最优效果.该车-地一体化的交、直流区段联合牵引供电计算方法可适用于单一供电制式或者多供电制式列车接地系统的分析.

关键词：双制式列车联合牵引供电计算列车接地系统链式电路车体环流

加强型蜂窝准静态压缩应力的理论、数值模拟及试验研究

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机械强度 2024年第1期46卷 87-95页

作者：许鹏夏东伟王成强宋扬中车长春轨道客车股份有限公司长春130062 深圳市乾行达科技有限公司深圳518102

为拓宽加强型蜂窝应用,研究其力学性能与结构参数的关系。首先,分析加强型蜂窝的结构,提取Y型胞元,以此为基础分析塑性铰单元。然后,将简化超折叠理论应用到Y型胞元结构折叠变形吸能分析,并分别利用基于屈雷斯佳和米塞斯屈服准则,推导... 详细信息

为拓宽加强型蜂窝应用,研究其力学性能与结构参数的关系。首先,分析加强型蜂窝的结构,提取Y型胞元,以此为基础分析塑性铰单元。然后,将简化超折叠理论应用到Y型胞元结构折叠变形吸能分析,并分别利用基于屈雷斯佳和米塞斯屈服准则,推导蜂窝异面方向准静态平台应力理论模型。再次,选用壁厚为0.15 mm、边长为2.5 mm的铝合金5052H18,通过Ls⁃Dyna建立蜂窝仿真模型,获得平均应力,并将理论值与仿真值进行对比。结果表明,2种屈服准则下,理论值与仿真结果相关性为0.96,偏差在-12.16%~3.60%。最后,对普通型和“4+1”型蜂窝制样进行准静态压缩测试,结果表明,2种规格理论强度与实际测试强度偏差在-2.51%~1.56%。说明理论计算式正确,可为加强型蜂窝选型提供有效的设计依据,为工程应用提供一定的指导价值。

关键词：加强型蜂窝准静态压缩数值模拟试验对比

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高速列车尾车垂向偏置对列车气动性能影响

铁道科学与工程学报 2024年第2期21卷 465-475页

作者：张洁黄天祥盖杰韩帅黄凤仪高广军中南大学重载快捷大功率电力机车全国重点实验室湖南长沙410075 中南大学交通运输工程学院轨道交通安全教育部重点实验室湖南长沙410075 中南大学轨道交通列车安全保障技术国家地方联合工程研究中心湖南长沙410075 中车长春轨道客车股份有限公司国家轨道客车工程研究中心吉林长春130062

在长期的高速列车运营过程中,极易形成前后车辆的不同形式偏置,造成列车气动性能改变,甚至可能引发行车平稳性问题,极大影响乘坐舒适性和安全性。以高速列车尾车作为研究对象,探究尾车上下偏置时,高速列车尾部流场变化以及气动特性。基... 详细信息

在长期的高速列车运营过程中,极易形成前后车辆的不同形式偏置,造成列车气动性能改变,甚至可能引发行车平稳性问题,极大影响乘坐舒适性和安全性。以高速列车尾车作为研究对象,探究尾车上下偏置时,高速列车尾部流场变化以及气动特性。基于SST k-ω双方程湍流模型,采用数值仿真方法研究了350 km/h高速列车尾车无偏置、尾车下降20 mm、尾车下降40 mm、尾车下降60 mm、尾车上升20 mm、尾车上升40 mm以及尾车上升60 mm 7种工况下列车的气动性能,分析高速列车气动阻力的变化规律,揭示了不同垂向位移下高速列车尾部流场特性以及列车表面压力分布情况。研究结果表明:高速列车尾部垂向位移对列车整体气动阻力影响较小,但对高速列车气动阻力分布以及流场特性造成一定影响。当尾车偏置位移达到60 mm时,列车车体气动阻力相对于无偏置工况分别降低了-1.11%和2.64%,转向架气动阻力相对无偏置情况下分别降低了11.35%和-17.43%。此外,尾车偏置对列车近尾流区域流场结构有一定影响,尾车鼻锥下方排障器周围漩涡结构由双漩涡结构向单漩涡结构转变;鼻尖处漩涡结构随着尾车高度下降而增大,随着尾车高度上升而逐渐变小。本研究结果丰富了列车尾部偏置情况下的相关研究,对列车检修以及CR450高速列车设计等具有重要指导意义。

关键词：高速列车尾车偏置尾部流场气动性能

250 km/h动车组气动载荷及动态气密特征的实车试验

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中南大学学报（自然科学版） 2024年第5期55卷 1889-1899页

作者：马瑶余以正夏春晶王雷梅元贵兰州交通大学甘肃省轨道交通力学应用工程实验室甘肃兰州730070 中车长春轨道客车股份有限公司国家轨道客车工程研究中心吉林长春130062

为了对长期运行的现役列车车体疲劳及静强度提供载荷边界输入条件,并加强对车体气动载荷特性和车内压力舒适性的长期运用评估,采用实车试验的方法得到CRH5A型动车组线路气动载荷和频率特征及不同隧道运行工况下车内外压力波动和车内压... 详细信息

为了对长期运行的现役列车车体疲劳及静强度提供载荷边界输入条件,并加强对车体气动载荷特性和车内压力舒适性的长期运用评估,采用实车试验的方法得到CRH5A型动车组线路气动载荷和频率特征及不同隧道运行工况下车内外压力波动和车内压力舒适性特征,结合实测数据和所提出的动态气密指数分析方法,计算整车动态气密指数。研究结果表明:在京沈客专沈阳—朝阳试验段,车体绝对气动压差变化范围为−2.53~0.71 kPa;车体外两侧压力无明显主频;间隔1 s和3 s的车内压力变化量最大值分别为294 Pa和383 Pa,尾车的车内压力波动最剧烈。列车通过黑山隧道、下窝堡隧道、扣莫明洞隧道、三棱山隧道4个典型长度隧道的整车动态气密性指数计算结果分别为10.46、12.13、11.06和14.40 s,对于同一列车而言,列车的动态气密指数未因所通过隧道长度的不同而有较明显的离散特征。

关键词： CRH5A型动车组隧道压力波车体气动载荷车内压力舒适性动态气密指数实车试验

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外置转向架包覆对高速列车气动阻力影响

铁道科学与工程学报 2024年第1期21卷 26-37页

作者：邓海丁艳思向南燊项涛张洁梁习锋中南大学交通运输工程学院轨道交通安全教育部重点实验室湖南长沙410075 轨道交通列车安全保障技术国家地方联合工程研究中心湖南长沙410075 中车长春轨道客车股份有限公司总体研发部吉林长春130062

转向架作为高速列车大面积裸露在外且外形复杂的运行部件受到列车底部气流的直接作用,区域气动外形结构对高速列车整车气动阻力具有重要影响。基于三维稳态SST k-ω双方程湍流模型,采用数值仿真方法研究了轴箱外置式转向架不同包覆方式... 详细信息

转向架作为高速列车大面积裸露在外且外形复杂的运行部件受到列车底部气流的直接作用,区域气动外形结构对高速列车整车气动阻力具有重要影响。基于三维稳态SST k-ω双方程湍流模型,采用数值仿真方法研究了轴箱外置式转向架不同包覆方式对高速列车气动性能的影响。研究了转向架区域安装小裙板、半包裙板、全包裙板、全包裙板+小底板以及全包裙板+大底板等5种方案下的高速列车气动性能,比较了不同方案下高速列车气动阻力的变化规律,阐明了高速转向架包覆方式对整车气动阻力、车底流动特性以及列车表面压力分布的影响。研究结果表明:随着转向架裙板包覆面积的增加,转向架腔后端板受到的气流冲击逐渐减弱,后端板上的正压分布降低,列车转向架区域周围的边界层厚度逐渐减小,转向架区域内的压力分布差异性逐渐减小,从而实现了列车整车气动阻力系数的降低。与小裙板模型相比,半包裙板、全包裙板、全包裙板+小底板以及全包裙板+大底板模型的列车气动阻力系数分别降低了5.2%、8.65%、10.3%、11.1%。对于轴箱外置式转向架来说,全包裙板+大底板方案可有效改善转向架区域流场,降低整车气动阻力。研究得到的转向架包覆方式将为新一代高速列车气动减阻设计提供有利支撑,实现列车气动节能。

关键词：轴箱外置式转向架高速列车包覆方式气动减阻流场结构