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动车组牵引电机轴承超温故障原因分析及优化措施研究

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铁道学报 2024年第2期46卷 56-62页

作者：吴国栋沙淼单巍任广强中国国家铁路集团有限公司北京100844 中车长春轨道客车股份有限公司吉林长春130000

针对某平台动车组牵引电机频繁出现轴承超温报警故障问题,展开轴承超温故障原因分析。根据润滑脂过温劣化和轴承电腐蚀两类故障特征现象,判定轴承超温由轴间功率分配不平衡、轴电压过大和轴承绝缘抗击穿能力低导致。研究各轴电机功率分... 详细信息

针对某平台动车组牵引电机频繁出现轴承超温报警故障问题,展开轴承超温故障原因分析。根据润滑脂过温劣化和轴承电腐蚀两类故障特征现象,判定轴承超温由轴间功率分配不平衡、轴电压过大和轴承绝缘抗击穿能力低导致。研究各轴电机功率分配差异、动车组接地方式、轴承绝缘涂层厚度等影响因素,明确轴承超温故障产生原因及机理。结果表明,车控驱动的动车出现轮轴滑行或空转时,会导致其他轴电机过载升温加速润滑脂老化;由分合闸过电压产生的牵引电机轴电压与接地位置和回路参数相关,不同位置接地方案下轴电压的差异最高可达到两倍;在较高轴电压下,轴承绝缘涂层厚度不足会导致绝缘击穿,造成轴电流对轴承的损伤,最终导致轴承异常磨损超温。为防止轴承超温故障频繁出现,提出TCU控制逻辑优化、整车接地方式优化及绝缘涂层厚度优化等措施,为列车安全运行提供有效的优化方案。

关键词：动车组牵引电机接地方式电蚀轴承

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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基于热阻模型的铝合金城铁车辆K值计算方法

城市轨道交通研究 2024年

作者：王云霄于会龙谭文才中车长春轨道客车股份有限公司磁浮研究所中车长春轨道客车股份有限公司基础研发部

基于铝合金城铁车辆围护结构的特点，对车内外空气之间的传热过程建立热阻模型。该模型将传热方向上除车内外对流热阻、车体热阻和隔热材料热阻之外的全部热阻归为一个“简化热阻”，达到了将整车复杂的三维传热过程简化为一维传热模型... 详细信息

基于铝合金城铁车辆围护结构的特点，对车内外空气之间的传热过程建立热阻模型。该模型将传热方向上除车内外对流热阻、车体热阻和隔热材料热阻之外的全部热阻归为一个“简化热阻”，达到了将整车复杂的三维传热过程简化为一维传热模型的目的。介绍了两种计算方法：方法一采用源自现有全体样本的修正系数对计算结果进行修正，准确度可达7%以内；方法二基于本谱系车辆已知的“简化热阻”数值开展计算，准确性可达1%以内。然而上述数据是基于有限样本得到的，因而有必要继续积累仿真和试验对比数据。由此开发出了应用程序，提高了工作效率。

关键词：轨道客车传热系数 K值

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城市轨道车辆架控制动装置故障及可靠性研究

铁道机车车辆 2024年第1期44卷 150-156页

作者：孟繁辉尚小菲高靖添马永靖曲志及杨东中车长春轨道客车股份有限公司长春130062

制动控制装置是制动系统的核心部件,其故障情况直接影响地铁车辆运营的可靠性和安全性。文中针对应用相对广泛的架控制动装置,从结构原理分析其故障影响,并通过对既有分布在6个城市的12个地铁列车项目近3年的故障数据进行分析,确定故障... 详细信息

制动控制装置是制动系统的核心部件,其故障情况直接影响地铁车辆运营的可靠性和安全性。文中针对应用相对广泛的架控制动装置,从结构原理分析其故障影响,并通过对既有分布在6个城市的12个地铁列车项目近3年的故障数据进行分析,确定故障分布和故障影响,并开展可靠性计算。同时对典型故障从设计、制造多角度进行分析,为提升架控制动装置的可靠性和安全性提出了解决措施。

关键词：城市轨道车辆架控制动控制装置可靠性研究

无温度传感器下地铁车辆制动电阻温度在线监测方法

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城市轨道交通研究 2024年第7期27卷 231-236页

作者：王树宾中车长春轨道客车股份有限公司长春130062

[目的]为实现无温度传感器下地铁车辆制动电阻的实时温度监测,提出一种无需额外安装传感器的新型制动电阻温度估算方法。[方法]对制动电阻结构和散热过程进行分析,建立由制动电阻单元及其冷却域构成的控制体温度模型,基于能量守恒定律... 详细信息

[目的]为实现无温度传感器下地铁车辆制动电阻的实时温度监测,提出一种无需额外安装传感器的新型制动电阻温度估算方法。[方法]对制动电阻结构和散热过程进行分析,建立由制动电阻单元及其冷却域构成的控制体温度模型,基于能量守恒定律与牛顿冷却定律构建制动电阻单元温度及控制体内冷却空气平均温度方程组,根据制动电阻阻值与温度的关系不断更新制动电阻发热功率并迭代计算,得到制动电阻的实时温度。通过有限元热仿真得到稳态和瞬态下的制动电阻温度分布,对新型制动电阻温度估算方法进行验证。[结果及结论]基于直流牵引网电压与斩波电路占空比计算制动电阻发热功率,无需额外安装传感器,可实现对硬件的纯软件替代。该方法与制动电阻温度估算算法相结合,提高了制动电阻温度估算的可靠性。新型制动电阻温度估算方法得到的制动电阻温度与基于Fluent软件的热仿真结果基本一致,其相对误差在可接受范围内,证明了该估算方法的有效性。制动电阻温度实时估算方法可实现制动电阻温度在线监测,并根据实时监测的制动电阻温度值调节地铁车辆电制动力指令值,提高牵引传动系统的可靠性及安全性。

关键词：地铁车辆制动电阻温度在线监测散热分析发热功率计算有限元热仿真

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转向架轴端接地端子裂纹原因分析及解决措施

城市轨道交通研究 2024年第2期27卷 226-229页

作者：聂显鹏宋庆伟李春来王绪英徐石磊王晗杨壮中车长春轨道客车股份有限公司长春130062

[目的]由于地铁运营线路条件的不断变化,轮轨之间的异常振动情况时有发生,这将会导致转向架轴端的悬挂部件断裂,影响列车运行安全。因此,需要针对轴端悬挂部件的断裂机理进行研究。[方法]以某线路地铁列车转向架轴端接地线缆的接地端子... 详细信息

[目的]由于地铁运营线路条件的不断变化,轮轨之间的异常振动情况时有发生,这将会导致转向架轴端的悬挂部件断裂,影响列车运行安全。因此,需要针对轴端悬挂部件的断裂机理进行研究。[方法]以某线路地铁列车转向架轴端接地线缆的接地端子为例,通过线路测试及数据分析,分析了接地端子的断裂原因,提出了错频设计的解决措施,并通过线路试验验证了所提解决措施的可行性。[结果及结论]所提解决措施可使接地端子处的应力由90 MPa降至约30 MPa,显著改善了接地端子的受力状态,提高了接地端子的疲劳寿命。

关键词：地铁转向架接地端子

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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DFD-DBSCAN的高速列车电池组多故障诊断方法

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铁道科学与工程学报 2024年

作者：向超群席振左明洁毕福亮成庶于天剑中南大学交通运输学院中车长春轨道客车股份有限公司

高速列车电池作为备用电源，被广泛应用于辅助供电系统以维持高速列车控制系统的正常运转，其可靠性涉及行车安全。列车频繁起停、频繁加减速以及震动等多种复杂运行环境易导致电池单体故障和连接故障。为了保证高速列车的安全运行，高... 详细信息

高速列车电池作为备用电源，被广泛应用于辅助供电系统以维持高速列车控制系统的正常运转，其可靠性涉及行车安全。列车频繁起停、频繁加减速以及震动等多种复杂运行环境易导致电池单体故障和连接故障。为了保证高速列车的安全运行，高速列车电池组的状态检测与多故障诊断研究备受关注。目前针对高速列车电池组的多故障诊断方法尚属空白的问题，提出了一种基于改进离散弗雷歇距离（Discrete Fréchet Distance，DFD）和自适应密度聚类（Density-Based Spatial Clustering of Applications with Noise，DBSCAN）的高速列车电池组的实时多故障诊断方法，以准确识别电池组的连接故障和单体故障。该文以高速列车电池作为研究对象，通过设计适用于高速列车电池组的电压交叉测量方法，使得电池电压和连接板电压与不同的电压传感器相关联，并通过DFD算法对电池组的故障特征进行提取，将电压偏移率与DFD共同作为故障诊断模型的参数输入以提高算法的鲁棒性与可靠性，接着引入DBSCAN算法自动对故障诊断并定位。为了保证算法的实时性，利用基于滑动窗口的遗忘机制实时地对采样数据进行诊断。通过实验对所提出的方法进行了验证，结果表明该方法可及时有效地诊断电池组的单体故障与连接故障并准确定位，弥补了高速列车电池组多故障诊断方法研究的缺失，对提高轨道列车的行车安全具有工程实用意义。

关键词：高速列车电池组故障诊断弗雷歇距离 DBSCAN算法

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三电平辅助变流器寿命优化控制

铁道科学与工程学报 2024年第1期21卷 328-341页

作者：向超群杜京润孙士杰李佳怡范子寅于天剑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

辅助变流系统是动车组车辆上关键的电气组成部分,主要为空调机组、风机、照明等交流负载提供稳定的三相电源。结温是影响动车组三电平辅助变流器IGBT(Insulated-gate Bipolar Transistor)模块寿命的主要因素。为了提高动车组三电平中点... 详细信息

辅助变流系统是动车组车辆上关键的电气组成部分,主要为空调机组、风机、照明等交流负载提供稳定的三相电源。结温是影响动车组三电平辅助变流器IGBT(Insulated-gate Bipolar Transistor)模块寿命的主要因素。为了提高动车组三电平中点钳位(Neutral-Point Clamped,NPC)型辅助变流器寿命,提出一种降低结温的模型预测电流控制(Model Predictive Current Control,MPCC)策略。首先,考虑传统MPCC在每个采样周期需要代入27个电压矢量循环计算,计算量较大,因此将三电平基本电压矢量划分在间隔60°的6个扇区中,通过计算电压矢量在两相静止坐标下的相角,进而判断参考电压矢量所处扇区,将备选矢量数目从27缩减至10,减少了计算量;其次,传统MPCC直接应用于动车组辅助变流器会使IGBT模块的结温较高,老化速度加快,对变流器安全稳定运行产生不可预测的损害,本文对IGBT模块的开关损耗和导通损耗进行近似等效,得到了和集射极电压、集电极电流相关的功率损耗因子。通过预测每相电流的方向,进而预测IGBT模块的开关和导通情况,动态加入功率损耗因子,并在代价函数中约束每相IGBT及其续流二极管(Free Wheeling Diode,FWD)的功率损耗,使得最优电压矢量在降低功率损耗的同时保证一定的控制性能。通过仿真与实验验证,本文所提方法相比传统MPCC策略降低了功率器件的结温,提高了变流器寿命。

关键词：三电平中点钳位型辅助变流器功率损耗模型预测电流控制损耗因子变流器寿命