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产品和解决方案
路航科技立足于轨道交通车辆关键零部件在线监测和科研分析,进一步提高轨道交通车辆的健康监测水平、故障实时诊断和预测能力,实现车辆的全息化与信息融合的故障诊断与健康预测,从而确保列车的安全运行,提升车辆的信息化水平及智能化水平;同时,依据产品化科研研究的重大成果,研制轨道交通车辆车载监控设备、综合检测设备、维修维保设备以及通用设备,进一步提高轨道交通车辆的健康监测水平、故障实时诊断和预测能力,从而确保列车的安全运行;调研分析轨道交通车辆生产制造工艺流程、维修维保流程,研制测试试验装置,提高生产工艺和维修维保的可靠性和效率;为我国铁路的发展提供相应的优质产品、综合解决方案和综合服务。

(1)轨道车辆(机车、动车组、地铁车、网轨检测车等)限界校核


限界是为保证机车车辆在铁路路线上的运行安全,防止机车车辆撞击邻近建筑物和设备,而对机车车辆和接近线路的建筑物、设备所规定的不允许超越的轮廓尺寸线。车辆限界作为车辆尺寸的限定规范,对车辆结构的设计以及车辆运行线路的空间利用率具有重要的参考作用。

对于限界计算而言,车辆位移的主频集中在低频,所以采用多刚体动力学建模就能满足工程要求。计算中只需要计算车体、构架、轮对中心的位置和姿态,然后通过几何计算就能得到任意断面任意控制点的坐标。对动力学计算每一步结果进行处理,得到每一步的车辆控制点轮廓,然后可以采用不同的方法得到最终轮廓。整个计算流程如下图:

                          

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国家标准CJJ 96-2003《地铁限界标准》给出关于由于制造误差、磨耗等引起的车辆静态横向和垂向偏移量的计算方法,本研究室根据此标准编制计算程序。保证时速140公里市域车在现有路线上的安全运行,需要对其多种运行工况下的车辆动态包络线进行校核。典型校核计算结果如下

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(2)时速500公里动车组牵引与车辆系统动力学性能研究


早期的轮对建模只考虑轮对纵向牵引与制动及其相关动力学影响,随后建立的转向架、车体、轮对之间的耦合关系模型虽然从整体较大考虑牵引制动对车辆的影响,仍然不够全面。采用大功率牵引电机与新型牵引系统后转向架动力学性能发生显著变化,因此有必要从牵引角度研究车辆动力学性能。

    考虑牵引系统在内完整轨道车辆机电耦合模型结构如下

                          

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同时需要对机电进行控制(矢量控制或者直接转矩控制典型研究如下图所示,考虑牵引系统的模型能为设计工作提供更有价值的参考依据

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(3)轨道车辆滚动试验台动力学性能计算


车辆滚动试验台是客货车辆运行稳定性和脱轨安全性试验的大型试验装备,在其设计以及改进阶段,需要进行建立动力学模型进行计算,对比不同设计方案,从而选择最优的设计方案

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(4)高速动车组整备车模态有限元分析与修正


对于车体的疲劳强度仿真,需要准确的模态分析有限元模型。然而通常我们建立的有限元模型往往计算结果误差较大因此我们需要根据试验数据对有限元模型参数密度、模量进行修正利用修正好的模型去评估车体的疲劳强度


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(5)地铁车辆ATC天线支架螺栓强度分析


车载设备的强度校核不仅仅参考国家标准,很多情况下依据实测数据评估机械结构的强度更为准确。我们通过线路实测关键零部件的振动加速度与动应力作为强度仿真的载荷输入条件,得到更为准确的强度评估结果

    为防止ATC天线支架螺栓断裂,厂家设计了三种不同的螺栓联接方案(从左到右分别是方案一、、三


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运用有限元软件计算螺栓的载荷,为螺栓疲劳强度计算提供依据。将实测加速度作为模型的载荷输入,然后就可以求各个螺栓在垂向、横向、纵向的拉力和剪力。


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有限元仿真分析表明:螺栓3在三种方案中的最大工作拉力都大于其他螺栓的拉力最大值;螺栓3在四颗螺栓中受力最大。因此由其计算评判出的疲劳强度要求可以代表相应天线安装方案的疲劳强度。


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此外为验证仿真结果,我们运用测力螺栓测量螺栓工作拉力。


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方案一中,螺栓3实测拉力大于预紧力,出现残余预紧力为零,联接件松动并产生冲击载荷。通过对实测信号分析,信号的低频周期约为1.2秒,正好是钢轨接头(焊缝)冲击频率,如上图所示。在预紧力不足的情况下,过大的钢轨接头(焊缝)冲击会造成螺栓松动。根据仿真与试验结果,最终选择优化方案三。


(6)强度试验


现实国内外各种轨道车辆机械结构的强度测试,包括关键零部件如轮对、轴承、齿轮箱、万向轴、车下悬挂设备以及车载设备振动加速度测试应力测试等。


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(7)线路试验


实现国内外各种轨道车辆动力学性能测试,如轮轨力测试振动加速度测试关键部件动应力测试、运行阻力测试等。在长期我国动车组的动力学特性跟踪试验中,积累了丰富的试验技术与人才储备目前同时完成多条线路轨道车辆的动力学性能测试。


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