高速列车轴承范文

高速列车轴承范文（精选9篇）

高速列车轴承 第1篇

为加快高速列车轴承的国产化, 国家“十二五”科技支撑计划将高速列车轴承作为重点项目之一进行研究。根据项目计划要求, 需对所设计生产出的高速列车轴承进行可靠性寿命试验和评估分析。高速列车轴承造价高、对精度和可靠性要求极高, 所以对试验设备要求较为苛刻, 不但难以进行大样本的寿命试验, 而且在有限的试验时间内也很难获得失效数据。因此, 如何确定出高速列车轴承的可靠性试验方案, 并根据所得到的试验数据对设计生产的高速列车轴承可靠性寿命进行评估分析是一个值得研究的问题。

高速列车轴承的可靠性试验方案的关键是对参加试验的样本个数和试验截尾时间的确定, Sharma等[1]考虑到不可靠度和总失效比例之间的关系, 基于修正的系统可靠性边界法, 提出了样本数和截尾试验时间的估计法, 即事先确定出样本的失效个数, 来对试验样本数和试验截尾时间进行折中, 用平均寿命和方差来确定出可靠性的边界。该方法在确定样本数和试验截尾时间上仍有一定的局限性, 特别是当试验时间远远大于产品的寿命时。

小样本数据的可靠寿命评估目前可采用的方法主要有散度系数法、单侧容限系数法和零故障寿命试验评估方法等。散度系数法适用于极小样本问题, 但目前给出的散度系数仅限于对数正态分布方差已知的情况[2]。单侧容限系数法[3]只适用于完全寿命数据。零故障寿命试验评估方法[3], 相当于截尾数的特殊方法, 可事前对试验时间及试件个数进行设计。同时, 在假定发动机寿命分布服从二参数Weibull分布的条件下, 美国空军的《航空涡喷涡扇涡轴涡桨发动机通用规范》[4]给出了零件可靠性寿命无故障试验设计示例。但文献[3-4]均未给出设计示例的理论公式和相应的系数表构造法。本文在阐述了高速列车轴承及其可靠性试验条件的基础上, 根据高速列车轴承的疲劳寿命服从二参数Weibull分布, 推导出可靠性试验的样本量和截尾时间之间的关系, 并结合Bayes多层估计和最小二乘法对小样本无失效情况下的定时截尾试验数据进行处理, 建立了高速列车轴承可靠性模型。

1 高速列车轴承的结构及试验条件

1.1 高速列车轴承的结构型式

高速铁路出现前, 铁路机车轮对轴承的结构型式主要有圆柱滚子轴承、圆锥滚子轴承和调心球滚子轴承。随着高速列车技术的发展, 高速列车轴承作为机车行走部的关键部件之一, 采用何种结构型式成为重要研究课题。日本的NSK、德国的FAG、瑞典的SKF分别通过大量试验证明, 圆锥滚子轴承在高速、高负荷条件下的温升较低, 性能优于另外两种结构类型的轴承。截止目前, 时速高于300km的高速列车基本上采用的都是双列圆锥滚子轴承[5], 其结构如图1所示, 具体参数如表1所示。

1.2 高速列车轴承的可靠性试验条件

高速列车轴承在进行可靠性试验时, 对实际工况的模拟非常重要, 需要满足可控制条件和监测条件。可控制条件参数主要包括轴承转速、加载载荷和冷却风量;监测对象主要包括轴承温度、轴承振动和轴承噪声。根据项目要求并参考相关铁路轴承试验标准, 控制试验主要参数如下:轴承转速为2063r/min (高速列车时速为350km时的轴承转速) ;加载的轴向载荷为±17kN, 径向载荷为86kN;冷却风量为15 000m3/h。

2 高速列车轴承可靠性试验方案

2.1 试验方案的讨论

可靠性寿命试验可分为完全寿命试验和截尾寿命试验。完全寿命试验进行到所有样品全部失效, 优点是能获得完整的试验数据, 寿命评估结果较为可靠;缺点是试验周期较长且耗费巨大。截尾寿命试验进行到部分样品失效, 只能获得部分试验数据, 但若对其充分利用, 也能得到可靠的寿命评估结果[6]。因此, 在进行高速列车轴承可靠性试验时, 为缩短试验时间或减少被试样本, 可采取截尾试验。

截尾试验可分为定数截尾试验、定时截尾试验和随机截尾试验。定时截尾试验具有可事先确定出所需的试验时间以及便于试验计划的进行等优点, 在可靠性寿命试验中应用较为广泛。此外, 考虑到高速列车轴承造价高、对可靠性要求高、试验周期较长且消耗大, 在不影响轴承寿命可靠性评估的前提下为减少成本、节省时间, 因此, 笔者在进行高速列车轴承可靠性寿命试验时采用小样本定时截尾试验方案。

2.2 试验时间的确定

假定高速列车轴承疲劳寿命服从二参数Weibull分布[7], 其分布函数为

式中, F (L) 为被试轴承的累积失效概率;L为被试轴承的寿命或运行时间;T为Weibull分布的尺度参数, 这里指被试轴承的特征寿命;β为Weibull分布的形状参数。

根据二参数Weibull分布的性质可得被试轴承的可靠度公式:

式中, R为被试轴承的可靠度;LR是可靠度为R的被试轴承对应的寿命。

假设现有高速列车试验轴承样本量为n, 其在时间[0, L]内失效数目为r。已知任一轴承的失效概率F (L) , 则样本中轴承的失效数目r服从二项分布, 即为r~b (n, F (L) ) , 则有

假定m为试验轴承的判定合格数, 则试验轴承抽样方案的不可接受概率P为

对式 (2) 进行转换, 可得

将式 (1) 、式 (3) 、式 (5) 代入式 (4) , 得

若轴承在试验时间L内没有失效, 即失效数目r=0, 则m=0, 将r和m代入式 (6) 得

上述高速列车轴承试验的抽样方案中, 假设置信度C=1-α。其中, α为生产方风险系数。工业上常令不可接受概率F (LR) 与生产方风险系数α相等[8], 即

根据式 (8) 可得试验时间L与试验样本n、可靠度R及对应可靠寿命LR、置信度C和形状参数β之间的关系式:

由式 (9) 可知, 给定形状参数β、可靠度R及对应的轴承寿命LR和置信度C, 可求得被试轴承的试验时间L和样本数n的关系。

被试轴承在试验时间L内对应的试验行驶里程为

式中, v为试验轴承的运转速度, 高速列车轴承取v=350km/h;S为试验里程, km。

通常需要大量的疲劳寿命试验才能获得Weibull分布中形状参数β的估计值。显然, 这在高速列车轴承试验数据较为贫乏的情况下是不现实的。通过查阅相关标准和文献得知, 目前世界各国在形状参数β的标准化上达成了一致, 均等效采用ISO281[9]标准推荐值, 因此本文同样采用国际标准ISO推荐值1.5为β的初步值。

对于式 (9) 中的可靠度R及其对应的可靠性寿命LR, 采用国家科技支撑计划项目“高速铁路与城市交通车辆轴承关键技术研究与应用”提出的时速为350km的高速列车轴承指标要求, 即高速列车行驶至60万km时的可靠度要达到99%。

可靠度要求极高的轴承生产方风险系数一般取为0.10、0.05或0.01。为计算被试轴承的试验时间L或试验里程S与样本数n的关系, 文中取C=90%。图2所示为不同试验轴承样本数所需的试验时间和试验里程。

由图2可知, 随着样本的增加, 高速列车轴承可靠性试验所需的时间将缩短, 小样本试验时, 可根据样本数目确定试验时间。

3 试验数据的处理

高速列车轴承造价高、对精度和可靠性要求极高, 不仅难以进行大样本的寿命试验, 而且在有限的试验时间内也很难获得失效数据。因此, 在小样本甚至极小样本无失效数据情况下, 如何根据试验数据对高速列车轴承可靠性寿命进行评估, 是急需解决的一个问题。

3.1 无失效试验数据

从高速列车轴承样品中随机抽取n个做定时截尾试验, 将抽取的被试轴承分为k组, 设每组轴承的个数分别为n1, n2, …, nk, 则n=n1+n2+…+nk;各组截尾时间分别为t1, t2, …, tk, 令t1

本文将采用Bayes多层估计和最小二乘法处理表2所示的试验数据, 以便高速列车轴承做可靠性试验时直接套用。

3.2 累积失效概率的估计

假设从高速列车轴承样品中随机抽取si个做定时截尾试验, 在ti时刻前有ri个轴承样品失效, 轴承的累积失效概率pi为

其似然函数可用二项分布表示[10]:

被试轴承产品无失效时, pi的似然函数为

对于不完全Beta (θ1, θ2, a, b) 分布, 其在[θ1, θ2]上的概率密度函数为

式中, B (a, b) 为Beta函数, a>0, b>0, θ1<θ2。

时间0~ti内, 高速列车轴承无一失效, 说明此时间内累积失效概率pi取值较大的可能性很小, 取值较小的可能性很大。

根据Beta函数的性质, 当a≤1, b>1时, Beta分布的概率密度函数是单调递减的, 这符合各累积失效概率pi较大的可能性小, pi较小的可能性大的先验信息。因此, 为计算方便起见, 不妨暂取a=1, b服从 (1, c) 上的均匀分布 (c>1) , 即b~U (1, c) 。

取Beta (0, 1, 1, b) 分布作为p1的一级先验分布, 根据式 (14) 可得累积失效概率p1的先验密度函数:

根据Bayes理论, p1的后验密度函数为

于是, 在平方损失函数下, p1的多层Bayes估计:

将式 (13) 、式 (15) 、式 (16) 代入式 (17) 可得

被试高速列车轴承无失效数据还应该具有的先验信息:随着时间ti的增大, 被试轴承的失效概率pi也应该逐渐增大, 即对于t1

根据Bayes估计方法, 计算得累积失效概率p2的多层Bayes估计:

在式 (21) 中, 关键在于获得超参数c的取值。对于超参数c, 一般由专家根据经验给定, 也可由无失效数据的先验信息给出。对于高速列车轴承, 由于没有足够的专家经验可以确定出参数c的取值, 因此本文将利用先验信息进行求解。由式 (18) 可知, 在给定^p1先验信息后, 便可求出超参数c。根据项目指标要求, 第一次截尾时间t1=1700h时的可靠度要求为99%, 即t1时刻的累积失效概率p1的先验值为1%。参数c的取值应满足p1的先验值与估计值近似相等[11]。因此, 由式 (18) 可求得c=315。在此基础上将表2中的试验数据代入式 (21) 可得对应的累积失效概率估计值^pi, 如表3所示。

以此类推, 最终可得pi的多层Bayes估计:

3.3 参数估计

在得到各截尾时刻的累积失效概率估计值后, 对寿命分布的参数进行估计, 从而得出高速列车轴承寿命的可靠度表达式。根据式 (1) , 可知ti时刻的累积失效概率为

累积失效概率pi=P (t

实际拟合存在的误差εi:

为求得参数T、β估计值采用参数T和β加权的最小二乘法估计, 取不等权wi:

令

在A (T, β) 取得最小值的意义下, 可分别求得T、β的估计值:

将表2中的试验数据和表3中的累积失效概率估计值代入式 (26) , 可求得, c=315时, 对应T、β的估计值:

3.4 处理结果

将T、β的估计值带入式 (1) 、式 (2) , 可得到被试轴承的累积失效概率和被试轴承的可靠度:

将式 (27) 、式 (28) 与式 (10) 结合, 可得试验里程与累积失效概率和试验里程与被试轴承寿命可靠度:

将速度v=350km/h代入式 (29) 、式 (30) 可得试验里程与累积失效概率和可靠度的关系, 如图3所示。

4 结论

(1) 高速列车轴承是造价高、可靠性要求高、试验周期长且消耗大的轴承, 应做小样本定时截尾试验。

(2) 在短时间定时截尾试验中, 高可靠性小样本多出现无失效现象, 因此, 可靠性试验时间的确定是非常关键的。

(3) 高可靠性、小样本产品试验时间的确定可从其寿命分布入手。

(4) 结合样本数和试验时间之间的数学关系, 得出了高速列车轴承的可靠性模型, 从评估结果来看, 该模型合理可行。

参考文献

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高速移动列车无线组网方案范文 第2篇

为满足快速增长的旅客运输需求，国家“十一五”规划了“四纵四横”铁路快速客运通道以及3个城际快速客运系统，时速高达380 km/h。随着列车时速的不断加快，车厢内手机用户通信时发生切换混乱、接通率低和掉话等现象，无线网络覆盖面临挑战。文章立足于高铁专网设计总体目标，基于高速移动通信性能影响因素，采用分布式基站和一体化基站，提出一种高速铁路组网方案。1 高速移动通信性能影响因素 1.1高速移动带来的问题

高铁列车采用全封闭式车体结构，且部分车采用金属镀膜玻璃，导致在无线传输中车体穿透损耗较大，信号衰减比普通列车大10 dB以上，特殊的材质和极好的密闭性对手机信号的屏蔽会超过24 db以上，基站信号覆盖范围缩小为原来的1/5。当损耗为30 dB时，相当于信号在透过车体时只有原来千分之一的信号强度。对移动用户通信造成非常大的影响。为了克服车体穿透损耗，要求室外的信号发射机功率增强，要求更高的基站接收机灵敏度或者要求用户终端(UE)的发射信号增强。

超过300 km/h的时速将使用户在非常短的时间内穿过多个信号小区，引起用户在通话过程中在不同的小区覆盖范围内频繁切换，会导致掉话等诸多问题。手机在不同基站间切换至少需要6 s，而全速行速的高铁列车通过两个基站的时间要经常小于6 s，手机基本上无法完成切换。

当行驶速度高达200 km/h甚至更高时，相较于正常状态，移动通信网络的覆盖率会从99%以上下降到84%左右，话音接通率会从原来96%以上下降到81%左右，掉话率也会从原来几平为0上升到25%以上，其他话音指标及数据业务指标均会有不同程度的下降。

因波源或观察者相对于传播介质的运动而使观察者接收到的波的频率发生变化的现象称为多普勒效应。在移动通信系统中，特别是高速铁路场景下，这种效应尤其明显。多普勒效应所引起的频移称为多普勒频移。

1.2 3G业务面临的挑战 高速铁路将是3G业务应用的一个重要场景。高速铁路的覆盖是整个3G覆盖不能或缺的重要部分。许多高端的3G用户经常由于商务旅行的原因，需要在高速铁路上使用各种移动通信业务。这些业务不仅包括语音业务、视频业务、还有高速数据上下行业务。

由于高铁主要的目标客户是商务出行或者旅游出行，这些人在列车上使用语音或高速数据业务的需求较为明确。在人们连续乘坐高速列车的时候，特别希望能够通过无线数据业务来排解旅途中的无聊与烦闷。这正是3G丰富多彩的数据业务，如手机网游、手机电视以及视频通话等大显身手的时候。为用户提供高速上下行数据业务是3G时代显著的业务特点，因此，快速发展的高速铁路已成为移动话音和数据业务的新热点。上下行数据业务的速率在很大程度上取决于网络的覆盖质量：一方面为了保证高速列车中用户的网络信号接受质量，抵御车厢的穿透损耗，基站间距需要尽可能缩短；而另一方面，为满足切换的需要以及减少切换及小区重选的次数，基站间又要保持尽量长的距离。高速移动通信网络的规划设计

在进行高速铁路覆盖设计时，充分研究铁路发展趋势，通常以最大穿透损耗的车型作为覆盖优化的目标。基站选址要合理，避免越区覆盖产生，在保证覆盖距离的情况下，尽可能与铁路保持一定距离，克服多普勒效应。尽量将沿线基站放在同一个基站控制器(BSC)或移动交换中心(MSC)中，以减少MSC间、BSC间的切换，避免过长的切换时间对网络服务质量造成不利的影响。

2.1 充分发挥高速铁路链型网络结构的特点

对原有网络结构进行改造，根据高速铁路线形覆盖的特点，将小区结构规划成链形邻区，并针对高速铁路沿线的链形邻区，让用户沿运动方向优先切换到前向链形邻区，这样将尽可能减少切换次数，避免前后小区乒乓切换，也避免了侧向小区的无序切换，提升切换效率，提升业务质量。

2.2 切换带的规划

切换带的规划一方面保证高速移动的手机终端顺利完成切换，同时要尽可能减少基站数量，降低投资，因此切换带的设计要合理。根据快速切换算法触发时间的估算，完成2次快速切换的时间为5～6 s，网络设计过程中通常建议为7～8 s。

2.3 站型和天线的选择

周边用户比较少的农村区域，在铁路比较笔直的场景下，优先选择高增益窄波瓣天线，基站覆盖范围大，切换次数少；对于市区、郊区、沿途有车站、铁路有弧度区域适合选择中等增益天线；功分器虽然增加了3.5 dB损耗，降低了基站覆盖范围，但是两个扇区为同一个小区，减少了切换次数，并且不需要考虑天线前后比的问题，在合适的场景下可以考虑使用；8字形天线比较适合覆盖直线铁路。3 分布式基站和一体化基站的使用

分布式基站组网方案核心思想是将基站的基带部分和射频部分分开：射频部分可以灵活地放置，基带池集中放置使基带可以共享，基带池通过光纤与射频拉远单元连接。铁路沿线比较容易铺设光缆，为分布式基站的建设提供了便利条件，另外基带池集中放置，适用于沿线城镇容量较大区域，减少对机房资源的需求，便于站址获取、集中管理和维护。

室外一体化基站体积小、重量轻，不需要机房，安装方式灵活，可安装在水泥杆、拉线塔以及建筑物的墙体上，无需空调，能有效减低配套成本，适合铁路沿线覆盖使用。射频拉远单元是利用基站剩余的信道板和基带处理设备组成新的扇区，通过光纤系统拉到远处。它具有硬件容量，并且拥有新的扰码和同步码。

基带处理单元+射频拉远单元(BBU+RRU)构成传统意义上的完整基站。BBU部分实现的功能主要为：主控、时钟、基带处理；RRU实现的功能主要包括：数字中频、收发信机、功放和低噪放。

RRU的工作原理是：基带信号下行经变频、滤波，经过射频滤波、经线性功率放大器后通过发送滤波传至天馈。上行将收到的移动终端上行信号进滤波、低噪声放大、进一步的射频小信号放大滤波和下变频，然后完成模数转换和数字中频处理等。

RRU同基站接口的连接接口有两种：通用公共射频接口(CPRI)及开放式基站架构(OBASI)。网络覆盖方案 4.1 高速移动场景特征

高速铁路干线网络覆盖的特点是容量需求不高，呈带状结构，属于典型的覆盖受限系统，话务量需求较低，但是对连续覆盖的要求比较高。铁路沿线采用BBU+RRU组网，采用小区分集和高速频偏补偿算法，在高速列车上装载直放站克服穿透损耗。

4.2 分布式天线覆盖方案

为了增强高速铁路场景下的覆盖性能，提高网络覆盖质量，我们提出了分布式天线结构在高速移动环境中应用的技术方案。在设备选型上，采用分布式光纤基站BBU+RRU组网设备。优点是在某一区域可以只放置一个BBU，链接多个RRU进行高速铁路覆盖，同时RRU具备级联功能，通过级联的方式能够节省光纤，提供灵活的建网方式。

在分布式天线系统高速铁路应用场景中，沿高速铁路架设了4个天线组，每个天线组采用2根天线进行覆盖，8根天线的覆盖区域共同构成一个小区。在条件允许的条件下每个天线组的2根天线尽可能按照相互独立的放置，如无法满足条件，也必须存在一定的相关性。专网模式解决高速接入难题 5.1 专网方案

在高速铁路覆盖中，有专网和大网2种组网方案。专网组网即以专用网络覆盖高速铁路沿线，与大网相对独立。一般在普通铁路和高速公路场景下可以考虑采用大网组网方式，在高速铁路场景中建议采用专网方式。尤其是300 km/h以上的高速铁路无线覆盖需要多种方式并举才能够得到较好的效果。

大网组网即不单独考虑高速场景的覆盖，与其他场景合为一体统一地由室外宏蜂窝大网提供覆盖。大网方案则不用考虑误附着等问题，且资源利用率高，成本相对低，但是大网很难兼顾一般场景和高速场景的通信需求，优化难度大。

专网组网有利于切换链的设计，除了在车站和列车停留区域与大网允许切换外，沿线采用链形邻区设计，不与大网发生切换。可以很好保证高铁的用户在高速移动时切换和重选的路径，提高通信质量；有利于应用专用于高速场景的无线资源管理算法、切换和重选策略和网络参数值，从而更好地提高整个网络的质量。但在实现专网化的过程中一个必要条件是实现对专网信号的严格控制，避免对周围城镇用户造成影响。

5.2 链形邻区

现网调整可以通过逐步对铁路覆盖的基站覆盖进行加强，逐步控制铁路覆盖信号对周边城镇的影响，将现网具备条件的小区进行专网化，实现逐个小区的推进，最终形成专网的覆盖结构，实现全线的专网化。考虑到高速铁路沿线覆盖区域低速用户很少，可以在高铁沿线小区采用链形邻区设置、专用于高速场景的无线资源管理算法，根据快速切换的需要规划切换带、优化切换参数。通过数据设置将现有的公众网络和高铁专网区分开来，使公网的用户切不进来，专网的用户切不出去，只在两端的车站设置网络的出入口。

5.3 专网保护带

专网一个很大的问题是和大网的融合问题：在密集城区和列车的站点附近是专网和大网的进出口。如何判断由哪个网络给用户提供服务，如何防止用户误附着，以及对误附着的用户如何处理是专网方案设计的难题。在专网和公网的重叠区域，专网和公网通过不同的接入策略接入，保证低速用户接入公网，高速用户接入专网。

专网保护带的思路是在专网覆盖小区的两侧选择一些非专网小区作为专网与公网的隔离带小区，这些小区可以与专网小区进行重选和切换，以此避免周边城镇用户一进入专网就无法正常退出的问题，同时又可以避免专网小区切换关系过多所引起的麻烦。在专网大网出入口，如车站小区，可以根据移动路径灵活规划邻区关系和切换带，从而满足切换需求。如果条件不具备可以适当考虑建立专网保护带的方式来保证专网的有效运行。高铁用户能顺畅地进入专网，而沿线普通用户在切入专网后还能够顺利切出，巧妙地解决了高铁途经密集市区、郊县县城且和常规铁路线部分重叠的复杂场景覆盖难题，确保高铁用户百分之百切入切出成功。结束语

跨上高速列车的“中原量仪” 第3篇

打造中量品牌文化

为了提高“中原量仪”在国内外市场的知名度和影响力，“中原量仪”通过了ISO9001∶2000国际质量体系认证，并于2002年9月导入企业文化建设。公司以“内塑精神，外树形象”为基本原则，以“制造精品、服务社会、造福员工”为根本出发点，以“提高量仪国产化水平”为己任，让“团结、勤俭、诚信、敬业”的企业精神更加深入人心，增强公司在广大员工心中的吸引力、凝聚力和感召力。同时，公司将“三个代表”思想引入企业文化建设中，在公司上下广泛开展“先锋工程”、“凝聚力工程”和“形象工程”等活动，推出系列报道，不但全面翔实地集中反映一线工人的先进事迹，反映技术设计人员的创新进取成果，反映营销大军的开拓奉献精神，而且还千方百计地为员工谋福利，关心员工的冷暖疾苦，全面推进公司精神文明和物质文明建设。

增强开拓创新的意识

为了适应新时期发展的需要，提高广大员工的工作积极性，公司进行了一次彻底的清查，并对不同的岗位进行了重新界定、整合，对技术的改进和创新也加大了奖励力度，出台了一系列更趋合理的配套政策，如“岗位胜任制”、“技术创新奖”等。广大员工的岗位意识不仅得到了明显增强，而且业务素质和工作技能也取得突飞猛进的提高。“岗位胜任制”的实施极大的调动了广大员工自觉、主动工作的积极性，提高了广大员工的业务水平和工作技能，“敬业爱岗”也逐渐成为评判一位员工是否胜任本职工作的重要标准。“技术创新奖”的开展提高了广大员工“制造精品、精益求精”的潜能意识，促进了科技人员的创新动力，也为公司生产优质、先进的产品提供了保障。

拓展市场营销空间

根据对市场内在需求和行业发展趋势的研究判断，中量紧紧抓住汽车、摩托车、冷机、军工、机床工具、轴承等行业，加大宣传、营销和服务力度，逐步培育直至形成一批稳定的客户群体，并大力开发一些潜在的新客户、新行业。一方面，销售部领导积极转变市场开发方向，即“抓技术、保质量，抓行业、走市场”，坚持“行业与区域开发并举、抓‘大’与带‘小’方式并存”，加大市场开发力度，强化营销服务水平，极力营造一个“客户一公司一客户”循环发展的双赢互利模式，把公司和客户的根本利益紧密的联系在一起。同时，销售部还积极转变经营理念，即“抓服务、重信誉，抓管理、创效益”，加强营销人员的业务素养，提高营销人员的技术和维修服务水平，满足用户的每一个要求，力争市场的每一份订单，努力打造一支业务精干、技术全面、诚信敬业的营销大军。另一方面，通过大力开展互联网和行业杂志的宣传工作，网上业务量比去年增长了50％。截止去年12月初，销售部便全面完成了全年计划的各项任务指标，再创历史最好水平。与前年同期相比，订货额同比增长了30％，发货额同比增长了28％，销售收入同比增长了20％。

高速列车轴承 第4篇

高速铁路是资源节约型和环境友好型的绿色交通运输方式,中国高度重视高速铁路的发展。瑞典、日本、德国等国家在制造高速铁路列车轴承用钢中表现突出,这些国家的轴承钢生产状况体现了当今世界轴承钢的质量水平和发展方向[1,2,3]。我国轴承钢的质量稳定性水平还相对落后,目前运行速度200 km /h以上的高速列车轴承均由国外进口[4]。为此自主研究开发运行速度200km /h以上的高速列车轴承用钢迫在眉睫。参照日本新干线铁路采用一种合金结构钢经过表面渗碳作为轴承钢的技术思路,提出采用合金元素配比良好的20Cr Ni2M o钢,经过表面渗碳后作为高铁轴承套圈的技术方案。为此首先开展了20Cr Ni2Mo钢的热变形行为以及微观组织的基础研究工作。

利用MMS - 300 热模拟实验机对20Cr Ni2Mo钢进行了不同工艺参数下的单道次压缩实验。通过对真应力—真应变曲线的分析和淬火后金相组织观察,研究了变形工艺参数对热变形行为的影响规律,建立了20Cr Ni2Mo钢在高温变形条件下的流变应力方程,为合理制定生产工艺提供理论依据。

1 实验材料及实验方法

本实验用钢是由东北特钢抚顺基地通过真空熔炼+ 电渣重熔冶炼工艺生产的20Cr Ni2Mo钢,具体化学成分的质量分数为: C 0. 204% ,Si0. 35% ,M n 0. 59% ,P 0. 004% ,S 0. 002% ,Ni1. 80% ,Cr 0. 42% ,M o 0. 26% ,余量为Fe。将铸坯锻造成尺寸为 Φ90mm的圆柱形锻坯,用锻后坯料加工尺寸为 Φ8mm ×Φ 15mm的圆柱形试样。

单道次压缩实验工艺如图1 所示,将试样以20℃ / s加热到1200℃ ,保温180s,再以10℃ / s降温到850 ~ 1150℃,保温30s,真应变为0. 8,分别以0. 01、0. 1、1、5、10s- 1的应变速率进行变形,记录变形过程中应力- 应变曲线,采用变形后立刻淬火以保留奥氏体高温变形后的组织的方法研究高温变形组织,将淬火后的试样沿热电偶处轴向切开,然后磨制成金相试样,用过饱和苦味酸试剂腐蚀奥氏体晶界,通过对实验数据得到应力- 应变曲线。结合金相组织观察,研究不同工艺参数对再结晶及微观组织演变影响规律。

2 实验结果与分析

2. 1 真应力- 真应变曲线

奥氏体在高温变形过程中会发生加工硬化、动态回复及动态再结晶共计3 种物理冶金现象。这3 种过程竞相发展,其竞争结果决定了奥氏体的流变行为。

20Cr Ni2Mo钢在不同变形条件下的真应力-真应变曲线如图2 所示。从图2 中可以看出实验钢高温变形主要是以回复和再结晶为主要特征,并且变形温度和变形速率对变形抗力以及热变形奥氏体的动态再结晶行为都有明显的影响。在应变速率相同的条件下,变形温度越高,真应力越低,真应力- 真应变曲线的峰值应力越低,峰值应变越小,动态再结晶越容易发生。当变形温度较高时,应力值变小,空位原子扩散和位错进行交滑移、攀移的驱动力越大,因而就更易于发生动态再结晶。

应变速率为0. 01s- 1、0. 1s- 1时,如图2( a) 和2( b) 所示,当变形温度为1050℃、100℃、1150℃ 时,随着变形程度的增加,应力值不断增大,当达到应力峰值后开始呈现下降趋势,说明在此应变速率和变形温度下实验钢发生了明显动态再结晶; 而当变形速率增大,以及变形温度降低时,变形过程中加工硬化占据主导地位,如图2( c) 、( d) 所示,随着变形程度的增加,金属晶粒的晶格发生畸变,位错密度增加,位错之间的相互作用形成位错塞积、割阶和位错林等阻碍位错的运动,由于温度较低,变形速率又较高,来不及发生再结晶,因此应力值不断增大,最后趋于稳定,进入稳定的流变状态,而没有出现超过峰值后下降的情况,说明只发生了动态回复,应力- 应变曲线为动态回复型。

2. 2 微观组织

20Cr Ni2Mo钢在1100℃ 、经过变形速率分别为0. 01s- 1、0. 1s- 1、1s- 1、5s- 1、10s- 1变形后淬火的微观组织如图3( a) ~ ( e) 所示。晶粒为细小的等轴晶,表明变形温度为1100℃ 时,实验钢在0. 01s- 1、0. 1s- 1应变速率条件下发生了明显的动态再结晶。而当应变速率为1s- 1时,如图3( c) 所示,原始奥氏体晶粒晶界处有细小的奥氏体晶粒形成,说明此时动态再结晶形核行为已经发生。当应变速率为5s- 1和10s- 1时,从图3( d) 、( e) 可以看出,实验钢的原始晶粒被拉长,基本没有再结晶晶粒,可以判断20Cr Ni2Mo钢在应变速率大于1s- 1时没有发生动态再结晶。从图3 ( f) 可以明显看出,实验钢的奥氏体晶界附近有大量细小的再结晶奥氏体核心形成,其形核机制是由于应变造成缺陷密度的不同,使得已有晶界由低密度一侧向高密度一侧弓出,达到一定尺寸后成为稳定界面,从而在原始奥氏体晶界附近产生,它不但受应变能控制,同时在很大程度上受晶界上第二相粒子大小和数量的影响。

(a)—1100℃,0.01s-1;(b)—1100℃,0.1s-1;(c)—1100℃,1s-1;(d)—1100℃,5s-1;(e)—1100℃,10s-1;(f)—1000℃,5s-1

2. 3 流变应力方程

综合以上分析可知,在热变形过程中,奥氏体动态再结晶主要受变形温度T和应变速率 ε 影响[5]。而Zener-Hollomon参数( Z参数) 概括了变形温度T和应变速率 ε 对变形过程的影响,一般表示为[6]:

式中: Qdef—热变形激活能;

R—摩尔气体常数,取R=8.314J/(mol·g·K);

T—绝对温度,K。

在真应力- 真应变曲线中,σ 和 ε 的关系可以表示为3 种形式:

式中: A、A1、A2、n、n1、α 和 β—均为与温度无关的常数;

A—结构因子,s-1;

n—应力指数;

α—应力水平参数,MPa。

根据式( 2) 和式( 3) ,Sellars和Tegart[7]提出了一种包括变形激活能Q和温度的双曲正弦形式修正的Arrhenius关系式式( 4) ,用于描述热激活能稳态变形行为。其中,α 和 β 符合下式关系:

结合式( 1) 和式( 4) ,得到:

为求 α 的值,首先确定 β、n1的值,对方程( 2) 、( 3) 两边取对数得:

根据式( 7) ,取流变应力为的应力值。当温度一定时,扩散激活能为一常数,以lnε 和lnσp为坐标作图,通过最小二乘法回归到相应的直线上,考虑到温度对应力值的响,可以先假设 α = 0. 00612,选取满足 ασ < 0. 8 这一条件的变形温度1100℃、1050℃ 和1000℃ 的应力- 应变曲线,回归的直线如图4 所示,可以看出1100℃、1050℃ 和1000℃ 对应的直线近似平行,直线斜率即为n1,求这3 条直线斜率平均值得n1= 6. 4066。根据式( 8) ,当温度一定时,可以线性回归得到lnε 和 σ 之间的关系,考虑到式( 8) 适合高应力水平下 σ 和 ε 的关系,同样先假设 α = 0. 00612,选取满足条件 ασ > 0. 8 的变形温度850、900、950℃ 的应力- 应变曲线。回归的直线如图4 所示,可以看出850℃、900℃ 和950℃ 对应的直线近似平行,直线的斜率为 β 值,求3 条直线斜率平均值得 β = 0. 08027。由此得到:α = β / n1= 0. 08027 /6. 4066 = 0. 0125

对式( 4) 两边取对数有:

当温度一定时,根据式( 9) ,对lnε 求偏导数,得:

根据已求的 α,应用最小二乘法进行回归,得到lnε 与ln[sinh( ασp) ]之间的关系曲线,如图5所示,6 条曲线的线性相关系数为0. 98734,直线斜率的平均值为n = 5. 1676。

当应变速率一定时,根据式( 9) ,同样对1 /T求偏导数,得:

令,同样采用最小二乘法进行线性回归,得到ln[sinh( ασp) ]与1 / T之间的关系曲线,如图6 所示,其线性相关系数为0. 98734,直线斜率平均值l = 11166。

根据已求的数据n = 5. 1676,结合式( 11) ,可以得到热变形激活能Q = Rnl = 8. 31 × 5. 1676 ×111166 = 479498. 8J·mol- 1。

将热变形激活能代入式( 1) ,得到Z参数为:

对式( 6) 两边取对数,得:

ln Z=ln A+nln[sinh(ασ)](13)

根据式(12)求得的Zener-Hollomon参数,然后作出ln Z和ln[sinh(ασ)]之间的关系曲线,如图7所示,其线性相关系数为0.96279,直线的斜率为n=4.85736,截距为39.38024,从而可以求出A=e39.38024=1.2665×1017,将所得的数据代入式(4),这样,20Cr Ni2Mo钢流变应力方程为:

由式( 6) 可以推出:

根据双曲正弦函数的定义,由此可以将流变应力 σ 表述为Zener-Hollomon参数Z值函数:

根据图7 所示,ln Z与ln[sinh( ασ) ]之间的关系曲线保持近似线性,这证明在测试温度和应变速率范围内流动应力方程式( 16) 是有效的。将求得的各参数代入式( 16) 中,整理得到适用于工艺过程的流动应力方程为:

3 结语

1) 分析了20Cr Ni2Mo钢热变形真应力- 真应变曲线,可以看出变形温度和应变速率对20Cr Ni2Mo钢的奥氏体变形行为影响较大。应变速率低于1s- 1,变形温度在1050℃ 以上变形时,实验钢发生了明显的动态再结晶,其动态再结晶形核机制主要为晶界弓出。

2) 通过回归计算,确定了20Cr Ni2Mo钢的热变形激活能为479. 499k J/mol; 确定了Zener-Hollomon参数。

3 ) 根据回归计算获得的数据,确定了20Cr Ni2Mo钢高温压缩变形时的流变应力方程。

参考文献

[1]田忠学.中国特殊钢现状及发展文集[C].北京:中国特钢企业协会,1996.

[2]周德光,李峥.高质量轴承钢的生产技术[J].中国冶金,2000,12(6):14-17.

[3]魏果能,许达,俞峰.高质量轴承钢的需求、生产和发展.中国特殊钢年会2005论文集[C].北京:冶金工业出版社,2005.

[4]孙振华.我国铁路客车高速轴承研究分析[J].铁道车辆,2004,42(8):4-7.

[5]Sellars C M,Tegart W J.Relationship between strength and structure in deformation at elevated tern—peratures[J].Mem.Sci.Rev.Met,1966,63(9):731-745.

[6]Jonas J J,Sellars C M,Tegart W J.Strength and structure under hot working conditions[J].Ink Met.Rev,1969,130(14):11-24.

[7]Liu J T,Chang H B.Wu R H,et a1.Investigation on hot deformation behavior of AISI T1 high-speed steel[J].Materials Characterization,2000,45:175-186.

[8]Zener C,Hollomon J H.Effect of strain rate upon the plastic flow of steel[J].Journal of Applied Physics,1944,15(1):22-32.

高速综合检测列车 第5篇

高速综合检测列车作为一个国家铁路科技实力的综合体现, 目前世界上只有少数高速铁路发达国家有实力设计与制造, 意大利、法国、英国和日本等花费4~5年的研发和制造时间, 而我国在没有综合检测列车技术前提下, 在较短时间内, 设计并制造了多列具有世界先进水平的高速综合检测列车。

1 国外高速综合检测列车发展现状

日本、意大利、法国、英国等高速铁路发达国家为了满足高速列车开行需要, 采用高速综合检测列车对基础设施进行综合检测。德国和美国采用机车牵引方式, 没有专门的高速综合检测列车, 对基础设施综合检测一般通过加挂综合检测车来实现。

随着高速铁路的发展, 日本先后研制了最高检测速度275km/h的“黄色医生”和“East-I”、法国研制了最高检测速度320km/h的“IRIS320”、意大利研制了最高检测速度220km/h的“阿基米德”、英国研制了最高检测速度200 km/h的“NMT”等高速综合检测列车, 并建立了地面数据分析中心。高速综合检测列车已成为高速铁路安全检测的重要手段。近年来, 意大利一直着力开发300 km/h以上的高速综合检测列车, 以适应高速铁路检测的需要。

由于基础设施与移动设备的匹配往往受列车运行速度的影响, 除了新线竣工验收要求试验速度大于设计速度10%以外, 运营中的周期性检测也越来越多地采用等速检测。总体而言, 近年来国外高速综合检测列车和数据分析在技术上取得了很大发展, 并在确保高速铁路运营安全、指导基础设施养护维修方面发挥了越来越大的作用。但是, 要使这项技术真正达到成熟, 各国还需结合运用情况, 在理论研究和应用技术上取得突破, 还有较长的路要走。表1为各国检测列车组成及功能比较。

2 我国高速综合检测列车发展现状

高速综合检测列车在我国的发展经历了从各种专业检测车到安全综合检测车、从安全综合检测车到高速综合检测列车, 检测内容从单一的专项检测扩展到多专业的综合检测, 检测速度逐渐达到与列车运行速度等速, 检测目的从仅保障运营安全发展到确保运营安全、指导养护维修、动态资产管理的新阶段 (见图1) 。

2.1 专业检测车

专业检测车以单节无动力铁路客车为载体, 针对单一基础设施检测的需求, 加装轨道检测、弓网检测、动力学检测、通信或信号检测等精密测量设备, 与带牵引机车的普通客车编组成列, 可在运行过程中对轨道、接触网、通信或信号等基础设施状态进行单独检测。专业检测车只具备对某一类基础设施进行检测的能力, 且目前牵引机车的速度不能超过200 km/h。

2.2 安全综合检测车

安全综合检测车以单节无动力铁路客车为载体, 集成轨道几何状态检测、弓网参数检测、连续轮轨力测量和线路环境监视等设备, 可对轨道、接触网等基础设施状态进行综合检测, 并配置统一的距离脉冲发送、数据网络传输和定位功能。为了提高基础设施检测效率, 中国铁道科学研究院 (简称铁科院) 于2000年就开始设计并制造了我国首台安全综合检测车, 2002年下线, 在对轨道、接触网的检测中发挥了重要作用, 外形及车内仪表室见图2。该车作为高速综合检测列车的雏形, 具备了对某几类基础设施进行同时检测的能力, 但无法进行全项目检测, 同时受牵引机车运行速度的限制, 无法根据线路的设计速度进行等速检测。

3 高速综合检测列车组成及技术特点

高速综合检测列车需要加装多种基础设施检测设备, 根据动车组原型车的构造和检测设备的需求, 对动车组进行适应性设计及改造, 集检测、办公、会议、生活等功能于一体, 既装有各种检测设备及操作室, 又设有会议车、生活车、卧铺车, 需要对列车平面布置、车体、内装结构及制动、辅助供电、网络等所有高速列车结构进行系统规划设计。

3.1 0号高速综合检测列车

我国首列250km/h高速综合检测列车——0号高速综合检测列车生产制造历时1年10个月, 于2008年6月6日下线交付使用。该高速综合检测列车由铁科院基础设施检测研究所 (简称铁科院基础所) 负责系统集成及综合系统的研制开发, 动车组车体由中国北车长春轨道客车股份有限公司设计制造。

0号高速综合检测列车最高检测速度250km/h, 最大牵引功率5500kW, 由5动3拖、2个动力单元组成。车内搭载轨道检测、接触网检测、轮轨动力学检测、通信和信号检测等系统, 同时, 还设置列车专用网络、定位同步、环境视频信息采集处理、多媒体显示和数据综合处理等系统, 实现信息的集成、共享和综合分析。

高速综合检测列车由通信信号检测车、会议车、接触网检测车、数据综合处理车、轨道检测车、餐车、卧铺车和信号检测车8辆组成 (见图3) 。车内设置操作室、卧铺间和会议室等设施, 满足检测、办公和生活的需要 (见图4) 。

与世界其他国家目前投入运用的综合检测列车相比, 0号高速综合检测列车具有功能齐全、集成度高等技术特点, 主要体现在三方面: (1) 检测项目多, 涵盖了轨道几何, 轴箱、构架及车体加速度, 轮轨力, 接触网几何, 弓网动态作用, 接触线磨耗和受流参数, GSM-R和450 MHz场强覆盖, 轨道电路, 应答器信息, 车载ATP工作状态等各方面; (2) 系统集成度高, 采用光纤通信、惯性导航、宽带网络、数据库等高新技术, 实现列车各检测系统在同一坐标系下精确定位、同步检测, 检测结果可以进行综合分析和评价; (3) 检测技术先进, 0号综合检测列车集成了连续式、非接触式集流测力轮对, 毫米级精度的长波长轨道不平顺实时在线检测等最新技术, 综合检测技术填补了我国基础设施综合检测技术的空白, 综合检测能力达到世界一流水平。

3.2 CRH380B-002高速综合检测列车

2009年11月, 铁科院承担了国家863计划重点项目——“最高试验速度400 km/h高速检测列车关键技术研究与装备研制”, 在中国北车唐山轨道客车有限公司CRH380型动车组基础上研究开发了CRH380B-002高速综合检测列车, 于2011年3月下线, 随即投入到京沪高速铁路的联调联试, 承担了基础设施各项测试数据的采集和分析工作, 对京沪高速铁路的顺利开通与安全运营发挥了重要作用。目前国内外均没有检测速度如此高、检测项目如此齐全的综合检测列车, 该车的研发并投入使用也标志着我国高速综合检测列车整体技术达到了世界领先水平。

CRH380B-002高速综合检测列车加装了我国自主研制的轨道、接触网、轮轨动力学、通信、信号检测和综合系统设备, 对车内、车下、车顶的环境及配置进行了专门设计, 具备进行高速铁路基础设施状态检测的功能。列车持续检测速度350 km/h, 最高试验速度400 km/h, 列车为6动2拖8辆编组。

CRH380B-002高速综合检测列车由通信信号检测车、弓网综合检测车、轨道动力学检测车、会议车、设备车、生活车、卧铺车和信号检测车8辆组成 (见图5) 。车内设置操作室、卧铺间和会议室等设施, 满足检测、办公和生活的需要 (见图6) 。

CRH380B-002高速综合检测列车具有检测速度高、功能齐全、集成度高等技术特点, 主要体现在四方面: (1) 检测速度最高, 目前国际上还没有检测速度达350km/h及以上的检测列车, CRH380B-002高速综合检测列车检测速度最高可达400km/h, 且检测精度不受检测速度影响; (2) 检测项目齐全, 在0号高速综合检测列车检测项目基础上, 新增加了转向架载荷测试、ATP监测、Igsmr接口监测、Um无线环境检测、EMC车载列控运行环境电磁干扰监测等检测项目; (3) 系统集成度高, 采用光纤通信、惯性导航、宽带网络、数据库、数据综合处理等高新技术, 实现列车各检测系统在同一坐标系下精确定位、同步检测, 动态定位精度可达1m, 检测结果可以进行综合分析和评价; (4) 检测技术领先, 在0号高速综合检测列车的研发基础上进行升级和再创新, 满足了高速运行条件下的检测需求, 综合检测能力处于世界领先水平。

4 结论与展望

高速综合检测列车作为对基础设施进行动态检测的一项重要技术装备, 提高了高速铁路基础设施检测效率, 指导了养护维修, 确保了运营安全。铁科院基础所围绕高速铁路的检测需求, 创出了高速综合检测列车品牌, 形成了2大系列产品:最高检测速度250 km/h的高速综合检测列车, 可满足最高运营速度250 km/h高速铁路及既有提速干线的检测需求, 代表性产品为0号高速综合检测列车;最高检测速度350 km/h高速综合检测列车, 可满足运营速度300 km/h及以上高速铁路的检测需求, 目前已经生产了CRH2-150C、CRH380A-001和CRH380B-002高速综合检测列车。

参考文献

[1]康熊, 王卫东, 许贵阳, 等.0号高速综合检测列车项目研究报告[R].北京:中国铁道科学研究院, 2008

[2]侯卫星, 杨宏图, 王卫东, 等.综合检测列车技术的应用与发展[R].北京:轨道交通建设与运营安全研讨会, 2008

[3]科学技术部.时速400公里高速综合试验检测列车研制[R], 2008

[4]中国铁道科学研究院.高速综合检测列车技术交流总结[R], 2006

[5]黎国清, 许贵阳.国际综合检测技术汇编[R].北京:中国铁道科学研究院, 2004

高速列车的减重 第6篇

斯德哥尔摩皇家技术研究所生态车辆设计中心正在使用基于复合材料夹层技术的多功能车体外板为车体结构减重,研究轻量化高速列车的经济环境效益。

与其他交通工具相比,铁道车辆相对较重。例如,瑞典X2000型高速列车每座质量是尼奥普兰Spaceliner公共汽车每座质量的3倍左右。这种差异其中大约一半体现在列车比公共汽车每座空间大这样一个事实,但余下的是由于制造方法和耐撞性不同导致。

使用现代化的复合材料夹层技术减轻铁道车辆车体结构质量,可获得可观的经济环境效益。斯德哥尔摩皇家技术研究所正在调研此项提议,着眼于制定一个通用的车辆方案。

侧墙、车顶、地板和车体结构部件,约占典型轨道车辆质量(不包括转向架和牵引系统)的35%～40%。其余为内装及辅助设备质量。侧墙板、地板和车顶板约占车体结构质量的40%,或总质量的16%,剩余质量来自骨架和其他元件。

为了实现明显减重,必须重新考虑每个元件的功能。对于侧墙,可使用承载的夹层板替代其中一些或全部骨架。使用夹层板可减少部件数量,并可在单个构件中实现隔热、刚度和强度的完美结合,从而简化制造过程。

采用夹层板的另一个优点在于减少侧墙壁厚,这一点已经在斯德哥尔摩 C20 地铁车辆上采用庞巴迪公司全集成化车体装配系统(FICAS)技术得到证明。使用FICAS技术,C20地铁车辆侧墙壁厚比原来的车辆减少了120 mm。对于采用2+2座位配置的典型高速列车,可为每位乘客额外提供60 mm的肘部空间。

夹层结构和复合材料在铁路行业并不是新出现的。复合材料常用于内装或流线型驾驶室模块。也有一些车辆采用夹层板的例子,如Schindler公司的Revvivo客车[1]和韩国的TTX摆式列车样车[2]都使用了夹层板。然而,所有这些车辆均采用钢骨架以增加车体刚度。

理想状态简单的减重方法就是去除骨架。使用优化的复合材料,以及或许对车辆几何形状稍作改变,那么就可以完全替换骨架,例如使用碳纤维面板和铝蜂窝芯材的高等级夹层板。

对应不同的功能,差不多有无数可替代的复合材料,对环境的影响也不尽相同。考虑到典型铁道车辆使用寿命长,采用最轻的材料将会带来最大的环境效益。

2 节能

在长达40年的典型使用寿命期间,高速列车运营里程可达1 500万km。根据Helms和Lambrecht计算[3],高速列车减重100 kg,就会在有效寿命期间降低能耗约100 GJ[3]。假设节能和减重呈线性关系,我们研究项目的目标是减重4 t,那么就可减少能耗4 000 GJ。

1列X2000型列车每公里消耗约10 kW·h的能量,因此寿命期间1 500万km运营里程需要消耗约54万 GJ能量。能耗中约25%与车辆质量有关,车体承载结构仅占车辆质量的20%,分摊到车体结构本身的能耗是27 000 GJ。减少30%的质量相当于减少了近8 000 GJ的能耗。减少的能耗比包括提取原材料在内的车辆生产过程中消耗的总能量还要多(图1)。

但铁道车辆减重对环境的真实影响应该如何计算还不是很清晰。例如,就温室气体排放而言,电动列车的碳覆盖面积取决于该地区发电的构成。

其他研究表明,到2050年,长途汽车和飞机每旅客·公里能耗可分别降至0.12 kW·h和0.32 kW· h[4]。长途铁路运输能耗已低于这些数字,到2050年,每旅客·公里能耗可低于0.05 kW·h,绿色列车研究项目已达到该水平[5]。

能耗也与铁路车辆运行中必须克服的物理阻力(滚动阻力、重力、加速力和气动阻力)有关。气动阻力取决于车辆的形状和长度,大致与速度的平方成比例,而其他3种阻力则均与车辆质量有关,将受益于任何减重措施。

3 成本节约型运输

然而,如果仅仅是产生更多运输需求,而不改变较高的能耗模式,那么增加铁路运输的吸引力并不会减少对环境的影响。

当前,瑞典最大城市间的国内航班票价与铁路运输相近。由于航空旅行办理登机手续和来回机场需要花费时间,因此高速列车在约300 km及以下距离通常比航班快,在150 km以上距离比公路运输快。

更高的速度有可能使铁路运输更具吸引力,并有望转移对公路长途运输、国内航班和甚至一些国际航班的需求。虽然更轻的车辆当前还未被视为实现更高速度的必要因素,但却可在减小轨道状态恶化方面带来益处,轨道状态恶化与车辆质量有关,并且随着速度的增加而加剧。

今后,线路使用费有可能要反映车辆施加在轨道上的力及其产生的轨道磨损。通过减轻车辆质量和轴重,可以提高速度而不增加轮轨力,即使是在弯道上。另外,车辆减重和更宽敞的内部空间(得益于更薄的壁厚),可允许在同样性能水平上增加有效载荷。这两者都会通过降低每旅客·公里的成本,来增加铁路运输的竞争力。

车辆减重可引发良性循环,因为部件和设备可以在达到相同性能的前提下减小尺寸。这可能包括更简单的制动系统、悬挂和减振系统,或使用更小、更轻的牵引设备(以保持相同的功率-重量比)。其他好处包括减小外部噪声(由于轮轨力降低)和减小地面振动。

采用较轻的车辆,可将现用的机械和电动混合制动转变为更多依赖电力制动的模式。这样可减少能耗和制动维护,但由于减速的要求往往大于加速要求,这就意味着需要使用更大的牵引电机。表1列出了车体承载结构采用夹层板的一些潜在经济环境效益。

4 关注点

然而,使用较轻的车辆会在几个方面产生负面影响。由于较轻的车辆比较重的车辆更容易脱轨,因此必须考虑侧风安全问题。

碰撞安全和能量吸收是采用复合材料需要关注的另一个问题。在铁路行业钢制车体已为大家所熟知,且具有良好的能量吸收性能。复合材料夹层结构有多种失效模式,会影响其能量吸收性能。关键是要确定哪种模式会首先失效,以便制造一种始终以同样方式失效的结构。

复合材料具有特别好的强度-重量特性,并且通常比其他材料具有更好的耐腐蚀性。从而使其在减少维护或部件更换方面具有潜在优势。但是目前正在使用的许多复合材料并不易于回收利用,随着人们对采用复合材料的兴趣日益增加,这将给寻求方法解决回收利用问题带来更多压力。

有些自然纤维复合材料如大麻纤维,已被用于铁路行业,在减重、回收利用和降低材料成本方面具有优势。但另一方面,天然材料与工程材料相比,一致性差,并且不能满足刚度、强度、防火和吸水性等其他性能要求。

最后,材料的选择将是机械性能、环境和经济因素之间的权衡。其中一些因素如机械性能要求,容易量化。其他一些因素则很难量化。对于给定的质量减轻或价格降低,可以接受何种程度的不可回收性?哪些方面对环境的影响更为显着,界限应该定在何处?

我们认为这些问题的最佳解决方案是以车辆减重这一主要目标为重点,接下来是反复考虑对车辆设计进行重大修改。同时必须考虑不同替代材料的生产成本,以确保最终采用的方案切实可行。

参考文献

[1] Schindler is on track with FRP trains[J].Reinforced Plastics,1995,39(11):28-32.

[2] Seo S I,Kim J S and Cho S H.Development of a hybrid composite bodyshell for tilting trains[J].Journal of Rail & Rapid Transit,2008,222(Part F):1-10.

[3]Helms H and Lambrecht U.The potential contribution of light-weighting to reduce transport energy consumption.International Journal of Life Cycle Assessment:Special1,2007,58-64.

美国加利福尼亚高速列车招标 第7篇

要求参与投标的供应商阐述如何提供“基本订单数量附带最多95列选项 (包括基本订单数量) 数量”列车, 及其30年的维护和备件。除此之外, 还要提供在加利福尼亚高速铁路管理局即将购入的中央河谷地段建设车辆段的方案。对各家的投标按“寿命周期最佳值原则”进行评估, 须符合“购买美国”法和“购买加利福尼亚”法。

加利福尼亚高速铁路管理局希望订购基于“以300km/h及以上速度投入商业运营至少5年的成熟列车”, 运营速度最高可达354km/h的单层电动车组。

加利福尼亚高速铁路管理局首席执行官称:“这次招标对我们的项目来说是个意义重大的时刻。”

韩国未来10年的高速列车 第8篇

2014年4月, 韩国铁道公社 (Korail) 庆祝了韩国高速铁路史上的一个里程碑事件———KTX列车网正式开通10周年纪念。自2004年以来, KTX列车已载客超过4.14亿人次, 现在韩国铁道公社每天运行232列KTX列车, 载客约15万人次。

高速铁路网仍在不断扩展, 从五松市到木浦市的湖南线预计将于2016年初开通, 届时将大大缩短国家西部地区的旅程时间。

韩国铁道公社于2011年与Hyundai Rotem公司签署了一份采购22列新一代KTX列车的合同, 这批列车将交付给湖南线运营。KTX-Honam列车已于2013年11月开始试运行, 目前15列车正在进行试验和调试。这15列车将于2014年年末移交给韩国铁道公社, 其余7列车将于2015年第二季度移交。图1为KTX-Honam列车头等车内饰。

2014年初Hyundai Rotem公司又获得了为新建的Wongang干线提供15列10辆编组列车的合同, Wongang干线连接首尔东南部的原州市与东海岸的江陵市, 定于2017年开通。届时列车将为2018年平昌冬奥会提供服务。

水西高速铁路公司同样也为2017年将延长至水西市和木浦市的高速铁路延伸线订购了10列10辆编组的KTX列车。长57km的水西高速铁路将首尔东南部与京釜高速铁路连在一起, 让首都更多区域可以享受到高速服务。这条线路也服务于新的卫星城东滩。

通过1994年启动的一个本土化项目, 阿尔斯通将最初的KTX列车技术转让给了韩国制造商。在1996年末, 韩国政府启动了一项独立的大型研究项目, 自主开发一种新型高速列车。1996年—2002年期间, 该项目投入约2.5亿美元, 研制了一列HSR 350X样车。韩国铁道研究院与其许多学术研究伙伴最终耗时11年完成了该开发项目———6年用于设计和制造样车, 5年用于试验和调试。

利用HSR 350X列车的成果开发了KTX-Sancheon列车, 但KTX-Sancheon列车采用的技术与HSR 350X有很大的不同。拖车低碳钢车体改成了双层铝合金结构。KTX-Sancheon列车采用IGBT控制的PWM变流器和逆变器+异步交流电机, 代替HSR350X列车上采用的晶闸管控制的电机组件+同步交流牵引电机。

为了给所有乘客提供舒适的乘坐体验, 即使是普通车厢也安装了可旋转座椅。然而, 安装可旋转座椅减少了座席定员数量, 10辆编组的列车定员仅363人, 与之相比, 最初的20辆编组的KTX列车定员则多达935人。水西与Wongang线上的列车内部配置不同于KTX-Sancheon列车, 定员410人。

韩国铁道公社正在努力改善其高速列车技术, 牵引系统是研发重点。KTX-Sancheon列车采用的传统牵引系统基于为HSR 350X样车开发的IGBT控制的变流器和逆变器系统, 由单个变流器和逆变器组件带动2台1.1 MW的异步牵引电机转动 (1C2M模式) 。这种配置存在缺点, 因为需要精确控制车轮直径导致轮对维护成本较高, 并且在轨顶状态不良时还会限制车轮防滑控制。

因此, 决定采用一个变流器和逆变器组件只控制一台牵引电机的模式 (1C1M模式) 。采用1C1M模式的新设计需要对主电路和控制电路做重大的改变。

KTX-Wongang列车另外一项重大改变是在无动力转向架上恢复采用每轴4个制动盘, 该方案已经在第一代KTX列车的铰接式拖车上验证过。通风式制动盘在HSR 350X列车以及随后的KTX-Sancheon列车的无动力转向架上应用过, 但证明并不是很成功。

系列KTX列车的主要技术参数见表1。

KTX-Honam列车将在韩国西南部光州市耗资3亿美元专门建造的车辆段进行维护, 车辆段将于2014年10月竣工。KTX列车的维修设施见表2。图2、图3分别为首尔高阳KTX列车车辆段和维修车间。

现在韩国的车辆专家认为, 未来一代高速列车非常有必要朝动力分散的方向迈进, 尤其是将运行速度从300km/h提高到320km/h~350km/h。随着中国已经制造出运行速度高达380km/h的高速列车, 韩国铁路工业有必要开发商业运行速度更高的列车。

高速轴承油气润滑系统改造 第9篇

关键词：油气润滑,压缩空气,流量,温度

油气润滑是一种新型的润滑方式, 是典型的“气液两相流体冷却润滑技术”, 形成的气液“两相膜”承载能力大大提高, 由于润滑膜厚度的增加, 使润滑膜形成率提高, 具有优良的润滑减磨作用。实现以均等的时间分配润滑油的方式, 润滑油可以连续输送。润滑剂消耗量极其微小, 不会产生多余的热量。

润滑油可以实现按需分配, 油气分配均匀并可实现按比例分配。连续不断的压缩空气有利于轴承的冷却, 压缩空气在轴承内部能保持约0.3bar正压, 能阻止脏物和水的侵入, 使轴承具有良好的密封性能。能适合不同的恶劣工况条件, 如高温、重载、高速或极低速、有冷却水和脏物侵入轴承的场合。润滑油基本实现零排放, 利用99%以上, 与传统的润滑方式相比, 大大减少了润滑剂的消耗量, 大幅度地节省了开支。但是, 油气润滑一旦出现故障, 判断故障及其困难。

1 油气润滑在高速轴承润滑的应用

高速轴承油气润滑现在应用较为广泛, 我们所涉及的具体的润滑原理图如下图1, 此图中主轴的最高速度达到2800r/min。

其工作原理:润滑油先通过P1→油路换向阀 (2) , 当换向阀 (2) 得电, 压力油通过换向阀进入到分配器 (1) ;压缩空气通过气源三联件 (5) 进入气动换向阀 (4) 、 (6) , 当气动换向阀 (4) 得电时, 压缩空气通过进入减压阀 (3) , 通过减压阀将压力调节为4.5bar后进入分配器 (1) 后与油混合进入各个润滑点。在设备工作时压缩空气通过换向阀 (6) 通过节流阀 (7) 进入主轴的前轴承位置, 为了保证润滑油不外漏。实际工作中的换向阀 (2) 是周期性的开启, 一般是每2分钟打开一次。压缩空气是一直供给着。

2 油气润滑的故障描述

当按照上述的设计进行调试试车, 主轴以工作速度转起来时, 轴承温度迅速升高, 工作半小时时, 轴承温度达到80℃以上, 只能停机降温。且轴承漏油严重, 这种情况下不能保证设备的连续运转, 大大降低了设备可开动率。

3 故障分析及解决方案

通过对该系统仔细研究发现, 一条单独的气路没有和油混合, 直接通入到轴承处, 从油气分配器 (1) 出来的油气有一路也通向轴承处, 可想而知, 该油气是直接对主轴轴承进行润滑的。单独的气路的作用:1) 为阻止轴承润滑油的外泄;2) 对轴承进行冷却。因为设备功能需求, 轴承处承载力较大, 容易发热。

该故障为轴承温升快而且有严重的漏油现象。我们初步判断:轴承发热是由于润滑油量不足, 漏油是由于单独的气路的气体流量不足。

车间的压缩空气主管路的压力为6.7bar, 因为单独的气路是靠节流阀 (7) 来调节供气流量的, 将节流阀 (7) 的流量调大, 发现气路的另一个支路的减压阀 (3) 处的压力在变小。从设计角度上来讲, 调节节流阀 (7) 来保证该气路的流量不应该影响 (3) 处的压力。如果油气中 (3) 的压力不足, 会直接影响轴承润滑效果。然而要阻止漏油现象, 必须将单独的气路 (7) 的流量调大。在当前的系统来看, 无法实现。

解决压缩空气的流量问题, 是解决轴承发热问题的关键。首先, 我们想通过提高系统压力的办法来提高流量, 可是车间里的压缩空气的压力6.7bar已经达到最高, 无法再提。于是我们安装了一台能力较大的气动泵直接为油气润滑提供气源, 压力是提高了, 可是气动泵打出来的压缩空气含水量太大, 无法满足油气润滑系统的要求, 此法也行不通。最终, 我们对油气润滑的气路进行改造。将这两个支路分开, 分别单独从主压缩空气的管道上接入, 并将管路加粗, 原来内径为φ6的不锈钢管更换为φ10的。具体方案如下:见图2

改造完毕后, 按照我们预定的参数进行调节, 发现两条气路的流量都得到了提升。起车进行试车, 先是空载试车, 将主轴转速逐渐升高, 轴承的温度从30℃升高到55℃后不再升高。在空载试车结束后很快进入到正常的工作状态, 轴承温度始终保持在55℃左右, 并且漏油现象也得到了解决。

4 结语