铁路除沙车推沙阻力及推沙曲面优化研究

为了减小铁路除沙车推沙装置在推沙过程中的工作阻力和提高推沙效率,基于仿生学原理,选取了3种动物(棕熊、田鼠、家鼠)作为仿生对象。把仿生对象的爪趾内轮廓线作为推沙板触沙曲面的准线原型,通过进一步分析拟合后的仿生准线二阶导数和曲率,根据这些数据,建立了仿生推沙板在内的6种不同的推沙板。通过离散元仿真模拟,对比了6种推沙板在推沙过程中受到的阻力情况。研究表明,在相同条件下,推沙板受到的水平阻力与受到的总阻力很接近,因此水平阻力是影响推沙板工作效率的主要因素;仿生推沙板所受阻力相对于平面板和圆弧板都低,其中田鼠型仿生推沙板所受阻力最低。不同准线形式的仿生推沙板研究对减少推沙阻力有着重要指导意义。     

H13钢激光仿生耦合处理及耐磨性研究

研究了经激光仿生耦合处理的H13钢在常温下抗磨损性能以及磨损机理,并分析不同形貌(线状、网状)对其抗磨损性能的影响。利用Nd∶YAG激光器赋予H13钢试样表面一定仿生形貌,采用HVS-1000显微硬度计、HSR-2M型高速往复摩擦实验机进行仿生单元体横截面硬度测定和试样表面磨损试验,并得出磨损质量;通过金相显微镜、SEM分别对试样横截面以及表面磨痕的微观形貌进行观察并研究磨损机理。激光仿生处理后的H13钢,其耐磨性得到显著提高。与基体相比,经激光网格仿生处理的H13钢耐磨性提高约20倍,线状仿生试样提高约13倍。激光仿生单元体能够改变试样整体的磨损机理,使基体的磨料磨损逐渐转变为粘着磨损。     

铁路轨道除沙车除沙装置的离散元仿真分析与试验

为研究除沙车作业时的性能参数,以自主研发的铁路轨道除沙车为研究对象,运用EDEM进行除沙性能虚拟试验;建立了除沙车机械—沙土离散元接触模型,分析了沙粒在除沙车内集沙、排沙、抛沙的动态过程和数值规律。研究表明,仿真分析和试验结果较为吻合,额定工况最大除沙质量110kg/s,集沙铲和沙扇最大工作阻力分别为6500N和1650N,最大转矩分别为1100N·m、200N·m,抛沙扇转速在250r/min时满足最近抛沙距离设计指标。研究结果对除沙车性能参数的选取和结构优化设计有重要指导意义。     

计算机辅助普通话水平测试“命题说话”项评分误差控制

铁路除沙车是课题组研发的用于沙漠地区铁道线路除沙的专用设备,集沙装置是铁路除沙车的重要组成部分,在进行集沙工作时,集沙装置的集沙铲承受了较大的阻力。为了研究集沙铲工作时的受力情况和功耗情况,根据集沙铲和积沙的各自特点,建立了沙土模型、积沙结构模型和集沙铲模型,对集沙铲切割积沙的过程进行了有限元动力学分析。由仿真结果可知,集沙铲在旋转速度300 r/min,进给速度3 km/h的额定工况下,其最大应力为71.45 MPa,最大切割阻力为6 500 N,最大切割功耗在14~18.5 kW之间,集沙铲叶片下边缘和外侧边角处存在应力集中。研究结果为铁路除沙车集沙铲结构的优化和驱动马达的选型提供了理论依据。     

温度作用下层间离缝对纵连板式无砟轨道稳定性的影响

为降低夏季持续高温季节高速铁路线路中纵连板式轨道板胀板的风险及危害性,采用有限元仿真分析方法,对温度作用下层间离缝高度对于轨道板稳定性的影响进行了分析研究。通过建立无砟轨道结构全要素精细有限元分析模型,分别研究了高度均匀离缝和高度不均匀离缝对轨道板温度上拱变形的影响规律。分析结果表明,在均匀离缝两端的轨道板以及不均匀离缝位置对应的轨道板温度上拱变形随着离缝值的增大而显著增大,严重时可能干扰正常运营。     

基于响应面法的除沙料斗优化研究

料斗作为除沙车最重要一部分，影响着清理积沙的效率。为了增大料斗式除沙车的除沙量及降低最大除沙阻力，对料斗的工作参数进行响应面优化。首先，采用Box-Benhnken设计方法对料斗转速、料斗张角及除沙深度等主要因素进行三因素三水平试验设计；然后，创建关于响应目标的回归模型并进行方差分析；最后，分析各因素交互作用对响应目标的影响，通过响应面法对料斗工作参数加以优化。结果表明，对响应目标影响程度从大到小依次为除沙深度、斗张角与转速；当料斗转速为25 r/min,料斗张角为125°,除沙深度为105 mm时，除沙量达到最优值43.375 7 kg,最大除沙阻力达到最优值335.135 N。该研究可对料斗式除沙车相关设计提供参考。     

层间离缝下车辆-CRTSⅡ型板式无砟轨道耦合系统动力特性研究

随着CRTSⅡ型板式无砟轨道结构服役时间的延长,层间离缝发生发展对轨道结构和行车安全的影响成为迫切需要解决的问题之一。为厘清不同程度的层间离缝对车辆-无砟轨道系统动力特性的影响程度,建立了考虑层间离缝的车辆-CRTSⅡ型轨道板的耦合动力学模型,用ABAQUS和Simpack联合仿真,研究了不同尺寸的单一离缝以及多离缝不同位置组合对车辆及轨道结构动力响应的影响。结果表明,单一离缝横向深度和纵向长度分别在522 mm、1.275 m及以上时,离缝发展明显加快;多离缝的不同位置组合中板端与板边组合为最不利情况。研究结论为高速铁路轨道结构运维提供参考价值。     

探测微弱信号的双楔形干涉仪的结构分析

针对楔形多光束干涉仪产生等间距细锐条纹的特性,结合双路探测系统相减可消去背景噪声的优点,提出一种新型的正交双楔形干涉仪结构。该结构中所有部件都相对固定,且两路楔形板厚度差为一定值,激光入射时,两路干涉仪产生相位差为π/2的等间距条纹,条纹信号叠加在背景噪声信号之上,通过差分放大,使背景非相干光信号相减为零,提高了系统在强噪声背景下弱信号探测能力。该结构可用于微弱激光信号的探测,并能通过条纹间距计算出入射激光的波长。根据该干涉仪的基本原理,通过计算机仿真设计了其结构参数。     

高效率内旋式海参吸捕装置吸嘴结构设计及参数优化

为了提升海参吸捕装置吸嘴性能以提高系统的效率，课题组在传统直管状吸嘴的基础上，提出了内涡旋式吸嘴和外涡旋式吸嘴2种新式结构。通过对直管状吸嘴、锥形罩吸嘴、内涡旋式吸嘴和外涡旋式吸嘴进行FLUENT仿真分析，筛选出管口轴线高度和吸拾能力均最强的吸嘴；通过正交试验法得到最优的吸嘴结构；最后通过搭建实验平台进行吸嘴实验验证。仿真与实验结果表明：内涡旋式吸嘴管口轴线高度和吸拾能力均最强，且内流道涡旋式引导板宽度20 mm、内流道涡旋式引导板的高度30 mm和内涡旋式引导板的螺距130 mm时效率最高。该研究有利于提高海参吸嘴在实际应用中的吸捕效率。     

断簧对浮置板轨道结构振动特性的影响分析

为研究钢弹簧隔振器断裂对浮置板轨道结构振动特性的影响,通过有限元软件建立车辆-轨道耦合模型,利用有限元模拟方法,研究分析了钢弹簧断裂对轨道结构振动特性的影响规律。研究结果表明,不同数量和不同位置的钢弹簧失效对车体和浮置板振动加速度的影响较小且各种工况下的各个加速度指标皆满足规范要求。钢弹簧失效数量越多,浮置板垂向位移、钢轨垂向位移和钢弹簧支点力就越大。钢弹簧失效数量相等情况下,随着钢弹簧失效位置沿线路纵向距离的增加,浮置板垂向位移幅值就越小。板端钢弹簧失效时钢轨垂向位移比板中钢弹簧失效时的大,而板端钢弹簧失效时的钢弹簧支点力比板中钢弹簧失效时的小。     

镍磷合金镀层的摩擦磨损特性及其开发前景

本文分析了化学镀镍磷合金层的摩擦磨损试验结果,研究指出这一表面处理技术具有低的摩擦系数和高的耐磨性及硬度,又因沉积处理温度低而不存在变形,亦不影响零件原来的精度及粗糙度,因此宜于作为零件的最终表面处理。若应用于齿轮,凸轮等高副零件,前景十分乐观。最后从试样的磨损失重中估算出磨损系数和磨损减薄量以供作耐磨性设计的参考。     

桥上CRTSⅡ型板式无砟轨道底座板屈曲分析

根据桥上CRTS Ⅱ型板式无砟轨道结构特性，利用有限元分析方法，采用梁单元模拟钢轨，实体单元模拟轨道板、底座板和桥梁，弹簧单元分别模拟砂浆填充层和滑动层，建立CRTSⅡ型板式无砟轨道纵向力计算模型。基于现场测量的底座板厚度资料和桥梁资料，计算出模型中各单元参数值。利用当地气温资料和轨道机车类型，得到最大温升和列车制动力值，计算出温度荷载和列车制动荷载作用下底座板厚度不足处纵向力值。分析温度荷载和列车制动荷载对底座板厚度不足处屈曲的影响。     

轨道除沙车集沙铲功耗分析与形状优化

基于离散元法,利用EDEM软件中的Hertz-Mindlin接触模型,研究沙子物理特性和集沙铲几何特点,建立基于EDEM软件单叶集沙仿真模型。分析了集沙铲转速为90 r/min,100r/min,120 r/min时,沙堆沙粒能量的数值规律,计算出在额定工况下3种转速下所需功率分别4.24 kW,5.29 kW,7.46 kW。同时对定转速120 r/min下集沙铲叶片形状进行优化,通过仿真得到平板集沙铲以及集沙铲末端弧度半径分别为700 mm,500 mm,300 mm时的受力情况,分析后得到集沙铲末端弧度半径为500 mm时受力峰值最小,作用过程中受力较为均匀,所受冲量较小。     

FOCKE硬盒包装机烟组推耳静动态特性对比研究

为探究FOCKE硬盒包装机烟组输送元件烟组推耳的结构优劣性,在分析烟组推耳的结构布局及特征的基础上,课题组建立了FOCKE 701推耳、FOCKE FC800推耳和FOCKE SSB推耳的三维模型。通过分析烟组推耳在额定速度工况下的工作载荷与约束条件,利用ANSYS Workbench 对3种结构的烟组推耳进行了静力学及模态分析,获得了3种烟组推耳的仿真试验最大位移量及修正计算最大位移量、最大应力值及位置以及前6阶固有频率及振型,并分别计算静、动态比刚度效能。其结果表明：当竖直筋上部连接处采用半径大于9 mm的圆角,下部连接处宽度与固定端等宽时,可以有效减小应力集中;SSB推耳的静态比刚度效能为96.5,分别比701与FC800高30倍和39倍;3种推耳的前6阶振型基本相同,其中SSB推耳动态比刚度效能为14.9,分别比701与FC800高68.6%和68.9%;SSB烟组推耳是最优支撑结构。文中研究能为卷烟直包机的烟组推耳设计提供有价值参考。     

车轨路地耦合系统CA砂浆层劣化垂向动力传递特性的研究

车辆滚动循环载荷作用下CA砂浆层常发生劣化以致失效,为真实反映CA砂浆层在整体系统中的作用特性,建立车辆-轨道-路基-地基耦合系统,分析当CA砂浆层发生不同程度劣化时轨道子系统各层的垂向动力响应变化情况。仿真与信号分析结果表明,CA砂浆层服役性能的优劣影响轨道子系统的载荷传递性能,且劣化长度过长时会改变轨道板-CA砂浆层耦合层的模态特性,导致其各阶次固有频率前移更易发生共振,砂浆层约束能力的减弱叠加共振影响致使轨道板垂向位移在动态荷载作用下超过《高速铁路工程动态验收技术规范》对轨道结构动力性能评判标准的规定限值,轨道服役性能下降。     

桥梁梁端抬枕装置垂向动力学特性分析

随着铁路大跨度桥梁的数量的增加,实际工程中急需一种能够加强桥梁梁缝处轨道结构强度的部件,因此,中铁第一勘察设计院和中铁宝桥公司共同设计开发了桥梁梁端抬枕装置。基于ANSYS非线性瞬态动力分析原理,计算了抬枕装置在列车荷载作用在的竖向动力响应。计算结果表明,钢轨最大竖向位移为1.54 mm,抬枕装置有效地控制了钢轨在梁缝处的竖向不平顺;伸缩缝处钢轨扣件最大压力和最大上拔力分别为45.794 kN和5.135 kN,能够满足扣件强度要求;钢纵梁扣压件最大压力和最大上拔力分别为11.247 kN和23.7 kN     

修复材料性能对框架板式无砟轨道板角离缝的影响研究

分析了框架板式无砟轨道板角离缝原因，建立了含维修材料的框架板式无砟轨道有限元模型，研究了维修材料弹性模量对无砟轨道受力和变形的影响规律，提出了板角离缝维修材料建议。研究结果表明，施工因素、服役环境和长期列车荷载作用是导致单元框架板式无砟轨道发生板角离缝的主要原因；钢轨和轨道板的垂向位移、CA砂浆层压应力随板角离缝面积的增大而增大，轨道板的拉应力则先增大后减小；正温度梯度作用下轨道板的拉应力随维修材料弹性模量的增大而增大，轨道结构位移则随维修材料弹性模量的增大而减小；当维修材料弹性模量从50 MPa增加至1 000 MPa时，列车荷载作用下维修材料的压应力增大了3.25倍；从维修材料受力角度考虑，建议框架板式无砟轨道板角离缝维修材料采用树脂材料，且弹性模量宜为100～300 MPa。     

客运专线铁Ⅱ型轨道板铺设精度控制

CRTSⅡ型轨道板的铺设精度是无砟轨道铁路的一道关键工序，控制好轨道板铺设精度，不仅能保证铁路的高平顺性，也能降低工程成本。结合在京石无砟轨道施工中的工程实践，通过对轨道板铺设各工序中影响铺设精度的因素的分析，提出了相应的控制措施。     

低固相含量液流中磨蚀翼型空化特性研究

针对水力机械内部空蚀及泥沙磨损联合作用破坏问题,探索空化促进磨损破坏的方式。在闭式循环装置的收缩－扩散实验段中,采用激光-CCD系统获取低固相含量下空化场中翼型表面多个断面的空穴结构分布,分析了空穴结构空间分布规律及其初生、发展、脱落、溃灭的周期性行为特征。针对空穴结构分布,采用了一种基于统计原理的图像处理方法,获得了空泡云平均值及标准差值的灰度分布,前者为流场中各位置的空化程度,后者为各位置空泡云体积变化率的分布。结合已有的空蚀磨损研究成果认为,水力机械内部空化促进颗粒磨损的方式取决于空穴结构及其体积变化率在流场中的分布规律。     

基于轨道式设计的波浪能发电性能研究

论文对浮球式轨道式波浪能发电装置的原理进行了阐述,实验设计两种不同结构双弹簧对立式和一拉一簧式轨道式发电装置进行详细的对比,对其发电量的大小在同一测试平台进行了数据分析,同时对实验的深入研究进行了展望和讨论,拓展了该装置的应用领域．