交通运输工程学报

温拌橡胶沥青宽路用温度域流变特性

何亮, 凌天清, 马育, 马涛, 黄晓明 — 2015-02-25

何亮, 凌天清, 马育, 马涛, 黄晓明为了研究温拌橡胶沥青的流变特性,制备了符合《公路工程废胎胶粉橡胶沥青》(JT/T 798―2011)技术要求的橡胶沥青,进行了粘温关系试验与基本技术指标试验,从降温效果与技术指标影响两方面确定了Sasobit温拌剂的最佳掺量,评价了Sasobit温拌橡胶沥青的高温(60、70 ℃)、中温(25 ℃)、低温(5 ℃～-24 ℃)宽路用温度域的流变特性。分析结果表明:3%的Sasobit为温拌橡胶沥青的最佳温拌剂掺量; 温拌剂Sasobit提高了橡胶沥青的高温稳定性,70 ℃车辙因子提高了79%,但对橡胶沥青粘韧性没有明显影响; 3%掺量的Sasobit降低了橡胶沥青的疲劳性能,25 ℃疲劳因子提高了22%,但是其温拌橡胶沥青疲劳性能依然优于SBS改性沥青; 在中国沥青路面使用性能气候分区标准的冬温区温度以下,随着温度的降低Sasobit温拌橡胶沥青的低温性能逐渐优于SBS改性沥青,-24 ℃的蠕变劲度为SBS改性沥青的45%,同时3%的Sasobit掺量不会过度影响橡胶沥青的低温性能,-24 ℃时橡胶沥青蠕变劲度提高了10%。交通运输工程学报. 2015 15(1): 1-9.

基于国内外试验方法的橡胶沥青性能测试

李晓燕, 平路, 汪海年, 张琛, 尤占平 — 2015-02-25

李晓燕, 平路, 汪海年, 张琛, 尤占平为统一橡胶沥青性能试验的评价指标,分别采用不同胶粉掺量对70^#和90^#的基质沥青进行改性,基于中国规范中的针入度、延度、软化点和弹性恢复试验以及Superpave中的动态剪切流变试验、布氏旋转粘度试验和弯曲梁流变试验等对橡胶沥青进行了性能评价。研究结果表明:胶粉的添加能显著改善沥青的高温性能,显著降低沥青的温度敏感性,但增大了沥青的高温粘度,增加了沥青混合料的拌和与压实难度; 胶粉的溶胀作用会导致针入度的试验结果出现较大误差,因此,不建议采用针入度试验来评价橡胶沥青的性能; 软化点可作为橡胶沥青高温性能的一个评价指标,对于90^#基质沥青,胶粉掺量分别为10%、15%、20%和25%时的软化点比未掺胶粉时的软化点分别提高了11.23、11.97、15.18、21.10 ℃,对于70^#基质沥青,胶粉的添加则使其软化点分别提高了4.02、8.18、12.83、14.45 ℃,因此,胶粉对70^#基质沥青软化点的影响效果要大于对90^#基质沥青的影响效果; 胶粉对沥青低温性能的改善效果会随着温度的下降而降低,在研究胶粉对沥青低温性能的影响程度时,弯曲梁流变试验的结果比低温延度试验的结果更加明显,且由于橡胶沥青的低温延度较小,试验过程中容易产生较大误差,因此,建议采用弯曲梁流变试验评价橡胶沥青的低温性能。交通运输工程学报. 2015 15(1): 10-17.

天然沥青改性沥青的表面自由能分析

马峰, 郝景贤, 傅珍, 汪立龙, 汪林兵 — 2015-02-25

马峰, 郝景贤, 傅珍, 汪立龙, 汪林兵为了准确评价天然沥青改性沥青与集料的粘附性能,采用座滴法测定了3种液体在天然沥青改性沥青试样表面的接触角,基于表面物理化学理论,确定了室温条件下沥青表面自由能极性分量和色散分量的测定方法,计算了基质沥青和不同掺量天然沥青改性沥青的表面自由能。结合水煮法试验结果,分析了沥青结合料表面自由能与沥青-集料粘附性等级的关系。试验结果表明:70^#A级基质沥青的表面自由能为10.60 mJ・m^-2,而8%掺量天然沥青改性沥青表面自由能增加到18.60 mJ・m^-2,天然沥青的掺加明显提高了天然沥青改性沥青的表面自由能; 采用接触角方法得到的沥青结合料表面自由能和沥青-集料的粘附性能具有较好的相关性; 天然沥青含有氧、硫、氮等多种极性较强的官能团,较高的沥青质含量及网状结构能够吸附基质沥青中的饱和分和芳香分等轻质成分,两方面的共同作用提高了天然沥青改性沥青的表面自由能。交通运输工程学报. 2015 15(1): 18-24.

摩擦面波状磨耗的分形描述方法

陈光雄, 胡文萍, 王平, 朱旻昊 — 2015-02-25

陈光雄, 胡文萍, 王平, 朱旻昊在自行搭建的销-盘试验机上进行自激励振动条件下的滑动摩擦试验,通过销-盘的摩擦运动来模拟轮轨间的平均接触应力。利用激光位移传感器测量盘试件摩擦面的波状磨耗尺寸,得到了不同试验条件下盘试件摩擦面的波状磨耗曲线。运用功率谱法对摩擦面的波状磨耗进行分形描述,根据功率谱指数与分形维数的关系计算不同试验条件下波状磨耗的分形维数,分析了分形维数与转速、法向载荷、转数等参数的关系。试验结果表明:在相同法向载荷下,利用功率谱法求得的分形维数随转速的增加而增大; 在相同转速下,分形维数随法向载荷的增加而增大; 在相同转速和法向载荷下,分形维数随转数的增加而减小; 盘试件摩擦面波状磨耗的分形维数为1.79～1.92,分形特征显著,分形维数越大,盘试件摩擦面波状磨耗越严重,波状磨耗波长越长。利用功率谱法求得的结果与试验结果一致,可用分形维数定量描述摩擦面的波状磨耗。交通运输工程学报. 2015 15(1): 25-33.

地铁钢轨波磨对车辆和轨道动态行为的影响

李伟, 曾全君, 朱士友, 樊嘉峰, 金学松 — 2015-02-25

李伟, 曾全君, 朱士友, 樊嘉峰, 金学松采用钢轨波磨测量仪测量了钢轨波磨特征,采用加速度和位移传感器测量了钢轨打磨前后车辆和轨道零部件的振动加速度,分析了钢轨波磨对车辆和轨道零部件振动的影响,建立了车辆-轨道耦合动力学模型,研究了钢轨波磨对轮轨相互作用力的影响,确定了钢轨打磨限值。研究结果表明:钢轨波磨主波长为30～40 mm,次波长为16 mm; 钢轨轨头和弹条在650～800 Hz的振动和轴箱在670～800 Hz的振动与30～40 mm波长对应的车辆通过振动行为一致,因此,短波钢轨波磨导致地铁车辆和轨道零部件振动过大,是车辆一系钢弹簧和轨道扣件弹条疲劳断裂的主要原因; 钢轨打磨可以有效解决疲劳断裂问题,打磨前钢轨轨头、弹条、轨枕和道床振动加速度均方根分别为243.4、309.3、17.1、2.6 m・s^-2,打磨后振动加速度均方根下降为51.5、8.8、1.5、0.5 m・s^-2; 轮轨垂向力和横向力均对钢轨波磨波长非常敏感,当钢轨波磨波深为0.1 mm时,35、80 mm波长对应的轮轨垂向力分别为307、109 kN,横向力分别为56、25 kN; 当车辆运营速度为90～120 km・h^-1时,根据轮重减载率限值标准,35 mm波长钢轨波磨波深为0.05～0.08 mm,根据轮轨垂向力限值标准,35 mm波长钢轨波磨波深为0.03～0.06 mm,建议30～40 mm短波钢轨波磨波深达到0.05 mm时进行打磨处理。交通运输工程学报. 2015 15(1): 34-42.

弹性轨道上磁浮车辆动力稳定性判断方法

黎松奇, 张昆仑, 陈殷, 郭伟, 梁浩然 — 2015-02-25

黎松奇, 张昆仑, 陈殷, 郭伟, 梁浩然分析了EMS型磁浮车辆的动力稳定性,建立了简化的车轨耦合振动系统动力学模型,推导了轨道各模态单独作用下系统的时变线性化动力学方程。通过对方程的化简,得到系统状态矩阵和特征方程的相关系数,根据系统渐进稳定条件下系数之间的关系,推导了系统动力稳定应满足的基本条件,并给出了快速判断动力稳定性的判据。当判据值大于1时,系统稳定; 当判据值小于1时,系统不稳定。研究结果表明:当6种工况的速度分别为100、180、260、340、420、500 km・h^-1,抗弯刚度分别为4.83×10¹⁰、3.86×10¹⁰、3.38×10¹⁰、3.38×10¹⁰、3.86×10¹⁰、4.83×10¹⁰ N・m²,轨道梁长度分别为24.8、22.4、20.4、20.4、22.4、24.8 m时,求得对应的稳定性判据值分别为1.639、0.624、2.339、0.870、3.252、0.571,对应的Lyapunov特性指数分别为 -3.580×10^-2、2.443×10^-1、-3.910×10^-2、1.515×10^-1、-5.471×10^-2、1.939×10^-1,工况1、3、5的稳定性判据值大于1,对应的Lyapunov特性指数小于0,系统是稳定的,工况2、4、6的稳定性判据值小于1,对应的Lyapunov特性指数大于0,系统是不稳定的,2种判断结果一致,因此,提出的判据是有效的。而且稳定性判据解释了随着车辆速度增加而出现共振的原因,揭示了车辆速度、车轨系统主要参数与磁浮车辆动力稳定性之间的关系,避免了高维动力学微分方程求解的复杂性,工程应用简便。交通运输工程学报. 2015 15(1): 43-49.

车辆齿轮箱静电监测

刘若晨, 左洪福, 孙见忠, 李鑫, 冒慧杰 — 2015-02-25

刘若晨, 左洪福, 孙见忠, 李鑫, 冒慧杰根据磨损区域静电感应原理设计了轨道车辆齿轮和轴承磨损区域静电传感器,基于某型160 km・h^-1城际列车齿轮箱,提取时域静电信号的均方根作为静电信号特征参数,在车辆齿轮箱噪音试验阶段研究了不同转速和转矩对静电水平的影响,在齿轮箱跑合试验阶段和负荷疲劳试验阶段分析了静电信号变化趋势。研究结果表明:同一转速和转矩下齿轮和轴承磨损区域静电水平均保持稳定,且前者始终略高于后者; 转速和转矩的增加会引起磨损区域静电水平的上升,转速对静电监测的影响大于转矩,转速和转矩方向的改变对静电信号影响不大; 在跑合试验阶段,齿轮和轴承磨损区域静电水平均明显下降,直至最后稳定,在负荷疲劳试验阶段,磨损区域静电水平基本保持稳定,虽有缓慢上升,但不明显。可见,齿轮箱静电监测信号变化趋势与理论分析结果一致,与实际测试结果相符,证明静电监测方法作为一种新技术可用于轨道交通车辆齿轮箱磨损状态在线监测,为进一步运用静电监测方法进行车辆齿轮箱故障诊断和寿命预测提供了基础。交通运输工程学报. 2015 15(1): 50-57,73.

基于自适应多尺度形态学分析的车轮扁疤故障诊断方法

李奕璠, 刘建新, 林建辉, 李忠继 — 2015-02-25

李奕璠, 刘建新, 林建辉, 李忠继建立了56自由度车辆动力学模型与车轮扁疤模型,计算了车辆的动态响应。车辆的振动信息往往受到轨道不平顺和车速波动等因素的影响,为了能在强噪声背景下有效提取轮轨冲击特征,提出了自适应多尺度形态学滤波分析方法,研究了车轮扁疤引起的轴箱振动特征,分析了轨道激扰和车辆运行速度对车轮扁疤故障诊断效果的影响。仿真结果表明:在100、150、200 km・h^-1的车速和美国五级谱、三级谱的激扰下,分别使用7个和9个尺度的结构元素进行形态学滤波,正确地识别出10、15、20 Hz车轮扁疤故障频率。实测结果表明:当车速为40 km・h^-1时,使用7个尺度的结构元素进行形态学滤波,提取出了2 Hz的故障频率,此频率与理论故障频率相对应,诊断结果可靠。交通运输工程学报. 2015 15(1): 58-65.

轿车电磁与摩擦制动集成系统摩擦制动力分配优化方法

何仁, 赵强, 胡东海 — 2015-02-25

何仁, 赵强, 胡东海分析了轿车电磁与摩擦制动集成系统的结构与工作原理,推导了轿车前后轴利用附着系数的计算公式。以ECE R13制动法规与电磁制动器设计要求为约束条件,以轿车前后轴实际利用附着系数与理想状态制动强度差值的平方和最小为目标函数,以MATLAB优化工具箱为计算工具,建立了轿车电磁与摩擦制动集成系统摩擦制动力分配优化方法,计算了不同工况下的摩擦制动力分配最优值。计算结果表明:当制动强度分别为0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8时,优化前的目标函数值分别为0.03、0.05、0.07、0.07、0.08、0.07、0.06、0.04,优化后的的目标函数值分别为0.00、0.00、0.00、0.00、0.00、0.00、0.01、0.01,优化后,目标函数值明显减小,轿车前后轴利用附着系数曲线更靠近理想曲线,且均在ECE R13制动法规控制曲线的下方,因此,提出的优化方法满足ECE R13制动法规的要求,轿车制动稳定性得到提高。交通运输工程学报. 2015 15(1): 66-73.

钣金型液力变矩器外特性计算方法

惠记庄, 张广辉, 聂春鹏, 刘琼 — 2015-02-25

惠记庄, 张广辉, 聂春鹏, 刘琼对原有试验台架的信号处理和液压系统进行改进,进行了YJH315钣金型液力变矩器的牵引试验。应用三维流场数值计算方法,提出了YJH315钣金型液力变矩器外特性的动量矩方程、力矩方程与性能参数计算方法。分别通过MATLAB仿真软件和实测试验得到了不同转速比下的效率、变矩系数和公称力矩,并将仿真结果与试验结果进行对比分析。分析结果表明:当转速比在0～0.9时,试验工况下的最大效率为0.82,仿真工况下的最大效率为0.79,效率的最大误差约为2%; 试验工况下的最大变矩系数为2.41,仿真工况下的最大变矩系数为2.29,变矩系数的最大误差约为3%; 试验工况下的最大公称力矩为28.7 N・m,仿真工况下的最大公称力矩为27.3 N・m,公称力矩的最大误差约为3%。3个指标的误差均在可接受范围之内,说明提出的钣金型液力变矩器外特性计算方法可行。交通运输工程学报. 2015 15(1): 74-81.

矿用汽车动力源功率匹配控制策略

郑舒阳, 金纯, 罗维东 — 2015-02-25

郑舒阳, 金纯, 罗维东针对矿用汽车发动机工作点分布于燃油低效区的问题,提出了基于功率匹配的交流传动控制策略,使得传动系统能够根据车辆工况的变化相应改变发动机输出功率。确定了电传动系统功率区,引入了车辆负荷度评价车辆所处工况的负荷程度,设计了3层结构的控制策略,上层算法中使用滑动平均滤波算法对轮边电机转速进行预处理,计算车辆负荷度; 中层算法利用三维模糊控制器,根据车辆负荷度及发动机转速计算了参考功率; 下层算法中驱动系统追踪给定的参考功率,实现了矿用汽车的功率匹配。为验证功率匹配控制策略的控制效果,搭建了电传动试验平台进行验证。验证结果表明:控制策略能够快速识别矿用汽车启动、爬坡、突遇负载、下坡等常用工况的负载变化,并计算适合当前负载的驱动功率,保障了矿用汽车在恶劣工况下的动力性; 稳态试验考察了控制策略下矿用汽车的节油效果,发动机工作点分布在最佳燃油经济性曲线附近,负载为40 kW时,功率匹配控制策略的燃油消耗量比满足最大功率需要策略减少10.8%,负载为80 kW时,功率匹配控制策略的燃油消耗量比满足最大功率需要策略减少4.8%,验证了功率匹配策略的有效性与可行性。交通运输工程学报. 2015 15(1): 82-91.

最小安全间距约束下拥挤交通流速度-密度关系模型

邵春福, 肖崇紫, 王博彬, 孟梦 — 2015-02-25

邵春福, 肖崇紫, 王博彬, 孟梦根据交通拥挤状态下交通流速度与密度一致性变化的特点,分析了拥挤交通流的平均车间时距为定值的原因,并结合最小安全间距约束提出了交通拥挤状态下的速度-密度关系模型。研究了驾驶人的平均反应时间和交通拥挤状态下的最小车间时距的关系,对速度-密度关系模型的反应时间进行参数标定。分析了不同车辆长度、阻塞停车间距和反应时间下的速度-密度关系,利用提出的速度-密度关系模型、Greenshields模型、Greenberg模型、Underwood模型、Northwest模型、Edie模型对美国US-101、I-80两条高速公路的交通数据进行拟合,得到了拟合结果和绝对误差。分析结果表明:提出的速度-密度关系模型能够从理论上解释交通拥挤状态下速度与密度的变化关系和速度-密度数据的离散现象; 和其他模型相比,提出的速度-密度关系模型在拟合2条高速公路交通数据时的绝对误差最小,分别为4.91、7.50 veh・km^-1。基于最小安全间距约束的速度-密度模型刻画了拥挤交通流的本质特征,且对现实数据能够取得更好的拟合效果。交通运输工程学报. 2015 15(1): 92-99.

交通流变化下的多配送中心-多需求点配送网络优化模型

杨忠振, 穆雪, 朱晓聪 — 2015-02-25

杨忠振, 穆雪, 朱晓聪基于城市道路网结构与交通流特征,以总配送耗时最小为目标函数,以交通流为约束条件,构建了双层配送网络优化模型。上层模型计算配送车辆的配送路径,下层模型为用户均衡交通分配模型,通过上层模型的计算结果改变下层模型中的OD出行数据,通过下层模型的计算结果改变上层模型中的路段通行时间。利用混合式分组法、遗传算法与Frank-Wolf算法求解模型,并以大连市某带有31个交通小区、27个需求点和4个配送中心的交通网络为例进行实例验证。计算结果表明:当利用最短距离法求得配送方案时,27个需求点的总配送距离为94.8 km,总配送耗时为425.2 min,计算时间为13 s; 考虑交通流变化后,利用提出的双层优化模型,27个需求点的总配送距离为109.7 km,总配送耗时为329.1 min,计算时间为256 s。利用提出的双层优化模型,虽然总配送距离增加14.9 km,但总配送耗时却缩短96.1 min,并可以一次性达到配送车辆和其他车辆相互平衡的过程,计算速度和效率并不是最重要的因素,可以得到更符合实际的计算结果。交通运输工程学报. 2015 15(1): 100-107.

改进ANP的无线闭塞中心管控能力评价模型

陈建球, 唐涛, 袁磊 — 2015-02-25

陈建球, 唐涛, 袁磊分析了影响无线闭塞中心(RBC)管控能力的多种因素,研究了不同因素间的关系,应用网络层次分析法(ANP)建立了RBC管控能力评价模型。为了降低评价中人为主观性影响与提高评价结果的可信性,在ANP评价过程引入了专家均值置信法,建立了ANP评价模型。以京沪高铁和郑西高铁下行区段第1个RBC(RBC-JH1、RBC-ZX1)的实际布置为例,使用SD软件求解模型,获得了RBC管控能力影响因素的定量排序。研究结果表明:管辖范围、控制车站数、非周期数据处理、注册受控列车数量、单个RBC最大控车容量、周期数据处理、车站复杂度、无线信道传输延时的权重分别为0.167、0.095、0.092、0.090、0.086、0.072、0.064、0.058,它们对RBC管控能力的影响较大,在实际RBC布置中,需要优先考虑这些因素; 得到了RBC-JH1的权重为0.037,RBC-ZX1的权重为0.039,结合需要优先考虑的因素,建议RBC-JH1的管辖范围可以扩展至中继站6。改进ANP评价模型对无线闭塞中心管控能力评价的适用性较好,结合已有的RBC布置数量计算公式,可确定一条线路RBC管控范围和布置数量。交通运输工程学报. 2015 15(1): 108-118.

混合交通流条件下区域交通信号控制优化模型

韩印, 邢冰, 姚佼, 刘婧 — 2015-02-25

韩印, 邢冰, 姚佼, 刘婧针对传统区域交通控制技术无法应对机非冲突干扰的问题,结合中国城市道路混合交通流的特点,研究了交叉口与路段非机动车对机动车的干扰。分析了区域路网机动车交通特征,确定了混合交通特性相似的区域。基于路段非机动车的阻滞作用,分析了交叉口通行能力的折减与相邻交叉口相位差的优化。以区域路网机动车总延误为优化目标,建立了非机动车影响条件下的区域交通信号控制优化模型,优化了信号周期时长、绿信比和相位差等参数,并利用遗传算法求解模型。利用VISSIM仿真软件,以上海市杨浦区五角场环形区域路网为例对优化模型进行验证。验证结果表明:现状信号控制方案下区域路网7个交叉口机动车的车均延误为24.5～42.9 s,平均为35.99 s,路网总延误为256.39 h,优化后交叉口的车均延误为21.8～36.4 s,平均为30.12 s,路网总延误为214.57 h,7个交叉口车均延误减少了10%～24%,平均为16.31%。可见,优化模型能够显著降低区域路网车均延误与总延误,提高区域路网通行效率。交通运输工程学报. 2015 15(1): 119-126.