最新刊期
      2021 年 第 4 期

        铁道机车车辆

      • 李国栋,崔利通,王文华,李晓峰
        2021(4): 1-7. DOI: 10.13890/j.issn.1000-128x.2021.04.001
        摘要：兰新铁路客运专线地处我国西北地区，高温、严寒和多风沙的自然环境对高速动车组安全可靠运营提出较高的要求。动车组以200 km/h的速度运行时车辆状态良好，当提速至250 km/h后动车组的动力学指标（如构架横向振动加速度和横向平稳性）明显恶化，在局部区段接近相关标准要求限值。文章从车轮磨耗、实际轮轨匹配关系和运用环境角度出发，利用仿真分析和振动测试的方法分析引起车辆动力学性能恶化的原因，并通过改善钢轨廓形、优化悬挂参数和调整车辆运行交路提高车辆横向运行稳定性，解决动车组提速后出现的动力学问题。  
        关键词：动车组;车轮磨耗;钢轨廓形;动力学;横向稳定性;轮轨匹配;仿真;高速铁路   
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        发布时间：2021-12-09
      • 景安洲,阳光武,肖守讷,杨冰,朱涛
        2021(4): 8-13. DOI: 10.13890/j.issn.1000-128x.2021.04.002
        摘要：选用橡胶本构方程Mooney-Rivlin模型，基于LS-Dyna软件分析转向架用牵引橡胶堆的承载性能，得到在纵向、横向和垂向载荷作用下的“力-位移”曲线（即橡胶堆的三向刚度），仿真结果与试验测试结果吻合程度良好，相对误差在10%左右，验证了此仿真计算方法的准确性。通过比较在纵向位移下不同硬度对橡胶堆稳定性的影响，发现牵引橡胶堆硬度为48 HA时的临界失稳纵向位移为35.2 mm，硬度为46 HA时其纵向承载能力最优；不同的安装方位对牵引橡胶堆失稳形式影响较大，建议牵引橡胶堆采用短边与工装长边平行排列的安装形式。  
        关键词：转向架;橡胶堆;三向刚度;硬度;安装方位;失稳临界值;有限元;仿真   
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        发布时间：2021-12-09
      • 汪群生,曾京,成元辉,高浩,施以旋
        2021(4): 14-19. DOI: 10.13890/j.issn.1000-128x.2021.04.003
        摘要：为研究有轨电车小半径曲线的通过性能，首先推导了自由轮对通过曲线的运动方程，从理论的角度分析了轮轨接触摩擦因数、轨距和曲线半径等关键参数对曲线通过性能的影响；然后以五模块低地板有轨电车为例，建立动力学仿真模型，并通过试验验证了模型的准确性；最后从轮轨润滑、轨距加宽和曲线半径的角度分析了有轨电车小半径曲线通过性能的变化规律。研究结果表明，轮轨润滑可以显著提高有轨电车小半径曲线的通过性能，各项安全性指标均出现明显改善；轨距加宽对有轨电车小半径曲线通过性能有一定的影响，并且存在合理的取值范围；曲线半径对曲线通过性能影响明显，曲线半径增大不仅可以降低车辆的各项安全性指标，还可以提高车辆的通过速度。  
        关键词：有轨电车;小半径曲线;曲线通过性能;运行安全性   
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        发布时间：2021-12-09
      • 许万涛,唐兆祥,陈争,迟鹏飞,辛状状
        2021(4): 20-25. DOI: 10.13890/j.issn.1000-128x.2021.04.101
        摘要：针对CRH6F-A/CRH6A-A短编组城际动车组重联运行时不能满足国内部分线路分相区长度要求的问题，研究了短编组动车组重联过分相控制方法，提出了重联单弓过分相控制策略，设计了一种用于受电弓快速降弓的阀板，并通过试验测试在不同运行速度下其升弓/降弓性能，包括过分相升弓/降弓过程中受电弓的信号响应速度、升弓/降弓时间和距离、升弓/降弓时的燃弧性能等。试验结果表明，短编组动车组重联单弓过分相控制技术可行，动态升弓/降弓时弓网燃弧率低，对网线冲击小。该控制方法克服了短编组动车组重联运行受分相区长度限制的影响，实现了短编组动车组的灵活运营，可有效缓解人流高峰期的客运压力。  
        关键词：短编组;动车组;重联;过分相;高速铁路   
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      • 王红兵,李国芳,胡元杰,张议,丁旺才
        2021(4): 26-33. DOI: 10.13890/j.issn.1000-128x.2021.04.102
        摘要：为了研究车轮扁疤对高速列车轮轨接触蠕滑特性的影响，基于多体动力学理论和滚动接触简化理论，建立考虑轮对柔性的刚柔耦合车辆动力学模型，分析车轮扁疤参数变化对高速列车轮轨力和蠕滑力等特性的影响，并结合轮重减载率和轮轨垂向力指标得到车轮扁疤长度的安全限值。结果表明：考虑轮对柔性能更好地反映轮轨接触状态；在轮轨滚动接触过程中，车轮扁疤过长会导致轮对发生跳轨现象，严重时导致车辆脱轨，应及时根据扁疤长度限值镟修轮对；结合轮重减载率和轮轨垂向力制定车轮扁疤长度安全限值为27 mm，该限值可以更有效地保障高速列车安全运行。  
        关键词：高速列车;刚柔耦合;车轮扁疤;轮轨接触;蠕滑力   
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      • 岳鹏,马森,李国芳,雷银亮
        2021(4): 34-41. DOI: 10.13890/j.issn.1000-128x.2021.04.006
        摘要：为提高车辆系统振动响应的计算精度，基于刚柔耦合动力学理论，将轮对、构架和轨道均考虑为柔性体，建立了考虑多柔性因素的车辆-轨道耦合动力学模型，对比分析了轮轨间动态作用的振动特性，研究了多柔性因素下的轮轨接触动态性能和运行平稳性能。结果表明：多柔性因素下，车轮振动加速度在垂向上有较大变化，柔性部件的横向运动出现“错位”；各项动力学指标均有变化；车体加速度在垂向上最大增幅为36.7%，而横向上却与线路半径有一定的关系；横向上，多柔性因素下车体Sperling指数降低，降幅为9.5%，而垂向上该指数却增高16.6%。  
        关键词：多柔性因素;柔性轮对;柔性轨道;刚柔耦合动力学;高速列车;钢轨;有限元分析   
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      • 韩辰辰,苏浩,孙洁
        2021(4): 42-47. DOI: 10.13890/j.issn.1000-128x.2021.04.100
        摘要：车辆系统蛇行运动的2种典型形式是一次蛇行和二次蛇行，又被称为车体蛇行和转向架蛇行。当车辆发生一次蛇行时，车体左右晃动幅度较大，影响车辆运行的平稳性以及乘客乘坐的舒适度。文章利用SIMPACK软件建立了300 km/h整车非线性动力学模型，仿真车体一次蛇行失稳情况；结合非线性振动系统的频率俘获原理，研究发现车体一次蛇行是由于在行车过程中转向架的蛇行频率被车体的蛇行频率俘获所引起的。通过改变车辆系统的一系定位刚度，从而改变同等运行速度下转向架的蛇行频率，避开了车体的频率俘获区间，可有效抑制一次蛇行，提高车辆运行稳定性。  
        关键词：高速动车组;一次蛇行;频率俘获;一系定位刚度;非线性动力学模型   
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      • 周橙,雷昆来,孙代涛,池茂儒
        2021(4): 48-53. DOI: 10.13890/j.issn.1000-128x.2021.04.008
        摘要：为了促进低地板轻轨列车发展，扩大独立轮对的应用范围，进行独立轮对导向发展现状与永磁同步直驱电机应用趋势综述。导向是限制独立轮对应用的主要问题，通过对导向原理的分析，将提高导向能力主要策略分为车轮转速耦合导向与主动控制导向两类。目前车轮转速耦合应用较为广泛，如Alstom的横向耦合方式与Siemens的纵向耦合方式等。主动控制导向为独立轮对导向发展趋势，可以获得更优的导向能力，目前有转速控制方式在Adtranz车辆上得到应用。在主动控制导向中，转速控制无需附加作动装置，更加易于实现，但同时需对电机的布置和选型等需要综合考虑。由于无需减速环节，易于实现低速大扭矩运行，通过永磁同步直驱电机实现转速控制，成为了城市轻轨低地板列车未来的发展方向之一。  
        关键词：低地板列车;城市轨道交通;独立轮对;导向控制;永磁电机;直驱   
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      • 姚苏明,王文,黄明惠
        2021(4): 54-59. DOI: 10.13890/j.issn.1000-128x.2021.04.009
        摘要：为适应中国铁路运输的发展需要，HXD2型八轴货运电力机车技术提升以自主设计为主，在既有HXD2型电力机车研制和运用的基础上进行再创新设计。依托近年机车标准体系和简统化等方面形成的最新技术成果，对机车在重载适应性、简统化与互联互通、可靠性、技术升级换代和修程修制改革适应性等方面进行一般性技术改进，进一步优化HXD2型八轴货运电力机车性能。通过该项目的实施，实现八轴货运电力机车的技术提升，实现交流传动机车的既有技术升级和国产化率提高。  
        关键词：HXD2型;电力机车;八轴;货运;技术提升;重载铁路;仿真   
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      • 谷祥帅,贺燏,李龙,袁文辉
        2021(4): 60-63. DOI: 10.13890/j.issn.1000-128x.2021.04.010
        摘要：针对互联互通技术规范（Technical Specification for Interoperability, TSI）对货运电力机车的要求，采用整体承载的轻量化车体结构设计，优化车体底架和各部件结构，采用有限元软件进行车体强度和被动安全性仿真分析，并对车体静强度进行了试验验证。该货运电力机车车体结构及其附件通过了TSI认证，并且已于2019运行至今保持安全运营。  
        关键词：电力机车;车体;TSI;防碰撞;底架;轻量化   
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        电力牵引与控制

      • 蒋奉兵,曹影,张宾,李学明,熊煜宇
        2021(4): 64-69. DOI: 10.13890/j.issn.1000-128x.2021.04.103
        摘要：为了使牵引系统满足多种供电制式运用和具备蓄电池牵引等功能，研制了基于蓄电池储能的增程式多流制牵引系统。文章阐述了该多流制牵引系统的设计方法，对牵引变流器与双向充电机等关键部件的主电路及工作原理、系统的设计参数和拓扑结构等进行了详细介绍，重点分析和研究了该系统采用的一些关键技术。系统组合试验和装车运行结果表明，该牵引系统在不同供电制式下牵引制动特性和双向充电机的充放电性能等均满足设计要求。  
        关键词：储能增程;多流制;蓄电池;双向充电机;牵引系统   
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      • 李思源,郝波,宁振钧
        2021(4): 70-77. DOI: 10.13890/j.issn.1000-128x.2021.04.012
        摘要：在ETB/ECN列车通信网络中，列车重联或解编时，其设备的列车级IP地址会随重联车ETB属性和重联方向的不同而改变，网络技术人员需要利用ETB初运行结果对列车级IP地址重新进行计算，这样不利于效率的提高。文章提出了基于URI域名的寻址方案，相比常用的IP寻址方案，URI地址可根据其所处列车位置、车辆位置和设备功能来确定，不随列车拓扑变化，源端设备通过静态的URI地址与域名服务器交互后就可得到目的设备列车级IP地址，完成ETB通信。URI寻址降低了网络系统设计过程中动态IP寻址的复杂度，解决了WTB/MVB网络无法对全列车进行单点维护的问题，提升了网络开发和维护效率。  
        关键词：ETB初运行;列车通信;列车级IP地址;URI地址;域名系统;以太网;高速动车组   
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      • 宋平岗,江志强,杨声弟,周鹏辉,周振邦
        2021(4): 78-84. DOI: 10.13890/j.issn.1000-128x.2021.04.013
        摘要：为综合治理牵引供电系统中的电能质量问题，以功率补偿向量图为基础，分析V/v牵引变压器左右两侧供电区间的功率关系，选取模块化多电平的铁路功率调节器（MMC-RPC）为研究对象，通过有功功率平衡、无功功率补偿和谐波功率反向注入等方式综合治理牵引供电系统中的负序、谐波等电能质量问题。在整个MMC-RPC控制系统中，为提高系统正常工作时内外部扰动下的鲁棒性，通过Lyapunov函数的非线性控制方法对MMC-RPC进行控制，外环采用定功率和定电压的控制策略，内环则采用基于Lyapunov函数的非线性控制策略；内环从稳定性角度出发，选取最优控制参数，保证供电臂上的线路参数在发生摄动或者负载切换时，系统仍能稳定可靠运行。在MATLAB/Simulink中搭建MMC-RPC仿真系统，模拟牵引网负载突变和线路参数摄动时，控制系统的动态调节和抗扰动能力，与传统双闭环PI控制策略效果相比，展现了该控制策略的可行性和有效性。  
        关键词：模块化多电平换流器;铁路功率调节器;Lyapunov函数;稳定性;双闭环PI控制   
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      • 郭力荣,李国顺,陈璨,张义超
        2021(4): 85-91. DOI: 10.13890/j.issn.1000-128x.2021.04.014
        摘要：为了研究机电耦合作用下高速动车组牵引变压器的振动特性，分析了牵引变压器铁心和绕组的振动机制。基于高速动车组线路振动试验，研究了停车、加速、恒速和过分相区4种工况下牵引变压器振动加速度的时频分布情况，探讨了冷却风机的影响机制，分析了牵引变压器对车体振动和车辆运行平稳性的影响。研究结果表明，在牵引变压器正常工作时，振动能量主要集中在200 Hz和300 Hz这2个频点左右，车体和冷却风机产生的振动能量占比较小，与理论分析结果一致；过分相时牵引变压器横向振动加速度有效值仅为正常工作条件下加速度有效值的7%；冷却风机转动导致牵引变压器垂向加速度有24.6 Hz及二倍频对应的振动分量；受牵引变压器的影响，车体底架加速度值增加了20%，恶化了车辆运行平稳性。  
        关键词：车辆工程;高速动车组;牵引变压器;振动特性;线路试验   
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      • 王静,刘超,赵佳颖,王家琪
        2021(4): 92-97. DOI: 10.13890/j.issn.1000-128x.2021.04.015
        摘要：为了满足列车网络日益增长的数据传输需求，同时保证列车网络数据传输的可靠性和实时性，提高列车网络的灵活性和互联互通性，设计了一种总线型和交换型网络并存的列车网络控制系统，将2种网络优势互补，并可根据列车网络的实际情况，按照故障导向安全原则自动选择网络形式。搭建了实验室仿真试验平台，进行了MVB/WTB通信和TRDP（Train Real-time Data Protocol）通信之间的转换和列车控制逻辑的测试，并通过了400 km/h跨国互联互通动车组项目验证。试验证明，总线型和交换型网络并存的列车网络系统性能优异，能够为承载更加多样化的数据和拥有更加高效传输性能的列车网络控制系统提供重要支撑。  
        关键词：动车组;列车网络;总线型;交换型;互联互通;以太网;MVB/WTB通信;TRDP通信   
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        大功率器件

      • 张义,范斌
        2021(4): 98-104. DOI: 10.13890/j.issn.1000-128x.2021.03.107
        摘要：在牵引变流器的主电路设计过程中，由于采用多重四象限并联供电，使中间直流环节无法完全实现低感连接，导致线路杂散阻抗引入，多重支路电容之间产生谐振，引起电容电流额外增加等情况。为此，文章通过搭建牵引变流器主电路的等效仿真模型，结合中间直流环节增加线路杂散参数的两重并联主电路结构，推导得出了中间直流环节引入线路杂散电感的主电路传递函数。根据传递函数的幅频特性可知，线路杂散电感会使主电路存在除二次谐振点外还会增加1个高次谐振点，并且杂散电感越大，谐振增益越大，造成支撑电容电流增大。  
        关键词：动车组;杂散电感;支撑电容电流;传递函数;高次谐振点;变流器;仿真   
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        智能化技术

      • 吕阶军,贺宏军,蒋聪健
        2021(4): 105-111. DOI: 10.13890/j.issn.1000-128x.2021.04.017
        摘要：提高弓网系统服役在线检测水平并评估其服役状态，已成为重载机车智能运维建设中弓网系统检测运维需解决的关键性问题。在介绍现役弓网系统检测现状的基础上，分析总结了弓网系统检测需求、检测对象和面临的技术挑战，通过弓网检测系统集成研究并综合运用车载网络、物联网、云计算、图像识别和机器视觉算法等技术，提出并建立了一种适应重载机车并包含接触网状态巡检、受电弓动态运行参数检测和弓网动态相互作用关系检测功能的车载弓网检测系统。试验表明，该系统可实现弓网系统在线检测、故障诊断、智能预测、应急处理和受电弓健康管理，提升弓网系统在线检测评估效果，保障线路牵引供电安全可靠。  
        关键词：重载铁路;智能运维;弓网系统;检测;集成研究;健康管理;故障诊断   
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      • 何海兴,白金磊,杜凯冰,熊佳远,蔡君祯,陈飞
        2021(4): 112-118. DOI: 10.13890/j.issn.1000-128x.2021.04.018
        摘要：针对驾驶货运机车劳动强度大和操纵难等问题，提出一种分场景的目标曲线规划方法，设计专家系统比例积分微分（Proportion Integral Differential，PID）控制算法，实时跟随并迭代优化目标曲线，实现了货运机车自动驾驶（Automatic Train Operation, ATO）功能。针对试验中的重点难点控制场景进行了验证研究，结果表明控制方法安全有效。  
        关键词：自动驾驶;运行场景;PID控制算法;货运机车;仿真   
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        发布时间：2021-12-09
      • 刘日,孙彤,张义伟,李孟娇,褚俊英,张胜
        2021(4): 119-125. DOI: 10.13890/j.issn.1000-128x.2021.04.019
        摘要：针对高速列车在多变复杂环境运行时，传统控制器出现的动力学模型不匹配和司机操作存在安全隐患的问题，提出一种基于无模型自适应控制(Model-Free Adaptive Control, MFAC)的高速列车自动驾驶控制器设计方案。首先，构建全格式动态数据列车模型，将列车的非线性特性转移到伪梯度中；其次，根据全格式动态数据列车模型设计无模型自适应控制律和列车控车原理，通过列车运行数据估计伪梯度，构建ATO控制器；最后，使用“兰州西—西宁”的动车组运行数据进行仿真，得到MFAC控制器作用下的速度追踪误差为0.254 km/h，列车加速度冲击率区间主要分布于[0, 0.1)中，约占总步长的83.8%，并与模糊自适应PID(Proportion-Integral-Derivative)在速度追踪、位移追踪和舒适度方面做了对比，结果表明该控制器的性能更优。  
        关键词：高速列车;无模型自适应;列车自动驾驶;全格式动态线性化;仿真   
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        发布时间：2021-12-09
      • 庞学苗,裴春兴,燕春光,王东星,蒋洁
        2021(4): 126-130. DOI: 10.13890/j.issn.1000-128x.2021.04.020
        摘要：牵引电机是动车组动力传动系统中的关键部件，在牵引电机故障中最常见的故障为牵引电机接地故障。通过对某动车组牵引电机控制单元的历史数据挖掘，实现对牵引电机接地故障的预测。数据挖掘建模使用了RBF神经网络、决策树和支持向量机3种机器学习算法。试验结果表明，3种算法的预测准确度均高于84%，其中决策树相较于RBF神经网络和支持向量机，具有更高的预测精度，模型预测精度达到85.6%。因此，选取决策树模型预测动车组牵引电机接地故障的发生。  
        关键词：动车组;牵引电机;高速铁路;接地故障预测;决策树;RBF神经网络;支持向量机;故障诊断   
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        发布时间：2021-12-09

        铁道电气化

      • 翟延涛,王鑫,卫永刚,赵顺,郝长金
        2021(4): 131-137. DOI: 10.13890/j.issn.1000-128x.2021.04.021
        摘要：传统的铁路牵引供电线路故障定位系统大多基于阻抗计算原理，受线路参数影响较大，采用行波测距原理可避免这一问题。因此，基于非接触式行波定位原理设计了一套牵引供电线路故障定位系统。该系统采用非接触式电场传感器，通过测量接触网下方的电场反推接触网故障电压，具有频带宽、非接触式测量和安装维护方便的优点；采用基于模极大值的小波方法对故障波形进行分析，实现牵引网的故障定位，此外还分析了小波函数和分解层数对故障定位精度的影响。以朔黄铁路朔西线供电线路短路试验为例，通过非接触式故障定位系统测量得到的试验波形，按牵引接触网的电气工况计算暂态行波波速，最终得到测量误差在500 m以内，验证了非接触式故障定位系统的有效性。  
        关键词：故障定位;牵引供电系统;非接触式;小波分析;重载铁路;接触网   
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        发布时间：2021-12-09

        可靠性工程

      • 刘岳楠,耿民,桂俊峰,崔睿珍,王喜莲
        2021(4): 138-145. DOI: 10.13890/j.issn.1000-128x.2021.04.022
        摘要：针对牵引电机定子绝缘局部缺陷问题，基于局部放电脉冲电流法，提出了一种可用于评估牵引电机定子绝缘可靠性的方案。根据电机定子绝缘的4种放电类型建立了放电模型，通过放电模型的局部放电试验获取了不同放电类型的相位谱图和放电脉冲，对典型放电相位谱图和脉冲特征进行了分析；提取了相位谱图的特征序列，采用BP神经网络对放电类型进行分类，并根据放电幅值的大小划分定子绝缘安全等级，提出定子绝缘评估方案；搭建了局部放电试验平台，对牵引电机试验样机的定子绝缘性能进行了局部放电测试。文章提出的定子绝缘可靠性评估方案可有效评估电机定子绝缘的局部放电缺陷类型和放电强度，对分析电机的绝缘状况具有一定的通用性和指导意义。  
        关键词：牵引电机;定子绝缘;局部放电;特征提取;模式识别;故障诊断;高速列车   
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        发布时间：2021-12-09
      • 王倩营,卢俊文,周超
        2021(4): 146-152. DOI: 10.13890/j.issn.1000-128x.2021.04.023
        摘要：针对电气、电子信息系统中的传输线串扰问题，采用传输线矩阵（TLM）方法计算了线缆类型、传输线间隔距离、线缆长度、线缆离地高度、信号频率对传输线串扰耦合的影响，探讨了降低线缆串扰的有效方法。研究结果表明，传输线串扰程度随着传输线间距的增大而减小，但当间距增大至10 cm后，增大间距已不能有效地降低串扰程度；传输线串扰程度随传输线长度和传输线离地高度的增大而增大，其中随传输线离地高度的增大呈线性增大；传输线串扰现象随信号频率的变化呈现周期性变化，变化频率约为当电磁波波长为2倍线缆长度时对应的频率值，在该频率值的整数倍附近出现最大串扰电压；相比于增大间隔距离，选择带有屏蔽层的线缆是降低串扰影响的有效方法；同轴线具有最优的抗干扰性能，可使近端串扰电压降低至0.02 V。  
        关键词：多导体传输线;数值计算;传输线方程;串扰;电磁耦合;仿真   
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        发布时间：2021-12-09

        检测技术

      • 杨万坤,康晶辉,薛江,代先超,邹晓宇
        2021(4): 153-156. DOI: 10.13890/j.issn.1000-128x.2021.04.024
        摘要：通过对牵引特性曲线测试的加速度法和电功率法的对比分析，提出一种将加速度法和电功率法相结合用来测量城市轨道交通车辆牵引特性曲线的新方法，即在恒转矩区采用加速度法，在恒功率区和自然特性区采用改进的电功率法。试验表明，该方法充分结合加速度法和电功率法的优点，能有效提升测试的精度。  
        关键词：城市轨道交通;牵引特性;轮周牵引力;加速度;电功率   
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