最新刊期
      2023 年 第 卷 3 期

        氢能源轨道交通系统

      • 陈维荣,王颖民,李秉训,孟翔,张世聪,李奇
        2023(3): 1-11. DOI: 10.13890/j.issn.1000-128X.2023.03.001
        摘要：在“双碳”目标提出后，氢燃料电池因其清洁、环保、高效的技术特点而备受关注，以氢能作为轨道交通车辆的动力已成为铁路领域低碳化转型及绿色发展的有效途径之一。文章首先介绍了氢能在轨道交通领域的国内外发展现状；其次对各项核心技术进行整理阐述，包括氢燃料电池系统集成与控制技术、混合动力能量管理技术、燃料电池故障诊断与寿命预测技术等，并重点介绍各技术优缺点及适用范围；之后结合实际情况，分析技术现存的问题与挑战，并提出发展方向；最后，从不同角度对氢能轨道交通的发展趋势进行展望，为进一步研发与应用提供参考。  
        关键词：氢能;轨道交通;混合动力系统;燃料电池;故障诊断   
        403
        |
        113
        |
        0
        <HTML>
        <网络PDF><WORD><Meta-XML>
        <引用本文> <批量引用> 39365939 false
        发布时间：2024-08-02
      • 樊运新,江大发,康明明,龙源,陈哲,陈雄伟,黄海
        2023(3): 12-23. DOI: 10.13890/j.issn.1000-128X.2023.03.002
        摘要：氢能具有绿色环保、零碳排放、高效率的优势。氢能源混合动力机车具备无网运行能力，可替代内燃机车提供非电气化铁路牵引动力，促进铁路运输降低碳排放，具备广阔的应用前景。文章对比了机车车载牵引供电技术需求和氢能源混合动力系统的技术特点，分析了氢能源混合动力机车的适用性。论述了氢能源混合动力机车的关键技术，包括主电路结构、功率和能量匹配、大容量储氢、环境适应性和安全性管理控制等。详细介绍了国内开发的氢能源混合动力机车的技术特征，该机车替代内燃机车，单台机车每年可减少CO2排放670 t，显著降低燃料成本。  
        关键词：机车;氢能源;混合动力;氢燃料电池   
        304
        |
        89
        |
        0
        <HTML>
        <网络PDF><WORD><Meta-XML>
        <引用本文> <批量引用> 39365909 false
        发布时间：2024-08-02
      • 张蜇,木合塔拜尔·拜合提亚尔,贾利民
        2023(3): 24-31. DOI: 10.13890/j.issn.1000-128X.2023.03.003
        摘要：为了探明轨道交通与氢能融合技术瓶颈，文章通过调研轨道交通氢能化发展的技术现状，阐述了我国在轨道交通领域开展氢能技术应用的需求，提出我国在氢气制取、氢气储运、加氢以及氢燃料电池动力等技术的研究进展及存在问题，发现我国轨道交通氢能融合仍然面临车载储氢压力低、氢燃料动力系统与列车结构适配性低、燃料电池关键技术自主能力不足以及氢燃料电池列车标准规范缺失等技术挑战和差距。针对存在的问题和差距，提出轨道交通与氢能融合发展对策和建议，包括促进绿色和智能轨道交通的创新技术，健全轨道交通和氢能融合技术体系；实施核心科技攻关计划，统筹氢能与轨道交通产业布局；政策引领轨道交通氢能融合发展，建立绿色金融政策保障体系等，为轨道交通与氢能融合技术发展提供参考。  
        关键词：轨道交通;氢能;融合;技术要素;对策建议   
        218
        |
        57
        |
        0
        <HTML>
        <网络PDF><WORD><Meta-XML>
        <引用本文> <批量引用> 39366002 false
        发布时间：2024-08-02
      • 李明,高利华,李泽宇
        2023(3): 32-39. DOI: 10.13890/j.issn.1000-128X.2023.03.004
        摘要：发展氢能是实现“双碳”目标的重要措施。文章基于轨道交通的运营特征，梳理了国内外氢能源轨道车辆及其关键技术应用现状，总结了氢能源轨道车辆及动力系统的技术难点。针对空间与重量、能量与效率、运维与成本的限制，提出了低成本高质量设计、高能效设计、高安全可靠设计、标准体系建设等应用研究的创新方向，可为氢能源在轨道车辆上的应用提供技术借鉴。  
        关键词：轨道车辆;绿色低碳;氢能源;新技术;氢燃料电池;城市轨道交通   
        145
        |
        55
        |
        0
        <HTML>
        <网络PDF><WORD><Meta-XML>
        <引用本文> <批量引用> 39365972 false
        发布时间：2024-08-02
      • 韩国鹏,杨雨泽,赵丽丽,冯轩
        2023(3): 40-49. DOI: 10.13890/j.issn.1000-128X.2023.03.005
        摘要：直流式轨道车辆采用氢燃料电池动力系统供电时，可通过2级DC/DC系统升压满足其高母线电压要求。为了探索此类系统动态运行特性，文章研究以100 kW级燃料电池串联2级DC/DC系统，再采用动力电池直挂母线的方式搭建轨道车辆用氢动力供电系统，提出了系统控制策略并搭建测试平台，基于有轨电车线路开展了系统的动态运行试验。试验结果表明，设置动力电池初始荷电状态在其允许工作范围40%~60%时，完成全线路运行后均逼近于目标值45%；在牵引和制动阶段，最大母线电压波动范围在-4.5%~3.4%。混合动力系统在燃料电池功率变化平缓的前提下能快速响应车辆在不同运行模式下的功率需求，能量控制策略能根据系统内不同故障类型执行预定故障处理动作，2级DC/DC系统之间存在较大的低频电流纹波，但电压纹波小于1.86%，混合动力系统运行状态平稳。  
        关键词：2级DC/DC;氢燃料电池;混合动力;动态运行   
        80
        |
        48
        |
        0
        <HTML>
        <网络PDF><WORD><Meta-XML>
        <引用本文> <批量引用> 39365704 false
        发布时间：2024-08-02
      • 刘佰博,张晗,张擘,马天才
        2023(3): 50-56. DOI: 10.13890/j.issn.1000-128X.2023.03.006
        摘要：为了满足轨道交通车辆大功率应用需求，文章提出了一种轨道交通用多堆燃料电池系统架构和控制方法。首先，依据多堆燃料电池系统定义，设计了多堆系统的拓扑结构，包括整体系统、单堆系统、热管理系统和电气系统；然后，对多堆系统的控制系统进行了设计，包括网络拓扑结构、控制流程和功率分配策略；最后，研制了350 kW多堆燃料电池系统样机，并在中国中车某型调车机车上进行了装车验证。结果表明，方案可满足调车机车日常工作的大功率需求，样机的额定工作点效率达到42.1%。  
        关键词：轨道交通;燃料电池;多堆系统;功率分配;调车机车   
        70
        |
        56
        |
        0
        <HTML>
        <网络PDF><WORD><Meta-XML>
        <引用本文> <批量引用> 39365630 false
        发布时间：2024-08-02
      • 綦芳,崔周森,张弛,杨丽
        2023(3): 57-64. DOI: 10.13890/j.issn.1000-128X.2023.03.007
        摘要：为响应双碳目标和市场需求，中车浦镇公司自主研发了氢能数字轨道胶轮电车（简称数轨车辆）平台，并首次将氢燃料电池混合动力系统应用于数轨车辆。氢燃料电池混合动力系统是关键核心新技术之一，文章基于数轨车辆的牵引性能、续航里程及平均功率等关键指标，提出了氢动力系统和储能系统的选型原则，确定了满足实际运行需求的系统参数匹配与选型方案，并优化了基于主动跟随的改进型功率跟随算法，确保车辆在运行过程中，氢燃料电池系统处于高效率区间运行。试验结果表明，按照文中所提能量管理方法，数轨车辆的平均氢耗量约为20 kg/102 km，每车每年减少碳排放约125 600 kg，充分证明了氢燃料电池混合动力系统在数轨车辆领域应用的可行性，为其他制式车辆的应用提供指导。  
        关键词：城市轨道交通;氢燃料电池;氢动力系统;储能系统   
        66
        |
        43
        |
        0
        <HTML>
        <网络PDF><WORD><Meta-XML>
        <引用本文> <批量引用> 39366038 false
        发布时间：2024-08-02
      • 牛学信,白欢
        2023(3): 65-72. DOI: 10.13890/j.issn.1000-128X.2023.03.008
        摘要：针对燃料电池动态响应慢，输出特性软，无法回收制动能量的问题，文章以站场调运的机车为研究对象，研究设计以氢燃料电池为主、锂电池为辅的混合动力源系统，以混合驱动为基线，首先根据机车参数、实际工况需求展开牵引计算；结合氢燃料电池和动力电池输出特性，设计动力源系统拓扑；然后提出了基于不同工况需求、不同动力电池荷电态的能量管理策略，协同调度2种动力源的输出模式及特性；根据工况需求计算、系统拓扑，设计配置了动力源系统方案；最后通过现场不同工况实践应用，证明了本文设计的混合动力源系统可以较好满足机车牵引需求，设计的能量管理策略可以实现效率提升，验证了理论分析的正确性。  
        关键词：氢燃料电池;锂电池;动力源系统;能量管理;荷电态;调车机车   
        62
        |
        32
        |
        0
        <HTML>
        <网络PDF><WORD><Meta-XML>
        <引用本文> <批量引用> 39365736 false
        发布时间：2024-08-02
      • 刘畅,黄永聪,殷枢,陶诗涌,杨春华
        2023(3): 73-83. DOI: 10.13890/j.issn.1000-128X.2023.03.009
        摘要：针对国家能源集团新朔铁路公司下辖铁路沿线接触网及基础设施的触网检修车需求，文章研发一款基于质子交换膜燃料电池（PEMFC）的100 kW氢能源接触网检修车动力系统。该系统旨在优化系统供电电压制式和自身供电模式，提高系统对环境温度的适应性和能量转换效率，降低系统噪声，同时实现燃料电池系统、动力分配控制器与整车之间的通信与控制。依据国家标准，在第三方检测机构对产品的性能与设计指标进行验证，并进行实际装车应用，对燃料电池系统与整车匹配性进行验证。结果表明，该系统满足整车700 V供电需求，所有辅助部件(BOP)均由系统自给供能，无需外部电源。系统具备在-30~45 °C环境温度下的运行能力，噪声小于70 dB@0.3 m，直流电压制式转换器（DC/DC）后端额定效率可达40%。在实际应用中，燃料电池动力系统可配合整车完成运行、制动、充电等操作，整车匹配性良好。设计的燃料电池动力系统符合氢能源接触网检修车需求，为燃料电池动力系统在轨道交通的应用提供了有效的设计参考价值和工程应用经验。  
        关键词：燃料电池动力系统;氢能源接触网检修车;质子交换膜燃料电池;系统设计;系统测试;装车运行   
        102
        |
        42
        |
        0
        <HTML>
        <网络PDF><WORD><Meta-XML>
        <引用本文> <批量引用> 39365854 false
        发布时间：2024-08-02

        铁道机车车辆

      • 吴志会,佟来生,罗华军,高锋,王家恒
        2023(3): 84-89. DOI: 10.13890/j.issn.1000-128X.2023.03.010
        摘要：中低速磁浮列车目前主要采用高架运行方式，由于车辆悬浮架、轨道结构型式与传统轮轨系统完全不同，当列车在高架线路运行时，冰雪天气对列车的影响较大。文章通过调研分析中低速磁浮列车实际冰雪运行情况，开展列车冰雪运行工况仿真的数值建模，分析了侧风、车速与轨道型式等因素对列车冰雪堆积的影响，针对现有车辆与轨道结构型式组合而成的4种应用场景，开展了对比分析，提出具体优化建议，最后根据实际应用情况与分析结果，提出了工程化应用方案和相关设计要点。分析所得结论对中低速磁浮列车防冰雪技术认知提升和工程化应用具有很好的指导意义。  
        关键词：中低速磁浮;防冰雪;侧风;数值模拟   
        58
        |
        30
        |
        0
        <HTML>
        <网络PDF><WORD><Meta-XML>
        <引用本文> <批量引用> 39365543 false
        发布时间：2024-08-02
      • 李权福,贾晨,宋冬利,徐潇
        2023(3): 90-96. DOI: 10.13890/j.issn.1000-128X.2023.03.011
        摘要：轴承在车辆运行过程中既承受载荷又传递载荷，工作环境非常恶劣，若发生故障，会严重威胁车辆的正常运行安全，因此对轴承开展剩余寿命预测方法研究具有重大意义。文章提出了采用稀疏自编码器和Bray-Curtis相异度相结合的方式构建新的轴承健康指标集，并利用改进后的粒子群优化（Particle Swarm Optimization, PSO）算法建立轴承退化模型，最后对测试轴承的剩余寿命进行预测。首先，将轴承健康样本及实测数据的各特征指标输入到稀疏自编码器中进行训练，提取出2种轴承特征参数，计算Bray-Curtis相异度差值作为新的健康指标；然后，基于改进后PSO算法建立轴承退化模型；最后，依据新的健康指标对实测状态下的轴承进行剩余寿命预测。结果表明：该退化模型的拟合曲线预测精度较高，其性能退化曲线与实际轴承退化情况较为接近，可以较好地预测轴承的剩余寿命。  
        关键词：Bray-Curtis相异度;PSO算法;退化模型;剩余寿命预测   
        37
        |
        25
        |
        0
        <HTML>
        <网络PDF><WORD><Meta-XML>
        <引用本文> <批量引用> 39366109 false
        发布时间：2024-08-02
      • 吕松江,江宏,徐意,周丹
        2023(3): 97-103. DOI: 10.13890/j.issn.1000-128X.2023.03.102
        摘要：在轨道车辆的整个服役周期内，转向架中的定位转臂与橡胶节点间的过盈配合因检修要求，需经历多次压装/拆卸，由此造成的配合面损伤给零件服役性能与检修成本带来不利影响。配合面压装/拆卸损伤本质上属于一种高接触压力作用下的摩擦损伤，鉴于表面织构具有良好的摩擦减损特性，文章将一种减损性能较优的圆凹坑型矩阵织构（面密度为30%，直径为100 μm，深度为40 μm）引入橡胶节点的配合表面，通过试验对比发现该织构能有效降低配合面的压装/拆卸损伤，保留熔融层的织构表现更为优异，在减损的同时还能大幅提升配合面的承载能力、有效降低压装/拆卸过程中的压力冲击幅度。保留熔融层的织构能获得优异的拆解减损性能，主要原因是排布在配合表面上的织构凹坑具备良好的游离磨粒收纳作用，降低了三体磨损的发生概率。此外，由激光加工形成的熔融层的硬度较零件本体材料高，而配合界面间的接触大多发生在熔融层所在位置，这使得界面间的真实接触面积被减少的同时，也降低了界面间发生粘着、材料微粒剥离的可能性。这一发现对于运维过程中需要多次拆卸、装配的过盈配合组件来说，具有积极意义。  
        关键词：过盈配合;压装/拆卸损伤;表面织构;熔融层;列车转向架   
        30
        |
        22
        |
        0
        <HTML>
        <网络PDF><WORD><Meta-XML>
        <引用本文> <批量引用> 39365429 false
        发布时间：2024-08-02
      • 李祯平,李华
        2023(3): 104-111. DOI: 10.13890/j.issn.1000-128X.2023.03.106
        摘要：当地铁车辆运行时，其高压电器箱会受到随机载荷的作用，为保证行车安全需要保证其疲劳强度满足设计要求。针对某型地铁车辆在运行过程中出现的高压电器箱三位置开关处的铝板安装螺栓松动的问题，文章根据GB/T 21563—2018标准规定的载荷和FKM标准对高压电器箱疲劳强度进行评估，计算结果表明铝板的疲劳强度利用度大于1，疲劳强度无法满足FKM标准要求。通过对高压电器箱进行冲击试验，在纵向随机振动试验中铝板出现了开裂和螺栓松动现象，这验证了纵向随机振动仿真结果的准确性。基于仿真和试验结果，对高压电器箱结构进行改进设计，改进后的高压电器箱疲劳强度满足设计要求。  
        关键词：高压电器箱;随机振动;FKM标准;疲劳利用度;结构改进;城市轨道交通;地铁车辆   
        46
        |
        24
        |
        0
        <HTML>
        <网络PDF><WORD><Meta-XML>
        <引用本文> <批量引用> 39365596 false
        发布时间：2024-08-02
      • 温炎丰,吴晓,王建,杨阳,赵轩
        2023(3): 112-116. DOI: 10.13890/j.issn.1000-128X.2023.03.014
        摘要：山地齿轨轨道交通系统是一种新制式的轨道交通系统，具有大坡道运行能力，国内多个城市已开展了研究与推广。目前，国内尚无可直接采用的齿轨车辆限界标准。文章以某Strub型山地齿轨车辆为研究对象，分析给出其转向架特殊限界理论计算公式并计算得出限界，同时采用动力学仿真软件对车辆运行过程进行仿真计算得出限界，最后对2种计算方法得到的限界进行了对比。结果表明，通过理论公式计算得到的限界趋于保守、更加安全，在工程设计中更适合采用该方法。文章的研究结果可为工程设计提供参考。  
        关键词：轨道交通;齿轨铁路;齿轨车辆;限界计算;动力学仿真   
        46
        |
        22
        |
        0
        <HTML>
        <网络PDF><WORD><Meta-XML>
        <引用本文> <批量引用> 39365663 false
        发布时间：2024-08-02

        电力牵引与控制

      • 梅文庆,史可,张征方
        2023(3): 117-123. DOI: 10.13890/j.issn.1000-128X.2023.03.015
        摘要：针对既有列车节能策略未合理考虑复杂操纵特性约束和动态牵引系统效率问题，文章基于牵引系统效率特性和轮周机械功构建列车运行能耗精细计算模型，提出基于迭代诱导遗传算法的自适应节能策略，设计考虑牵引系统效率的能耗目标函数，并在操纵特性约束下求解目标函数，实现最优节能规划。首先，根据列车线路坡道将优化目标设计为若干个子区间，将子区间的线路特征信息转化为状态约束和控制约束，提高了节能目标对线路信息变化下操纵特性的自适应性；然后，为克服传统遗传算法由于离散独立难以解决连续子区间优化问题的特点，设计迭代诱导遗传算法，在迭代诱导遗传算法中对节能目标函数计算Pareto最优解集；最后，使用MATLAB软件对算法进行仿真验证。不同线路信息的仿真结果表明，基于迭代诱导遗传算法的自适应节能策略在保证运行时间的条件下具有良好的节能性能，相比于恒速和恒力运行，节能指标提高3%~13%。  
        关键词：节能策略;复杂操纵特性约束;牵引效率动态特性;迭代诱导;遗传算法;高速列车   
        106
        |
        44
        |
        0
        <HTML>
        <网络PDF><WORD><Meta-XML>
        <引用本文> <批量引用> 39365763 false
        发布时间：2024-08-02
      • 李正武,方晓春,林帅,王帅,林飞
        2023(3): 124-130. DOI: 10.13890/j.issn.1000-128X.2023.03.016
        摘要：由于独立旋转车轮的直线对中和曲线导向能力差，文章以牵引电机导向型独立旋转车轮为研究对象，开展导向控制策略的研究。针对横向位移控制在系统参数变化后，PID参数需要重新整定的问题，提出基于模糊逻辑控制的参数自适应调整策略。此外，考虑到导向转矩的实现依赖于轮轨间黏着力，在优化黏着控制的基础上提出考虑黏着限制的转矩分配策略。通过仿真软件MATLAB 与Simpack搭建机电耦合仿真模型，对提出的控制策略进行验证。结果表明，在系统参数变化和轨面状态变差的情况下，独立旋转车轮仍具有较好的导向能力。  
        关键词：独立旋转车轮;导向控制;横向位移控制;黏着控制;转矩分配   
        39
        |
        16
        |
        0
        <HTML>
        <网络PDF><WORD><Meta-XML>
        <引用本文> <批量引用> 39365807 false
        发布时间：2024-08-02
      • 刘华伟,刘博阳,朱绩超,安二晶,魏伟
        2023(3): 131-140. DOI: 10.13890/j.issn.1000-128X.2023.03.017
        摘要：当无线重联系统发生通信延时和通信中断时，列车制动和缓解性能会受到严重影响，威胁行车安全。针对神朔铁路新开行的2台神12交流机车牵引132辆C64的万t重载组合列车，文章采用基于空气流动理论和多刚体动力学的仿真方法，系统分析了在通信延时和通信中断的情况下列车的制动缓解特性、制动性能和车钩力水平，并研究了通信中断时的操纵办法。结果表明，随着通信延时的增加，列车管排风时间、再充风时间、车钩力、制动距离增加，列车制动和缓解的同步性下降。从从控机车对列车制动/缓解同步性的提升程度，以及循环制动时列车运行安全性的角度出发，通信延时应小于6 s。当通信中断时，列车管排风和再充风时间增加，制动波和缓解波仅由主控机车向后传播，制动和缓解同步性下降，加之从控机车未施加电制动力，导致通信中断的列车在缓解时的拉钩力显著增加，其最大拉钩力增加了93.9%。通信中断的列车采取先减压50 kPa，再追加减压至目标值的制动方法，产生的最大压钩力相较于一次性减压至目标值的操纵方法显著降低；当目标减压量为60~100 kPa时，追加减压的操纵方法相较于一次性减压的操纵方法优势更为明显，并且产生的最大压钩力小于900 kN。  
        关键词：重载列车;通信延时;通信中断;纵向动力学;空气制动;缓解   
        57
        |
        25
        |
        0
        <HTML>
        <网络PDF><WORD><Meta-XML>
        <引用本文> <批量引用> 39366080 false
        发布时间：2024-08-02

        铁道电气化

      • 张巍,祁文延,罗群,陈阳,张程政,梅桂明
        2023(3): 141-149. DOI: 10.13890/j.issn.1000-128X.2023.03.103
        摘要：受电弓作为列车受流的关键部分，其强度及疲劳寿命对列车的稳定运行起关键作用，文章以某地铁线路搭载受电弓为例，展开了受电弓强度参数灵敏度及疲劳寿命的研究。首先，建立受电弓有限元模型进行静强度分析以及强度校核，并通过响应面法对其上框架展开了灵敏度分析；其次，基于准静态叠加法将线路实测数据转换为受电弓上框架的疲劳载荷应力谱；最后，结合疲劳分析软件nCode对受电弓上框架展开了疲劳分析预测。结果表明：该受电弓框架在额定工作高度下的最大应力满足材料强度校核要求，各参数对上框架最大应力的影响程度从大到小依次为上框架厚度a 、上框架厚度b、泊松比、弹性模量，且受电弓上框架最小寿命值满足标准对疲劳寿命的规定要求。  
        关键词：受电弓;静强度;疲劳寿命;响应面法;准静态应力叠加法   
        53
        |
        18
        |
        0
        <HTML>
        <网络PDF><WORD><Meta-XML>
        <引用本文> <批量引用> 39365509 false
        发布时间：2024-08-02
      • 徐跃,钱鹏宇,陈欢,彭伟,杨泽锋
        2023(3): 150-156. DOI: 10.13890/j.issn.1000-128X.2023.03.101
        摘要：弓网电弧是危害高速列车受流质量的重要原因，低气压作用下弓网电弧的运动特性及发展规律与常压下存在显著差异，为保障高速列车的安全运行，文章对低气压工况下的弓网电弧展开研究。首先搭建弓网电弧试验平台，试验记录低气压弓网电弧发展过程，分析不同气压条件下电弧电压、弧长、弧根运动速度随时间的变化曲线。试验结果表明，弓网电弧的发展存在明显的阶段性特征，发展全过程可区分为电弧初始阶段、快速发展阶段与频繁震荡阶段。然后对各发展阶段电弧电气特性与运动特性进行了分析：初始阶段电弧电压相对稳定，电弧运动缓慢；快速发展阶段弧根移动速度增大，电弧电压快速提升，电弧电流相应下降；频繁震荡阶段电弧飘弧严重，出现弧根跳跃现象，电压电流波动剧烈，对列车供电质量危害最大。最后研究了气压、气流、电流对电弧发展速度与电弧弧长的影响规律，利用多元线性回归方法分析弓网电弧对各影响因素的敏感程度，发现环境气压的改变对电弧发展速度的影响效果较大，环境气流的变化影响效果其次，电流影响效果较小。研究结果为减少弓网电弧损害和低气压强气流下电弧调控提供了理论基础。  
        关键词：弓网系统;低气压;强气流;电弧发展规律;敏感性分析;高速列车;高速铁路   
        43
        |
        35
        |
        0
        <HTML>
        <网络PDF><WORD><Meta-XML>
        <引用本文> <批量引用> 39365466 false
        发布时间：2024-08-02
      0