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考虑ESR老化的支撑电容寿命评估方法研究

铁道机车车辆 2024年第4期44卷 44-50页

作者：徐小明任润浩仇祺沛葛兴来李鹏王春柳动车组和机车牵引与控制国家重点实验室北京100081 中国铁道科学研究院集团有限公司机车车辆研究所北京100081 北京纵横机电科技有限公司北京100094 西南交通大学电气工程学院成都611756

文中以高速列车的金属化薄膜支撑电容为研究对象,研究了一种考虑ESR老化及任务剖面的支撑电容寿命评估方法。首先从薄膜电容的物理结构及失效机理出发,分析了电容失效过程中的退化特征;然后对薄膜电容电应力、热应力进行了探讨;最后结... 详细信息

文中以高速列车的金属化薄膜支撑电容为研究对象,研究了一种考虑ESR老化及任务剖面的支撑电容寿命评估方法。首先从薄膜电容的物理结构及失效机理出发,分析了电容失效过程中的退化特征;然后对薄膜电容电应力、热应力进行了探讨;最后结合某线路的实车空载工况的测试数据,基于经验寿命模型、线性累积损伤理论以及等效串联电阻ESR的老化模型对支撑电容的寿命评估方法进行了分析。研究结果表明,随着运行年限的增长,ESR的老化会导致功率损耗以及热点温度的明显增加,从而导致电容的寿命损伤率逐步加快。

关键词：牵引变流器支撑电容电容老化寿命评估

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永磁同步电机传动系统的柔性多目标预测控制

电力电子技术 2024年第5期58卷 15-17,34页

作者：王晓帆刘伟志蒋威邱腾飞中国铁道科学研究院集团有限公司机车车辆研究所北京100081 北京纵横机电科技有限公司北京100094

针对大功率永磁同步电机(PMSM)传动系统对低开关频率和共模电压抑制的需求,提出一种柔性多目标预测控制策略。采用复合电流边界限定的方法实现对电流跟踪、开关频率和共模电压的协同控制。所提方法运算量低,参数设计简单。搭建了4.4kWP... 详细信息

针对大功率永磁同步电机(PMSM)传动系统对低开关频率和共模电压抑制的需求,提出一种柔性多目标预测控制策略。采用复合电流边界限定的方法实现对电流跟踪、开关频率和共模电压的协同控制。所提方法运算量低,参数设计简单。搭建了4.4kWPMSM传动系统实验平台,实验结果验证了所提控制方法的有效性。

关键词：永磁同步电机预测控制开关频率共模电压

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风载作用下高速列车曲线通过性能研究

中国铁道科学 2024年第2期45卷 146-154页

作者：白鑫孙丽霞王友彪周春阳池长欣中国铁道科学研究院集团有限公司铁道科学技术研究发展中心北京100081 高速铁路与城轨交通系统技术国家工程研究中心轮轨关系实验室北京100081

在风载和曲线欠超高叠加的不利工况下,高速列车的运行安全性表现出复杂的变化规律,因此需要针对风载作用下高速列车的曲线通过安全性进行深入研究。采用空气动力学和车辆动力学相结合的分析方法,考虑车速和风速变化、实际轮轨匹配及线... 详细信息

在风载和曲线欠超高叠加的不利工况下,高速列车的运行安全性表现出复杂的变化规律,因此需要针对风载作用下高速列车的曲线通过安全性进行深入研究。采用空气动力学和车辆动力学相结合的分析方法,考虑车速和风速变化、实际轮轨匹配及线路激励情况,建立瞬态风载模型、横风作用下高速列车空气动力学模型及车辆动力学模型;对高速列车在不同车速和风速作用下的气动载荷变化规律进行分析,并对其以不同速度通过不同欠超高曲线线路时的脱轨系数、轮重减载率和轮轴横向力等车辆关键动力学参数的变化规律进行分析,研究风载和曲线欠超高对高速列车脱轨和倾覆的影响。结果表明:风速变化引起的侧向力系数变化幅度大于车速;在风载和曲线欠超高叠加的不利工况下,除轮重减载率安全裕量明显降低外,轮轴横向力的安全裕量也降低,且车辆关键悬挂部件工作状态恶化,其中二系横向止档的位移迅速增大且工作状态接近压并,左右两侧空气弹簧压力差也迅速增大,车辆动力学性能的安全裕量明显下降。

关键词：高速列车风载曲线通过性能曲线欠超高侧向力系数脱轨系数轮重减载率轮轴横向力

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动车组控制单元寿命试验研究

现代城市轨道交通 2024年第2期 64-68页

作者：陈锦熠宋欣武李岩史志富张明北京纵横机电科技有限公司北京100094 中国铁道科学研究院集团有限公司机车车辆研究所北京100081

近年来,随着轨道交通技术的发展,复兴号高速动车组列车大量投入使用,且成为我国居民出行的重要交通工具,其中动车组控制单元电子产品作为关键部件,是列车安全运行的重要保证。为进一步提升动车组控制单元电子产品检修效率,提高产品质量... 详细信息

近年来,随着轨道交通技术的发展,复兴号高速动车组列车大量投入使用,且成为我国居民出行的重要交通工具,其中动车组控制单元电子产品作为关键部件,是列车安全运行的重要保证。为进一步提升动车组控制单元电子产品检修效率,提高产品质量和可靠性水平,文章选取典型的动车组控制单元电子产品为研究对象,在分析其运行环境及寿命指标基础上,以产品的主要敏感应力作为试验条件,采用基于威布尔分布的模型,结合加速试验方法开展可靠寿命试验设计研究,探讨一种适用于动车组控制单元电子产品整机可靠寿命评估的方法,对提升产品可靠性及维保策略提供有效的数据参考和借鉴。

关键词：动车组可靠性威布尔分布加速寿命试验动车组控制单元

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基于列车响应的运营期高速铁路桥梁沉降阈值

铁道建筑 2024年第5期64卷 69-75页

作者：庞志强高芒芒李国龙杨静静杨飞李秋义中国铁道科学研究院北京100081 中国铁道科学研究院集团有限公司基础设施检测研究所北京100081 中铁第四勘察设计院集团有限公司武汉430063

为保证铺设纵连式无砟轨道的桥梁沉降区运营期内的列车动力性能,基于某高铁线路长期沉降监测数据,分析并归纳了运营阶段桥梁沉降特点,建立车辆-轨道-桥梁动力耦合振动模型,分析不同桥梁沉降形式对列车动力响应影响,并提出运营期间高铁... 详细信息

为保证铺设纵连式无砟轨道的桥梁沉降区运营期内的列车动力性能,基于某高铁线路长期沉降监测数据,分析并归纳了运营阶段桥梁沉降特点,建立车辆-轨道-桥梁动力耦合振动模型,分析不同桥梁沉降形式对列车动力响应影响,并提出运营期间高铁桥梁沉降阈值。结果表明:桥梁差异沉降包括桥墩差异沉降和路桥路基段差异沉降。桥墩沉降主要以单墩、双墩及多墩交叉升降为主;路桥路基段沉降包括过渡段台阶式不均匀沉降和路基余弦型不均匀沉降。列车行驶于单墩抬升区域时引起的列车动力响应最大;路基余弦型不均匀沉降比过渡段台阶式沉降对列车振动更不利。基于列车行车动力响应,综合考虑当桥梁发生5 mm徐变时,铺设纵连式无砟轨桥梁桥墩差异沉降阈值为10 mm,桥后45 m范围内路桥路基段不均匀沉降阈值为8 mm。

关键词：沉降阈值车辆-轨道-桥梁耦合模型纵连式无砟轨道运营阶段沉降监测

风阻制动板外形参数对高速列车气动特性影响分析

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铁道科学与工程学报 2024年第9期21卷 3481-3492页

作者：张普阳乔峰王树宾尹振坤杨川张翔王家斌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 中车长春轨道客车股份有限公司吉林长春130062 中国铁道科学研究院集团有限公司机车车辆研究所北京100081

随着高速列车运营速度的不断提升,应对更高速列车安全制动及紧急停车问题日益凸显。针对这一问题,就流线型头部及等截面车身位置布置风阻制动板,采用基于SSTk-ω湍流模型的RANS方法研究了风阻制动板高度、开口设计及开口制动板位置、高... 详细信息

随着高速列车运营速度的不断提升,应对更高速列车安全制动及紧急停车问题日益凸显。针对这一问题,就流线型头部及等截面车身位置布置风阻制动板,采用基于SSTk-ω湍流模型的RANS方法研究了风阻制动板高度、开口设计及开口制动板位置、高度与开口协同等因素对列车气动特性的影响,并通过风阻制动列车风洞试验验证了数值模拟方法的正确性。结果表明风阻制动板影响了列车表面压力分布特性,诱发气流强分离现象。此外,风阻制动板增强了整车压差阻力,进而增强列车气动阻力。增高的风阻制动板会扩大压力分布范围,导致板后回流区分布范围增加,其所受气动阻力得到增加。风阻制动板的开口设计及开口制动板位置的变化带来的影响并不显著,但开口设计能够强化后方增高的风阻制动板所受气动阻力。合理增高制动板对于整车的气动增阻效果最为明显,最大增阻效果为原始高速列车所受气动阻力的422.91%。相比于单纯的开口设计及开口制动板位置的变化,采用开口设计与增高协同布置能够具有较好的气动增阻表现,增阻效果为420.67%。

关键词：高速列车风阻制动外形参数气动特性数值模拟

平曲线上大调整量弹性支承块式轨道结构动力响应规律分析

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中南大学学报（自然科学版） 2024年第7期55卷 2831-2839页

作者：闫斌金浩然杜香刚徐磊盘柳中南大学土木工程学院湖南长沙410075 中国铁道科学研究院集团有限公司铁道建筑研究所北京100081 高速铁路轨道系统国家重点实验室北京100081

基于车辆-轨道耦合动力学及有限元方法,采用ABAQUS®-MATLAB®联合仿真技术,建立车辆-钢轨-弹性支承块式无砟轨道耦合动力学模型,研究不同的车辆类型在多种平曲线线型条件下大调整量弹性支承块式无砟轨道的动力响应特性,分析并评估弹性支... 详细信息

基于车辆-轨道耦合动力学及有限元方法,采用ABAQUS®-MATLAB®联合仿真技术,建立车辆-钢轨-弹性支承块式无砟轨道耦合动力学模型,研究不同的车辆类型在多种平曲线线型条件下大调整量弹性支承块式无砟轨道的动力响应特性,分析并评估弹性支承块式无砟轨道用于小半径曲线线路条件的适用性和可行性。研究结果表明:轨下垫板高度的调整对各项指标的影响比支承块帽檐高度调整对各项指标的影响小,当调高从-60 mm增加到60 mm时,轨距扩大量增幅达到了235.00%,当且仅当在调低或调高轨下垫板高度时,轨距扩大量才会发生明显变化;随曲线半径减小,轨距扩大、行车安全性、稳定性等指标随之增大;小曲线半径对支承块的轨距保持能力具有较大影响,当半径减小到2 800 m时,轨距扩大量相比于半径5 000 m的增大了67.50%;与客车相比,当货车运行至小半径曲线路段时,轨距扩大量具有明显的增大趋势,在相同运行条件下,相比于客车的轨距扩大量,货车的轨距扩大量增幅达到110.45%。总体而言,在不同曲线半径、支承块调高情况下,列车运行各项安全性、稳定性及轨距扩大量等指标均在规范规定的安全限值以内,总体来看轨道几何保持能力良好;在实际工程中,当列车尤其是货车经过小曲线半径路段时,应尽量降低行驶速度,以避免困难路段所带来的影响行车安全性、稳定性等隐患。

关键词：联合仿真弹性支承块式无砟轨道平曲线客货共线

基于改进变分模态分解和温振特征融合的高速列车齿轮箱轴承故障诊断方法

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城市轨道交通研究 2024年第7期27卷 21-26页

作者：王连富王梓帆董俭雄田光荣中车长春轨道客车股份有限公司长春130062 西南交通大学牵引动力国家重点实验室成都610031 中国铁道科学研究院集团有限公司机车车辆研究所北京100081

[目的]我国现有的高速列车轴承故障监测和诊断多基于单一的温度或振动数据,单一的温度数据容易遗漏关键部件早期的故障信息,单一的振动数据较难对某些复杂耦合工况故障进行识别。因此,有必要结合温度与振动数据,研究温振特征融合的齿轮... 详细信息

[目的]我国现有的高速列车轴承故障监测和诊断多基于单一的温度或振动数据,单一的温度数据容易遗漏关键部件早期的故障信息,单一的振动数据较难对某些复杂耦合工况故障进行识别。因此,有必要结合温度与振动数据,研究温振特征融合的齿轮箱轴承故障诊断方法。[方法]为了确定VMD(变分模态分解)法的分解参数,引入加权峭度系数指标;结合LMD(局域均值分解)法和VMD法,提出一种新的处理轴承原始振动数据、提取故障特征的方法;基于改进的VMD法、LLE(局部线性嵌入)特征降维法和BP(反向传播)神经网络,提出一种温振特征融合的轴承故障诊断方法。以时域特征和温度特征作为输入,建立温振特征融合的轴承故障诊断模型。利用高速列车滚动轴承试验台,对国内某型高速动车组用齿轮箱轴承开展故障模拟试验,采集相关振动数据验证所提方法的有效性和可行性。[结果及结论]所提齿轮箱轴承故障诊断方法对齿轮箱轴承正常状态、外圈故障和滚动体故障的平均识别准确率均高于98%。

关键词：高速列车齿轮箱轴承变分模态分解

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强侧风环境下动车组运行安全主动控制方法

铁道科学与工程学报 2024年

作者：陈璨石怀龙刘佳宁张红卫北京交通大学机械与电子控制工程学院中国铁道科学研究院集团有限公司机车车辆研究所西南交通大学轨道交通运载系统全国重点实验室

针对高速动车组在受到侧风影响时出现异常振动和倾覆安全性问题，选取某型号高速动车组车辆，进行了不同风载作用下车辆动力学性能的分析，并提出了通过二系横向主动悬挂控制来抑制车体横向振动和确保倾覆安全性的方法。首先，建立高速... 详细信息

针对高速动车组在受到侧风影响时出现异常振动和倾覆安全性问题，选取某型号高速动车组车辆，进行了不同风载作用下车辆动力学性能的分析，并提出了通过二系横向主动悬挂控制来抑制车体横向振动和确保倾覆安全性的方法。首先，建立高速车辆主动悬挂系统的动力学与控制仿真模型，并考虑不同的风载荷计算模型。其次，分析不同风速、车速和风向角组合下车辆动态响应规律。在仿真研究中，设计了天棚阻尼控制律、加速度反馈PID控制律和滑模控制律三种控制方法，并比较分析了它们对车体横向振动和倾覆安全性的改善效果。研究结果显示：当车速达到300 km/h及以上时，轮轴横向力、轮重减载率等指标的变化更为敏感；而当车速不超过250 km/h时，倾覆系数的变化更为敏感。此外，随机风载荷对车辆动力学性能的影响大于帽子风载荷，并且两种模型下的平稳性指标存在显著差异。以平稳性指标为目标进行对比，PID控制律对帽子风激励下车体振动控制效果更为显著，而滑模控制律对两种风载激励均有明显改善效果，且对车速和风速具有良好的适应性。通过应用滑模控制律，车体横向振动加速度的最大值和均方根值分别降低了63.5%和58.5%，倾覆系数和车体侧滚角分别降低了35.4%和42.8%。研究结果对抑制车体横向振动和改善倾覆安全性方面具有重要指导意义。

关键词：动车组动力学侧风安全性主动悬挂运行平稳性