摘要：空气泄漏是质子交换膜燃料电池(proton exchange membrane fuel cell,PEMFC)系统中常出现的一类故障,并且发生概率会随着系统运行时间的增加而逐渐增大,直接影响PEMFC的性能。为此,提出基于自适应滑模观测器(adaptive slide mode observer,ASMO)的容错控制策略。首先采用观测器实现泄露故障下流量重构,通过主动容错控制器调节空压机的供给流量,补偿泄漏的空气流量。同时,设计一种背压阀开度的迭代调节算法用于控制供气压力,保证稳定、合适空气供应,避免电堆出现“氧饥饿”现象。最后,基于模型在环平台对观测器以及容错控制策略进行验证与分析,结果表明:ASMO拥有比传统滑模观测器更好的收敛速度和估计精度;采用基于ASMO的容错控制策略后,系统能够在故障后恢复正常的空气供应,提高了系统整体可靠性。

摘要：为了追求更高的牵引速度及更强的运载能力,高铁车载牵引供电系统功率容量不断提升,现有牵引供电系统及关键设备需要应对更高频次、更大幅值的过电压冲击,如何保障列车在高速运行状态下牵引系统安全、可靠地运行是如今高速列车设计面临的重要技术挑战。详细调研了过电压导致牵引供电系统出现的典型故障,归纳了高速列车中过电压的种类及相关特性,目前主流的牵引供电方式包括采用带回流线的直接供电方式与自耦变压器(automatic transformer,AT)供电方式,均是单相交流供电制式。为了保障三相负荷平衡,防止系统中负序电流的产生,传输异相电流的相邻供电臂间通过绝缘分相区进行隔离。列车在驶过分相区时需要操作车载真空断路器(vacuum circuit breaker,VCB),分合闸过程中会产生剧烈的过电压冲击;此外,“弓-网”离线电弧及“轮-轨”滚动电弧频发,也伴随着过电压。通过调研目前已构建的牵引供电系统过电压特性仿真模型,探究了过电压的产生机理及传播规律;梳理了影响过电压特性的关键因素及抑制措施;明确了未来的研究重点,即“弓-网”及“轮-轨”燃弧过电压产生的机理和影响;“多车共臂”及“多车重联”工况下过电压的传播规律;展望了“源头-路径-终端”三位一体的过电压抑制方法。

摘要：传统优化设计受限于几何参数化和六面体单元生成困难等问题,优化过程繁琐,效率低下。为规范开发流程,提高优化设计效率,本文搭建以MOO(multi-objective optimization)系统为核心,集成了几何、有限元建模、数据处理以及代理优化等模块的自动化建模与优化平台。自动化建模模块以CAE为核心,基于三次样条函数构造特征截面和映射路径实现自动几何参数化建模,并在扫掠法和模型分解法的基础上,提出基于多截面扫掠法的六面体网格自动化生成方法;此外,在常规基于代理模型的优化流程上,通过数据转换和处理算法实现从数值计算结果提取到代理优化的自动化。研究结果表明:该平台能建立具有较小几何误差和高质量单元的有限元模型,结构耐撞性指标整体上有一定提升,可以显著地提高优化工作流程的效率。

摘要：车辆转向架是轨道交通车辆的重要组件之一,它作为车辆的重要组成部分,起着承载和牵引等重要作用。随着轨道交通行业的快速发展,对于转向架关键部件的检测需求也越来越高。为了确保转向架的安全性和可靠性,开发一套面向转向架检测的智能手持系统具有重要的实际意义。为此,笔者设计了一种面向转向架检测的智能手持系统,是一种人工扫描和拍照转向架各个关键部件便携式手持仪,采用非接触式图像处理技术,实现关键部件的识别与缺陷等异常监视与预警。实验结果显示,面向转向架检测的智能手持式系统的表面状态识别率达到了80%,关键部件缺失识别率达到了95%,缝隙及厚度检测精度达到了±0.5mm,直径检测精度达到了±0.5mm,误报率低于1%,取得了良好的应用效果。

摘要：本研究旨在基于Smith-Goodman方法,对铁路列车用耐候钢腐蚀深度(90%、80%、70%、)与疲劳强度之间的关系进行对比研究。耐候钢作为一种具有良好抗腐蚀性能的特殊钢材,在铁路列车制造中被广泛应用。然而,腐蚀会导致钢材表面产生深度不同的损伤,可能对其疲劳强度产生影响。因此,有必要评估腐蚀深度和疲劳强度之间的关联,并为材料选择和设计提供指导。 针对腐蚀后的样品,进行了疲劳试验。使用适当的疲劳试验机或设备施加周期性载荷,并记录每个阶段的循环次数和应力水平。同时,测量并记录了在不同腐蚀深度下的疲劳强度数据。基于Smith-Goodman方法,通过对比分析腐蚀深度与疲劳强度之间的关系,结果显示,随着腐蚀深度的增加,耐候钢的疲劳强度逐渐降低。腐蚀导致的损伤在一定程度上削弱了钢材的抗疲劳能力,增加了断裂风险。这一研究成果为铁路行业在材料选择、设计优化和维护策略方面提供了重要的参考,有助于提高铁路列车的可靠性和安全性。本研究还为相关领域的研究和实践提供了一定的理论和实际意义。

摘要：悬浮控制系统作为中低速磁浮列车的核心子系统,其可靠性和容错能力对于列车正常运行至关重要。为提高悬浮控制系统容错能力,通过分析工程应用中的悬浮控制系统故障数据设计了一种处理器模块冗余、电源冗余以及悬浮传感器冗余相结合的悬浮控制系统方案,通过软、硬件设计搭建了新方案的样机实物并进行了初步测试。处理器模块采用双机热备冗余,电源采用双路DC24V冗余,悬浮传感器采用二乘二取二冗余。其次运用马尔可夫理论建立了悬浮冗余控制系统的可靠性模型,对系统进行可靠性分析,研究故障率、故障检测率对悬浮冗余控制系统可靠性的影响,将悬浮冗余控制系统与常规悬浮控制系统的可靠性进行对比分析。并通过Simulink和Stateflow建立主从切换状态机模型和主从切换控制系统模型,实现了逻辑仿真。研究结果表明,在悬浮控制系统生命周期内,本文提出的悬浮冗余控制系统方案相比于常规悬浮控制系统的可靠性提高了50%,提升主模块的故障检测率和降低各单元的故障率均能有效提升悬浮控制系统可靠性。在制定合适的故障检测和切换控制策略前提下,双机热备冗余设计的悬浮控制系统相比于常规悬浮控制系统更具可靠性,是提升悬浮控制系统可靠性和容错能力的有效措施,适合在中低速磁浮列车上推广应用。

摘要：由于高速列车的不断提速,接地系统迎来了全新的挑战。当列车与轨道之间发生相对运动时会产生加剧接地回流现象,导致列车车体电位升高,造成轴承和接地碳刷、绝缘节、车载传感器等异常甚至损坏等问题。针对目前高速列车存在的接地回流和车体电位的问题以及高速列车接地系统二维模型无法基于径向参数的基础上对同一车轴左右两侧电位进行仿真分析等存在的不足,当前有必要对高速列车综合接地系统进行更为完善的三维建模,并对接地系统的接地方式和接地参数等进行优化分析,以达到抑制接地电流和降低车体电位的目的。首先,基于RCL测试仪对车体的阻抗和感抗参数以及车体尺寸实际参数等实测数据及理论分析,在充分考虑各方面影响因素的前提下,分别从牵引变压器、接触网以及高速列车车载变压器、高压电缆、车体等方面,完成了高速列车综合接地系统三维电路模型的构建;同时,结合列车经过吸上线工况下的动态接地回流试验与高速列车升弓和闭合VCB的静态过电压测试试验,将仿真结果同实测结果进行对比,验证了三维模型的可靠性;最后,基于三维仿真模型,对接地系统的径向参数及保护接地和工作接地的三维分布进行优化设计,优化后,流过列车各保护接地的接地电流均有不同程度的降低,分布更加均匀,同时车体电位也在安全限值内。

摘要：针对高速列车制动系统在列车低运行速度、强制动盘/片摩擦作用时存在的制动尖叫噪声问题,设计了一种三明治阻尼结构以实现制动尖叫噪声的抑制以及摩擦自激振动能量的收集。在自主研制的高速列车制动性能模拟试验台上开展制动摩擦学试验,并基于该试验装置开展摩擦块磨损及瞬态动力学分析,研究三明治阻尼结构对摩擦块表面磨损、制动界面接触及制动系统动力学行为和输出电压特性的影响。结果表明,三明治阻尼结构能够有效抑制制动摩擦振动噪声并显著影响其产生和演变,且依托自身良好的变形能力将制动摩擦振动能量转换为电能;三明治阻尼结构能够显著减小摩擦块的偏磨角度,改善摩擦块表面摩擦磨损特性和制动界面接触行为,减少制动摩擦热的产生和聚集;三明治阻尼结构良好的弹性变形能力可实现制动盘与摩擦块接触状态的实时调整,进而建立稳定的界面接触关系,使得摩擦块表面均匀磨损且整体处于滑动摩擦状态,最终实现了制动系统摩擦自激振动的有效抑制。

摘要：高速列车独特的轮轨耦合移动接地系统在其行车安全方面起到关键作用,不合理的接地设置无法有效降低车体暂态过电压幅值,会造成设备绝缘击穿,同时,窜入车体的环流会恶化车载设备、轴承的电磁环境,车载设备与人员安全也需要得到充分保障。因此,对高速列车的移动接地系统性能研究,需要兼顾接地电流与车体过电压两项重要指标进行优化改进,服务于提升动车组长期的服役性能。以吸上线区间和电分相区间的“车-所-网”供电和回流系统为例,对动车组车载设备进行参数测量,对“车-所-网”供电系统进行等值计算。基于车载关键设备的实测阻抗参数,构建“车-轨-网”牵引供电系统的等效电路模型,研究车载牵引供电系统高压侧操作过电压特性以及车体过电压的传播规律,解析列车接地系统对车轨环流及车体过电压分布的影响机制,并结合接地回流及车体过电压两方面指标,对比不同接地阻抗参数及布局方式对车体过电压与车轨环流的影响规律。最终,获得一套基于调整电阻、电感以及接地方式的平衡了电压与电流的优化方案。

摘要：城市轨道交通列车出厂上线运营前,需要在专用动态调试试验线上经人工操作开展各项动态运行试验,确保列车的牵引、制动及其他子系统能够安全、可靠地工作。在调试过程中,因人工操作失误、软硬件系统自身故障等导致的列车未能及时(精准)停车等安全问题,不仅会影响列车的试验计划与交付周期,严重时甚至会造成不同程度的经济损失以及不良的社会影响。为应对以上问题,文章针对动调试验线路的列车试验场景,研制出一套基于高精度定位装置的城市轨道交通车辆辅助安全控制系统,以确保待检列车的动态调试试验能够安全、有序的开展。