长沙中低速磁浮工程的道岔设计与调试

道岔是实现中低速磁浮列车换线的关键设备。以上海临港中低速磁浮试验线道岔为原型,结合长沙中低速磁浮项目的特殊需要,设计团队完成了道岔的施工图设计工作,并全过程配合制造、安装和系统调试。介绍了长沙中低速磁浮项目中道岔的工程实践,包括道岔的结构、驱动走行、锁定和电气控制系统的设计、验证和调试,并对未来新建中低速磁浮项目道岔提出进一步优化的设想。     

唐山中低速磁浮既有试验线供电轨改造——钢铝复合接触轨更换的工程实践

结合唐山中低速磁浮试验线上更换钢铝复合接触轨工程的实践,对工字形接触轨绝缘侧向安装、轨道梁和车辆限界和接触轨在道岔梁的过渡方案进行分析研究;介绍了工程实施重点、实施步骤、接触轨系统新产品(钢铝复合接触轨、道岔梁处接触轨过渡关节弯头和膨胀接头)的技术功能以及施工的技术配合。最终取得了圆满成功,为我国中低速磁悬浮线路建设积累了经验。     

应用车辆-道岔-桥梁耦合动力学分析道岔-桥梁合理相对位置

为确定道岔、桥梁的合理相对位置,深入研究快速及高速行车条件下车辆-道岔-桥梁的动态相互作用,将车辆、道岔区轨道和桥梁作为一个整体,建立车辆-道岔-桥梁耦合系统动力分析模型,用数值模拟的方法计算分析高速行车条件下道岔区轨道、车辆与连续桥梁结构的动力特性及行车安全性和舒适性。以车速350 km/h通过18号国产道岔,岔桥相对位置为尖轨尖端分别位于桥跨1/4、跨中、3/4跨及墩上,通过计算出的尖轨和心轨开口量、尖轨和心轨动应力、车体振动加速度、减载率、脱轨系数、舒适性、桥梁振幅、振动加速度和梁端转角等动力响应,确定在车辆-道岔-桥梁耦合动力条件下4×32 m连续梁桥的合理岔桥相对位置。计算结果表明,18号国产道岔铺设于4×32 m连续梁桥上时,道岔尖轨尖端位于1/4跨时综合动力效果较佳。     

中低速磁浮线路道岔接口控制方案研究

与常规轮轨线路的道岔转换方式有所不同，中低速磁浮线路的道岔转换采用整体移梁方式。中低速磁浮线路具有与道岔自成一体的道岔转换系统，信号联锁与道岔转换系统之间为接口关系。在分析磁浮道岔控制模式的基础上，提出了磁浮线路道岔启动电路的9个技术条件。对我国已开通的中低速磁浮线路道岔接口方案的优缺点进行对比分析后，提出了由联锁参与控制逻辑的道岔接口控制方案。针对该方案，提出了磁浮道岔控制电路中信号与道岔接口所需设置的继电器类型，并对道岔与信号的接口控制电路(包括道岔启动电路、道岔表示电路、道岔模式控制接口电路及综合后备盘接口电路等)提出了系统化的解决方案，以满足磁浮线路道岔启动电路9个技术条件的要求。     

基于轮轨接触关系的高速道岔转辙器钢轨廓形打磨方案北大核心

为提升车辆通过高速道岔时的运行平稳性,基于迹线法建立车轮与道岔钢轨接触几何计算模型,分析车辆通过道岔转辙器时的轮轨接触点对分布特性,发现轮轨接触位置不集中和突变是降低车辆运行平稳性的主要因素。以降低接触突变幅度为原则提出转辙器钢轨廓形打磨方案,并基于轮轨接触几何模型和车辆-道岔多刚体动力学模型,对道岔钢轨打磨的效果进行研究。结果表明:钢轨廓形打磨能有效降低道岔区轮轨接触不平顺和等效锥度,利于提升车辆的运行平稳性;打磨后轮轨横向力、车体横向加速度、脱轨系数的最大值分别降低了39.5%、7.4%、41.7%,该廓形打磨方案对提升道岔服役性能效果明显。     

地铁曲线尖轨道岔不可逾越速度动力分析

研究目的:为研究地铁曲线尖轨道岔的不可逾越速度,本文以地铁9号曲线尖轨道岔为例,基于轮轨接触几何算法和车辆-道岔系统耦合动力学仿真计算,在综合考虑车辆侧向过岔时的安全性及平稳性的基础上确定曲线尖轨道岔的不可逾越速度,以期为列车折返能力的提高和城际轨道交通道岔的设计提供技术支持与储备。研究结论:(1)在尖轨顶宽40 mm时标准LM车轮型面与轨道接触点分布已经过渡到尖轨上,而磨耗状态LM车轮型面与钢轨的接触点分布可能在基本轨上或者尖轨上,轮载过渡位置延后;(2)车辆过岔时主要以车体横向加速度为控制指标确定不可逾越速度,因此在地铁车辆运行过程中可对车辆横向加速度进行实时监测,作为车辆运行安全性和平稳性的监测指标;(3)标准LM车轮型面时地铁9号曲线尖轨道岔的不可逾越速度为50 km/h,磨耗状态LM车轮型面时9号曲线尖轨道岔的不可逾越速度为45 km/h;(4)通过提高地铁车辆ATP顶篷速度来提高ATO速度,可缩短发车时间间隔,提高列车运行速度和对运量的储备;(5)通过对地铁曲线尖轨道岔不可逾越速度的分析,可对地铁车辆运行安全性和平稳性进行监测,并针对列车行车间隔加密后可能引起折返能力不足的问题,为道岔提速研发提供理论支持。     

中低速磁浮交通道岔系统工程设计

道岔系统是保证中低速磁浮列车安全运行的重要转线系统.根据工程实际.对道岔系统的总体结构、组成及功能进行研究,详细分析道岔基础、轨排、接触轨、供电、控制系统,并提出工程实际中的设计计算方法和部分数据,论述道岔系统的设计思路、设计原则,以及工程实际中存在的问题.     

岔枕受力与振动特性分析

岔枕是道岔系统的重要组成部分，将岔枕作为弹性地基梁，利用车辆－道岔系统空间耦合振动模型，模拟计算了车辆过岔时岔枕各相关截面的受力情况，以及岔枕振劝加速度和弹性变形等振动特性。文章最后分析了过岔速度对岔枕振动特性的影响情况。     

无砟道岔结构横移影响分析及病害整治

无砟道岔结构横移是高速铁路轨道出现的典型病害之一,导致了多处列车限速运行。本文以客运专线18号可动心轨道岔为例,运用多体动力学软件建立车辆-道岔耦合动力学模型,分析了无砟道岔结构横移量对车辆动力特性的影响,并对横移病害整治方法进行了研究。结果表明:无砟道岔结构横移会产生方向不平顺,导致轮轨横向力、脱轨系数及车体横向振动加速度大幅增加;直、逆向过岔时,辙叉区横移对车辆动力特性的影响大于转辙器部分,而转辙器部分横移会持续影响车体通过辙叉区的横向加速度;采用抬升推移法对岔区无砟轨道结构进行调整时,底座板与基床表层之间的黏结力对顶推力的影响大于轨道结构刚度。     

钢轨廓形优化对转辙器动力特性的影响研究

为提高列车高速直向过岔平稳性,将60N钢轨廓形及新设计的尖轨廓形应用于18号高速道岔转辙器部分,应用车辆-道岔耦合动力学理论,建立模型进行动力学仿真计算,与CHN60高速道岔转辙器动力特性进行对比。仿真计算结果表明:60N高速道岔转辙器部分轮载过渡段起点前移,轮载过渡时间增长;车辆直向经过道岔转辙器时的滚动圆半径差、轮对横移量和钢轨横向接触点外移幅值均减小,轮对蛇形运动幅度减小,行车平稳性得到提高;轮轨最大横向力由6.12 kN降低至4.75 kN,轮轨横向相互作用力减弱;车轮脱轨系数、车体横向加速度略有减小,轮轨垂向力、车轮减载率和车体垂向加速度变化不大,均在安全范围内。     

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。     

EMS型磁浮列车车体响应与轨道不平顺的相干性分析

为探究EMS型磁浮列车车体振动响应的敏感波长,采用PID悬浮控制法建立了中低速磁浮试验车动力学模型,并按照相干性原理构建了不平顺与车体振动的相干函数。通过仿真分析发现:相同速度下,磁浮车前后端车体振动加速度的敏感波长存在一定的差异,前端大于后端;随着速度的增加,磁浮车前后车体振动加速度的敏感波长和相干函数的最大值几乎都在增加;随着速度的增加,车体横向加速度的相干函数大于0.8的波长范围增加。同时确定了引起车体振动的主要激励波长,其中车体的横向振动响应主要是由波长在3~9 m范围的轨道方向不平顺引起的,车体的垂向振动响应是由波长在10 m左右以及波长在2.8 m时的高低不平顺引起的。     

低速磁浮车辆限界研究

一套合理的磁浮列车限界计算方法的出台将有利于降低建筑工程造价,保证车辆运行安全。文章就低速磁浮车辆限界计算方法进行研究,对车辆限界应该计及的因素进行研讨和阐述,为低速磁浮限界标准的出台提供参考。     

中低速磁浮车辆限界及设备限界研究

合理的限界计算方法对中低速磁浮交通的工程化具有重要意义,但关于磁浮交通的限界计算尚处于起步阶段,文章参考现有限界计算标准及方法,针对磁浮车辆的结构、运行特点,对中低速磁浮车辆限界和设备限界进行了研究。重点介绍了限界计算的计及因素、方法、计算截面的确定以及计算公式。     

单磁铁系统的稳定性与仿真分析

采用带状态观测器的气隙-速度-加速度反馈控制系统,在多体系统仿真软件SIMPACK平台上,考虑悬浮系统、电磁系统及控制系统的耦合作用,建立单磁铁-轨道梁-控制器的综合模型,模拟磁浮列车在弹性轨道梁上静止悬浮的过程,分析轨道梁的特征对车轨耦合振动的影响,研究共振的产生及解决方法,为磁悬浮列车的整车静止悬浮稳定性分析提供依据。     

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。     

低速磁浮轨道不平顺功率谱研究

轨道不平顺是磁浮列车振动的主要激扰源,直接关系到列车运行的稳定性和舒适性。文章基于唐山低速磁浮试验线实测的轨道不平顺数据,采用周期图法进行样本空间的谱估计,得到轨道不平顺在各空间波长的分布。分析结果表明,轨道本身结构参数、轨道安装精度和F轨的轧制工艺是产生轨道不平顺的主要原因。参考国内外成熟的铁路轨道谱线表达形式,得到低速磁浮轨道谱的拟合曲线公式,应用阻尼最小二乘算法拟合轨道谱表达式的参数,对于研究我国磁浮轨道不平顺功率谱有重要的参考价值。     

车辆振动加速度响应分析的速度—频域方法

为直接从车辆振动加速度响应中提取车辆特性和车辆激励特性,引入车辆速度参量,构成系统响应—特性—激励关联方程组;由空间输入功率不变的物理特性得到并论证车辆激励特性随车辆速度变化的频域数值规律:激励频率与车辆速度成正比,随机激励加速度等效功率谱与车辆速度的3次方成正比,周期激励加速度等效功率谱与车辆速度的4次方成正比;车辆特性随车辆速度变化较小,即使发生蛇形,只要振动传递路径不发生变化,轮对以上部件间的振动传递关系也基本与车辆速度无关.据此,给出车辆加速度响应分析的速度—频域方法,通过对速度—频谱和速度—名义传递三维图中基本不随车辆速度变化、随车辆速度线性变化和高速低频区突变3类局部峰值的识别,实现对系统响应—特性—激励关联方程组的工程求解.运用结果表明:该方法有效实现了车辆特性与车辆激励的解耦及耦合分析.     

利用Hurwitz代数判据研究磁浮系统Hopf分岔现象

针对磁浮列车的弹性耦合振动现象,建立基于简支梁的单点车轨耦合模型。有关研究表明,磁浮车轨耦合振动现象,对应于数学上常微分方程的Hopf分岔问题。然而经典Hopf分岔求解方法在高阶系统计算上并不实用,为此采取了Hurwitz代数判据方法进行计算来寻找Hopf分岔点,并由此计算出了耦合振动的频率,且对结果进行了仿真验证,对进一步设计消除耦合振动的控制方法具有重要价值。     

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。