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高速列车曲线通过性能分析及脱轨影响因素研究

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铁道科学与工程学报 2024年第3期21卷 901-912页

作者：高广军卓天宇关维元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 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

列车往往会因为线路不平顺或自身运行状态问题发生脱轨事故,由于实际运行情况下列车以编组形式出现,因此对编组列车脱轨评价对象的筛选以及在此基础上的影响因素分析是至关重要的。在SIMPACK中建立编组列车动力学仿真模型,针对脱轨系数... 详细信息

列车往往会因为线路不平顺或自身运行状态问题发生脱轨事故,由于实际运行情况下列车以编组形式出现,因此对编组列车脱轨评价对象的筛选以及在此基础上的影响因素分析是至关重要的。在SIMPACK中建立编组列车动力学仿真模型,针对脱轨系数和轮重减载率这2种评价指标,采用数值仿真分析方法筛选典型运行状态下8编组列车在不同评价体系下的评价对象,比较轨道不平顺性、轨底坡、运行速度、曲线半径以及曲线超高这5种脱轨影响因素的变化规律,并采用全因子采样的方法对影响因素进行均匀采样,应用Sobol全局敏感性分析方法对影响列车脱轨的影响因素进行权重分析。研究结果表明:在编组列车26种不同工况下,第1节车的相同位置脱轨系数较其他车辆最大,该车前转向架前轮对的轮重减载率及其弯道内侧车轮的脱轨系数最大的情况分别占85%和81%,两者可以作为编组列车脱轨影响因素分析的目标。轨道不平顺性系数和轨底坡对于高速列车脱轨的影响较小,其变化趋势接近线性。运行速度对于高速列车运行安全性的影响最大,其次是曲线半径,然后则是曲线超高。运行速度对于列车运行产生的影响相对较大,即最容易导致列车曲线通过脱轨事故的发生,在实际运行环节中应当予以重视。

关键词：编组列车脱轨因素对象评估 Sobol全局敏感性分析轨道安全

城市固体废物焚烧过程炉温的鲁棒加权异构特征集成预测模型

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自动化学报 2024年第1期50卷 121-131页

作者：郭京承严爱军汤健北京工业大学信息学部北京100124 数字社区教育部工程研究中心北京100124 城市轨道交通北京实验室北京100124

针对城市固体废物(Municipal solid waste,MSW)焚烧过程,数据具有异常值和特征变量维度高时,炉温预测模型的准确性和泛化能力欠缺的挑战性问题,提出一种鲁棒加权异构特征集成建模方法,用于建立城市固体废物焚烧过程炉温预测模型.首先,... 详细信息

针对城市固体废物(Municipal solid waste,MSW)焚烧过程,数据具有异常值和特征变量维度高时,炉温预测模型的准确性和泛化能力欠缺的挑战性问题,提出一种鲁棒加权异构特征集成建模方法,用于建立城市固体废物焚烧过程炉温预测模型.首先,依据焚烧过程机理将高维特征变量划分为异构特征集合,并采用互信息和相关系数综合评估每组异构特征集合的贡献度;其次,采用基于混合t分布的鲁棒随机配置网络(Stochastic configuration network,SCN)构建基模型,同时确定训练样本的惩罚权重;最后,设计一种鲁棒加权负相关学习(Negative correlation learning,NCL)策略,实现基模型的鲁棒同步训练.使用国内某城市固体废物焚烧厂的炉温历史数据,对该方法进行测试.测试结果表明,该方法建立的炉温预测模型在准确性和泛化能力方面具有优势.

关键词：城市固体废物焚烧炉温预测异构特征集成鲁棒建模随机配置网络

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基于惯性四元数建模的列车姿态精度保持方法研究

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铁道科学与工程学报 2024年

作者：姜维郝鹏琪王剑蔡伯根邓陈喜廖浩北京交通大学自动化与智能学院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市电磁兼容与卫星导航工程技术研究中心中国铁路成都局集团有限公司成都电务维修段

针对标准GNSS/INS定位模型在卫星失效时难以克服惯性器件误差累计从而列车状态感知精度降级问题，为保障卫星失效场景下列车空间精度与鲁棒性的需求。提出一种基于惯性四元数建模的列车姿态精度保持方法，探究惯性器件加速度与角速度的... 详细信息

针对标准GNSS/INS定位模型在卫星失效时难以克服惯性器件误差累计从而列车状态感知精度降级问题，为保障卫星失效场景下列车空间精度与鲁棒性的需求。提出一种基于惯性四元数建模的列车姿态精度保持方法，探究惯性器件加速度与角速度的姿态解算机理，构建运动载体加速度辅助的惯性姿态四元数的反馈补偿解算模型。进一步为解决单一驱动模式对航位推算的可控性受限问题，建立基于姿态精度保持模型增强的列车状态感知模型，将内层融合解算的姿态信息作用在轮速传感器后与惯性递推值映射到外层状态空间完成系统的滤波校正并反馈到内层进行误差更新，最大限度保障卫星失效时惯性导航精度。采用实验室转台仿真数据与青藏线列车实测数据进行卫星失效场景下算法性能的验证与评估，结果表明：提出的姿态精度保持方法测姿精度显著优于惯性递推方法，青藏线30分钟动态测姿实验中，横滚角、俯仰角、航向角精度为0.801°、0.513°和4.494°；在无卫星场景下，提出的基于姿态精度保持模型增强的列车状态感知精度显著优于INS/ODO松组合方法，15分钟实车测试中，横滚角、俯仰角、航向角测姿精度为0.526°、0.493°和1.904°，水平定位精度提升86.66%、水平测速精度提升78.70%。综合证明该方法可以提升卫星失效场景下的基于惯性列车状态感知精度与鲁棒性。

关键词：惯性四元数建模姿态精度保持惯性递推滤波校正列车状态感知

城市固废焚烧过程炉温与烟气含氧量多目标鲁棒预测模型

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自动化学报 2024年第5期50卷 1001-1014页

作者：胡开成严爱军汤健北京工业大学信息学部北京100124 数字社区教育部工程研究中心北京100124 城市轨道交通北京实验室北京100124

为实现城市固废焚烧(Municipal solid waste incineration,MSWI)过程炉温与烟气含氧量的准确预测,提出一种基于改进随机配置网络的多目标鲁棒建模方法(Multi-target robust modeling method based on improved stochastic configuration network,MRI-SCN).首先,设计了一种并行方式增量构建SCN隐含层,通过信息叠加与跨越连接来增强隐含层映射多样性,并利用参数自适应变化的监督不等式分配隐含层参数;其次,使用F范数与L_(2,1)范数正则项建立矩阵弹性网对模型参数进行稀疏约束,以建模炉温与烟气含氧量间的相关性;接着,采用混合拉普拉斯分布作为每个目标建模误差的先验分布,通过最大后验估计重新评估SCN模型的输出权值,以增强其鲁棒性;最后,利用城市固废焚烧过程的历史数据对所提建模方法的性能进行测试.实验结果表明,所提建模方法在预测精度与鲁棒性方面具有优势.

关键词：城市固废焚烧炉温烟气含氧量随机配置网络隐含层并行构造多目标鲁棒建模

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高速动车组牵引传动系统转矩脉动测试分析

铁道机车车辆 2024年第2期44卷 24-33页

作者：刘艳杰马昭钰刘昆朋吴丽然宋可荐中车长春轨道客车股份有限公司长春130062 北京交通大学电气工程学院北京100044 北京交通大学智慧高铁系统前沿科学中心北京100044

交流传动技术广泛应用于高速铁路动车组牵引传动系统,牵引变流器直流环节电压存在2倍牵引网电压频率的脉动分量,会在牵引电机侧产生拍频电流,从而引起转矩脉动,不利于动车组机电系统稳定运行。文中首先分析了转矩脉动产生的原理,然后针... 详细信息

交流传动技术广泛应用于高速铁路动车组牵引传动系统,牵引变流器直流环节电压存在2倍牵引网电压频率的脉动分量,会在牵引电机侧产生拍频电流,从而引起转矩脉动,不利于动车组机电系统稳定运行。文中首先分析了转矩脉动产生的原理,然后针对两种典型动车组牵引变流器主电路进行了结构建模,通过数字仿真分析了转矩脉动的主要影响因素。接着基于现场实测,验证了理论分析的正确性,并获得了转矩脉动产生机械应力的关系,表明转矩脉动易对牵引电机及转向架等相邻机械部件产生机械损耗。最后,从硬件电路和软件控制两方面对转矩脉动抑制技术进行了探讨。

关键词：高速动车组牵引传动系统拍频电流转矩脉动机械应力

城际铁路曲线地段梯形轨枕有砟轨道动力性能分析

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噪声与振动控制 2024年第1期44卷 276-281页

作者：张永伟李萍李玉路周丽易科路通轨道设备有限公司北京100070 中国铁道科学研究院集团有限公司城市轨道交通中心北京100081 北京交通大学土木建筑工程学院北京100044

围绕梯形轨枕有砟轨道在城际铁路中适应性问题,测试城际列车以80~176 km/h通过半径为1432 m曲线地段时梯形轨枕有砟轨道系统动力性能指标,对比梯形轨枕有砟轨道和普通Ⅲ型枕动力性能。运用车辆与轨道动力相互作用原理和有限元方法建立... 详细信息

围绕梯形轨枕有砟轨道在城际铁路中适应性问题,测试城际列车以80~176 km/h通过半径为1432 m曲线地段时梯形轨枕有砟轨道系统动力性能指标,对比梯形轨枕有砟轨道和普通Ⅲ型枕动力性能。运用车辆与轨道动力相互作用原理和有限元方法建立曲线地段梯形轨枕有砟轨道动力学模型,进一步评估城际列车以不同速度通过时的行车安全性及舒适性。研究结果表明:(1)列车实际通过曲线地段梯形轨枕有砟轨道时的安全性和轨道结构稳定性均满足规范要求;(2)梯形轨枕有砟轨道较普通Ⅲ型枕有更良好的减振性能,车速从80提高至176 km/h时,减振效果从8.3降低至6.2 dB;(3)考虑道床横向阻力非线性特性的车辆与轨道动力相互作用分析表明,随着车速增大,梯形轨枕有砟轨道动力响应增大,列车运行安全性和舒适性均降低,但仍满足规范要求,其中车辆与轨道的横向动力响应受车速影响更为明显。

关键词：振动与波梯形轨枕有砟轨道曲线道床横向阻力动力性能

400 km/h高速列车过隧道时列车风特性研究

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中国安全科学学报 2024年第1期34卷 106-115页

作者：熊小慧张朵朵耿语堂杨波唐明赞陈光中南大学轨道交通安全教育部重点实验室湖南长沙410075 中南大学轨道交通安全关键技术国际合作联合实验室湖南长沙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

为探明400 km/h高速列车在隧道内运行时的列车风特性,采用三维、非定常、可压缩和可实现的k-ε湍流模型进行数值模拟计算,分析隧道内列车风时域演变特征和空间分布特征,并按照列车各部分到达和驶离测点的时间对车体周围流场进行分区,采... 详细信息

为探明400 km/h高速列车在隧道内运行时的列车风特性,采用三维、非定常、可压缩和可实现的k-ε湍流模型进行数值模拟计算,分析隧道内列车风时域演变特征和空间分布特征,并按照列车各部分到达和驶离测点的时间对车体周围流场进行分区,采用5个特征参数衡量各区域内列车风速度的变化,探讨列车编组长度和隧道长度对列车风的影响。研究结果表明:隧道内列车风时域变化特征受列车运行位置和隧道内压力波传播的显著影响;列车风正峰值会随着列车编组长度、列车速度的增大而增加,且峰值到达时刻分别延后和提前,8车编组对应的列车风正峰值相较于3车编组时增加68.75%,400 km/h时的列车风正峰值相较于300 km/h时增加22.65%;同种隧道长度下的列车风速度最大正峰值出现在隧道中点位置处,且此处的波动更为剧烈复杂,主要是压缩波和膨胀波叠加得更加频繁。长隧道内压力波系叠加对列车风速度峰值的影响减弱,当隧道长度达到3 km时,列车风正峰值相较于1 km长度时下降30.70%。

关键词：高速列车 400 km/h高速铁路隧道列车风数值模拟

面向构网逆变器的虚拟振荡器控制技术:统一设计框架与关键问题探讨

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电网技术 2024年第6期48卷 2251-2261,I0003,I0004页

作者：史亚帆许寅吴翔宇时珊珊北京交通大学电气工程学院北京市海淀区100044 北京市轨道交通电气工程技术研究中心北京市海淀区100044 国网上海市电力公司电力科学研究院上海市虹口区200437

虚拟振荡器控制是近年来新兴的逆变器构网型控制方式,相较于下垂控制、虚拟同步发电机控制等现有构网型控制而言,其在动态响应速度与大扰动稳定性等方面具有优势。首先基于已有研究介绍了虚拟振荡器控制的基本原理及现有类型,接着针对... 详细信息

虚拟振荡器控制是近年来新兴的逆变器构网型控制方式,相较于下垂控制、虚拟同步发电机控制等现有构网型控制而言,其在动态响应速度与大扰动稳定性等方面具有优势。首先基于已有研究介绍了虚拟振荡器控制的基本原理及现有类型,接着针对虚拟振荡器设计目前缺乏普适性的问题提出了虚拟振荡器控制的统一设计框架及详细设计步骤,并以自行设计的两类虚拟振荡器为例,通过时域仿真验证了所提设计框架的可行性;最后从功率调度能力、抗扰动稳定运行能力以及实际应用能力3方面针对目前限制虚拟振荡器控制技术发展的关键问题进行了梳理与探讨,并给出了解决思路与未来的研究方向。

关键词：虚拟振荡器构网逆变器逆变器控制稳定性统一设计框架

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海拔对隧道内列车火灾烟气蔓延特性影响

湖南大学学报（自然科学版） 2024年第8期51卷 231-242页

作者：周丹盛紫琰李金柱陈光张则栋孟爽陈涛中南大学轨道交通安全教育部重点实验室湖南长沙410075 中南大学轨道交通安全关键技术国际合作联合实验室湖南长沙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

为探究海拔高度对隧道内列车火灾烟气蔓延的影响,基于已被验证的数值模拟方法,结合三维非定常N-S方程和RNG k-ε湍流模型,采用滑移网格技术模拟了在隧道内匀速运行的列车发生火灾后减速并最终停在隧道内的整个运动过程,并利用动模型试... 详细信息

为探究海拔高度对隧道内列车火灾烟气蔓延的影响,基于已被验证的数值模拟方法,结合三维非定常N-S方程和RNG k-ε湍流模型,采用滑移网格技术模拟了在隧道内匀速运行的列车发生火灾后减速并最终停在隧道内的整个运动过程,并利用动模型试验和缩尺隧道火灾试验数据验证了数值模拟方法的可靠性.结果表明:海拔高度对隧道内列车停车以后的火灾烟气蔓延影响明显;与低海拔隧道相比,同一时刻高海拔隧道拱顶同一位置处的烟气流速更快,烟气逆流至火源上游50 m处的时刻更早;车体周围温度分布也随着海拔高度的不断增加而呈现出逐渐上升的趋势.与0 m海拔隧道相比,5000 m海拔隧道内烟气逆流至火源上游50 m的时刻提前了102 s,同时列车停车360 s时隧道拱顶处的温度峰值增加了216 K,增幅达到42.9%.

关键词：列车火灾海拔高度数值模拟 RNG k-ε湍流模型

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