低速磁浮车动力学建模及平行四边形机构分析

车辆结构设计必须满足动力学要求。对于低速磁浮列车而言,车辆与线路之间的运动解耦功能主要由车辆的二系悬挂实现。二系悬挂包括固定滑台、自由滑台、空气弹簧和平行四边形机构等,其运动同时受线路和刚性车厢的限制。文章先分析了在曲线上,平行四边形机构对车辆横向力分布的影响,然后利用多刚体动力学建模方法建立低速磁浮列车的动力学模型,并进一步阐述平行四边形机构在曲线通过中的重要作用,分析曲线通过时二系悬挂各构件的运动情况。     

中低速五转向架磁浮车辆运动学描述与计算

满足运动学要求是磁浮车辆结构设计的基本要求。以D-H变换为理论基础,结合不同类型的线路参数,采用不同方法求解中低速五转向架磁浮车辆在不同曲线上车厢与转向架之间的位姿关系;并建立走行机构二次系模型,给出正、反解解析式,最后根据所求得的车厢与模块位姿关系,以及二次系的运动学模型的解析表达式相互间的对应关系,计算出走行机构二次系各个关键构件的运动范围。     

高速铁路三维线形参数及其对列车运动的影响

研究目的:为避免传统二维设计方式出现的设计差错,明确线路的三维曲线线形对高速列车运动的影响,以微分几何不变量曲率、挠率为参数,并结合三维曲线的Frenet标架,建立线路三维线形设计指标以及列车三维运动学模型,然后分析三维线形参数对线路走向及对列车运动特性的影响。研究结论:(1)任何线路的走向及形状都可以通过曲率、挠率及Frenet标架进行表达,以此为参数建立的列车运动学模型可准确反映列车运动状态;(2)二维设计易产生设计差错,并不能准确评价列车的运动状态;(3)线形参数对列车加速度、急动度起主导作用,其中曲率决定了加速度的大小,但横、竖向加速度大小也受控于Frenet标架的侧倾;急动度由曲率变化率、挠率产生,其中曲率变化率是急动度是否超限的关键因素;(4)为避免设计差错,在高速、超高速铁路设计中应引入三维线形设计方式。     

低速磁浮列车防侧滚吊杆运动学研究

针对磁浮列车位于弯道时防侧滚吊杆运动学问题,以单转向架为研究对象,基于D-H变换建立转向架正向运动学方程。结合轨道弯道线型的特征参数,分析磁浮列车通过弯道时悬浮模块的相对位姿关系,通过求解运动学模型的逆解,计算当车辆通过弯道时防侧滚吊杆的运动情况。考虑磁浮列车在实际运行过程中间隙波动的问题,分析防侧滚吊杆满足解耦要求的运动学条件,最终为防侧滚吊杆的结构设计与改进提出建议,对低速磁浮列车防侧滚吊杆的分析和设计具有参考价值。     

高速磁浮列车电磁兼容技术工程化应用研究

通过高速磁浮列车电磁兼容技术系统策略的研究,针对高速常导磁悬浮列车电气系统设计、整车结构布局、电气线路敷设及电气装置电磁兼容特性分析,基于车辆工序过程及作业单元,充分细化和分解技术标准和要求,明确高速磁浮车辆电磁兼容技术的工程化应用方法及措施。     

被动导向电磁型中、低速磁浮列车运动学建模和分析

为解决EMS型磁浮列车的整车运动学问题,考虑横向电磁回复力和机构约束关系建立车辆运动学模型,导出表述列车运动学特性的非线性方程组,用MATHEMATICA软件求解这一方程组,给出列车各构件的绝对位置和相对位置.结果表明:车辆和轨道之间是弹性约束,既非严格跟踪轨道,也非理想的电磁平衡.车辆的运动特性不能仅由几何关系或单转向架的运动特性导出,须考虑车辆构件的内部约束、电磁横向回复力的影响.通过试验,验证了理论分析的结果.     

磁浮列车线路竖向耦合振动动力学模型

磁浮铁路以其非接触的电磁悬浮、导向和驱动系统为铁路交通开辟了新的前景。磁浮列车线路的计算与设计由于它的特殊技术特点而比其他的交通系统更明显地受振动技术特点的影响。磁浮列车线路和动力学特性是影响线路设计的主要因数，同时也与列车行走的平稳性和舒适性有密切关系。磁浮列车线路动力学特性的研究是磁浮列车线路技术的一个关键性基础理论课题。本文首先建立磁浮列车车辆模型和弹性轨道梁的动力学模型，在此基础上，建立了     

高速磁浮交通运行控制系统综合仿真试验平台

针对高速磁浮交通运行控制系统总体协同仿真试验和集成测试的需求，提出了通过数字化仿真和实物接口设备相结合的方式构建综合仿真试验平台的实现方案。按照高速磁浮交通系统特点、构成和基本原理，将磁浮列车动力学和运动学模型通过其目标线路模型所属分区属性与相应分区牵引系统模型进行车-地受力关联建模，以关联计算模型为核心扩展建立了包含车辆系统模型、车载运行控制接口、分区运行控制接口等在内的半实物仿真试验环境，接入被试运行控制系统设备，构成针对运行控制系统的闭环试验系统。同时，采用有线局域网组网形式实现车地无线通信仿真，为磁浮运行控制系统集成仿真试验提供网络互连测试环境。经实际项目的试验应用证明，该试验平台仿真功能完整、合理、有效，能够为高速磁浮运行控制系统提供功能全面、仿真程度高的测试和验证环境。     

车辆运动稳定性试验台试验及与线路试验间误差分析

根据车辆试验台试验轮／轮接触有别于线路的轮轨接触，具体分析在车辆运动稳定性试验时，试验台试验与线路之间的差别，本文以１６０ｋｍ／ｈ准高速客车为例，进行数学建模和稳定性计算分析，并通过试验以验证建模和计算方法的正确，在此基础上，进行了车辆不同悬挂参数下试验台稳定性试验结果的误差分析。     

高速磁浮列车单转向架弯道运行导向系统研究

为分析磁浮列车通过曲线时的导向特性,以列车单个车辆转向架为对象,研究列车在弯道条件下运行时导向系统动力学的建模与控制方法,分析系统工作特性与影响因素.首先,根据刚体动力学理论,推导单转向架系统沿轨道运动的侧向偏移与偏航方程.针对二自由度导向系统模型,利用状态反馈和闭环极点配置方法,实现系统解耦和控制器设计.利用MATLAB软件搭建系统仿真模型,以实际线路的数学模型作为输入,获取不同运行速度、外部干扰等条件下导向工作状态变化,分析线路参数和运行速度的影响以及控制器的性能.最后,记录系统试验曲线,与仿真结果进行对照,两者的导向状态在跟踪轨道线路变化的趋势上基本一致,表明所建立的动力学模型具有合理性.为整车系统的动力学建模和曲线通过特性的研究提供了有效的方法.     

高速磁浮列车车体承载结构优化设计研究

高度轻量化设计是具有三明治复合板结构特征的高速磁浮列车技术关键之一。本文首先通过对多种三明治复合板建模方法的分析比较,探讨了适合于三明治板大型结构有限元分析的既有工程精度又较为经济的建模方法;然后,运用优化技术对三明治复合板高速磁浮车体承载结构,建立了以车体结构轻量化为目标函数,以板厚为设计变量,以应力、挠度和一阶弯曲自振频率为约束条件的优化设计模型,并进行结构优化分析研究,获得了高速磁浮车体承载结构的轻量化优化设计方案。     

中低速磁浮列车U形电磁铁的电磁力特性分析

由于中低速磁浮列车车体携带较重的初级线圈,影响了列车载客能力和牵引动力,为了提高中低速磁浮车的运载能力,必须提高U形磁铁的悬浮和导向能力。以国内已经开通运营的2条中低速磁浮试验线中U形电磁铁基本结构参数为例,建立U形电磁铁的3D有限元仿真,根据电磁力仿真结果,分析得到影响电磁力特性的主要结构参数为铁芯长度、磁极宽度、线圈厚度和励磁电流等,根据仿真计算结果,总结上述参数对电磁力特性的基本规律。根据主要结构参数的作用规律,更新了原来参数设计值,仿真结果验证了上述规律的正确性和新参数值的合理性。     

某磁浮大跨斜拉桥竖向刚度限值研究

以某磁浮轨道交通(40+80+228+228+80+40)m大跨钢箱梁斜拉桥为研究对象,采用有限元软件ANSYS和多体动力学软件UM分别建立桥梁和磁浮列车模型。基于车桥耦合振动方法,针对2列磁浮列车相向行驶并在主跨跨中交会的最不利情形,进行列车以不同速度通过桥梁时不同梁高下车桥系统的动力响应及磁浮大跨桥梁的竖向刚度限值研究。结果表明:磁浮列车的竖向动力响应随车速的增大而显著增大,时速从40 km增大到140 km时,列车竖向动力响应增幅达到120%以上;车体竖向加速度和Sperling指标不是桥梁结构刚度限值的控制因素;磁浮列车的悬浮间隙对梁体刚度变化较为敏感,随着梁体刚度逐步增大,悬浮间隙的波动变小,梁体挠跨比减小约25%,悬浮间隙波动减小幅度达35%,悬浮间隙可作为中低速磁浮大跨桥梁结构刚度限值的控制指标;梁体挠跨比1/3015可作为磁浮大跨桥梁的竖向刚度限值。     

采用永磁悬挂体的磁悬浮系统建模与系统设计方法

为降低悬浮系统的功耗，提高悬浮品质，建议在吸力型破悬浮系统中采用永磁材料做悬挂体。文中给出了这种系统的建模方法，阐述了系统设计的原理。     

中低速磁浮列车运行控制系统的方案及其实现

以国防科技大学中低速磁浮列车试验线为应用背景,介绍了中低速磁浮列车运行控制系统的基本功能需求, 主要包括驾驶功能、保护功能和监视功能。在功能需求设计的基础上,阐述了其运行控制系统的多总线原理实现结构和各节点的基本构成方案,最后给出有关试验结果。在磁浮列车试验线上。基于文中所述的运行控制系统的总体设计,建立了相应的硬件系统,开发了相应的控制软件,并进行了车载试验。     

磁浮车辆液压夹钳单元绝缘方案研究

中低速磁浮列车以其绿色环保、安静舒适、爬坡能力强、转弯半径小、建造成本低的优势,在城市轨道交通的应用上体现出较强的环境适应性和较好的社会经济性。相比传统轮轨接触式列车利用轮对分散接地的方式,磁浮列车采用双端第三轨集中接地模式。实际上,磁浮车辆不仅需要从第三轨获取主电气设备的工作电流,还需要将车体感生电动势导入第三轨。此种特殊的接地设计,会使列车在牵引启动过程中闸片与F轨制动面之间产生火花,从而形成灼痕。为此,有必要针对磁浮列车液压夹钳单元绝缘方案进行深入研究,提出应对措施,优化设计,为磁浮车辆推广应用奠定基础。     

奇异摄动磁悬浮车轨耦合系统的精确积分流形控制设计

针对具有奇异摄动特性的磁悬浮车轨耦合系统,利用几何方法设计了能够精确跟踪设计流形的复合控制算法。给出了基于弹性轨道的磁悬浮车轨耦合系统模型,说明电磁线圈电感导致的系统奇异摄动特性。介绍了精确设计流形算法的具体步骤,并以线性流形为例,给出了基于快慢结合的磁悬浮车轨耦合系统复合控制算法的设计过程。仿真结果说明该算法能够保证系统慢流形最终无误差跟踪线性设计流形,并实现车辆结构与轨道的单向解耦。该算法可以进一步推广到其他各种设计流形,从而提高磁悬浮系统的稳定性与抗干扰性。     

五悬浮架迫导向机构曲线通过研究

文章以中低速磁浮列车五悬浮架为例,以提高列车曲线通过时迫导向机构适应性、减小迫导向机构受力及空气弹簧水平偏移量为目的,研究列车静止悬浮或低速运行(小于5 km/h)时,悬浮电磁铁处于F轨最佳契合位置、空气弹簧水平偏移量最小所确定的理想平衡状态,滑台横向位移随曲线半径变化关系,得出通过不同曲线时滑台水平偏移量、迫导向机构结构尺寸及转臂转角的一般计算公式,并对典型案例进行计算分析,优化得出相对合理的迫导向机构结构尺寸以提高悬浮架曲线通过性能。     

磁悬浮列车悬浮电磁铁电磁场三维有限元分析

首先以中低速磁悬浮列车悬浮电磁铁电磁场分析为例,介绍有限元分析软件ANSYS进行三维静磁场分析的基本过程,然后介绍ANSYS在国防科学技术大学的磁悬浮列车(CMS-3型)悬浮电磁铁静磁场三维分析中的应用,为今后该悬浮电磁铁的改进设计提供分析数据和理论依据。