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铁路货车钩舌检修数字孪生车间的研究与应用

计算机集成制造系统 2024年第7期30卷 2474-2485页

作者：杨康吴少培董志宇李国芳丁旺才兰州交通大学机电工程学院甘肃兰州730070

为了实现对铁路货车检修车间的实时透明管控,提高车间管理的信息化和智能化水平。首先,基于数字孪生技术,提出一种数字孪生检修车间六维模型,介绍了系统核心功能和开发流程,并详细阐述了数据采集及交换、三维可视化场景构建,被检对象生... 详细信息

为了实现对铁路货车检修车间的实时透明管控,提高车间管理的信息化和智能化水平。首先,基于数字孪生技术,提出一种数字孪生检修车间六维模型,介绍了系统核心功能和开发流程,并详细阐述了数据采集及交换、三维可视化场景构建,被检对象生成等全要素精准建模过程。其次,基于分布式MQTT构架的数据采集及交换的方法,建立多源异构数据流转节点的状态矩阵,利用嵌入式设备、采集卡、传感器,逻辑控制器与车间管控系统进行数据交换,结合检修车间设备、物料、产线等检修全过程动态模型,构建了虚实交互映射的检修车间数字孪生系统。最后,通过基于数据挖掘的钩舌检修跟踪、检修工艺甘特图等技术输出,展示了数字孪生关键技术在钩舌智能检修中的应用场景,验证了所提方法的有效性,同时为数字孪生在智能轨道交通中的应用提供参考。

关键词：数字孪生检修车间实时信息铁路货车

MBSE在动车组转向架失稳检测系统架构设计中的应用

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机械科学与技术 2024年第9期43卷 1615-1623页

作者：刘义鑫刘潇潇王保民车军李肇星兰州交通大学机电工程学院兰州730070 天津职业技术师范大学汽车与交通学院天津300222

针对传统的动车组转向架失稳检测系统研制过程中出现设计数据追溯性差、模型复用性低、难以保证设计信息一致性,以及缺乏系统整体设计理念等一系列问题,将基于模型的系统工程(Modelbased system engineering,MBSE)应用于动车组转向架失... 详细信息

针对传统的动车组转向架失稳检测系统研制过程中出现设计数据追溯性差、模型复用性低、难以保证设计信息一致性,以及缺乏系统整体设计理念等一系列问题,将基于模型的系统工程(Modelbased system engineering,MBSE)应用于动车组转向架失稳检测系统的设计。在Arcadia建模方法的基础上,结合功能定义分析方法对动车组转向架失稳检测系统进行架构设计:通过运行分析、系统分析、逻辑架构分析和物理架构分析4个层次建立其失稳检测系统“黑盒”到“白盒”的架构模型;通过识别功能、表达功能和评估功能3个环节对功能进行定义分析,并借助状态机仿真方式验证最终架构的逻辑正确性。研究表明:在动车组转向架失稳检测系统架构设计过程中,采用基于模型的系统工程方法建立的模型具有可追溯性和可复用性,可以在设计早期对系统进行整体设计,降低决策风险,对动车组转向架的研发有着积极的推动作用。

关键词： MBSE 动车组转向架失稳检测系统 Arcadia 功能定义分析方法

山地城市地铁牵引与制动工况下钢轨波磨成因对比研究

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表面技术 2024年第3期53卷 152-161页

作者：崔晓璐尹越徐佳漆伟杨红娟重庆交通大学机电与车辆工程学院重庆400074 重庆市轨道交通(集团)有限公司重庆401120 成都理工大学机电工程学院成都610059

目的探究山地城市地铁牵引与制动工况下的钢轨波磨成因。方法基于摩擦自激振动理论,结合山地城市地铁长大坡道区段现场调研,分别构建上坡牵引和下坡制动工况下车辆−轨道系统的动力学模型,对比研究长大坡道区段牵引与制动工况下车辆−轨... 详细信息

目的探究山地城市地铁牵引与制动工况下的钢轨波磨成因。方法基于摩擦自激振动理论,结合山地城市地铁长大坡道区段现场调研,分别构建上坡牵引和下坡制动工况下车辆−轨道系统的动力学模型,对比研究长大坡道区段牵引与制动工况下车辆−轨道系统的动力学特性。分别构建对应区段的轮对−钢轨−牵引系统和轮对−钢轨−制动系统的有限元模型,并采用复特征值法对比研究山地城市地铁牵引与制动工况下的钢轨波磨成因。采用最小二乘法和粒子群算法提出抑制长大坡道区段钢轨波磨的车辆−轨道参数的最优解。结果在轮对−钢轨−牵引系统中存在不稳定振动频率369.93 Hz,其复特征值实部为19.36。在轮对−钢轨−制动系统中存在不稳定振动频率443.92 Hz,其复特征值实部为4.9705。结论在牵引摩擦副与轮轨摩擦副的共同作用下产生的摩擦自激振动,在制动摩擦副与轮轨摩擦副的共同作用下产生的摩擦自激振动,分别是长大坡道牵引与制动区段钢轨波磨的主要诱因,且牵引区段发生的可能性高于制动区段。在制动工况下设置制动压力为5 kN,在牵引工况下设置牵引运行速度为80 km/h,并结合优化后的扣件参数,能有效抑制长大坡道区段钢轨波磨。

关键词：钢轨波磨摩擦自激振动复特征值牵引工况制动工况山地城市地铁

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CBTC与ATP/TD融合车载系统设计

城市轨道交通研究 2024年第8期27卷 294-298,303页

作者：徐旦黄雪兰陈先宽章丽萍绍兴职业技术学院机电工程与交通学院绍兴312085 浙江众合科技股份有限公司杭州310051

[目的]重庆轨道交通2号线为应对不断增长的客流需求,需要对先期开通的较场口—新山村段信号系统进行升级改造,根据业内专家建议,推荐采用CBTC(基于通信的列车控制)系统与ATP(列车自动防护)/TD(列车位置检测)两种通信制式共存并实现贯通... 详细信息

[目的]重庆轨道交通2号线为应对不断增长的客流需求,需要对先期开通的较场口—新山村段信号系统进行升级改造,根据业内专家建议,推荐采用CBTC(基于通信的列车控制)系统与ATP(列车自动防护)/TD(列车位置检测)两种通信制式共存并实现贯通运营。[方法]将独立车载系统与融合车载系统两套方案进行技术参数比选,提出兼容CBTC及ATP/TD两种制式的融合车载系统设计方案。考虑既有车辆车载设备安装空间并尽可能控制车载设备改造规模,保留位置检测机柜和ATP单元接收柜,新增VOBC(车载控制器)机柜代替原ATP单元控制柜,并对车载设备系统功能进行重新分配;对ATP/TD制式段驾驶模式重新设计,取消原有无地面ATP信号模式和限制人工驾驶模式;结合系统功能设计对融合车载系统与车辆接口进行重点改造;同时在CBTC制式段与ATP/TD制式段交接区改造一座车站作为驾驶模式切换站,在后期开通的新山村至鱼洞段采用ATP/TD制式,较场口至新山村段则采用CBTC制式。[结果及结论]融合车载系统方案可实现列车在CBTC和ATP/TD两种通信制式间平滑过渡,贯通运营,且方案实施的技术风险较低、改造工程投资较低。

关键词：重庆轨道交通2号线融合车载系统方案设计

激光重熔高锰钢的超声滚压强化及磨损性能研究

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中国激光 2024年第16期51卷 40-50页

作者：赵恩兰彭玉兴满家祥刘响杨海峰中国矿业大学机电工程学院江苏徐州221116 徐州工程学院机电工程学院江苏徐州221018

由于冲击载荷引起的动态霍尔-佩奇效应,高锰钢具有优异的形变硬化特性。研究高锰钢的激光重熔非均匀显微组织凝固原理及对超声滚压硬化行为的影响具有重要意义。对Mn13钢板表面先后进行激光重熔处理和超声滚压强化,通过扫描电子显微镜... 详细信息

由于冲击载荷引起的动态霍尔-佩奇效应,高锰钢具有优异的形变硬化特性。研究高锰钢的激光重熔非均匀显微组织凝固原理及对超声滚压硬化行为的影响具有重要意义。对Mn13钢板表面先后进行激光重熔处理和超声滚压强化,通过扫描电子显微镜、场发射电子探针显微分析仪和电子背散射衍射仪分析了激光重熔高锰钢的显微组织和凝固过程,通过维氏硬度计和摩擦磨损试验机研究了激光重熔高锰钢的非均匀组织对超声滚压硬化的影响。研究发现:由于激光重熔过程的高温度梯度和高冷却速度,凝固组织从上到下依次为较薄的等轴树枝晶和垂直于结合面生长的柱状树枝晶,枝晶间为小角度晶界,且存在Mn元素的偏析;激光重熔高锰钢的非均匀组织在超声滚压下具有孪生硬化行为,表面硬度和耐磨性均有较大程度的提高。因此,激光重熔技术在高锰钢的表面处理领域具有潜在的应用前景。

关键词：激光技术激光重熔高锰钢超声滚压孪生硬化磨损机理

被动式压力控制技术的高速列车车内压力计算方法研究

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铁道学报 2024年第9期46卷 28-37页

作者：梅元贵范崇勋兰州交通大学机电工程学院兰州交通大学甘肃省轨道交通力学应用工程实验室

现有采用被动式技术的高速列车车内压力计算方法，未考虑压力保护阀实际工作状态及鸭嘴孔的影响，不利于准确预测通过隧道时的车内压力。基于被动式压力保护阀开闭控制技术路线和空调鸭嘴孔开闭对车体气密性的影响特征，建立列车通过隧... 详细信息

现有采用被动式技术的高速列车车内压力计算方法，未考虑压力保护阀实际工作状态及鸭嘴孔的影响，不利于准确预测通过隧道时的车内压力。基于被动式压力保护阀开闭控制技术路线和空调鸭嘴孔开闭对车体气密性的影响特征，建立列车通过隧道时的车内压力计算方法。在采用一维可压缩非定常不等熵流动模型黎曼变量特征线法获得车外压力后，分析单列车通过短、中长、长、特长隧道情况下压力保护阀开闭特征，并对比分析单列车通过隧道情景下现有计算方法与本文方法预测车内压力变化的差异；结合压力舒适性标准限值分析车内压力舒适性指标值。研究表明：本文计算方法合理可行，不仅能更精确预测被动式技术的高速列车车内压力变化规律，而且为压力保护阀开闭控制技术制定提供切实可行的空气动力学优化依据。

关键词：高速列车隧道压力波车内压力被动式压力控制技术压力保护阀鸭嘴孔

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混合式教学助溶课程思政的路径探索

中国教育技术装备 2024年第9期 73-78页

作者：章丽萍张娜潘顺莉绍兴职业技术学院机电工程与交通学院浙江绍兴312016

课程思政是思想政治教育的新窗口,以课程思政改革实施过程中存在的现实问题为导向,借助混合式教学的优势,构建混合式教学助溶课程思政的教学模式。设计“1+N”育人理念,构建“1+2+2+N”的信息化应用模式,全过程、递进式、多角度实施思... 详细信息

课程思政是思想政治教育的新窗口,以课程思政改革实施过程中存在的现实问题为导向,借助混合式教学的优势,构建混合式教学助溶课程思政的教学模式。设计“1+N”育人理念,构建“1+2+2+N”的信息化应用模式,全过程、递进式、多角度实施思政育人,实现价值塑造、能力培养、知识传授有机结合,真正落实立德树人的根本任务。以“屏蔽门夹人应急处理”为例,通过“课前导与测”“课中学与做”“课后拓与研”三个课段,将知识、技能、素质集成于教与学全过程,较好地实现了教学目标。

关键词：课程思政混合式教学城市轨道交通

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H无穷大控制在电动汽车变速换挡的应用研究

机械设计与制造 2024年

作者：高攀杨志刚郑孟冬杨宗平重庆工贸职业技术学院智能制造学院重庆交通大学机电与车辆工程学院重庆航天职业技术学院航空机电工程学院重庆交通职业学院智能制造与汽车学院

针对电动汽车在换挡过程中的稳定性能，提出一种新型H无穷大换挡控制策略。在电动汽车变速器动力传动系统的结构和工作原理基础上，根据拉格朗日方程推导了动力传动系统的数学模型。考虑到外部负载变化、驱动电机转矩波动以及模型不匹... 详细信息

针对电动汽车在换挡过程中的稳定性能，提出一种新型H无穷大换挡控制策略。在电动汽车变速器动力传动系统的结构和工作原理基础上，根据拉格朗日方程推导了动力传动系统的数学模型。考虑到外部负载变化、驱动电机转矩波动以及模型不匹配等外部干扰的影响，在换挡过程中提出了一种鲁棒H无穷大控制器来减小车辆的抖动和离合器滑动能量损失。该控制器与传统PID控制器的对比仿真结果表明，两种控制器在无扰动情况下均表现良好，而在抗外部扰动方面，所提H无穷大控制器更能减少不确定性或干扰时的抖动和滑动能量损失，具有更优越的换挡鲁棒性能。

关键词：换挡控制双速变速器动力传动 H无穷大控制鲁棒性

科隆蛋扣件区段双重钢轨吸振器对钢轨波磨的抑制效果研究

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表面技术 2024年第5期53卷 41-51页

作者：崔晓璐张洪伟徐佳徐晓天杨红娟杨芙蓉重庆交通大学机电与车辆工程学院重庆400074 重庆市轨道交通(集团)有限公司重庆401120 成都理工大学机电工程学院成都610059 四川省交通医院成都610097

目的研究科隆蛋区段双重钢轨吸振器对钢轨波磨的抑制效果。方法首先,结合现场建立轮对-钢轨-吸振器系统的有限元模型。然后,基于摩擦自激振动理论,采用复特征值法与瞬时动态法对单重和双重钢轨吸振器的抑制效果进行对比。进而,采用谐响... 详细信息

目的研究科隆蛋区段双重钢轨吸振器对钢轨波磨的抑制效果。方法首先,结合现场建立轮对-钢轨-吸振器系统的有限元模型。然后,基于摩擦自激振动理论,采用复特征值法与瞬时动态法对单重和双重钢轨吸振器的抑制效果进行对比。进而,采用谐响应分析探究双重钢轨吸振器对钢轨波磨抑制效果提高的原理。最后,对双重钢轨吸振器的关键连接参数进行参数化分析,基于最小二乘法对其进行多参数拟合求最优解。结果轮轨系统有3个不稳定振动频率228.57、480.97、1181.60 Hz,单重钢轨吸振器对其的抑制效果分别达到了15.20%、100%、20.19%,双重钢轨吸振器对其的抑制效果达到了15.20%、100%、100%。双重钢轨吸振器调谐频率分别为183.64、473.62 Hz。对比参数优化前后,经过优化连接参数后的轮对-钢轨-吸振器系统的复特征值实部较小,为33.683。结论双重钢轨吸振器因其2个调谐频率能更好地抑制轮轨系统的多个不稳定振动频率,从而对钢轨波磨的抑制效果更好。减小连接刚度和增大连接阻尼能提高其对钢轨波磨的抑制效果。当双重钢轨吸振器的下质量块垂向刚度为22.7×107 N/m、上下质量块垂向刚度为1.856×107 N/m、连接阻尼为6 N·s/m时,能有效地抑制科隆蛋扣件区段钢轨波磨的产生。

关键词：钢轨波磨摩擦自激振动双重钢轨吸振器科隆蛋扣件参数优化抑制效果