中低速磁浮交通电磁辐射原理研究

研究目的:中低速磁浮列车运行时,会对外产生电磁辐射。目前对中低速磁浮交通电磁辐射的研究主要采用现场测试的方式,基于测试值,分析中低速磁浮交通对临近铁路、机场等相关无线电子设施的电磁辐射影响。本文则从理论角度分析中低速磁浮交通电磁辐射的原理,通过Maxwell软件对悬浮电磁铁产生的直流稳态磁场和直线电机产生的低频交流磁场进行仿真分析;采用时域有限差分方法对电弧放电引起的高频电磁场进行理论计算,最后基于理论结果分析中低速磁浮交通对临近铁路和机场无线设施的电磁辐射影响情况。研究结论:(1)中低速磁浮交通产生的对外电磁辐射主要包括三个方面:悬浮电磁铁产生的磁场为直流稳态磁场,主要分布于磁浮气隙附近;直线电机产生的磁场为低频交流磁场,由于频率很低,无法形成有效的辐射,故主要分布在列车附近;电刷与供电轨产生的电火花能辐射出MHz级别的电磁波,能够有效地在空间中进行传播,故干扰距离较远;(2)中低速磁浮交通产生的电磁辐射场是一个复合空间电磁场,在近距离空间场不仅包括电弧放电引起的高频电磁场,还包括悬浮电磁铁、直线电机产生的低频磁场,在远距离空间场主要包括电弧放电引起的高频电磁场;(3)本研究成果可用于了解中低速磁浮交通的电磁辐射原理和对外的电磁辐射影响,可为中低速磁浮交通的工程建设提供参考。     

高速磁浮与高速轮轨系统主要技术参数对比分析

高速磁浮是利用电磁力将车辆悬浮于导轨上，利用直线电机驱动列车前进的铁路系统，其悬浮导向系统、轨道梁系统、牵引运控系统等与高速轮轨有着显著区别。通过线路工程、轨道工程、桥梁工程、隧道工程及牵引供电工程、运行控制工程、无线通信工程等方面，对比分析了高速磁浮与高速轮轨主要技术参数，以期为高速磁浮工程设计与技术研究方向提供参考。研究结果表明：高速磁浮对轨道结构精度、平顺性，桥梁频率、变形以及隧道内车辆气密性提出了更高的要求，设计时要求桥梁一阶竖向自振频率不小于1.1倍列车通过频率；此外，高速磁浮采用地面控制、固定闭塞方式，1个分区只能有1列车运行，其信号控制、无线通信与牵引供电三子系统间耦合更为紧密，对车地无线通信数据传输性能提出了更高的要求，牵引定位数据时延要求不大于5ms。     

高速磁浮轨道长定子铁心片间短路故障的研究

针对搭载式高速磁浮轨道综合检测系统拟采用磁场检测方法实现长定子铁心片间短路故障检测的需求,建立长定子与悬浮电磁铁的二维和三维涡流场模型.综合车辆运行姿态的变化,分析研究铁心片间短路故障时长定子牵引行波主漏磁场的表现和规律.研究结果表明:片间短路造成的涡流既影响行波主漏磁场叠片方向分量的对称性,也削弱行波主漏磁场垂向分量,其衰减约为20～300 Gs;电磁铁的悬浮漏磁场沿车辆运行方向呈指数衰减,距离电磁铁200 mm以外的行波主漏磁场不受影响;车辆悬浮与导向波动影响搭载式磁场检测的结果,其变化范围为±75 Gs,车辆侧滚及俯仰变化对搭载式磁场检测影响较小.这些结果为利用行波主漏磁场的变化实现非接触地快速检测定位铁心片间短路故障提供了理论依据.     

高速磁浮车辆垂直动力学仿真与平稳性研究

通过建立高速磁浮车辆的动力学模型,研究输入线路激励后车辆的运行平稳性和舒适度。通过对高速磁浮车辆的悬挂参数分析研究并优化,来评价车辆在不同速度下的运行平稳性和舒适度。在这些研究分析的基础上,对现有上海磁浮车辆的悬挂参数进行更为合理的优化设计,以实现磁浮车辆良好的平稳性和舒适度。     

高速磁浮车辆通过小半径竖曲线时的动力学响应分析

针对一种无摇枕悬浮架的新型高速磁浮车辆系统,建立了包含非线性空气弹簧模型、电磁悬浮控制模型的磁浮车辆动力学模型,仿真分析了车辆通过半径530m竖曲线时的动力学响应,并与采用线性等效空气弹簧模型的计算结果进行了对比分析。结果表明,采用两种空气弹簧模型的磁浮车辆车体加速度、电磁铁加速度和悬浮间隙变化量等响应差别不大,均能满足车辆动力学预测要求,但空气弹簧伸缩量计算值有明显差别,两者误差达到29%;采用非线性空气弹簧的磁浮车辆动力学响应结果更符合工程实际,可为高速磁浮车辆空气弹簧结构设计与参数选取提供应用参考。     

横风荷载下电磁悬浮EMS型磁浮车辆动态响应特性分析

强烈的横风荷载会影响磁浮列车横向稳定性和安全.为全面了解横风荷载下电磁悬浮(EMS)型磁浮车辆的动态响应特性,建立了一个精细化的3D磁浮车辆多体动力学模型,并利用CFD(计算流体运动学)方法获得了磁浮车辆的气动载荷系数.基于"中国帽子风"阵风风速曲线计算生成横风荷载,进而通过时域动力学仿真,最终获得磁浮车辆车体与悬浮架的动态响应,并从车体位移、电磁悬浮系统和关键部件等方面细致全面地分析了横风荷载下EMS型磁浮车辆动态响应特性.     

高速磁浮交通车辆检修制度优化研究

高速磁浮交通车辆现行检修制度大多采用预防性计划维修模式。计划修模式下，高速磁浮交通车辆的检修能力利用率较低，这在一定程度上影响了列车运行的可靠性和线路的运力，导致配属列车数和车辆基地规模的增加，为此亟需进行检修制度的优化。简述了现行高速磁浮交通车辆检修制度，分析其存在的不足。对高速磁浮交通车辆运行特点及零部件技术特征进行了分析，明确了高速磁浮交通车辆与传统轮轨车辆间的本质区别，二者的车辆故障规律差异很显著。基于高速磁浮交通车辆的设备特征及故障特征，对其采用均衡修的适应性及可行性进行分析。高速磁浮交通车辆具备在线诊断系统，可随时收集车辆各部件的运转状态，能适应优化后更为精益的检修制度。高速磁浮交通车辆维修工作中应引入均衡修策略，根据零部件不同的故障规律及故障影响情况，建立以零部件为重点检修对象的均衡修制度。可参考成都地铁的车辆均衡修模式，将高速磁浮交通车辆双周检、三月检及定修的检修内容拆分到月检和专项修中，以此减小车辆的维修频次，压缩列车扣修时间，提高列车利用率。     

高速磁浮车辆称重试验方法及关键装备研究

根据高速磁浮车辆及轨道的结构特点，通过分析单车及编组列车的称重试验要求，形成了高速磁浮车辆称重试验方法，并研发了称重试验的关键工艺装备，在高速磁浮单车及编组列车的称重试验过程中得到了充分的技术验证。     

高速磁浮车辆装配关键工序工艺技术研究

高速磁浮车辆部件结构高度模块化,对装配尺寸有着较高要求,结合高速磁浮车辆研制过程,针对车辆装配重要工序从工艺流程、工艺装备、施工难点等几个方面进行了具体分析,并提出施工难点处理措施和方法,满足了车辆装配技术要求,为类似结构装配提供了借鉴和参考.     

高速磁浮车辆工程化制造技术研究

高速磁浮车辆是整个高速磁浮交通系统的核心部件之一,针对高速常导磁悬浮样车特性进行深入分析,结合高速磁浮原理样车试制,论述了高速磁浮列车工程化制造技术研究阶段性成果。     

高速磁浮车辆悬浮间隙传感器与相对定位传感器对比分析

高速磁浮车辆悬浮间隙传感器为悬浮控制系统提供必要的间隙信息.相对定位传感器则分别为高速磁浮车辆牵引和运行控制提供同步直线电机次级极相角信息和速度信息.在分析两者应用差异的基础上,讨论了检测线圈结构设计、电路结构设计、动态特性、抗电磁干扰与抗温度漂移等共性技术.对悬浮间隙传感器而言,需弱化齿槽效应;对相对定位传感器而言,则需强化齿槽效应,以抑制悬浮间隙波动和减少传感器过接缝时的信号畸变程度.     

基于相似原理的磁浮车桥耦合振动研究

为研究磁浮车辆-悬浮控制-桥梁系统垂向耦合振动,基于相似原理建立磁浮车辆-悬浮控制-弹性桥梁垂向耦合动力学模型。结合磁浮车辆及桥梁参数,确定系统各参数的相似比例系数,最终通过系统仿真比较分析原型桥梁与比例桥梁的振动频率及车辆运行时桥梁的动态响应。研究结果表明：基于相似原理的原型桥梁与比例桥梁对车辆运行激扰的动态响应基本一致,两者的一阶振动频率工程意义上基本保持一致。由于比例桥梁的抗弯刚度相对于原型桥梁较小,故其跨中加速度较大约为原型桥梁的5倍。比例桥梁振动加速度最大值出现在车辆进出桥梁阶段。     

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。     

高速磁浮线路最小平竖曲线半径研究

通过高速磁浮车辆与线路之间的紧耦合关系,以车辆二系结构对线路的几何约束和我国目前的磁浮轨道技术的特点与制造技术为基础,并考虑安装与制造误差的影响以及满足旅客舒适度要求,对高速磁浮线路设计的最小平曲线半径和最小竖曲线半径进行了研究分析,提出了设计的推荐值。即在保持车辆导向磁铁与导向面的侧向间隙5.5～11mm的条件下,线路轨道的最小平曲线半径设计值不宜小于650m;在保持车辆悬浮磁铁与定子面的悬浮间隙9～11.5mm的条件下,线路轨道的最小竖曲线半径设计值不宜小于2000m。     

高速车辆动态脱轨临界状态评判方法

针对传统准静态脱轨系数指标监测高速车辆动态脱轨安全性时的局限性,提出基于车轮抬升量和轮对横移量、以轮对运动姿态决定的脱轨临界状态判断准则;建立高速车辆多刚体动力学模型,分析高速车辆动态脱轨非线性动力学特性,研究轮对运动姿态与车辆振动响应变化规律之间的关系,表明轮对横向振动加速度与车轮抬升量规律较一致;运用高速车辆动态脱轨评判方法进行评判时,首先采用轮对横向振动加速度移动均方根值作为评判车辆脱轨的指标,然后确定该指标能有效反映车轮抬升量变化时的滤波频率范围和滤波时间窗宽,最后确定该指标的合理限值。算例验证表明:该评判方法可有效监测动态脱轨安全性;轮对横向振动加速度移动均方根统计波形与车轮抬升量的变化趋势具有很高的同步性,不仅可以间接地反映轮对运动姿态的变化及车轮抬升的高度,还可以克服轮轨垂向力为零时脱轨系数失真的缺点,在评判高频动态脱轨时的可靠性更高。     

轨道高低不平顺对磁浮车辆动力学性能的影响

根据悬浮电磁铁产生的悬浮力为分布力这一特性,建立了多力元模拟单悬浮电磁铁线圈悬浮力的磁浮车辆垂向动力学模型,利用SIMPACK多体动力学软件建立了单力元、三力元、五力元模拟单悬浮电磁铁线圈悬浮力的磁浮车辆动力学模型,分析比较了多力元模拟悬浮电磁铁线圈悬浮力和实际悬浮力之间的差异,并且在不同波长轨道高低不平顺激励下进行了仿真计算,利用计算结果分析了不同波长的轨道垂向激励对磁浮车辆系统动力学指标的影响规律,得到了磁浮车辆对不同波长的轨道垂向激励动力响应的基本规律,证明了单力元模拟悬浮电磁铁线圈悬浮力的磁浮车辆动力学模型在轨道短波激励仿真计算中的局限性。     

低速磁浮车辆曲线通过动态响应仿真分析

结合青城山磁浮列车示范线工程,开展低速磁浮车辆动态曲线通过性能研究。建立35个自由度的磁浮车辆空间模型,考虑主动电磁悬浮与导向,仿真分析低速磁浮车辆曲线通过动态响应。计算结果表明,低速磁浮车辆可以60km·h-1速度安全通过半径300m的曲线,以90km·h-1速度平顺通过半径1100m的无超高曲线。低速磁浮车辆小半径曲线通过能力主要受车/轨横向间隙的影响,大半径曲线可不设置超高,但最大通过速度主要受乘坐舒适性的制约。     

两种典型中低速磁浮交通导轨磁力特性及变形研究

为提升横向稳定性这一限制中低速磁浮车辆提速的重要因素,以F型导轨和倒U型导轨为对象建立其二维电磁有限元模型和三维变形仿真模型,利用该模型对比研究这两种典型导轨的磁场分布、电磁力及变形特性,并提出导向刚度系数这一新的评价指标来评估磁浮系统的导向性能.揭示了导向刚度系数与磁极宽度之间的相关性,明确了降低磁极宽度对导向性能的...     

高速磁浮列车线路匹配动力学性能分析

线路匹配性能是指高速轨道车辆与不同线型缓和曲线之间相互动力作用所决定的匹配性能。为了研究高速磁浮车辆的线路匹配性能，进行了1列3车车组曲线通过性能仿真分析。与轮轨导向不同，高速磁浮导向是在主动导向控制下电磁导向力使整个走行部准确地沿轨道中心线无接触悬浮运行。为了消除传统曲线计算公式存在的误差以满足磁浮线路的高精度和连续光滑要求，利用基于样条函数技术的新方法设计了如下两种线形缓和曲线：正弦形和圆整基本线形。1列3车车组的曲线通过性能仿真对比表明：根据高速磁浮导向原理，当有超高限速曲线通过时，正弦形缓和曲线具有优越的线路匹配性能；而圆整基本线形（仍属于三次抛物线）则不具备良好的线路匹配性能；当无超高曲线通过时两者匹配性能相当。     

磁浮车辆—道岔振动特征分析

磁浮车辆系统耦合振动直接影响车辆运行舒适性和安全性。针对磁浮车辆通过轨道道岔所产生的振动问题,以试验手段研究车辆与道岔耦合振动传递关系。运用锤击法测量轨道道岔模态参数,结合磁浮车辆动态在线振动频率特征分析得出,在初始条件下,车辆驶入轨道道岔,激发道岔的固有频率,导致车辆与道岔发生耦合共振。改善道岔刚度后,其共振现象消失,车辆可平稳通过轨道道岔。