高寒地区高铁运用安全冗余及其转向架优配解决方案

为解决高寒地区高铁运用安全冗余问题,应用基于抗蛇行频带吸能机制的稳定新理论提出转向架优配方案．针对三大扰动或摄动影响,即蛇行振荡参振质量摄动、抗蛇行减振器性能摄动以及风荷侧向扰动,该转向架优配方案合理挖掘欧系车辆技术优势,因此高速列车具有十分理想的稳定鲁棒性能,经济时速可以达到350～380km／h．考虑到SACHS抗蛇行减振器的技术可靠性,高寒车最佳商业速度不得不降至300km／h．尽管如此,高寒车的运用必须是个积极稳健的推进过程,即由200km／h逐步提速,最终达到300km／h运用．     

添加水泥和石灰后黏土的矿物学变化

半干旱地区的轻型结构因频繁潮湿和干燥引起地下土壤膨胀而遭受损坏,使用水泥和石灰作为稳定剂是一种常见的补救办法。本文旨在通过X射线衍射法研究膨胀型黏土中加入石灰和水泥后的矿物学变化。X射线衍射分析表明,加入石灰后土壤矿物学并没有显著变化,而加入水泥会引起重大变化,甚至蒙脱石矿物的谱峰消失。研究发现,水泥的加入量与黏土中膨胀型矿物变化是成比例的。盖提夫黏土中添加6%水泥时膨胀型矿物减少至添加3%水泥时的一半。使用石灰稳定和改良土壤是因为黏土颗粒的絮凝,而使用水泥改良土壤是因为胶结键的形成和矿物结构改变。黏土颗粒的絮凝和胶结键的形成会导致黏土的最大干密度显著下降和黏土压实特性的变化。本文以同类的研究结果为指导,选择合适的黏土化学稳定剂及数量。     

高速转向架非线性稳定性及安全裕度对策

为了满足新一代高速转向架的安全稳定性裕度要求,在构架振动报警原因分析的基础上,提出了抗蛇行减振器软约束技术对策。运行稳定性分析是指包括临界速度和动态行为在内的综合评价。临界速度取决于轮轨匹配特征,其对轮轨接触及转向架的非线性变化也将产生非常敏感的影响。动态行为评价是按照相关标准规范要求进行的构架横向加速度等安全指标评价。尽管在超临界分叉下轮对小幅值蛇行,但是由于抗蛇行减振器具有高频卸荷机制,拖车转向架动态行为也有可能达到或超过安全限制。构架横向加速度频响对比分析表明：转向架蛇行振荡是其振动频响的主要谐振成份,可以采用抗蛇行减振器软约束方式加以控制。     

集装箱平车垂向振动问题及减振对策

为了解决集装箱平车垂向加速度偏大问题,从变摩擦悬挂特性出发提出了一个降低动态相对摩擦因子的减振对策.根据斜楔受力分析建立具有三维非线性的摇枕悬挂,由交叉支撑式三大件转向架和三箱重载柔性车体构成刚柔耦合整车模型.三角坑和轨道路谱激励的摩擦减振仿真对比表明:降低斜楔摩擦系数可以避免重载车况斜楔"卡滞"使摇枕相对运动顺畅,减少车体产生高阶弹性振动的可能性;一旦车体因轨道扭曲不平顺而产生侧扭模态振动,低摩擦摇枕悬挂也将有助于这一模态振动的能量释放,减小车体二阶垂向弯曲模态和高阶模态振动.由于高分子材料组合斜楔具有极好的摩擦稳定性,这一斜楔摩擦动态优化新理念可以进一步提高摇枕悬挂对轨道不平顺的适应性.     

大型刚柔耦合车辆动力学系统仿真研究

为缩减柔性体集成规模,满足约束作用精度要求,提出了一种体现柔性体约束运动特征的接口处理技术对策及其相应预载方法。特征约束模态体现了柔性体接口界面的主要静态变形特征．必须全部保留。为此,根据柔性体受力分析将复杂约束划分为主要约束和辅助约束。以最少的约束模态数目实现主要约束,利用弹性约束内力逼近辅助约束。按照具体的约束变形情况,在子结构模态求解之前,合理确定固有模态的截取。由于柔性体预载变形,刚柔耦合系统只能以部件或构件刚性耦合方式进行预载分析。D35钳夹车刚柔耦合仿真表明,上述技术对策的应用不仅得到了与动应力试验相吻合的内力分析结果,而且验证了其柔性体摩擦约束的稳定性。     

基于刚柔耦合仿真的集装箱车体振动疲劳分析

为了分析结构振动对疲劳寿命的影响程度,提出了一种基于刚柔耦合仿真的振动疲劳分析方法。利用柔性体接口处理技术对策（ITTS）,建立刚柔耦合系统模型,其中,柔性体在动约束作用下能够形成具有相关模态振动特征的弹性振动。应用基于子结构模态综合法（CMS）的动应力恢复方式,进行危险点动应力与模态振动的相关性分析和动应力变化的幅频统计对比,以确定疲劳性质及振动影响程度。结合集装箱平车垂向加速度偏大问题,利用两种柔性车体模型：模态质量和附着质量车体模型,确定了车体在斜楔摩擦粘-滑振动作用下形成了具有2阶垂向弯曲模态振动特征的弹性振动。根据危险点动应力的模态相关性分析和幅频统计对比,集装箱地脚的垂向纵向约束力是造成大幅值循环应力出现的主要原因之一,而结构振动对疲劳寿命的影响程度约为（20-25）%。     

基于轮轨弓网双耦合的高速受电弓横向减振技术对策

鉴于轮轨磨耗与碳滑板磨损双因素影响,构建了轮轨弓网双耦合仿真技术平台,深入研究了高铁车辆的刚柔耦合振动及其对高速受电弓局部高应力的影响。通过典型案例研究表明,高速受电弓存在高周疲劳问题,且有轮轨接触动力作用、碳滑板横向摩擦扰动和流固耦合效应3大影响因素。因此高速转向架的研制应该在统一规范的轮轨匹配条件下科学提升极限速度以降低轮轨接触动力作用。由于商业速度400km/h已接近极限速度,研制高速受电弓必须明确其轻量化设计基本原则,低阶横向弹性模态频率应大于等于12Hz。最后,以复杂约束和内力精准分析为研判高周疲劳的主要依据,提出新一代高速受电弓轻量化结构设计,利用"鸭蛋圆"联接结构形式合理分散上下臂铰接动荷,将高周疲劳转变为静强问题。     

ZYP型永磁吸盘及其工业应用

ＺＹＰ型重力开关式永磁吸盘主要是利用磁钢本身的吸力特性和吊钩升降的机械动作来装卸重物。它不仅克服了电磁吸盘存在的断电保护，磁滞及拖览作业等缺点，而且具有无电作业，无漏磁及抗外电磁干扰等特点，工业应用表明其性能稳定，吸盘关闭后无铁屑吸附，是冶金，造船与机加等行业经济实用的磁性起重器。     

大型凹底车刚柔耦合动态挠度分析

以DA37凹底车作为研究对象,建立了以凹底架和大小底架等多个柔性体形式的刚柔耦合整车模型。针对凹底架的初始状态稳定平衡问题,提出了大结构阻尼准平衡收敛方法,使重载凹底架准静态挠度的相对误差达到3.2%。为弥补试验数据的不足,通过多种刚柔耦合形式的仿真对比还进一步获得了在重物侧移500 mm严重偏载下大底架侧扭变形(0.26°~0.31°)。小半径曲线低速通过仿真对比表明:应当把内导向最小半径R300 m超高h0曲线通过作为车底最小轨面高度危险工况。根据超高对车底轨面高度抬高的有利影响,建议在最小半径曲线通过时应当有适当的超高量(20 mm~30 mm)。最后,多种正线运行仿真证明了重载凹底车惯性质量很大,车底不会产生强烈的位移振动。     

高铁运用经济速度与安全稳定裕度调控

高速晃车问题解决后京沪高铁安全运用已有1年多时间了。作为这次调控的跟踪研究,通过动态仿真、线路试验和构架动荷特征等多方面综合分析,可以确认抗蛇行软约束技术优越性,这是在中国高铁运用中首次自主进行安全稳定裕度调控的成功案例。面对高铁网络运用还必须认清目前存在的2个基本稳定问题：即转向架稳定裕度不充裕问题和高速列车稳定鲁棒性问题。这些稳定问题应当给予充分重视,因为功能元件性能持续稳定和结构部件疲劳安全是高铁网络运用的重要安全保障。转向架优配及其相应的经济速度是解决上述稳定问题的非常有效技术途径,其也体现了新一代高速转向架的3大稳定特征：即适度拓展速度空间系统优化构架动荷、有效抑制有害踏面磨耗的负面影响和更加强调高速列车稳定鲁棒性。