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基于残差深度网络的高速列车车轮踏面擦伤智能检测

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机械工程学报 2022年第16期58卷 134-144页

作者：史红梅张钪李建钹北京交通大学机械与电子控制工程学院北京100044

车轮踏面擦伤作为高速列车车轮最常出现的故障,严重影响列车运行品质及运行安全。针对传统方法检测精度低且无法实时在线检测问题,提出一种基于多传感器时频图像加权融合的残差深度网络车轮踏面擦伤检测算法。首先建立车辆-轨道垂向耦... 详细信息

车轮踏面擦伤作为高速列车车轮最常出现的故障,严重影响列车运行品质及运行安全。针对传统方法检测精度低且无法实时在线检测问题,提出一种基于多传感器时频图像加权融合的残差深度网络车轮踏面擦伤检测算法。首先建立车辆-轨道垂向耦合模型和车轮擦伤故障模型,求解模型计算列车车轮经过时不同位置钢轨处的振动加速度响应。利用样本熵分析实现对不同位置钢轨振动加速度数据的最优选择,对选出的最优数据进行小波变换获得时频图。通过卷积神经网络对时频图进行特征智能融合,进一步构建残差深度网络提取深层次融合的时频图像特征,实现车轮踏面擦伤深度的识别。结果表明提出的算法在车轮踏面擦伤深度识别上优于单传感器方法和传统的机器学习方法,平均准确度可以达到99.38%。提高车轮踏面擦伤的检测精度并可实现实时车轮踏面擦伤在线检测。

关键词：车轮擦伤检测图像融合时频分析残差网络

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一种可实现超滑的混合溶液的摩擦学研究

机械工程学报 2022年第11期58卷 210-219页

作者：孟凡杰王仲楠常秋英王智源张建文耿旭北京交通大学机械与电子控制工程学院北京100044

硼酸是一种弱酸,其化学反应生成的硼酸盐常被用作润滑脂极压添加剂。在本研究中,以硼酸作为添加剂,制备了与甘油聚醚混合形成的水溶液。随后,对混合水溶液的减摩抗磨性能和流变性能等进行试验研究,通过Hamrock-Dowson公式对成膜性能和... 详细信息

硼酸是一种弱酸,其化学反应生成的硼酸盐常被用作润滑脂极压添加剂。在本研究中,以硼酸作为添加剂,制备了与甘油聚醚混合形成的水溶液。随后,对混合水溶液的减摩抗磨性能和流变性能等进行试验研究,通过Hamrock-Dowson公式对成膜性能和润滑机理进行了分析,并讨论了溶液浓度,滑动速度,加载载荷,以及甘油聚醚分子量等参数对混合溶液摩擦性能的影响。结果表明:硼酸的加入,在降低了20%甘油聚醚溶液黏度(降低25%)的基础上,获得了稳定的最小摩擦因数为0.0045。膜厚比的计算结果显示在混合润滑条件下进入了超滑状态。分析发现:硼酸和甘油聚醚在摩擦副表面发生酯化反应,生成的含氨化合物可形成稳定的摩擦化学反应膜,同时随着甘油聚醚浓度的提高,其分子碳链末端的羟基可在摩擦副表面形成更稳定的吸附膜,表现出润滑性能的提升,生成的硼酸盐也可进一步改善抗磨性能。作为提高运动系统能量利用率的有效方法,这种改进的混合溶液的液体超滑对于传统机械工程领域和精密机械结构有着巨大的应用价值。

关键词：液体超滑甘油聚醚硼酸摩擦磨损摩擦化学膜

CRTSⅡ型轨道砂浆脱空对车辆-轨道系统动力性能的影响

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机械工程学报 2022年第6期58卷 177-183,193页

作者：辛欣任尊松魏雪北京交通大学机械与电子控制工程学院北京100044

为研究CRTSⅡ型板式无砟轨道砂浆层与轨道板脱离对车辆和轨道结构动态响应的影响,利用有限元分析软件ANSYS结合动力学仿真软件SIMPACK建立了CRH2型车辆-弹性轨道耦合动力学模型。分析板端砂浆横向完全脱空时,不同脱空位置和脱空长度对... 详细信息

为研究CRTSⅡ型板式无砟轨道砂浆层与轨道板脱离对车辆和轨道结构动态响应的影响,利用有限元分析软件ANSYS结合动力学仿真软件SIMPACK建立了CRH2型车辆-弹性轨道耦合动力学模型。分析板端砂浆横向完全脱空时,不同脱空位置和脱空长度对轮轨垂向力、轮重减载率、车体垂向加速度、轨道垂向位移和轨道板拉应力的影响。结果表明:轨道板垂向位移和拉应力受砂浆脱空影响最大,可作为砂浆脱空时,轮轨系统是否满足安全要求的衡量指标。车辆和轨道位移响应受板端单侧脱空和板端对称脱空影响基本相同,但相邻板端脱空对其影响更加显著;板端单侧脱空和相邻板端脱空对轨道板拉应力影响较为一致,但其影响力度小于板端对称脱空。板端单侧脱空长度达1.95 m、板端对称脱空和相邻板端脱空长度达1.3 m时,车辆或轨道结构响应将接近或超出安全限值。通过分析砂浆不同脱空工况下轮轨系统动力学响应,可为砂浆脱空维修提供依据。从而减少轨道维修次数、节约维修成本,同时延长轨道系统寿命、保证行车安全。

关键词：无砟轨道砂浆脱空动力响应联合仿真

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高速动车组电机吊架载荷及损伤特性

振动与冲击 2022年第9期41卷 219-226页

作者：李俊杰任尊松魏雪北京交通大学机械与电子控制工程学院北京100044

以某型高速动车组电机吊架为研究对象,利用载荷标定方法制作电机吊架板簧力传感器,通过线路实测获得电机吊架垂向载荷时间历程,结合车载陀螺仪信号和速度信号,将实测载荷分解为趋势载荷和动态载荷,分析了电机吊架在起动加速、高低速直... 详细信息

以某型高速动车组电机吊架为研究对象,利用载荷标定方法制作电机吊架板簧力传感器,通过线路实测获得电机吊架垂向载荷时间历程,结合车载陀螺仪信号和速度信号,将实测载荷分解为趋势载荷和动态载荷,分析了电机吊架在起动加速、高低速直线、曲线通过、制动减速等典型工况的载荷特性。在此基础上,编制了电机吊架在典型工况下的载荷谱,分析了各工况载荷幅值和频次的特点;依据疲劳损伤准则,分析了不同工况下疲劳损伤密度的变化规律以及各级载荷谱的损伤分布,对比了趋势载荷和动态载荷的损伤占比。结果表明,电机吊架载荷主要由振动引起的动态载荷和电机扭矩引起的趋势载荷组成。电机吊架二、四位比一、三位受电机输出扭矩影响大,尤其在起动和制动阶段。当列车速度从195 km/h增大到295 km/h时,载荷均方根值增大了62%。随着速度提高,电机吊架振动主频呈正比增长。相同里程下,直线工况下的损伤密度值最大、起动工况损伤密度最小。电机吊架损伤主要由动态载荷引起,其损伤占比为99.6%。中幅区载荷谱产生的损伤占总体93%以上。

关键词：电机吊架动态载荷载荷谱疲劳损伤

基于台架仿真模型的高速列车齿轮箱轴承动载荷获取方法

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交通运输工程学报 2022年第2期22卷 219-232页

作者：豆硕刘志明李强任尊松杨广雪北京交通大学机械与电子控制工程学院北京100044

为获取高速列车齿轮箱轴承在服役振动环境下的动载荷,由动力学软件SIMPACK建立了某型高速列车齿轮箱台架仿真模型;基于谱修正的多点相干随机振动控制算法,通过虚拟激振器施加纵向、横向、垂向的轴箱实测加速度功率谱,再现了齿轮箱受到... 详细信息

为获取高速列车齿轮箱轴承在服役振动环境下的动载荷,由动力学软件SIMPACK建立了某型高速列车齿轮箱台架仿真模型;基于谱修正的多点相干随机振动控制算法,通过虚拟激振器施加纵向、横向、垂向的轴箱实测加速度功率谱,再现了齿轮箱受到的多点相干线路激励;通过台架仿真模型获取了齿轮箱输入轴电机侧圆柱滚子轴承在服役振动环境下的轴承径向载荷、轴承中心轨迹和滚子与外圈滚道接触载荷。研究结果表明:通过谱修正控制算法,在优化速度指数为0.3,进行10次迭代后,轴箱的仿真与实测加速度功率谱相对误差趋于稳定,最大相对误差小于10%;不同的电机输入扭矩下,有无线路激励齿轮箱轴承动载荷表明,电机输入扭矩决定了齿轮箱轴承动载荷均值,而线路激励是齿轮箱轴承动载荷波动的主要原因;频谱分析显示,线路激励增大了轴承径向载荷在中低频带与齿轮啮合频率处的能量;同时线路激励增大了滚子与外圈滚道接触载荷,但是接触载荷的接触区和均值无明显变化;当无线路激励时,轴承中心轨迹沿齿轮的压力角振动,与垂直轴夹角为26°;线路激励使轴承中心轨迹波动范围更大、更随机,在方向上没有明显特征。可见,电机输入扭矩和线路激励是高速列车齿轮箱轴承动载荷的主要来源,台架仿真模型可为高速列车齿轮箱轴承动响应评估和载荷谱建立提供有价值的参考。

关键词：车辆工程齿轮箱台架仿真模型谱修正随机振动控制轴承动载荷

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同轴旋拧可压缩气流中黏性液体射流稳定性

内燃机学报 2022年第5期40卷 471-479页

作者：郭立梅吕明宁智北京交通大学机械与电子控制工程学院北京100044

基于空间线性稳定性分析方法建立了描述同轴旋拧可压缩气流中黏性液体射流稳定性的数学模型,分析了气动力、黏性力、惯性力和表面张力等对射流稳定性的影响.结果表明:气流旋转对旋拧气流式液体射流起致稳作用,射流不稳定性随气流轴向引... 详细信息

基于空间线性稳定性分析方法建立了描述同轴旋拧可压缩气流中黏性液体射流稳定性的数学模型,分析了气动力、黏性力、惯性力和表面张力等对射流稳定性的影响.结果表明:气流旋转对旋拧气流式液体射流起致稳作用,射流不稳定性随气流轴向引射速度A的增大先减小后增大;将气流轴向引射作用分为强引射作用(A>2)和弱引射作用(A≤2),在强引射范围内气流轴向引射速度对旋拧气流式液体射流一直起失稳作用.给定周围气流的旋转速度且增大气流轴向引射作用时,改变物性参数,射流轴对称扰动占优模式不会改变,且气流轴向引射作用对射流稳定性的影响不会发生质变;气体可压缩性以及气/液密度比对旋拧气流式液体射流起失稳作用;液体黏度起致稳作用;随表面张力增大,射流不稳定性先迅速减小后缓慢增大,表面张力较小时有利于射流失稳分裂.

关键词：色散方程旋拧气流射流稳定性

基于动态滑动步长改进LMD算法的砂浆脱空识别

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华南理工大学学报（自然科学版） 2022年第7期50卷 98-107页

作者：辛欣任尊松北京交通大学机械与电子控制工程学院北京100044

水泥沥青砂浆作为板式无砟轨道的重要结构,在列车高频动载与温度荷载共同作用下,极易发生脱空损伤。根据轮对加速度变化特征可实现砂浆脱空快速、准确定位。利用自适应动态滑动步长改进局部均值分解算法,将轮对垂向加速度分解为一系列... 详细信息

水泥沥青砂浆作为板式无砟轨道的重要结构,在列车高频动载与温度荷载共同作用下,极易发生脱空损伤。根据轮对加速度变化特征可实现砂浆脱空快速、准确定位。利用自适应动态滑动步长改进局部均值分解算法,将轮对垂向加速度分解为一系列乘积函数分量。依据峭度变化规律选取最能反映砂浆脱空特征的第1个乘积函数分量,并求其瞬时能量和标准化瞬时能量以增强砂浆脱空特征。根据瞬时能量和标准化瞬时能量的包络函数是否存在离群值判断砂浆是否脱空。结果表明:当砂浆脱空长度不超过0.30 m时,瞬时能量的包络函数在脱空处未出现离群值,导致“漏判”,而标准化瞬时能量的包络函数在脱空和未脱空处均出现离群值,导致“误判”;当砂浆脱空长度不小于0.65 m时,瞬时能量和标准化瞬时能量的包络函数均只在脱空处出现离群值,可准确定位砂浆脱空。通过车辆结构响应识别砂浆脱空,可有效缓解轨道损伤检测压力,提高车辆运营效率。

关键词：板式无砟轨道砂浆脱空损伤检测信号处理

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轨道几何不平顺对高速列车车轴动应力的影响

中南大学学报（自然科学版） 2022年第5期53卷 1719-1729页

作者：高闯孙守光任尊松任君临北京交通大学机械与电子控制工程学院北京100044

在考虑轮对的弹性建模基础上,分别建立拖车和动车车辆系统动力学模型,根据实测武广线随机不平顺激励波形,研究轨道随机不平顺和扭曲不平顺对拖车和动车车轴动应力的影响。研究结果表明:轨道随机不平顺对拖车、动车车轴动应力的影响均较... 详细信息

在考虑轮对的弹性建模基础上,分别建立拖车和动车车辆系统动力学模型,根据实测武广线随机不平顺激励波形,研究轨道随机不平顺和扭曲不平顺对拖车和动车车轴动应力的影响。研究结果表明:轨道随机不平顺对拖车、动车车轴动应力的影响均较小,且垂向不平顺对车轴动应力的影响略大于横向不平顺对车轴动应力的影响。扭曲不平顺通过速度及幅值的改变对车轴动应力及其沿轴向分布有明显影响,轮对内侧截面的动应力及其变化幅度均比轮对外侧截面的大得多,且轮对一位端截面动应力均大于二位端对应截面动应力。此外,扭曲不平顺幅值的增加,会造成轮轨垂向力和横向力显著增大,根据轮轨垂向力安全限值,400 km/h行车速度下,应严格控制扭曲不平顺幅值在5 mm以下。

关键词：轨道几何不平顺高速列车车轴动应力轮轨力安全限值

搅拌摩擦焊多平面搅拌头对材料流动行为的影响

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机械工程学报 2022年第6期58卷 81-90页

作者：杨智勇李武鹏李志强刘小龙李卫京北京交通大学机械与电子控制工程学院北京100044

与传统熔化焊相比,搅拌摩擦焊(Frictionstirwelding,FSW)因温度梯度较小,可以减少焊接裂纹和残余变形,是一种极具前途的铝合金固相焊接方法。相同焊接工艺参数下,搅拌头是影响焊接热输入和材料流动的主要因素之一,决定焊缝的组织与性能... 详细信息

与传统熔化焊相比,搅拌摩擦焊(Frictionstirwelding,FSW)因温度梯度较小,可以减少焊接裂纹和残余变形,是一种极具前途的铝合金固相焊接方法。相同焊接工艺参数下,搅拌头是影响焊接热输入和材料流动的主要因素之一,决定焊缝的组织与性能。基于固体力学有限元法和A7N01铝合金材料本构方程,建立基于Deform软件搅拌摩擦焊刚黏塑性仿真模型,并通过焊接试验的测温曲线和试验缺陷完成了模型验证,对比分析了圆台、三平面、四平面搅拌头平面对搅拌摩擦焊稳态焊接阶段的温度场、峰值温度曲线和材料流动行为的影响。结果表明,多平面搅拌头的焊接热输入高于圆台搅拌头,在材料塑性流动范围、流动均匀性和有效焊缝等指标方面优于圆台搅拌头。搅拌头的平面特征在材料流动过程中能够起到明显的挤压作用,从而细化焊缝区的晶粒,提高焊接接头的力学性能。基于仿真和试验结果分析,揭示了焊接犁沟缺陷的成因,并提出了预防措施。

关键词：搅拌摩擦焊多平面搅拌头材料塑性流动焊接热输入