关键词： 轮轨摩擦控制   增粘材料   喷射装置   现车试验   应用效果  

摘要： 增大轮轨间的粘着以适应铁道车辆高速运行,改善列车通过小半径曲线性能,是待解决的课题.文中介绍日本已开发成功的改善轮轨间粘着的新技术,即用少量陶瓷颗粒为增粘材料并用喷射装置喷撒在轮轨间的方法.介绍了该喷射装置的应用效果、装车运用及实验数据的收集等情况.

关键词： 轮轨接触状态   数字图像处理   边缘检测   摄像机标定  

摘要： 本文介绍了一种应用CMOS(Complementary Metal-Oxide Semiconductor的缩写,称为电荷耦合器件)图像测量技术实现轮轨接触状态在线动态检测的方法。文章通过对轮轨接触状态相关知识的了解,结合我国轮轨接触状态检测的实际情况,提出了基于图像处理技术的轮轨接触状态测量方案,并规划和设计了系统的组成结构及检测流程。本系统重点在于图像采集、处理、分析部分。其中,采集部分包括光源投射方向设计、机械装置设计、摄像机参数设计、光源参数设计、光学系统参数设计,并进行了多次现场图像采集实验;图像处理部分,对数字图像处理算法进行了理论的分析、研究和探讨,并利用Visual C++和Matlab编程处理采集的轮轨接触图像,提取目标曲线,进行图像畸变校正、坐标变换等,对各种算法处理的结果进行了比较,选出最适合本系统的图像处理算法。 本系统以非接触式图像测量技术为基础,集光学技术、光电技术、数字图像处理技术和软件工程等多种先进技术于一体,可动态检测轮轨接触状态,并对轮轨接触异常做出自动判断,对铁路维护和行车安全等起到积极作用。 本文指出了设计中有待完善的地方,提出了相应的完善措施和方法。

关键词： 虚拟样机   轮轨动车组   磁浮动车组   性能仿真   主动控制  

摘要： 虚拟样机（VP）技术是复杂产品设计的一种新方法。论文首先给出了虚拟样机的定义和内涵,并对国内外虚拟样机技术的研究现状及发展趋势进行了综述。根据铁路机车车辆行业中典型的复杂产品——轮轨/磁浮动车组的技术复杂性,论证虚拟样机技术可以缩短轮轨/磁浮动车组的研发周期,最大可能地降低物理样机投资风险的可行性及紧迫性。 以虚拟样机的核心技术——性能仿真为切入点,论文从理论上论证了性能仿真与CAD技术相比可以为产品创造更多技术附加值。论文并依此构建了主要研究方向。 在虚拟样机性能仿真过程中,提高仿真置信度至关重要,而提高仿真置信度的关键却在于建模。论文针对机车车辆行业性能仿真中过分依赖仿真软件的错误倾向,将多年的性能仿真建模经验予以归纳、提炼和升华,总结了四项建模原则,即:能量等效替换原则;定性力学原则;主要矛盾原则;反馈原则。同时,还讨论了边界条件模型化以及如何发现模型中错误等技术问题。论文将这些建模原则及技术具体化,并应用于结构复杂的三个典型产品:时速210公里中空挤压铝型材的高速动车组;不锈钢点焊结构的城市轻轨动车组;中空挤压铝型材/夹层蜂窝板混合结构的中低速常导磁浮动车组。在这三个工程应用中,针对“点传力”的结构特点,提出了位移主—从建模思想;针对蜂窝夹层复合材料蜂窝尺寸极小的结构特点,提出了不丧失蜂窝材料基本功能的等效“大蜂窝”建模思想。三个产品物理样机的测试结果证明了上述建模原则及建模思想非常实用,论文并给出了具体的数据对比。 在动力学仿真方面,论文开展了刚-柔混合建模技术研究,不仅讨论了刚-柔混合建模算法,还讨论了刚-柔混合建模的关键接口技术。轮轨动车组的盘形制动实例给出了一个完整的刚-柔混合建模技术路线。 考虑到轮轨/磁浮动车组多学科交叉的技术特点,论文研究了性能仿真过程中跨平台工具软件仿真的协同与集成技术。基于液-固耦合的动车组水箱起皱机理分析,表明协同与集成是虚拟样机性能仿真的重要平台技术,为此,基于PDM技术管理模式,论文提出了轮轨/磁浮动车组性能仿真中间数据文件的协同管理框架。 由于主动控制已经成为不提高线路等级而提速的核心技术及未来趋势,也由于中低速常导磁浮动车组已对城市轨道交通带来了另一个极有经济、环保潜力,且又可行的新思路,因此,论文最后又开展了轮轨/磁浮动车组主动控制探索性研究。关于轮轨动车组垂向主动控制,论文针对跨平台工具软件算法中的积分步长不协调导致的输出偏差问题;ADAMS环境中控制器代码非光滑连续导致的高频成分误差问题;以及系统动力学线性化的速度敏感性问题,提出了基于模型移植的求解策略,并用工程实例验证了此项技术的实际意义。作为探索,又基于遗传算法对PID控制器三个参数进行了优化,从而提高了控制的平稳性。 关于中低速常导磁浮动车组,论文构建了包括磁间隙在内的磁浮车单转向架动力学仿真模型,并成功地解决了磁转向架防侧滚板的机械耦合问题。 在结论与展望一章,提出了论文的三个创新点,它们是: （1） 在复杂产品结构建模方面,针对点焊结构、铆焊结构的难点,提出了基于主—从关系的点传力建模技术;针对磁浮车蜂窝复合材料建模难点,提出了“大蜂窝”建模技

关键词： 铁路   轮轨摩擦   温升   热应力   有限元  

摘要： 随着铁路的高速化和重载化,轮轨工作环境日益恶化,其破坏也变得越来越严重。本论文根据轮轨间作用特点,从轮轨摩擦热响应的角度对轮轨关系作了研究。具体计算中使用改进的热流有限元分析软件TJ-2D和接触有限元分析软件JCM-2D,两个软件的结合可以用来计算轮轨间由摩擦引起的温度、热应力场分布。 首先,用热流边界条件模拟轮轨接触界面的摩擦热源,考虑轮轨间的非稳态热传导、轮轨自由表面与环境的热对流、热辐射的影响,建立轮轨滚动接触热耦合有限元计算模型,分析计算轮轨滚、滑工况下的摩擦温升;其次,以求得的轮轨温度场结果作为求解轮轨应力场的已知条件,轮载以集中力形式直接加载于轮心处,将摩擦温升引起的热载荷等效为假想体力和热边界面力,施加于相应的单元节点上,建立了轮轨热—机械载荷耦合作用的热弹性平面应力模型,分析热—机械载荷作用下的轮轨应力场。热弹性平面应力模型中的轮轨接触载荷可以根据二维Hertz接触理论确定,也可使用接触单元法来求解。 使用上述模型,本文着重分析了滚、滑动工况下轮轨摩擦温度场和应力场的分布特点;滑动工况下材料磨损、滑动速度等因素对温度场和应力场的影响;滚动工况下轮重、蠕滑率以及摩擦系数等因素对温度场的影响以及滚动速度对温度场和应力场的影响;接触表面不平顺对滚、滑工况下温度场的影响。分析结果显示:1)在滚、滑动工况中,轮轨摩擦热响应主要分布在接触表面大约2mm的深度范围以内,且随着深度的增加其影响越来越小;2)接触表面以下存在一个区域,其等效应力水平因热载荷的存在而减小,其分布深度随着热传导的进行不断增加;3)材料的磨损,即接触斑的不断扩大,对磨损过程中的温度场、应力场分布有较大影响,但对最终车轮稳态时的温度场、应力场分布影响很小;4)表面不平顺使得接触表面的温度分布出现振荡,从而使材料的局部工作环境较光滑表面时更加恶化;5)滚动工况下,摩擦热响应随着纵向载荷、蠕滑率以及摩擦系数的增大而增大;6)轮轨间的相对滑动速度越大,其热响应就越大。

关键词： 轮轨   曲线钢轨   固体润滑技术   铁道部   技术审查  

关键词： 轮轨激励声   导纳   固体声   功率谱密度   单片机  

摘要： 对于铁路交叉道口过往车辆行人的安全防护和铁路维修维护施工人员的人身安全保障问题,提前预报接近的列车是解决该问题较好的一种方法。目前国内外在短轨铁路上已研制多种预报列车接近的报警系统,主要是针对铁路中大桥、隧道、矿山等特殊地段,但是造价相对较高,并且难以适应我国现在的长轨铁路的要求。 本文依据对轮轨激励声和轨中固体声传播规律的研究,提出了一种利用测量钢轨中固体声变化来预报运行列车的方法,该方法不受长短轨的限制可以在我国铁路系统中推广使用。 1.车轮和钢轨的振动激励轮轨声。车轮的径向振动与钢轨的垂向振动耦合,根据Remington模型可以得到钢轨垂向振动速度的功率谱与轮轨表面粗糙度谱之间的关系,用导纳测量及频率扫描方法获得我国常用的60kg/m的钢轨垂向振动的特征频率值:一阶为150Hz,二阶为300Hz。钢轨的横向振动简化成棒振动模型来计算,根据两端固定棒的振动方程,计算出60kg/m钢轨的横向振动特征频率值:一阶为155Hz,二阶为310Hz。证明钢轨在低频段是整体振动。 2.轮轨激励声通过两个途径传播:一是向周围空气辐射的空气声;二是钢轨中传播的固体声。在空气中传播时近似于是在无限介质中的传播,且空气对声波的阻尼大,使得空气中的声能因扩散半径增大和阻尼的作用而衰减很快,另外空气中的干扰声源多,难以根据空气中的声来判断列车的驶近。固体声在钢轨中传播时,由于钢轨的形状尺寸固定而具有“波导效应”,通过计算其截止频率可以看出钢轨中不存在高次谐波,钢轨中传播的固体声频率是和轮轨激励源的频率一致,且钢轨对固体声的阻尼小利于固体声的远距离传播。钢轨的阻抗和空气阻抗相差很大,空气中的干扰声很难影响钢轨中的固体声。说明测量钢轨中的固体声可以获得列车的行使信息。 3.钢轨中固体声测量用的传声器和空气中声测量的传声器有区别,但

关键词： 车辆-轨道垂向耦合动力学   高频振动   轮轨接触   Euler梁   Timoshenko梁   模态叠加法  

摘要： 铁路运输的发展极大的促进了国民经济的进步。随着改革开放与经济的发展,铁路的高速化、重载化已经势在必行。为适应当前形势的发展,铁路进行了5次大提速。铁路的高速化及重载化,大大加剧了车辆-轨道系统的冲击与振动;同时,铁路噪声污染也日益严重,给乘客及铁路沿线居民的身体健康造成很大的影响。本文针对当前出现的问题,在高频范围内,对轮轨之间的相互动力作用进行了一些实质性的探讨。 本文运用车辆、轨道耦合大系统的思想,在车辆-轨道垂向耦合振动模型的基础上建立了车辆-轨道垂向耦合高频振动Timoshenko梁模型;并建立了车辆与轨道的振动微分方程。利用模态叠加法求出钢轨的振动响应,运用快速积分方法编制仿真程序。运用本仿真程序的仿真结果与基于Euler梁模型的仿真结果和Zhai在1996年的实验结果进行比较,验证了本程序的正确性。对脉冲激励如低接头、扁疤速度及位移激励、谐波等几种常见的不平顺激扰情况下,在截止频率为5000Hz时,对轮轨之间的动态响应进行仿真分析。并把仿真的结果与Euler梁模型的仿真结果进行比较分析。在预测具有高频成分的轮轨振动时,Timoshenko梁比Euler梁具有更好的高频特性;预测轮轨噪声时,Timoshenko梁更加适合。

关键词： 坐标测量机   非正交坐标系统   机构综合   铁路轮轨外形测量  

摘要： 坐标测量机（CMM）是由机构实现的柔性高精度测量设备。正交导轨机构实现的正交坐标系CMM,换算直观、简单;非正交导轨机构构成的非正交系CMM小巧便于携带,正在得到发展。随着我国重载和高速铁路的发展,轮轨关系研究、安全监测对轮轨几何测量精度与效率的要求不断提高,因此,研究非正交系CMM理论及轮轨外形测量技术具有重要意义。 论文在回顾经典CMM及多关节串联非正交系CMM的发展历程,介绍并联机构CMM以及轮轨外形测量技术研究现状的基础上,全面阐述了在非正交系CMM理论及应用方面的研究工作,其内容、方法与成果摘要如下: 1.论述了坐标测量法的数学原理与非正交系的实现;对CMM系统进行了功能分解和优化重组,论证了非正交系CMM的可行性;通过对多关节串联、并联机构非线性方程组的求解分析,研究了其可测性,同时讨论了机构的雅可比矩阵及其条件数的意义,为CMM的机构设计奠定了基础。 2.研究了非正交系CMM的测量准确性。讨论了机构制造误差的检定与补偿方法;对杆件的简单热变形、力变形以及关节角测量误差进行了量化分析,对多关节串联机构的分析和试验表明:利用两种姿势测量同一外形曲线,使两条曲线重合,可标定一个角度零位误差,多个误差可依次标定;对激光与电涡流位移传感器测量车轮外形的测量误差也进行了试验研究。 3.研究了测量机构的结构综合问题。在分析构型要素、方法,研究二维测量机构的基础上,提出了:①基于杆长测量的CMM并联机构方案,建立了测量模型,给出了位置正解与逆解,进行了测量空间和误差分析;②基于角度的三、六自由度测量机构方案,该机构适合小范围高速测量。 4.研究了非正交系CMM原理在轮轨外形检测中的应用问题。提出了三种测量装置机构方案:①基于角度测量的五连杆轮轨外形测量仪,进行了结构设计和误差分析,还给出了基于三角形边长测量的机构方案;②基于杆长测控的轮对几何参数自动测量装置;③一种基于角度测量的钢轨轨距、水平检测推车,其倾角测量采用了涡流阻尼结构。同时给出了全部测量模型。 5.研究了坐标测量系统的数据采集问题。讨论了增量光栅信号的四细分、可逆计数的实现方法,正弦信号的精密细分技术,设计了基于F2407的便携式数据采集系统,研究了电源消耗、USB接口及其两侧的编程、硬件接线、

关键词： 电机控制   三相异步电动机   转矩   驱动系统   运行试验   牵引电动机   线路   粘着   轮轨   原理  

摘要： 为了在轮轨间最大粘着状态下运行 ,三相异步电动机的转矩通常采用高动态方法进行控制。它以一种智能复合的与粘着有关的控制为前提。这是一种替代的原理 ,不是调节牵引电动机的转矩 ,而是产生一下降的转矩 转速特性。这将导致一种相当简单而可靠的控制。线路运行试验获得了很有效的结果。

关键词： 京沪铁路   最优化选择   磁悬浮   高速轮轨   时速200km快速轮轨  

摘要： 从中国 13亿人口的有效需求出发 ,汲取“铱星”通讯系统和超声速“协和”号飞机运营失败的教训 ,提出了新京沪铁路投资建设必须选择“最优化”而不是“最高速” ;在中长距离上 ,选择 8～ 12h旅行时间的“夕发朝至”列车具有最优化性价比 ;论述了中国铁路发展目标的最优化选择———时速 2 0 0km的电气化快速轮轨技术 ,符合幅员辽阔的中国现实社会经济基础发展的需要 ,符合中国的国情 ;分析了在能源危机日益深重的历史时代 ,时速 4 0 0km的“磁悬浮”和时速 30 0km的“高速轮轨”将造成国家难以承受的社会经济资源的巨大浪费和运营亏损。