许世森,博士,现任西安热工研究院总工程师,研究员
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工艺、齿轮修型、轴系分布、壳体模态优化等措施降低电机激励源高频振动,从源头上优化啸叫问题。
2018,34(05):54-62.[2]王树青,吴国栋,郭金宝,等.活塞环动力学数值模拟计算及试验研究[J].内燃机与动力装置,2008.[3]于彩侠.内燃机活塞环岸区域润滑油输送机理研究[D].肥工业大学,2013.[4]郝志勇,丁加岑,朱君亮,等.活塞环开口位置对窜气特性影响的研究[J].北京理工大学学报,2016,36(3):258-263.[5]煖王兆.缸套粗糙度对柴油机运行性能的若干影响[J].柴油机设计与制造,1998,4.[6]杨连声.内燃机设计[M].中国农业机械出版社,1981:225.[7]郝志勇,丁加岑,朱君亮,等.活塞环开口位置对窜气特性影响的研究[J].北京理工大学学报,2016,36(3):258-263.图13改进后窜气量数据图1新能源电机主动侧激励频谱图图3二级隔振结构示意图图4二级隔振简化示意图另外一方面,从传递路径上隔离高频啸叫,即通过激励源或车内包覆来隔离啸叫的空气传递路径;通过优化悬置衬套结构等措施,来隔离啸叫的结构传递。
本文通过在悬置基础上,在主动侧增加二级隔振衬套来进一步隔离高频振动的结构传递。
2二级隔振建模与分析在悬置与电机连接点上,增加橡胶衬套,形成二级隔振。
即一级为悬置原有的橡胶件,二级为悬置与电机总成连接点的衬套,形成二级隔振,如图3所示。
本文为分析二级隔振趋势,以图3所示意的后悬置做二级隔振进行分析与验证。
我们可以把后悬置支架看作的质量体,后悬置大衬套(一级)看成K1的弹簧,(二级)看成K2的弹簧,电机总成看成其余两个悬置合成为K3的弹簧,在主方向上简化二级隔振模型,如图4所示。
根据简化,通过二自由度模型可以分析其传递特性曲线。
图5为某电机二级隔振与单机隔振传递特性对比情况,根据图5所示,可以确认以下几个特征:二次共振,振动放大,然后再次起到隔振作用。
国家能源局公告2011年第7号――关于2010年度国家能源科技进步奖评选结果的公告文章属性•【制定机关】国家能源局•【公布日期】2011.11.28•【文号】国家能源局公告2011年第7号•【施行日期】2011.11.28•【效力等级】部门规范性文件•【时效性】现行有效•【主题分类】能源及能源工业综合规定,机关工作正文国家能源局公告(2011年第7号)为鼓励广大能源科技工作者的科技创新,促进能源行业科技进步,按照《国家级能源科技进步奖励管理办法》(试行,国能科技【2009】341号),本着“公开、公平、公正”原则,采取自愿申报、专家评审、社会公示的方式,国家能源局组织开展了2010年度国家能源科技进步奖评选工作。
现将评选结果予以公布。
附:2010年度国家能源科技进步奖评选结果国家能源局二○一一年十一月二十八日附件:2010年度国家能源科技进步奖评选结果┌───────┬────────────┬─────────────┬────────────────┐│序号│项目名称│主要完成单位│主要完成人│├───────┴────────────┴─────────────┴────────────────┤│一等奖│├───────┬────────────┬─────────────┬────────────────┤││││孙茂远、冯三利、吴建光│││沁南煤层气开发利│中联煤层气有限责任│叶建平、郭本广、秦继荣││1│用高技术产业化示│公司│彭文、孙建平、孙晗森│││范工程技术研发││王国强、王建中、范华│││││赵玉峰、傅小康、王楚峰│├───────┼────────────┼─────────────┼────────────────┤││复杂松软突出煤层││徐冉忠、林柏泉、师永贵│││保护层开采时空演│陕西陕煤韩城矿业有│翟成、屈永安、杨威││2││限公司│李建民、朱传杰、赵武强│││化及瓦斯抽采技术│││││研究│中国矿业大学│姜永明、王建利、吴杰│││││孙林锋、赵中星、苏宏刚│├───────┼────────────┼─────────────┼────────────────┤││露井联采下千万吨│中煤平朔煤业有限责│冯学武、吴吉南、朱建明│││井工矿安全高效生│任公司│刘保宽、刘长友、张忠温││3│││王纯义、徐金海、黄炳香│││产关键技术研究与│中国矿业大学│孙海仁、张志平、陈国印│││应用│北京航空航天大学││││││管增伦、郭生│├───────┼────────────┼─────────────┼────────────────┤││││侯启军、宋新民、沈平平│││二氧化碳驱油及埋│中国石油勘探开发研│王峰、陈丙春、秦积舜││4│││冉启全、李亚洲、翁玉武│││存配套技术及应用│究院││││││王红庄、杨思玉、王宪中│││││刘庆杰、李实、马晓红│├───────┼────────────┼─────────────┼────────────────┤││││郭旭升、郭彤楼、马永生│││川东北地区大型气││胡东风、黄仁春、尹正武││5│田勘探目标及关键│中国石化勘探南方分│││││公司│蒲勇、陈祖庆、唐瑞江│││技术研究││钱勤、魏志红、彭劲│││││冯明刚、XXX、黎平│├───────┼────────────┼─────────────┼────────────────┤││││刘建成、李玉霞、贾向东│││多极子阵列声波测│中国石油集团测井有│秦玉坤、李文东、鞠晓东││6│││乔文孝、李文博、李剑│││井仪│限公司││││││刘国权、李亚敏、王易敏│││││朱文奎、卢俊强、车小花│├───────┼────────────┼─────────────┼────────────────┤││││贺会群、李雪辉、杨忠文│││连续管作业技术与│中国石油集团钻井工│李寿军、熊革、范玉平││7│││毕宗岳、曹和平、马青芳│││装备│程技术研究院││││││刘宝、刘仁敏、彭治兰│││││汪福华、梁常飞、温宏伟│├───────┼────────────┼─────────────┼────────────────┤││高温浆态床煤制油│中国科学院山西煤炭│李永旺、曹立仁、杨勇││8││││││关键技术研发及工│化学研究所│孙子罕、王建国、钟炳│││业示范应用││郝喜柱、任润厚、相宏伟│││││郝栩、焦海军、白亮│││││董根全、刘东勋、霍春芳│├───────┼────────────┼─────────────┼────────────────┤││││吴宜灿、黄群英、陈红丽│││中子学软件与次临│中国科学院合肥物质│胡丽琴、曾勤、龙鹏程││9││科学研究院│罗月童、宋钢、刘松林│││界堆概念研究││││││中国科学技术大学│柏云清、蒋洁琼、曹瑞芬│││││宋勇、李贵、邹俊│├───────┼────────────┼─────────────┼────────────────┤│││中国华能集团公司│││││华能国际电力股份有│││││限公司│││││西安热工研究院有限│许世森、郜时旺、蒋敏华│││燃煤电厂12万吨/│公司│李树青、王建林、刘练波││10│年二氧化碳捕集装│华能上海石洞口第二│蔡铭、牛红伟、曹学高││││电厂││││置研制及工程示范││樊哲军、周立仁、韩分洪││││中国华能集团清洁能│张庆文、黄斌、储昊││││源技术研究院有限公│││││司│││││中国电力工程顾问集│││││团华东电力设计院││├───────┼────────────┼─────────────┼────────────────┤│││中国神华能源股份有│││││限公司国华电力分公│││││司│││││神华国华(北京)电│││││力研究院有限公司│张建丽、周洪光、张爽│││1.25万吨/天低温多│神华河北国华沧东发│牛聚秦、丁涛、杨庆卫│││效海水淡化蒸馏装│电有限责任公司中国│张忠梅、李延兵、吴志奇││11││││││置研发及在火电厂│电力工程顾问集团华│王丙贵、任晓东、李丁│││的应用│北电力设计院工程有│周赤忠、陈光、李焱││││限公司│刘晓华、杨洛鹏││││上海电气电站设备有│││││限公司上海电站辅机│││││厂│││││大连理工大学││├───────┼────────────┼─────────────┼────────────────┤│││华北电网有限公司│││││华北电力科学研究院│││││有限责任公司│陈原、朱波、宋福如│││碳纤维复合芯导线│山东大学│巩学海、牛晓民、卢毅││12││河北硅谷化工有限公│潘敬东、刘亚新、王剑│││的自主研发及应用││││││司│龚延兴、郎福堂、马宗林││││北京送变电公司│刘永奇、赵玉柱、张勇平││││华北电网有限公司北│││││京超高压公司││├───────┼────────────┼─────────────┼────────────────┤│13│国家电网仿真中心│中国电力科学研究院│印永华、周泽昕、朱艺颖│││关键技术研究、建设││田芳、卜广全、蒋卫平│││及应用││周春霞、陶向红、王海宁│││││董明会、胡涛、李亚楼│││││濮钧、张彦涛、何江│├───────┼────────────┼─────────────┼────────────────┤│││国网信息通信有限公│││││司│││││中国电力科学研究院│││││山东电力集团公司青│││││岛供电公司│││││国家电力调度通信中│││││心│杜至刚、曹惠彬、张文亮│││电网应急指挥系统│北京中电飞华通信股│郑福生、沈亮、陈希││14│关键技术研究与应│份有限公司│尹昌新、刘建旬、郝玉国││││北京国电通网络技术││││用││杨洪、吴冰、范明天││││有限公司│周刚、冯建民、朱朝阳││││北京国电通信工程设│││││计院有限公司│││││华北电力大学│││││东北电力调度通信中│││││心│││││西北电力调度通信中│││││心││├───────┼────────────┼─────────────┼────────────────┤│││中国水利水电第八工│秦健飞、涂怀健、陈勇│││椭圆双极线性聚能│程局有限公司│李必红、陈晓方、赵根││15│药柱爆破技术研究│中南大学│彭湘华、张祖义、卓越│││与应用│国防科技大学│黄巍、秦如霞、谢丁钦││││长江科学院│韩可林、曾凡杜、刘荔│├───────┼────────────┼─────────────┼────────────────┤│││水电水利规划设计总│││││院│││││水利部水利水电规划│││││设计总院│││││成都勘测设计研究院│││││长江水利委员会长江│晏志勇、史立山、李菊根│││中华人民共和国水│勘测规划设计研究院│曾肇京、彭程、袁定远││16│力资源复查成果(2│昆明勘测设计研究院│钱钢粮、高敏凤、李世东││││黄河勘测规划设计有││││003年)││蒋肖、严碧波、刘一兵││││限公司│赵太平、李小燕、唐荣斌││││西北勘测设计研究院│││││贵阳勘测设计研究院│││││中水珠江规划勘测设│││││计有限公司│││││水利部太湖流域管理│││││局││├───────┼────────────┼─────────────┼────────────────┤│17│特大型人工砂石系│中国水利水电第八工│刘志和、林修建、熊明华│││统研究与应用│程局有限公司│涂怀健、刘金明、连普选│││││蹇尚友、杨建安、肖光彩│││││汪建军、罗艳、李兵│││││黄岳、唐瑞、蒋海军│├───────┼────────────┼─────────────┼────────────────┤││││张猛、李心一、穆双录│││1100kV,63kA大容量││夏文、徐晟、张希捷││18│特高压组合电器研│西安西电开关电气有│杨鹏、张晓菁、徐康││││限公司││││究与应用││王传川、江洪、崔明硕│││││王琼、邹晓明、周芳│├───────┼────────────┼─────────────┼────────────────┤││3MW海上风力发电│华锐风电科技(集团)│韩俊良、朱开倩、刘征奇││19│技术装备与工程实│股份有限公司│张开华、金宝年、唐征岐││││上海东海风力发电有│汪晓、王荣祖、于建军│││践││陈党慧、刘作辉、童彤││││限公司││││││杨松、苏丽营、林继刚│├───────┼────────────┼─────────────┼────────────────┤││││姜福茂、王厚盛、刘文民│││3000米深水半潜式││张涛、孟昭闯、殷学林││20│钻井平台设计与建│大连船舶重工集团有│薛大亮、李明高、章强││││限公司││││造││蒲延坤、董庆辉、张瑞欣│││││唐志杰、范垂中、王海军│├───────┼────────────┼─────────────┼────────────────┤││││梁小波、彭国谱、李梅龙│││SF33900型220t电│湘电重型装备股份有│柳微舒、王文迪、陈宏││21│││孙卫阳、唐春喜、邱增华│││动轮自卸车│限公司││││││杨胜楚、谷正气、唐华平│││││王艾伦、高登来、欧阳蒙夫│├───────┴────────────┴─────────────┴────────────────┤│二等奖│├───────┬────────────┬─────────────┬────────────────┤││基于微地震监测技││于斌、姜福兴、贾海棠│││术的特厚煤层综放│大同煤矿集团有限责│黄庆国、赵军、孔令海││1││││││面围岩运动规律研│任公司│宋金旺、徐振茂、高润平│││究││王爱午│├───────┼────────────┼─────────────┼────────────────┤││胡家河矿井560m│陕西彬长矿业集团有│严广劳、赵强、张云利│││深厚软岩全深冻结││段王拴、周宝学、李文革││2││限公司││││凿井技术攻关与快││刘立平、孙斌建、归会林│││速施工│煤炭科学研究总院││││││朱周岐│├───────┼────────────┼─────────────┼────────────────┤││大屯矿区深部开采││吴继忠、孙金龙、傅清国││3│工程关键技术及应│上海大屯能源股份有│冯玉峰、马小钧、高建团││││限公司││││用研究││窦红千、陈季斌、于远成│├───────┼────────────┼─────────────┼────────────────┤││││孙华锋、张文华、梁金钢│││难选煤高效分选工│煤炭科学研究总院唐│周锦华、徐春江、凯钱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2021年2月第49卷第4期机床与液压MACHINETOOL&HYDRAULICSFeb 2021Vol 49No 4DOI:10.3969/j issn 1001-3881 2021 04 035本文引用格式:杨树峰,王晓鹏,陈超,等.高速动车组齿轮箱设计研究现状及趋势[J].机床与液压,2021,49(4):173-179.YANGShufeng,WANGXiaopeng,CHENChao,etal.Researchstatusandtrendofgearboxdesignforhigh⁃speedEMU[J].MachineTool&Hydraulics,2021,49(4):173-179.收稿日期:2019-10-10基金项目:国家重点研发计划(2018YFB2001700)作者简介:杨树峰(1986 ),男,博士研究生,研究方向为齿轮传动技术㊂E-mail:yangshufeng8610@163 com㊂通信作者:刘世军(1962 ),男,硕士,研究员,博士生导师,主要研究方向为齿轮传动㊂E-mail:Lsj769@163 com㊂高速动车组齿轮箱设计研究现状及趋势杨树峰1,2,王晓鹏1,陈超1,刘世军1(1 郑州机械研究所有限公司,河南郑州450052,2 中原工学院机电学院,河南郑州450007)摘要:齿轮箱是高速动车组动力转向架的核心部件,其性能直接影响运行的安全可靠性㊂介绍了目前国内高速动车组齿轮箱结构及安装方式㊂根据齿轮箱的结构,分别从齿轮㊁支架㊁箱体㊁润滑密封等方面描述了国内外高速动车组齿轮箱设计方法的研究现状及存在的问题㊂提出了后期应重点针对齿轮箱的造型设计㊁故障诊断与健康管理和极端环境下的产品性能等方面开展相关研究,为深入研究高速动车组齿轮箱提供了参考㊂关键词:高速动车组;齿轮箱;设计方法;研究现状中图分类号:U260 332ResearchStatusandTrendofGearboxDesignforHigh-speedEMUYANGShufeng1,2,WANGXiaopeng1,CHENChao1,LIUShijun1(1 ZhengzhouResearchInstituteofMechanicalEngineeringCo.,Ltd.,ZhengzhouHenan450052,China;2 SchoolofMechanicalEngineering,ZhongyuanUniversityofTechnology,ZhengzhouHenan450007,China)Abstract:Gearboxisthecorecomponentofhigh-speedEMUpowerbogie,itsperformancedirectlyaffectsthesafetyandrelia⁃bilityofoperation.Thestructureandinstallationofthegearboxofhigh-speedEMUindomesticwasintroduced.Accordingtothestructureofthegearbox,theresearchstatusandexistingproblemsofthegearboxdesignmethodofthehigh-speedEMUathomeandabroadweredescribedfromtheaspectsofgear,bracket,box,lubricationandsealing.Itwasproposedthattheresearchshouldfocusontheshapedesign,faultdiagnosisandhealthmanagementofthegearboxandtheproductperformanceinextremeenvironment.Itprovidesreferenceforthein⁃depthstudyofhigh⁃speedEMUgearbox.Keywords:High⁃speedEMU;Gearbox;Designmethod;Researchstatus0㊀前言1964年,世界上首条高速铁路 东海道新干线投入运营,列车运行时速高达210km,产生巨大的轰动效应㊂近半个多世纪,世界各国都在努力进行铁路技术装备和现代化管理的研究,高速铁路技术取得突破性进展㊂我国于2004年开始从川崎重工㊁庞巴迪等公司引进并合作生产高速动车组,研究出适合我国的CRH1㊁CRH2㊁CRH3和CRH5型系列动车组㊂2008年,我国第一条高速铁路 京津城际铁路开始运营,2010年拥有完全自主知识产权的CRH380A㊁CRH380B型动车开始运行,实现了由仿制向创造㊁从摸索到突破的复兴之路,使我国成为了高铁里程数最长的国家㊂高铁的舒适㊁便捷㊁高效㊁准时等优势已经深入民心,但是,我国对高速重载牵引齿轮箱的研究起步较晚,整体水平与发达国家相比还有较大差距,因此,在动车组齿轮传动技术等方面还需参照国外的相关标准进行设计㊂高速动车组齿轮箱是动车组列车的动力驱动核心部件,也是保证列车正常运行的关键零部件㊂由于列车运行速度快,需面对高温高寒㊁潮湿㊁沙尘多等极端恶劣的运行环境,对齿轮箱的设计提出了更高的要求,特别是在齿轮抗载荷㊁齿间啮合㊁润滑㊁箱体强度㊁密封等方面㊂目前,小空间㊁轻量化㊁高功率密度[1]已经成为齿轮箱的设计趋势㊂1㊀高速动车组齿轮箱结构根据车型的不同,齿轮箱安装方式及传动方式也不相同,具体统计见表1㊂齿轮箱将牵引电机的转矩传递给轮轴,齿轮箱内包括小齿轮轴,它与一个直接安装在车轴上的齿轮箱相啮合,其传动方式分为斜齿轮传动和锥齿轮转动2种㊂齿轮箱的箱体由直接安装在轮轴上的圆锥滚柱轴承支承㊂平衡杆安装在转向架和齿轮箱之间,用于承受作用在齿轮箱上的各种扭矩载荷,包括由牵引和制动引起的负荷㊁转矩振动和牵引电机短路引起的转矩振动[2]㊂表1㊀高速动车组齿轮箱汇总序号实用车型传动方式安装方式模型1CRH1CRH2CRH380A斜齿轮传动平衡杆吊装2CRH5锥齿轮传动平衡杆横装3CRH3CRH380B斜齿轮传动C形托架2 高速动车组齿轮箱设计研究现状2 1㊀齿轮设计高速重载齿轮传动在高速轧机㊁高速列车及航空发动机等中得到广泛应用,运行中需承受较高的载荷,运行速度高,工况相对复杂㊂因此,对高速重载齿轮传动进行非线性动力学㊁计算机辅助工程㊁制造系统工程等基础理论研究尤为迫切㊂高铁齿轮箱采用一级渐开线齿轮传动方式,在设计齿轮的过程中充分考虑因轮齿时变啮合刚度㊁齿侧间隙和传递误差等非线性因素引起的传动不稳定现象,对高速重载齿轮传动的稳定性展开研究㊂大连理工大学的学者根据齿轮传动中出现的非线性动力学现象,如混沌和分岔现象[3],结合高速动车牵引齿轮箱的特点,建立斜齿轮-扭-轴非线性动力学模型,采用定性和定量的方法,研究了激励频率㊁啮合阻尼和齿侧间隙对系统产生混沌和分岔的规律和机制㊂西南交通大学的学者采用集中参数法建立基于多种非线性因素的齿轮系统动力学模型[4],研究了齿轮传动系统在内㊁外部激励作用下的轮齿间啮合力传递及变化规律㊂以上对动力学模型的分析是基于理论研究的,缺乏实验性的验证㊂传动模型的精确建模是进行齿轮啮合研究的基础,通过对齿轮各曲线方程的推导,根据齿轮空间啮合原理,完成动车组齿轮箱斜齿轮对模型的精确装配[5]㊂有学者基于VisualC++和SolidWorks,利用MFC类型库对列车牵引齿轮进行参数化设计,实现了模型的设计㊁建模㊁装配一体化设计[6]㊂由于高速列车传动齿轮的制造和装配误差的影响,以及齿轮基节误差的作用,导致齿面载荷突变㊁啮入和啮出位置载荷集中等现象,需进行齿面修形研究㊂在齿廓修形研究中,主要针对主动轮齿顶㊁齿根的变形量和长度等参数展开研究[7-8],可结合啮合理论和实际工况对齿轮修形量进行计算㊂有学者根据齿轮在啮合过程中齿轮副的热弹变形[9-10],对斜齿轮采用直修形的方式,研究齿轮修形曲线,并运用VB及ANSYS/APDL语言编制了一套基于热弹变形的齿轮修形软件,实现齿轮修形的可视化操作[11]㊂在齿向修形研究中,郑州机械研究所团队针对动车组传动齿轮副触底误差及齿面载荷分布不均的问题,通过将小齿轮直线修形㊁鼓形修形和大齿轮的螺旋角修形相结合的方式[12],使传递误差减少26 42%,线载荷减小43 64%,使齿面接触区域分布更加合理;LIU和PARKER[13]考虑齿轮动载荷分布㊁时变啮合刚度和齿廓修形等因素的影响,建立了齿轮非线性分析模型,研究了齿廓修形对多啮合齿轮系统振动响应的影响规律㊂陈思雨等[14]利用准静态接触下的有限元计算方法得到不同修形量的啮合刚度和静态传递误差,研究不同齿廓修形量和修形长度对齿轮动态行为的影响,并提出根据W齿轮副的振动幅值及动态因子来确定最佳的修形参数,使齿轮副啮合的接触斑点㊁齿面线载荷分布以及传递误差明显降低,㊃471㊃机床与液压第49卷传动更加平稳㊂2 2㊀轴承选型齿轮箱轴承为高速轨道列车运行的支撑部件,运行中承受极大的轴向载荷及径向载荷,其性能的稳定性及寿命直接影响动车组运行安全㊂目前,高速轨道列车所需的电机轴承㊁齿轮箱轴承㊁轮轴轴承全部被瑞典SKF㊁德国FAG㊁日本NTN等国外知名厂商垄断[15]㊂由表1可知,CRH1和CRH3系列均采用一级斜齿轮传动,如图1所示,输入轴上装有1个四点接触球轴承和2个圆柱滚子轴承[16]㊂四点接触球轴承承受轴向载荷,与轴承座内圈采用间隙配合;圆柱滚子轴承承受径向载荷,采用过渡配合的方式装入轴承座㊂输出轴采用圆锥滚子轴承面对面布置㊂CRH5型高速动车组采用一级锥齿轮传动方式,如图2所示,输入轴上同样安装有1个四点接触球轴承和2个圆柱滚子轴承;输出轴上安装有圆锥滚子轴承和双列圆锥滚子轴承[17]㊂圆锥滚子轴承可承受较高的轴向力,安装后可通过调整轴向游隙提高轴承的旋转精度和承载能力[18]㊂图1㊀一级斜齿轮传动图2㊀一级锥齿轮传动2 3㊀支架设计目前,高速列车采用的齿轮箱安装方式主要有齿轮箱吊杆和C形支架2种吊挂方式,其结构简图分别如图3㊁图4所示,在悬架连接处都安装有弹簧橡胶模块,该模块既可以较好地承受载荷,也可在弹簧失效时起到一定的承载作用㊂图3㊀吊杆吊装简图㊀㊀㊀图4㊀C形支架吊装简图HOLZAPFEL和BASSMANN[19]在吊杆支架的基础上研制出C形支架㊂相比于吊杆吊挂,C形支架使受力分散到2个位置,更加可靠㊂目前,以CRH2㊁CRH380A为代表的日系动车组均采用了吊杆吊挂式安装,以CRH3㊁CRH380B为代表的德系动车组则采用了C形支架安装方式,2种安装方式均属于弹性安装㊂有学者分别计算了不同齿轮箱安装方式对车辆动力学性能的影响,在低速状态下吊杆吊挂方式振动加速度更小,但在350km/h以上时,C形支架表现更佳[20-23]㊂2 4㊀箱体研究随着高速动车组向高可靠㊁高速㊁舒适等趋势发展,对齿轮箱提出了更高的要求㊂箱体作为齿轮箱的支撑件,其稳定性㊁安全性直接影响动车行业的发展㊂目前,箱体均采用铝合金铸造成型,箱体结构的高强度㊁轻质化一直是箱体的发展方向㊂(1)箱体CAE分析学者们分别从模态分析㊁静力学分析㊁谐响应分析等方面对箱体强度进行研究[24],根据箱体存在的应力集中现象,提出箱体改进方案[20],采用等损伤准则[25]㊁Steinberg积累损伤三区间法[26]等方法对箱体进行疲劳寿命的评估㊂针对出现故障裂纹的箱体,采用金相检测和实际测试的实验方法进行研究[27-28],指出箱体固有频率与轨道激励在低频存在共振现象,为箱体的改进指明方向㊂(2)箱体优化设计在箱体轻量化方面,学者们以体积最小为目标函数[29],采用灵敏度分析法和物理规划法,对箱体进行稳健优化分析;利用HyperMesh软件中的拓扑和形状优化功能对箱体进行优化设计[30],降低最大变形量和等效应力;以容差和优质率为目标函数[31],采用模糊理论与容差多面体法对箱体装配尺寸链进行优化㊂2 5㊀密封及润滑的研究高速动车组驱动齿轮箱的密封设计技术至关重要,密封性能的优劣直接影响到齿轮箱零部件的使用寿命以及高速动车组运行的安全性和可靠性㊂为了保证齿轮箱的高效工作,其传动轴的轴端通常采用非接触式迷宫密封㊂2 5 1㊀密封性能研究(1)迷宫密封结构㊂为了增强迷宫密封的性能,学者们提出了不同的方案:①分别设置阶梯密封外环和内环[32];②在轴两侧的油路设置2-3道内装有带切口的涨圈的环形槽[33];③将内挡油环的外环面处理成超疏油膜层,将外挡油环的外环面处理成超疏水膜层[34];④增加径向密封以及轴向密封的长度间隙比[35];⑤将密封齿齿形锐化(减小夹角和齿顶长㊃571㊃第4期杨树峰等:高速动车组齿轮箱设计研究现状及趋势㊀㊀㊀度)[36];⑥将迷宫密封更改为阶梯式迷宫密封,减小密封间隙,增加密封空腔[37]㊂通过采用不同的结构方案,阻止箱体内润滑油泄漏以及外界水分㊁杂质进入箱体㊂(2)密封数值模拟㊂学者们主要采用了数值模拟和实验研究相结合的方式进行密封数值模拟,裘雪玲[38]从不同压比㊁密封齿顶间隙㊁进气预旋等方面对泄漏量进行研究;田华军等[39]从密封齿的节流间隙尺寸㊁齿间回油效果㊁齿尖厚度等方面展开研究;还有学者研究空腔数量和深度[40-41]㊁进出口压差㊁转速[42]对泄漏系数的影响㊂2 5 2㊀润滑性能研究国内高速动车齿轮箱齿轮油一般是选用设备说明书上推荐的品牌及型号,但是由于受到运行环境及复杂工况的影响,有时需要根据齿轮载荷㊁摩擦副相对速度㊁工作温度等参数选取[43]㊂有学者通过在齿轮油中添加TiO2[44]或者钼元素[45]来提高齿轮油的抗载和耐磨性能㊂齿轮油在不同转速和载荷下表现出的摩擦特性也不同[46],刘杰等人[47]提出了有效润滑油量的概念,并探讨与浸油深度㊁大齿轮转速的关系,当齿轮啮合线速度为35m/s时,搅油损失急剧增大[48],中车的高军团队通过实验方法对齿轮油中的硫添加剂[49]和换油周期[50]进行了研究㊂2 6㊀齿轮箱性能研究动车组齿轮箱传动系统性能一直是研究重点,目前主要采用仿真实验和在线监测的方式来评估齿轮箱性能㊂(1)在仿真实验方面,研究人员将齿轮箱温度㊁振动[51]㊁噪声[52]㊁传动效率㊁可靠性为评价指标,采用定性㊁定量的筛选方法,开发了动车组齿轮传动性能综合评价软件[53]㊂有学者针对运行中存在的负压现象,研制了相关实验设备[54],以验证箱体性能㊂(2)在在线监测方面,有学者通过研究齿轮油中铁元素性能的退化数据[55],建立了齿轮箱的性能评价方法;学者还研制了基于涡流技术的非接触探伤仪[56];张伟伟[57]设计了基于光纤布拉格(Bragg)光栅传感器的动车组齿轮箱的实时振动监测系统;邓晓宇[58]根据检测数据和非参数的核密度估计方法,建立 齿轮箱振动阈值数据库 与 齿轮系统故障特征频率库 ,确保齿轮箱的安全运行㊂3㊀高速动车组齿轮箱的展望随着我国铁路行业的不断发展,高速动车组运行将呈现 高速㊁重载㊁全天候 的特点[59],而机车驱动系统为适应这些特点,向高速㊁大功率方向发展成为必然趋势,所以必然对齿轮箱的结构㊁承载能力㊁润滑系统及抗胶合㊁振动能力提出更高的要求㊂因此,结合我国高速动车组齿轮箱传动系统的发展现状[60],应从以下几方面加大研究力度:(1)应对高速动车组齿轮箱齿轮从结构设计㊁参数优化㊁动力学性能分析等方面进行创新性研究,开发出适合我国现状的传动齿轮㊂同时,在日常的维修㊁故障解决中及时总结经验,在设计中加以改进,防患于未然㊂(2)目前国内减速机箱体依旧沿用国外的结构,缺乏工业设计㊁艺术设计角度的创新,应该用人机交互等新的设计方法对箱体外观进行研究㊂(3)关于高速动车组列车齿轮箱在线监测㊁故障诊断技术方面的研究还不够深入,难以建立产品的故障诊断与健康管理系统,核心的振动机制研究和故障特征的提取及其对应的信号分析方法都有待深入研究㊂(4)针对高速动车组齿轮箱在极端㊁恶劣环境中运行的研究不够深入,运行中齿轮箱外围气压为瞬态㊁交替变化,导致齿轮箱内气液流场比较复杂㊂用于齿轮箱运行过程相关仿真及实验的设备比较缺失㊂在齿轮箱轻量化设计制造㊁润滑密封㊁高可靠性等方面应重点攻关㊂4㊀结束语高速动车组齿轮箱的设计是一项系统工程,我国对高速重载牵引齿轮箱的研究起步较晚,整体水平与发达国家相比还有较大差距㊂本文作者从高速动车组齿轮箱的结构出发,在齿轮㊁轴承㊁支架㊁箱体㊁密封润滑等方面综述了国内外的研究现状,最后从齿轮设计制造㊁箱体外观设计㊁在线检测㊁极端场合等方面展望了齿轮箱未来的研究方向㊂参考文献:[1]高小平.高速动车齿轮箱产品开发中的计算仿真应用[J].轨道交通装备与技术,2015(5):1-4.GAOXP.ApplicationofcomputationalsimulationinthedevelopmentofgearboxesforhighspeedEMUs[J].RailTransportationEquipmentandTechnology,2015(5):1-4.[2]王伯铭.高速动车组总体及转向架[M].2版.成都:西南交通大学出版社,2014:242-253.[3]褚衍顺.高速重载齿轮传动系统稳定性研究[D].大连:大连理工大学,2012.CHUYS.Studyonstabilityofhighspeed&heavyloadgeartrain[D].Dalian:DalianUniversityofTechnology,2012.[4]全克博.CRH2型动车组齿轮系统动力学特性分析[D].成都:西南交通大学,2015.QUANKB.ThedynamicsanalysisofCRH2multipleunitsgearsystem[D].Chengdu:SouthwestJiaotongUniversity,2015.[5]杨萌.高速列车传动系统齿轮可靠性建模研究[D].北㊃671㊃机床与液压第49卷京:北京交通大学,2014.YANGM.Researchonreliabilitymodelingofthetransmis⁃siongearsinthehighspeedtrain[D].Beijing:BeijingJiao⁃tongUniversity,2014.[6]曹从庆.机车车辆齿轮参数化CAD系统研究[D].成都:西南交通大学,2012.CAOCQ.ResearchonaparameterizedCADsystemforthevehiclegear[D].Chengdu:SouthwestJiaotongUniversity,2012.[7]黄琦.高速列车传动齿轮齿廓修形及箱体优化设计[D].大连:大连理工大学,2012.HUANGQ.Researchongearprofilemodificationandtheoptimizationdesignforgearboxofhigh⁃speedtraindrivesystem[D].Dalian:DalianUniversityofTechnology,2012.[8]HUZH,TANGJY,ZHONGJ,etal.Effectsoftoothprofilemodificationondynamicresponsesofahighspeedgear⁃ro⁃tor⁃bearingsystem[J].MechanicalSystemsandSignalPro⁃cessing,2016,76/77:294-318.[9]李绍彬.高速重载齿轮传动热弹变形及非线性耦合动力学研究[D].重庆:重庆大学,2004.LISB.Studyoncoupledthermo⁃elasticdeformationandnonlineardynamicemulateabouthigh⁃speed,heavy⁃loadgeartransmissionssystem[D].Chongqing:ChongqingUni⁃versity,2004.[10]姚阳迪.基于热弹变形的高速重载齿轮修形研究[D].重庆:重庆大学,2010.YAOYD.Modificationresearchofhigh⁃speedandheavy⁃loadgearbasedonthermo⁃elasticdeformation[D].Chongqing:ChongqingUniversity,2010.[11]杨玉良.斜齿轮系统热弹耦合及修形减振研究[D].大连:大连理工大学,2016.YANGYL.Researchonthermo⁃elasticcouplingandvi⁃brationdampingwithmodificationofhelicalgearsystem[D].Dalian:DalianUniversityofTechnology,2016.[12]范乃则,田华军,裴帮,等.基于KISSsoft动车组传动齿轮修形优化设计[J].机械传动,2017,41(3):83-87.FANNZ,TIANHJ,PEIB,etal.Modificationandopti⁃mizationdesignofmotortrainunittransmissiongearbasedonKISSsoft[J].JournalofMechanicalTransmission,2017,41(3):83-87.[13]LIUG,PARKERRG.Dynamicmodelingandanalysisoftoothprofilemodificationformultimeshgearvibration[J].JournalofMechanicalDesign,2008,130(12):121402.[14]陈思雨,唐进元,王志伟,等.修形对齿轮系统动力学特性的影响规律[J].机械工程学报,2014,50(13):59-65.CHENSY,TANGJY,WANGZW,etal.Effectofmodi⁃ficationondynamiccharacteristicsofgeartransmissionssystem[J].JournalofMechanicalEngineering,2014,50(13):59-65.[15]张亨飏.高速动车轴承试验台的开发与研究[D].长春:吉林大学,2017.ZHANGHY.Designandresearchonthetestrigofhigh⁃speedrailwayrollingbearings[D].Changchun:JilinUni⁃versity,2017.[16]吴成攀,阙红波,王本涛,等.典型动车组齿轮箱轴承的计算[C]//铁路车辆轮轴技术交流会论文集.大连,2016:107-112.[17]李春蕾,吴承攀,赵艳英,等.标准动车组齿轮箱轴承的选型及开发[C]//铁路车辆轮轴技术交流会论文集.大连:中国铁道学会,2016.[18]刘志恒,张红军.轴箱轴承轴向自由间隙对机车动力学影响分析[J].铁道学报,2006,28(2):48-52.LIUZH,ZHANGHJ.Influenceofaxialfreeclearancesofaxleboxbearingsonlocomotivedynamics[J].JournaloftheChinaRailwaySociety,2006,28(2):48-52.[19]HOLZAPFELM,BASSMANNT.Designinghigh⁃perform⁃ancedrivesfor350km/hhigh⁃speedtrainoperation[J].RailEngineeringInternational,2005,6(4):201-206.[20]胡伟钢,刘志明,李强,等.高速列车齿轮箱载荷识别方法研究[J].铁道学报,2020,42(12):50-57.HUWG,LIUZM,LIQ,etal.Loadidentificationmethodforhigh⁃speedtraingearbox[J].JournaloftheChinaRail⁃waySociety,2020,42(12):50-57.[21]刘杰,刘世军,郭熛,等.基于有限元的高铁齿轮箱箱体载荷计算与结构分析[J].机械传动,2016,40(2):77-81.LIUJ,LIUSJ,GUOB,etal.StructuralanalysisandloadcalculationofCRH380high⁃speedrailgearboxbasedonfiniteelement[J].JournalofMechanicalTransmission,2016,40(2):77-81.[22]YANGJW,YANGMH,LIX,etal.Strengthanalysisandexperimentofhighspeedrailwaygearboxbracket[J].TheOpenMechanicalEngineeringJournal,2015,9(1):266-270.[23]李众.高速动车组转向架齿轮箱安装方式研究[D].成都:西南交通大学,2017.LIZ.Researchoninstallationmethodofgearboxforhigh⁃speedtrains[D].Chengdu:SouthwestJiaotongUniversity,2017.[24]王富民,李捷,杨建伟,等.地铁齿轮箱箱体模态及谐响应分析[J].机械传动,2015,39(9):146-150.WANGFM,LIJ,YANGJW,etal.Modalandharmonicresponseanalysisofsubwaygearboxhousing[J].JournalofMechanicalTransmission,2015,39(9):146-150.[25]袁文东.标准动车组齿轮箱箱体强度分析与寿命预测[D].北京:北京交通大学,2016.YUANWD.Analysisonthestrengthandfatigue⁃lifepre⁃dictionofstandardhigh⁃speedEMUgearboxhousing[D].Beijing:BeijingJiaotongUniversity,2016.㊃771㊃第4期杨树峰等:高速动车组齿轮箱设计研究现状及趋势㊀㊀㊀[26]潘红明.基于三区间法的高速动车组齿轮箱体疲劳寿命研究[D].成都:西南交通大学,2016.PANHM.Studyongearboxfatiguelifeanalysisbystein⁃bergmethod[D].Chengdu:SouthwestJiaotongUniversity,2016.[27]HUWG,LIUZM,LIUDK,etal.Fatiguefailureanalysisofhighspeedtraingearboxhousings[J].EngineeringFail⁃ureAnalysis,2017,73:57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编审委员会名单主任:胡式海副主任:林伟杰张怀铭罗发青汪德良范长信委员:蒋宝平郭俊文于新颖何广仁马剑民马晋辉陈戎李焕文申一洲王德瑞鞠会亮余东淼许青松曲涛陈海平史章峰蔡红霞姜浩分册主编:陈志清陈仓张建海徐军井怀群分册修订和校阅:陈志清陈仓慈学敏程丹徐军梁志钰包裕生唐湘运曹晖分册审核:慈学敏程丹徐军李艳玲前言电力体制改革以来,中国华能集团公司电力产业快速发展。
截止2011年7月,装机容量1.19亿千瓦,其中火电1.03亿千瓦,水电1082万千瓦,风电550万千瓦,太阳能1.5万千瓦。
随着一大批600MW超临界、超超临界机组,1000MW超超临界机组、大型水电机组、流化床机组、燃气轮机组和风力发电机组相继建成投产,新设备、新技术、新工艺、新材料广泛应用,促进了企业的快速发展,提升了企业的经济效益,同时也给我们的生产管理、技术管理、人员技能素质等提出了更高、更新的要求。
电力技术监督工作已由以前基于生产运行经验的监督发展为基于科学分析的监督,由原来设备本身的监督转变为生产的全过程、全方位监督。
为加强集团公司技术监督管理,实现生产全过程质量和风险控制,防止重大设备事故发生,进一步提高电力技术监督专责人员的专业技术素质和管理水平,2011年3月,集团公司颁发了《中国华能集团公司电力技术监督专责人员上岗资格管理办法(试行)》,在公司系统实行技术监督专责人员持证上岗。
2011年6月~9月,组织西安热工研究院、各电力产业和区域子公司、部分发电企业专业人员,编写了集团公司技术监督专责人员上岗资格考试题库,共分绝缘、继电保护、励磁、电测与水电热工计量、电能质量、热工.、火电金属、水电金属、节能(火电、水电)、环保(火电、水电)、化学(火电、水电)、监控自动化(水电)、汽轮机、水轮机、水工等15个专业。
试题库包括专业知识、管理知识、标准规范知识三部分内容,是技术监督专责人员应了解、掌握的知识范围和内容,对开展技术监督专责人员培训,提高技术监督专责人员技术水平和综合素质大有裨益。
第27卷第4期粉末冶金材料科学与工程2022年8月V ol.27 No.4 Materials Science and Engineering of Powder Metallurgy Aug. 2022 DOI:10.19976/ki.43-1448/TF.2022064真空烧结U3Si2燃料芯块的微观组织与导热性能陆永洪,贾代坤,粟丹科,潘小强,夏季斌,王一帆,王挺,张翔,王子圳,邱绍宇(中国核动力研究设计院反应堆燃料及材料重点实验室,成都 610213)摘要:以U3Si2粉末为原料,采用真空烧结法制备U3Si2燃料芯块,研究烧结温度对U3Si2燃料芯块密度的影响,分析U3Si2燃料芯块的铀质量浓度和杂质含量,并对燃料芯块的微观组织和导热性能进行分析和测试。
结果表明,随烧结温度升高,U3Si2燃料芯块的密度先升高后降低,在1 550 ℃烧结2 h的U3Si2燃料芯块相对密度最高,约为96.7%,芯块的铀质量浓度为10.81 g/cm3,明显高于现役UO2芯块的铀质量浓度;该U3Si2燃料芯块由U3Si2、USi和UO2组成,芯块的热扩散系数随温度升高而逐渐增大,在500 ℃时的热扩散系数为3.95 mm2/s,比UO2芯块提高约2倍。
关键词:U3Si2燃料芯块;耐事故燃料;粉末冶金;高铀密度燃料;导热性能中图分类号:TL211文献标志码:A 文章编号:1673-0224(2022)04-436-06Microstructure and thermal conductivity property ofU3Si2 fuel pellets by vacuum sinteringLU Yonghong, JIA Daikun, SU Danke, PAN Xiaoqiang, XIA Jibin, WANG Yifan, WANG Ting,ZHANG Xiang, WANG Zizhen, QIUShaoyu(Science and Technology on Reactor Fuel and Materials Laboratory, Nuclear Power Institute of China,Chengdu 610213, China)Abstract: Using U3Si2 powder as raw material, U3Si2 fuel pellets were prepared by vacuum sintering method. The effect of sintering temperature on the density of U3Si2 pellets was studied. The uranium concentration and impurity content of U3Si2 fuel pellets were also revealed. The microstructure and thermal conductivity property of U3Si2 fuel pellets were then characterized. The results show that the density of U3Si2 fuel pellets first increases and then decreases with the increase of sintering temperature. The U3Si2 fuel pellets sintered at 1 550 ℃for 2 h possesses the highest relative density, which is about 96.7%. And the uranium mass concentration of the pellets is 10.81 g/cm3,significantly higher than the uranium mass concentration of the active UO2 pellets. The U3Si2 fuel pellet is composed of U3Si2, USi and UO2 phases.The thermal diffusivity of the pellet increases gradually with the increase of temperature. The thermal diffusivity at 500 ℃ is 3.95 mm2/s, which is about two times higher than that of the UO2 pellet.Keywords:U3Si2 fuel pellets; accident tolerant fuel (ATF); powder metallurgy; high uranium density fuel; thermal conductivity核能具有低碳、安全可靠、能量密度大等特点,更为重要的是,从整个生产链看,核能每度电的碳排放量最小[1]。
许世森,博士,现任中国华能集团技术创新中心西安热工研究
院总工程师,研究员,博士生导师。
中国华能集团“绿色煤电”
项目关键技术研究课题组组长,绿色煤电公司总工程师。
有20
年从事煤气化和IGCC技术研究经历,曾负责完成十多项国家
“九五”攻关、“十五”863计划项目,任国家“十五”863计划能源领
域洁净煤技术主题专家组专家,现任国家“十一五”863计划煤气化多联产重大专项总体专家组专家,是国家“十一五”863技术重大课题“2000t/d 干煤粉加压气化技术开发”和“250MW IGCC系统试验和示范”的负责人。
Dr. Xu Shisen, Chief Engineer of Thermal Power Research Institute of China, China Huaneng Group R&D Center. He received doctor degree in thermal power engineering from the Xi'an Jiaotong University of P.R.China. Having 20 years of experiences on coal gasification and IGCC, he is a leader of the study projects on gasification and IGCC's key technologies funded by Ministry of Science and Technology of China. Now he is chief engineer of GREEGN Co. Ltd., in charge of R&D on “GreenGen” project of China Huaneng Group Corporation.。