磁浮轨道梁不平顺对悬浮状态的影响分析

通过建立单磁铁-悬浮系统-轨道梁相互作用模型,阐述轨道梁特性要求,从轨道梁长短波不平顺、轨道梁刚度以及车辆运行速度角度出发,研究单磁铁悬浮状态的变化。结果表明:单磁铁悬浮间隙变化量随着车速的提高而增大,短波不平顺对车辆的影响要比长波不平顺影响剧烈,短波不平顺对单磁铁悬浮间隙和振动加速度均有较大影响;轨道梁刚度对轨道梁挠度变化最为明显,而对悬浮间隙、单磁铁振动加速度影响很小。     

状态观测器参数对磁浮车辆悬浮稳定性影响的仿真研究

为研究磁浮车辆悬浮控制器的状态观测器参数对悬浮稳定性的影响,解决磁浮车辆悬浮不稳的问题,建立单电磁铁与柔性轨道梁的耦合模型。通过对悬浮系统传递函数的研究,得到速度激励信号频率与悬浮系统对轨道梁的功率输出的关系曲线,并得到状态观测器参数对系统性能的影响规律。由此得出结论,通过绘制"悬浮系统对轨道梁的振动能量输出功率"与"轨道梁主频率"间的关系曲线,即可得到不考虑轨道梁阻尼时,悬浮系统可适应轨道的临界参数。     

中低速磁浮车辆-轨道-桥梁垂向耦合振动仿真分析

以长沙中低速磁浮列车和25 m跨径简支梁为对象,建立包含完整悬浮控制系统和细致轨道结构的磁浮车辆-轨道-桥梁垂向耦合振动模型,编制数值仿真程序,计算车辆以80 km/h速度通过不平顺线路时车轨桥耦合动力学响应,利用已有文献测试结果初步验证仿真模型。结果表明,车体的垂向振动很小,悬浮间隙波动量不超过0. 6 mm,最大动态悬浮力占额定悬浮力的24%,中低速磁浮车辆运行平稳,电磁铁动荷载系数低。桥梁跨中垂向挠度为2. 66 mm,小于磁浮简支梁挠跨比设计限值;跨中轨缝处F轨最大垂向位移为3. 04 mm,其中包含轨排自身弹性变形产生的0. 4 mm垂向位移,约占F轨总位移的13%。梁端和跨中处伸缩接头很好地限制F轨端部变形,但F轨端部垂向加速度幅值超过2g,约为中部的4倍,这对F轨伸缩缝连接副提出较高要求。     

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。     

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。     

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。     

基于车桥耦合的磁浮轨道梁中速适应性研究

研究目的:为探讨25 m跨长沙既有磁浮简支梁桥与梁上承轨简支梁桥两种轨道梁结构的中速适应性,基于有限元原理建立两种磁浮轨道梁的有限元动力分析模型,对其自振特性进行分析;基于多体动力学理论,建立了具有120个自由度的中低速磁浮车辆动力学模型;考虑PID悬浮主动控制下的悬浮控制力,建立了完善的磁浮列车-轨道梁-控制器耦合模型。依据该耦合模型进一步开展了车辆提速后两种不同轨道梁形式下的车桥耦合振动响应研究。研究结论:(1)梁上承轨简支梁桥相对于长沙既有磁浮简支梁桥具有更优的动力学性能;(2) F轨垂向位移、桥梁跨中垂向位移及加速度值相对减小幅度分别约为57. 25%、61. 26%及70. 59%;(3)车体垂向加速度与电磁悬浮力减小幅度最高分别可达25. 53%及10. 93%;(4)本研究结果可供中速磁浮桥梁结构设计参考。     

提速情况下磁浮轨道结构振动响应及传递特性研究

中低速磁浮交通提速是目前研究趋势，但速度的提升会影响车辆运行稳定性。为探究提速后轨道的动力响应及其适应性，通过建立中低速磁浮车-轨-桥耦合动力学模型，对更高速度下轨道的振动响应进行仿真分析，并以长沙磁浮快线为对象，测试100～140 km/h速度区间内轨道的振动加速度及振动位移。研究结果表明：轨道各结构的振动响应存在差别，沿着F轨-轨枕-轨道梁逐渐减弱，车辆对轨道的垂向冲击大多被F轨的振动及弹性变形吸收，而横向冲击则更多地传递至下方的轨枕和轨道梁；随着车辆运行速度的提高，轨道的振动加速度响应逐渐加剧，轨道梁横向振动加速度较之垂向振动加速度增加更为明显，而轨道的振动位移响应则基本未表现出与速度的相关性；当车辆的运行速度提升至140 km/h后，轨道梁的垂、横向最大振动加速度分别为2.37 m/s²和0.96 m/s²,速度提升至160 km/h时，轨道梁的垂向最大振动位移为3.55 mm, F轨内外磁极面最大高度差为0.44 mm,均在规定的限值范围内，轨道的振动响应满足要求。     

轨道梁参数对磁浮车-高架桥垂向耦合动力响应的影响研究

建立磁浮车—高架桥垂向耦合模型,运用车—桥垂向耦合程序,分别探讨桥梁刚度和高架桥线路的不平顺对磁浮车—高架桥垂向动力响应的影响,分析结果表明:在相同的轨道梁抗弯刚度下,随着磁浮列车运行速度的增加,桥梁的振动响应增大,但轨道梁刚度大的桥梁振动响应比刚度小的桥梁振动响应增加幅度小一些;在相同车速下,随着轨道梁抗弯刚度的降低,桥梁振动响应增大;车辆重向振动响应在轨道抗弯刚度达3 8612×1010N·m2之前,随轨道梁抗弯刚度的增大而减小,在轨道梁抗弯刚度达3 8612×1010N·m2之后,无明显影响;线路状态对车辆的动力响应有明显影响,较差的线路状态将使高架桥挠度增大,使车体垂向振动加速度明显增大。     

基于UM的高速磁浮车辆刚柔耦合建模及振动传递规律研究

为研究高速磁浮车辆刚柔耦合模型的振动传递特性,首先对某型磁浮车辆进行了刚体建模以及刚柔耦合建模,并给出了柔性体悬浮架的自由振动模态,电磁力元的力学模型。然后采用时域和频域两种方法分别分析了刚性体模型和柔性体模型臂爪处、空气弹簧座处和车体的垂向加速度传递特点和横向加速度传递特点。     

磁悬浮车轨耦合控制系统的非线性振动特性分析

针对主动控制的磁悬浮车辆轨道耦合系统,从非线性特性角度出发,研究静止悬浮条件下控制参数、轨道参数与磁悬浮车轨耦合系统振动特性的相互关系.首先建立弹性轨道和刚性悬浮电磁铁运动学模型,采用串级控制算法建立悬浮控制系统模型,从而得到磁悬浮车轨耦合非线性模型;然后利用谐波平衡法,分析车辆-轨道1:1共振特性,计算得到-阶振动的幅频特性方程;由于幅频特性方程阶数较高,利用数值计算方法得到3组控制参数,分别给出其仿真结果,说明轨道和控制参数对系统振动的关键影响.结论可供轨道加工和悬浮控制系统设计时参考.     

跨座式单轨交通轨道梁刚度对乘坐舒适性影响研究

参考已有车桥系统空间耦合振动模型,研究某市跨座式单轨交通Z206-25梁,利用fortran90软件编写程序。参考高速铁路评价方法,基于Sperling指标和车体加速度值评价车辆乘坐舒适性,研究轨道梁竖向与横向刚度的变化对车辆乘坐舒适性的影响。结果表明,轨道梁刚度对车辆乘坐舒适性影响很大,并且采用不同的评判准则,轨道梁刚度与乘坐舒适性之间的关系不同,有必要进一步研究轨道梁的刚度限值。     

中低速磁浮列车-大跨度连续梁耦合振动研究

研究目的:本文针对目前世界上最大跨度中低速磁浮桥梁,建立中低速磁浮车辆-控制器-桥梁系统耦合动力学模型,考虑轨道不平顺的影响,研究3节编组中低速磁浮列车以不同速度、不同车辆载荷(空载、定员和超员状态)通过桥梁时车辆和桥梁的竖向动力响应,评价主跨110 m中低速磁浮连续梁车桥系统的动力性能。研究结论:(1)车体的最大垂向加速度为0.447 m/s~2,Sperling舒适度指标最大值为1.664,垂向乘坐舒适度达到"优";(2)悬浮间隙最大波动值为2.26 mm,除车速100 km/h外,其余工况波动值均在2 mm以内,悬浮系统具有足够的悬浮稳定性;(3)梁体跨中最大竖向加速度为0.065 m/s~2,远远小于限值0.5g;(4)本研究成果可为大跨度中低速磁浮桥梁的设计和应用提供参考。     

单模块电磁铁静态悬浮特性研究

为了分析中低速磁浮列车的悬浮性能,文章将两组刚性连接的电磁铁模块视为一个整体模块建立动力学方程,以质心坐标描述单模块电磁铁的运动状态,并通过三维有限元分析和线性插值获得任意电流和悬浮间隙下的悬浮力,基于该动力学方程和三维有限元分析值建立电磁铁静态悬浮特性仿真模型;与传统的单点悬浮控制模型相比,文章所建模型更符合中低速磁浮列车悬浮电磁铁的实际工作情况,为后续悬浮控制系统的设计和控制参数的计算奠定了一定的基础.     

抗侧滚吊杆刚度对悬浮架静浮能力的影响

文章着重分析了中低速磁浮车辆起浮前后抗侧滚片梁吊杆的受力情况,并结合在单模块悬浮架试验台上进行的不同刚度吊杆对比试验,对比分析了刚性吊杆和弹性吊杆对悬浮架静态起浮能力的影响．为抗侧滚吊杆的设计与改进提供了建议与参考。     

故障工况下常导磁浮车辆悬浮架载荷特性研究

针对中低速常导磁浮车辆运行过程中可能出现的故障工况，对悬浮架的载荷特性展开研究。首先根据实际参数建立动力学模型并分析其振动特性，研究了悬浮架构架在电磁铁失效、空气弹簧失效等故障工况下的位移特点；然后分析故障工况下悬浮架的载荷特性，并对悬浮架各部件的强度进行评估。研究结果表明：磁浮车辆的车体与悬浮架通过滑台间接相连，使得振动形式比较丰富；在电磁铁失效故障工况下，悬浮架构架质心的位移相对较大，与轨道碰撞后使得悬浮架载荷发生突变；相对于正常运行工况，左侧电磁铁失效时纵梁的应力最大值增长为原来的3.87倍，左后空簧失效和紧急落车时托臂的应力最大值分别增长为原来的2.59倍和8.11倍。对故障工况下悬浮架的载荷特性进行研究，可以为疲劳寿命计算和结构强度设计提供参考依据。     

轨道梁结构对中低速磁浮车轨耦合振动的影响

建立了双级电磁悬浮控制器模型,轨道梁采用Euler-Bernoulli模型,基于单点悬浮控制系统建立"车辆-控制器-弹性梁"耦合动力学数值模型。对控制参数引起的车轨耦合失稳振动的特性进行分析,仿真计算不同轨道梁结构参数下,对中低速磁浮车轨耦合振动影响进行研究。结果表明:发生频率较低的车轨耦合振动时,轨道梁结构参数的改变对车轨耦合振动无明显影响;发生频率较高的车轨耦合振动,轨道梁固有频率随轨道梁结构而改变时,对车轨耦合振动影响明显;轨道梁固有频率不随轨道梁结构参数改变时,对车轨耦合振动无明显影响;轨道梁结构阻尼可以有效抑制车轨耦合振动响应。低频车轨耦合振动,轨道梁结构改变无法控制车轨耦合振动,车轨发生高频耦合振动时,增大轨道梁结构阻尼比及改变轨道梁固有频率均能有效控制车轨耦合振动,因此实际工程中可以考虑轨道梁下安装阻尼器和吸振器来改变轨道梁结构参数和结构阻尼来抑制振动。     

钢弹簧失能下车辆-浮置板轨道耦合系统动力特性研究

在列车荷载作用下浮置板轨道会发生钢弹簧失能,为研究此问题对车辆-浮置板轨道系统动力特性的影响,基于车辆-轨道动力学理论,建立车辆-浮置板轨道耦合动力学模型,研究不同钢弹簧失能数量、位置、组合形式对车辆-浮置板轨道系统动力响应的影响。结果表明：当钢弹簧失能数量相同时,同一块浮置板的振动响应板中位置大于板端位置;钢弹簧失能1个时,板中位置钢轨、浮置板位移最大值分别比板端位置大0.49 mm和0.22 mm,加速度有效值分别比板端位置大13.34%和21.42%;单侧连续失能钢弹簧数量≥2个时,列车荷载作用下钢轨和浮置板垂向位移最大值均分别超出《浮置板轨道技术规范》规定的限值4 mm和3 mm;车体在频域上的振动响应主要集中在10 Hz内,钢弹簧失能会导致车体振动响应在频域上增大;单侧钢弹簧失能2个比双侧失能2个的钢轨位移最大值、加速度有效值分别增大17.75%、2.22%,比正常状态下钢轨位移、加速度分别增大37.08%,10.84%。钢弹簧失能增加了系统的振动响应,影响减振效果,应注意及时检修。     

中低速磁浮列车-轨道梁竖向耦合模型与验证

研究目的:在我国新建中低速磁浮运营线的背景下,因中低速磁浮轨道梁较为轻巧,为保证磁浮列车行车安全及舒适性,需对其进行磁浮列车-轨道梁耦合振动分析验证。本文以株洲某厂磁浮试验线20 m简支梁为工程背景,建立车辆为12个自由度的二系悬挂质量-弹簧-阻尼模型,并考虑轨道不平顺对车桥振动的影响,建立磁浮列车-轨道梁竖向耦合振动分析模型,且编制仿真分析软件VTBIM,通过仿真值与现场试验实测值的对比,验证所建模型的合理性。研究结论:(1)现场试验测试轨道梁基频、振型及轨道梁跨中动挠度/加速度,轨道梁基频及振型测试结果比仿真值略小;(2)磁浮车辆通过简支梁时,梁跨中竖向挠度/加速度的实测值均略小于仿真值,仿真值随车速的变化规律与实测值规律一致,挠度时程曲线仿真值与实测波形基本一致;(3)研究结果表明本文所建立的中低速磁浮列车-轨道梁竖向耦合振动模型合理,编制的仿真分析软件的计算结果可信;(4)该研究结果可用于中低速磁浮轨道梁设计参考。     

磁通反馈在磁悬浮列车悬浮控制中的应用

建立以磁场强度为状态变量的单悬浮电磁铁刚体模型,分析磁通反馈控制下系统的稳定性。设计磁通反馈与悬浮间隙的PD控制器,并根据磁悬浮列车特点,给出磁场测量方法。对悬浮间隙的PD控制器 磁通反馈的控制算法进行了仿真与单悬浮电磁铁试验,验证了磁通反馈控制的有效性。