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面向钢轨修复的不同槽型接触轮砂带打磨接触行为及材料去除特性

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中国铁道科学 2024年第1期45卷 47-55页

作者：李江樊文刚吴志伟张峻瑞王征马腾飞北京交通大学机械与电子控制工程学院北京100044 北京交通大学载运工具先进制造与测控技术教育部重点实验室北京100044

为掌握不同槽型接触轮砂带对钢轨打磨接触行为及材料去除特性的影响规律,基于橡胶接触特性,建立X齿型、锯齿型和人字型3种典型接触轮砂带打磨仿真模型,模拟分析不同槽型特征对接触轮-钢轨静态接触行为和动态冲击应力的影响机制;通过钢... 详细信息

为掌握不同槽型接触轮砂带对钢轨打磨接触行为及材料去除特性的影响规律,基于橡胶接触特性,建立X齿型、锯齿型和人字型3种典型接触轮砂带打磨仿真模型,模拟分析不同槽型特征对接触轮-钢轨静态接触行为和动态冲击应力的影响机制;通过钢轨砂带打磨试验,对比研究3种槽型接触轮的材料去除特性。结果表明:3种槽型接触轮与钢轨的接触区域整体均呈椭圆形态,符合赫兹接触理论,内部接触形态则随槽型特征呈现为块状分布;接触区域应力分布总体符合弹性半空间接触理论,但在接触块边缘会出现应力集中;X齿型接触轮和人字型接触轮因齿尖和齿槽结构的存在而具有较高的材料去除能力,同等打磨条件下X齿型接触轮较平型接触轮的材料去除能力提高了79%;顺磨条件下的材料去除能力高于逆磨,以X齿型接触轮为例,顺磨比逆磨的材料去除能力提高了22.7%;X齿型和人字型接触轮砂带打磨的噪声、振动、粗糙度、平均电流均较高,锯齿型接触轮具有较低的振动、粗糙度及平均电流,平型轮则具有较低的噪声和电流。

关键词：钢轨打磨砂带橡胶接触轮齿槽材料去除

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智慧高速铁路运行控制系统发展趋势综述

铁道学报 2024年第1期46卷 1-12页

作者：余祖俊唐涛李开成宿帅朱力强北京交通大学先进轨道交通自主运行全国重点实验室北京100044 北京交通大学轨道交通运行控制系统国家工程研究中心北京100044 北京交通大学智慧高铁系统前沿科学中心北京100044 北京交通大学机械与电子控制工程学院北京100044

在保障安全的前提下,高速铁路运行控制系统进一步结合现代感知、控制、通信以及人工智能技术实现智慧化,是未来高速铁路发展的前沿方向。分析目前高速铁路运营中仍存在异物侵限造成安全事故、突发事件导致列车延误、运力与运量不匹配等... 详细信息

在保障安全的前提下,高速铁路运行控制系统进一步结合现代感知、控制、通信以及人工智能技术实现智慧化,是未来高速铁路发展的前沿方向。分析目前高速铁路运营中仍存在异物侵限造成安全事故、突发事件导致列车延误、运力与运量不匹配等问题,提出高速铁路运行控制系统的智能化、智慧化是解决上述问题的重要手段,是保持和提升我国高速铁路技术整体竞争力的核心组成部分。新时期的智慧高速铁路运行控制系统以实现列车(群)全天候全无人自主追踪运行控制为目标,主要包括移动闭塞、列车运行净空感知、列车状态智能监测、列车自主追踪、智能调度指挥、车-地动态自组网通信等关键技术。结合新一代使能技术,研究高速铁路运行控制智能技术的应用及其发展趋势,对我国智慧高速铁路的发展具有参考价值。

关键词：智慧高速铁路运行控制平稳追踪控制智能感知车-地自组网

一种基于FPGA的深度神经网络硬件加速器系统

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空间控制技术与应用 2024年第2期50卷 83-92页

作者：张雨豪叶有时彭宇张德正阎之泓王东北京交通大学北京100080 北京控制工程研究所北京100094

深度神经网络目标检测算法计算复杂度高、模型复杂,对硬件平台的算力有很高需求,针对以上问题,设计了一种基于现场可编程门阵列(field programmable gate array,FPGA)芯片的硬件专用加速器.通过软硬件协同方法,设计具有高并行度及深度... 详细信息

深度神经网络目标检测算法计算复杂度高、模型复杂,对硬件平台的算力有很高需求,针对以上问题,设计了一种基于现场可编程门阵列(field programmable gate array,FPGA)芯片的硬件专用加速器.通过软硬件协同方法,设计具有高并行度及深度流水的片上架构,并使用模型量化、结构优化等方法对神经网络模型进行优化.在所设计的加速器系统中进行神经网络目标检测算法的部署,实现了高数据吞吐率、低功率消耗的FPGA神经网络计算,且模型精度损失低于1.2%,为在低能耗嵌入式平台上部署深度神经网络目标检测算法提供了有效解决方案,可广泛应用于机载、星载智能计算设备.

关键词： FPGA 神经网络硬件加速器目标检测

小半径曲线上P75钢轨打磨廓形设计及应用研究

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中国机械工程 2024年第6期35卷 1112-1119页

作者：刘永乾任尊松侯银庆吴潇王军平北京交通大学机械与电子控制工程学院北京100044 中铁物总运维科技有限公司北京100073

以国内某重载铁路R400 m曲线P75钢轨为研究对象,建立了轮轨接触模型和轮径差曲线描述模型,选取代表性车轮踏面和钢轨廓形,采用轮径差曲线逆向求解法优化了轮轨接触区域钢轨廓形,并依据打磨量最小化原则设计得到了曲线钢轨打磨廓形。建... 详细信息

以国内某重载铁路R400 m曲线P75钢轨为研究对象,建立了轮轨接触模型和轮径差曲线描述模型,选取代表性车轮踏面和钢轨廓形,采用轮径差曲线逆向求解法优化了轮轨接触区域钢轨廓形,并依据打磨量最小化原则设计得到了曲线钢轨打磨廓形。建立了实测参数下的车辆-轨道多体动力学仿真模型,对比分析了实测廓形和设计廓形匹配下的动力学指标。按钢轨廓形设计要求,在该R400 m曲线上实施了钢轨打磨试验和轮轨动力学测试。研究结果表明,优化后轮径差曲线趋于平滑,车辆曲线通过能力得到提高,抗脱轨能力得到保持;轮轨关系得到显著改善、轮轨接触点交叉跳跃和集中问题得到缓解;轮轨横向力减小20%以上,脱轨系数减小16%以上,钢轨法向接触应力减小32%以上,轮轨蠕滑力减小26%以上;实施打磨后,轮轨横向力减小34%以上,脱轨系数减小35%以上,钢轨振动加速度减小35%以上;打磨后3个月轨面疲劳伤损未见明显发展,钢轨使用寿命由前一换轨周期的8个月延长至13.5个月。仿真分析和打磨试验验证了钢轨廓形设计方法在重载铁路小半径曲线的应用效果。

关键词：轮径差曲线钢轨廓形设计钢轨打磨轮轨力钢轨振动加速度钢轨磨耗

基于SIMP-安定的高速列车组合式座椅底架轻量化设计与分析

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工程科学学报 2024年第6期46卷 1151-1160页

作者：黄昌雄陈耕黄松华张乐乐北京交通大学机械与电子控制工程学院北京100044 北京交通大学轨道车辆运用工程国家国际科技合作基地北京100044 西交利物浦大学智能工程学院苏州215123

在高速列车座椅轻量化设计中,传统设计方法所普遍采用的结构优化技术仅以结构刚度或局部应力水平为目标,无法得到交变载荷作用下效率最高的结构构型.列车座椅在实际使用中受到轨道与应用场景的影响,除主结构需具备一定强度外,其关键部... 详细信息

在高速列车座椅轻量化设计中,传统设计方法所普遍采用的结构优化技术仅以结构刚度或局部应力水平为目标,无法得到交变载荷作用下效率最高的结构构型.列车座椅在实际使用中受到轨道与应用场景的影响,除主结构需具备一定强度外,其关键部件也要求在交变载荷作用下不发生明显变形.在此背景下,提出了一种采用固体各向同性惩罚微结构插值(SIMP)算法对主结构进行以刚度为目标的拓扑优化,同时以安定直接法对关键部件进行以安定强度为目标的参数优化一体化的设计与分析方法.采用所提出的方法对高速列车组合式座椅底架进行了优化,取得了显著成果.优化后的座椅底架在性能满足要求的前提下,底架主结构减重17%、L型连接件承载交变载荷的结构效率提高23%.所提出的研究方法及结果对于同类结构的轻量化设计具有重要意义.

关键词：高速列车底架拓扑优化安定轻量化

制动工况对高速列车制动盘残余应力及翘曲变形影响研究

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西南交通大学学报 2024年

作者：李志强郑轶男张晓康李杰杨智勇北京交通大学机械与电子控制工程学院

动车组制动盘在长期服役过程中会形成复杂的残余应力，进而使盘体在拆解后形成不可回复的翘曲变形，影响其后续维修和重复利用可行性。本文通过测试动车组轮装铸钢制动盘材料不同温度下的拉伸应力-应变数据，构建了不同温度下的材料Ramb... 详细信息

动车组制动盘在长期服役过程中会形成复杂的残余应力，进而使盘体在拆解后形成不可回复的翘曲变形，影响其后续维修和重复利用可行性。本文通过测试动车组轮装铸钢制动盘材料不同温度下的拉伸应力-应变数据，构建了不同温度下的材料Ramberg-Osgood本构模型，在有限元软件中建立制动盘循环对称三维瞬态仿真模型。针对列车不同制动初速度、不同平均减速度等制动工况，采用间接耦合方法分析了制动盘表层与心部残余应力的形成与平衡过程，研究了制动盘结构约束释放后的翘曲变形量变化，采用分段函数与多项式拟合了制动盘变形量与制动能量、热输入功率的函数关系，发现制动盘翘曲变形量与制动能量、制动减速度呈正相关关系，制动工况越严苛制动盘翘曲变形量越大。通过对服役后的制动盘进行翘曲变形量测量与X射线残余应力测试，对比了对应仿真条件时制动盘摩擦面残余应力分布规律。仿真与实测均表明高残余拉应力位于摩擦面中部螺栓孔附近，且制动工况越严苛高残余拉应力值越大，仿真结果与实测数据具有较好的数据和趋势一致性。本文构建的本构模型与仿真分析工作可对动车组制动盘长期服役后形成的残余应力分布及翘曲变形量进行有效预测，相关研究方法和分析结果可为动车组轮装制动盘的拆解检修以及后续重复利用提供有效参考。

关键词：制动盘残余应力翘曲变形数值模拟试验验证

黑磷烯量子点作为水基润滑添加剂的摩擦学性能研究

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机械工程学报 2024年第3期60卷 226-237页

作者：王伟魏春艳屈怡珅董少文吕凡凡金杰王快社西安建筑科技大学冶金工程学院西安710055 北京交通大学经济管理学院北京100040 北京交通大学机械与电子控制工程学院北京100040

为了提高钛合金加工的表面质量,降低其加工成本。利用具有高承载、低摩擦等特性的黑磷烯量子点作为钛合金加工液的高效润滑介质。采用MS-T3001摩擦磨损试验机,以GCr15轴承钢/TC4钛合金盘为摩擦副研究黑磷烯量子点作为水基润滑添加剂的... 详细信息

为了提高钛合金加工的表面质量,降低其加工成本。利用具有高承载、低摩擦等特性的黑磷烯量子点作为钛合金加工液的高效润滑介质。采用MS-T3001摩擦磨损试验机,以GCr15轴承钢/TC4钛合金盘为摩擦副研究黑磷烯量子点作为水基润滑添加剂的摩擦学性能。试验结果表明,黑磷烯量子点的平均横向尺寸为4.44 nm±0.86 nm,厚度约小于4 nm,在超纯水中表现出良好的分散性。随着接触压力增加,摩擦因数和磨损率先快速减小后缓慢增加。在1273 MPa接触压力、119.3 mg/L浓度下,和超纯水相比,黑磷烯量子点水基润滑添加剂的平均摩擦因数和磨损率分别降低27.6%和28.29%。磨痕表面分析表明,黑磷烯量子点水基润滑添加剂的抗磨减摩机理为钛合金磨损表面生成的Fe_(2)O_(3)、TiO_(2)、Al_(2)O_(3)氧化物组成的摩擦化学反应膜及黑磷烯量子点层间剪切和滚珠效应的协同作用。此研究为黑磷烯水基润滑添加剂在钛合金切削润滑领域的应用提供理论依据。

关键词：黑磷烯量子点润滑添加剂摩擦学性能润滑机理

溅射技术与基体偏压对TiB_(x)涂层结构和力学性能的影响

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表面技术 2024年第15期53卷 206-215页

作者：谷佳宾李建勇金杰李刘合北京交通大学机械与电子控制工程学院北京100044 北京交通大学载运工具先进制造与测控技术教育部重点实验室北京100044 北京航空航天大学机械工程及自动化学院北京100191

目的改善TiB_(x)涂层的残余应力,提高其力学性能。方法采用不同的磁控溅射技术(dcMS、HiPMS、Hybrid)和基体偏压制备TiB_(x)涂层。通过电子探针显微分析仪(EPMA)测试TiB_(x)涂层的化学成分,采用扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射仪(XRD)... 详细信息

目的改善TiB_(x)涂层的残余应力,提高其力学性能。方法采用不同的磁控溅射技术(dcMS、HiPMS、Hybrid)和基体偏压制备TiB_(x)涂层。通过电子探针显微分析仪(EPMA)测试TiB_(x)涂层的化学成分,采用扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射仪(XRD)表征涂层的表面形貌、组织结构特征、相组成和择优取向,通过sin^(2)ψ法、纳米压痕仪和洛氏压痕法分别测试TiB_(x)涂层的残余应力、纳米硬度和膜层/基体结合强度。结果溅射技术和基体偏压对TiB_(x)涂层的组织结构和力学性能都有着显著的影响。在基体旋转条件下,不同溅射技术和基体偏压制备的涂层均呈现出TiB_(2)-(001)择优取向。随基体偏压的升高,涂层的残余应力呈现出先增大、后减小的规律。偏压相同时,HiPIMS技术制备的TiB_(x)涂层具有最高的残余应力。随着基体偏压的增加,TiB_(x)涂层的纳米硬度和弹性模量不断增加,在偏压为–130 V时,Hybrid-TiB_(x)涂层具有最高的纳米硬度(40.1GPa)。偏压相同时,dcMS-TiB_(x)和Hybrid-TiB_(x)涂层表现出优异的膜层/基体结合强度(HF1-HF2级),而HiPIMS涂层表现出较差的膜层/基体结合强度(HF1-HF4级)。结论溅射技术和基体偏压对TiB_(x)涂层的微观组织结构和力学性能有着重要的影响,Hybrid模式结合了dcMS模式和HiPMS模式的优点,Hybrid-TiB_(x)涂层呈现出最优的综合力学性能(高的纳米硬度、沉积速率和膜层/基体结合强度)。

关键词：磁控溅射 TiB_(x)涂层基体偏压 Hybrid 微观组织结构力学性能

基于SHEPWM的三电平三相逆变器中点电位主动平衡控制策略

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电工技术学报 2024年第4期39卷 1147-1158页

作者：董志强王琛琛周明磊刘明月李凯北京交通大学电气工程学院北京100044

在大功率系统中,常采用特定次谐波消除脉宽调制(SHEPWM)以降低系统的开关损耗。针对三电平中点钳位(NPC)型三相逆变器在SHEPWM下的中点电位偏移问题,分析SHEPWM下逆变器输出相电压基波与3次谐波在不同电压相位范围内对中点电位的影响,... 详细信息

在大功率系统中,常采用特定次谐波消除脉宽调制(SHEPWM)以降低系统的开关损耗。针对三电平中点钳位(NPC)型三相逆变器在SHEPWM下的中点电位偏移问题,分析SHEPWM下逆变器输出相电压基波与3次谐波在不同电压相位范围内对中点电位的影响,设计两种在基波周期内对中点电位总充放电效果相反的开关角组合方案,并提出一种通过测量中点电位偏移值及中点电位滞环控制,选择不同的开关角组合方案进行调制的中点电位主动平衡控制策略。实验结果验证了所提出方法的实用性及有效性。

关键词：三电平中点钳位型逆变器中点电位控制特定谐波消除脉宽调制 3次谐波