高速磁悬浮轨道交通研究进展

从磁悬浮轨道交通的基本原理、磁悬浮列车的技术特点等角度出发，简述了世界各国高速磁悬浮轨道交通的发展概况，对比了常导电磁悬浮、永磁电动磁悬浮、低温超导电动磁悬浮和高温超导磁悬浮等4种磁悬浮方式的研究历史、悬浮特点、悬浮间隙、悬浮能耗、控制系统、技术成熟度与应用情况；采用文献调研、比对、分析、提炼等方法，综述了国内外高校、研究机构和企业对于高速磁悬浮的研究进展；比较了各类磁悬浮轨道交通的原理、技术优势和劣势，分析了高速磁悬浮轨道交通在应用方面的可行性与不足，探讨了4种磁悬浮方式的技术经济性和应用前景与场景；提出了当前发展高速及超高速真空管道磁悬浮轨道交通亟待解决的牵引制动控制、动力和热力学、安全救援、管道密封性能与抽真空效率、无线通信、车内环境控制等6个关键科学问题，并介绍了中国原创高温超导磁悬浮的基础研究及关键技术研发进展与研发计划。研究结果表明:在400~600 km·h-1速度范围可采用常导电磁悬浮或超导磁悬浮技术；在600~1 000 km·h-1速度范围可采用超导磁悬浮技术；1 000 km·h-1及以上的速度可采用高温超导磁悬浮与真空管道或电动磁悬浮与真空管道的磁悬浮技术；作为一种前瞻性研究，高温超导与真空管道磁悬浮关键技术的突破和验证对推动中国乃至世界轨道交通快速发展具有重大而深远的意义。      

电磁型高速磁浮列车直线发电机电动势计算

为解决高速电磁型高速磁浮车辆供电问题，推导了直线发电机线圈自感及互感位置函数．用有限元法计算有关参数，并通过模拟列车运行情况下直线发电机线圈、长定子同步电动机绕组和悬浮电磁铁励磁线圈的工作状况分析所得数据，推导出各位置函数的表达式和直线发电机电动势通式．当列车速度为100和150km/h时，计算值与实验结果相比误差小于7％．     

基于混合式磁浮平台的解耦及控制分析

为了研究磁悬浮平台系统中存在的多自由度耦合问题,提出一种利用永磁体之间的被动受力来减少竖直方向上主动控制的设计思路,给出一种混合斥力式磁浮平台的结构设计,该磁悬浮结构的定子由永磁体和电磁线圈共同组成,由永磁体提供主要的悬浮力,电磁线圈提供水平方向的驱动力,以此减少负责主动悬浮的线圈数量,减小线圈功耗及产热. 基于磁荷模型推导出磁标量势满足的拉普拉斯方程,利用分离变量法求出磁标量势的解析表达式,并对浮子在整个磁场中的受力进行精确的计算;充分研究探讨了定子与动子永磁体之间被动悬浮力的稳定区域,简化忽略了竖直方向上力的解耦,建立被控对象的数学模型,并研制了以微控制单元为中心的数字集成控制器,通过试验研究了平台的悬浮性能. 研究结果表明:本文所提出的混合斥力式磁浮平台在悬浮高度23 mm水平范围 ± 4 mm内,能够实现稳定的水平运动,并且浮子在垂直方向的位移变化不超过0.2 mm.      

磁悬浮列车发展现状与展望

作为新型轨道交通技术的典型代表，磁悬浮交通具有无机械接触磨损、运行速度高、安全可靠、环境友好等优点，经过60年的发展，正逐渐走向成熟. 本文首先对国内外磁悬浮列车的发展历史作了简要回顾；然后，从结构原理、核心技术和应用场景等方面对永磁悬浮、电磁悬浮、电动悬浮和超导钉扎悬浮4大类磁悬浮交通系统进行了详细介绍，对其悬浮特点、悬浮间隙、磁力计算、驱动技术与技术成熟度等进行了阐述，并指出发展时速600公里级高速磁浮列车亟须解决的试验平台搭建、电机控制策略、紧急制动、线路维护、无线传能、无线通信、气动噪声、磁浮道岔等8个关键问题；最后，对超高速真空管道磁悬浮交通系统的研究进展以及需要研究的课题进行了探讨与展望.      

基于电磁感应的自行车振动发电装置设计

利用Ansoft进行振动发电机仿真建模,分析永磁体磁场分布、振动速度、振幅和线圈绕组尺寸对输出感应电动势的影响,确定参数,制作样品,装于自行车进行路测实验;在此基础上,于装置底部安设弹簧以增大振幅,再次进行路测实验。结果表明:在普通沥青路面上52.34%的使用时间装置发出的电压值能达到4 V以上,实验数据与仿真数据吻合。为增大装置能量利用率,对装置进行再优化,仿真结果表明:改变线圈绕制间隙,或将圆柱形悬浮永磁体改为正十二面体的阵列式悬浮永磁体,都有助于提高装置使用过程中的电压值。     

超微粉制备中的感应等离子炬温度场数值模拟

为了得到超微粉制备中的感应等离子炬温度场,根据传热学Navier-Stocks方程及电磁理论,在高频感应等离子炬中建立了电热以及流体耦合控制方程.利用有限元方法对制粉过程中的电热效应及流体-热交互耦合进行数值模拟,得到高频等离子炬气动过程中的速度分布及温度场分布.结果表明:在等离子体加热部分存在涡流,温度的最高点不在轴线上,输入功率越高,距离线圈越近;在相同进气流量条件下,输入功率为2 kW时,温度最高点距离线圈0.062 m,输入功率为5 kW时,温度最高点距离线圈0.039 m.     

面向微细加工的二自由度磁悬浮平台

为消除激光微细加工移动台中的机械摩擦，提出一种由三组子单元共同悬浮驱动的新型磁浮平台.首先，介绍平台结构及其工作原理，三组子单元具有相同的结构，由永磁体和电磁线圈构成；分析线圈对永磁体的作用力，并对磁悬浮平台能够实现稳定悬浮的平面范围进行讨论；其次，建立磁悬浮平台的平面内的动力学模型以及子单元位移与平台位移的变换方程；再者，基于分散控制策略，设计子单元系统相应的模糊PD (proportionalderivative)控制器；最后，搭建实物平台，并对其进行静态悬浮实验、步进响应实验、双轴组合工作实验.结果表明：该磁悬浮平台在±2 mm的平面范围内可忽略竖直方向的运动控制；在静态悬浮时，磁悬浮平台在x方向均方根误差仅为2.95μm，最大跟踪误差为11μm；同时磁悬浮平台具备4 mm的运动行程以及双轴组合工作能力.     

电动悬浮列车及车载超导磁体研究综述

电动悬浮列车具有速度高、悬浮间隙大、安全系数高等优点，在超高速磁悬浮列车领域具有十分光明的应用前景.车载超导磁体是超导电动悬浮列车的核心组成部分之一，其服役可靠性是列车安全运行的重要基础.本文系统地阐述国内外电动悬浮列车的发展历史及现状，针对国内外电动悬浮系统中车载超导磁体的结构和技术方案进行对比和总结.高温超导磁体技术已经成为超导电动悬浮领域的重要发展方向，在列车行驶过程中车载超导磁体系统的热稳定性和振动稳定性是影响其可靠服役的重要因素.高温超导磁体闭环运行技术、轻量小型化低温系统结构设计、高强度低漏热支撑结构设计等将是未来超导电动悬浮系统中车载超导磁体需要重点研究和解决的关键技术难题.     

速度350km/h等级世界高速列车技术发展

分析法国AGV型、日本Fastech360型、德国ICE350E型、西班牙Talg0350型及韩国HSR-350X型的350km／h速度等级高速列车的技术特征，对其各项重要的技术性能指标进行分析比较。提出世界高速列车技术发展方向基本是：更多采用动力分散形式，最高运行速度达到350km／h-400km／h；采用lGBT、IPM、IGCT等模块实现牵引传动变流器的功率大、体积小、高可靠性；转向架采用有源悬挂或半有源悬挂有效降低横向振动；强化复合制动系统，开始采用安全电阻制动及空气阻力板制动；提高车体气密性及降噪性能；采用先进的列车自动控制系统；用倾摆车体技术扩展高速列车使用范围。     

秦沈客运专线路涵过渡段动应力测试与分析

对秦沈客运专线DK49 689．0-DK49 700．7路涵过渡段进行了动应力测试，分析了动土压力与列车速度的关系、沿线路纵向分布以及随深度的变化．结果表明：动土压力随列车速度提高而增大，当列车速度超过220km／h时，动土压力基本趋于稳定，但始终大于准静态土压力；随深度增大，动土压力迅速衰减，趋于准静态土压力．此外，动土压力还受路基结构的影响，涵洞顶路基的动土压力明显大于一般路基的动土压力．     

高速列车噪声源声功率与速度的函数关系

为了解决既有对数经验公式无法拟合高速列车显著声源贡献率与速度的函数关系这一问题，使用轮辐声阵列进行高速列车车外声源识别试验；根据显著声源位置对列车表面进行区域划分，量化分析显著声源区域的声功率级和声功率贡献率与速度之间的关系；在既有对数经验公式的基础上，根据不同种类噪声声功率随速度的变化特性，建立新的拟合公式；结合列车噪声测试数据对新的拟合公式进行验证. 研究结果表明:列车以350 km/h运行时，下部区域对列车总辐射噪声的贡献率占70%以上，升弓区域对局部区域声功率的影响最显著，超过50%；随着速度的增长，下部区域的贡献率逐渐减小，弓网区域逐渐增大，显著声源区域的贡献率变化先快后慢，最后趋于稳定；利用新的拟合方法得出，列车声源区域的声功率级和声功率贡献率与速度的拟合度基本都在0.9以上.      

基于RBF近似模型的磁悬浮轴承结构优化设计

主动磁悬浮轴承（active magnetic bearing，AMB）-转子系统中，转子质量分布上的不平衡引起不平衡振动，为提高系统的稳定性、减小转子在一阶弯曲临界转速处的不平衡振动，建立了考虑不平衡力和不平衡磁拉力的磁悬浮柔性转子机电一体化模型，并结合径向基（radial basis function，RBF）神经网络算法，得到转子振幅关于磁悬浮轴承结构参数的近似模型；以振幅最小为目标，通过参数灵敏度分析和多岛遗传算法（multi-island genetic algorithm，MIGA）对磁悬浮轴承进行结构优化设计. 数值仿真结果表明:在一定范围内增大磁悬浮轴承的偏置电流、磁极面积、线圈匝数，减少单边气隙能够增大系统阻尼，可以降低一阶弯曲临界转速处的不平衡振动幅值，优化后不平衡振幅较优化前减少近50%.      

客运专线列车速度-间隔控制机理与计算

给出了制动率、制动距离、作业时间等参数取值和最小追踪间隔的计算公式．不同的全制动距离阶段划分方式及其设备配置决定了高速客运专线信号控制及列车运行方式．列车的速度-间隔控制采用一次制动模式曲线方式并以速度分级模式曲线方式作为备用模式．缩短同方向列车到站追踪间隔是缩短追踪间隔的关键．对于速度大于250km／h的旅客列车，通过进站提前减速，用一次制动模式曲线方式能够实现3min追踪间隔．在客货混线运行条件下，当车站到发线有效长不大于1200m，咽喉区长度不大于800m，120km／h的货物列车制动率0．8时，能够实现5min追踪间隔；200km／h旅客列车采用制动率为0．6即能实现4min追踪间隔．     

基于工况分布的重型环卫货车 NOx排放模型

为提高城市重型环卫货车的NOx排放测算精度，本文提出一个基于工况分布的重型环卫货车NOx排放模型.首先，根据基于实测逐秒速度数据分析的环卫重型货车工况特征和 NO_x排放特性对不同负载货车的 VSP区间进行划分；其次，结合货车瞬时速度建立不同负载的环卫重型货车运行模式区间划分方法，并对不同负载货车NO_x排放因子进行测算.结果显示，空载货车在速度区间[0, 20) km/h 上，NOx排放因子大于满载，其他速度区间上相反.与基于 MOVES模型测算结果对比，在不同速度区间上，基于 MOVES的测算结果均比本文提出模型的测算结果偏低，如在低速区间[0，20) km/h，中速区间[20，50) km/h，高速区间[50，+∞) km/h：空载行驶时，分别低24.67%、6.82%和23.81%；满载行驶时，分别低12.38%、18.81%和26.43%.     

谐波转矩对高速列车齿轮箱体与牵引电机振动特性的影响

为研究机电耦合作用下齿轮箱体和牵引电机的振动幅值、频谱分布及其随高速列车行驶速度的变化趋势, 分析了三相逆变器输出电压谐波频率分布与牵引电机谐波转矩, 建立了传动系统扭振模型; 基于直接转矩控制理论与车辆系统动力学理论, 搭建了牵引电机控制模型和高速列车多体动力学模型; 通过Simulink和SIMPACK联合仿真平台对比了恒力矩输入与含有谐波转矩的力矩输入模型, 分析了不同速度下牵引电机谐波转矩对高速列车齿轮箱体和牵引电机振动特性的影响。分析结果表明: 当高速列车以250 km·h-1的速度匀速运行时, 齿轮箱体大齿轮上方纵向振动、小齿轮上方纵向与垂向振动受牵引电机谐波转矩影响显著, 在700 Hz主频处振动加速度幅值显著增大, 该频率恰为牵引电机输出转矩基波频率的6倍; 在谐波转矩的影响下, 牵引电机在52 Hz主频处横向振动加速度幅值增加52.78%, 在49 Hz主频处垂向振动加速度幅值增加18.95%;随着高速列车速度的增加, 齿轮箱体纵向与牵引电机各向振动加速度逐渐增加, 牵引电机谐波转矩对齿轮箱体纵向振动加速度均方根的影响逐渐减小, 在6倍基波频率处, 齿轮箱体小齿轮上方和牵引电机纵向与垂向振动加速度均先增大后减小, 在速度为250 km·h-1时达到极大值, 且齿轮箱体和牵引电机的垂向振动受6倍基波频率谐波转矩的影响比纵向振动更为明显, 而其横向振动特性几乎不受谐波转矩的影响。      

TR磁浮列车湍流外流场数值计算

根据可压缩粘性流体Navier-Stokes方程和k-ε两方程湍流模型，采用有限容积法对以430km／h运行的TR磁浮列车的湍流外流场进行了数值计算，得到了列车上部、侧面和下部的列车风场特性．研究结果表明，在距列车顶部和侧面2m范围内，速度波动在10m／s以上，压力波动在1．3kPa以上；在列车下部距地面2m高的水平面上，速度波动小于5m／s，压力波动小于0．7kPa．     

中国高铁永葆工程领跑

本文从高铁工程发展的角度出发，陈述了中国高铁工程发展概况，解读了只有工程技术和工程科学的紧密结合才能实现高铁工程领跑，才能保持中国高铁工程继续领跑世界；回顾了中国高铁快速崛起、领跑世界的历程，包括酝酿期、探索期、成熟期和发展期；复兴号高速列车已经成为中国高铁自主创新的成功范例，标志着中国高铁工程由跟跑、并跑到领跑，初步实现了工程领跑.分析了中国高铁工程领跑面临德国、法国和日本等国家轮轨高铁更高速度、数字化转型以及日本和美国等国家高速及超高速管道磁悬浮高铁发展的严峻挑战.提出了围绕“轮轨天下，超导未来”等应对严峻挑战的积极对策，并展望了高铁时代和后高铁时代轮轨高铁的发展趋势和磁悬浮高铁的未来发展，力求中国高铁继续保持工程领跑的最佳境界.     

基于流固耦合求解的强横风下轨道力学分析

为研究强横风条件下轨道结构的力学特性，采用计算流体力学和有限元联合仿真，对轨道结构的受力和变形进行了分析. 首先采用SOLIDWORKS软件基于CRH380A型高速列车实际外形轮廓建模，然后通过FLUENT计算得到列车的气动特性，再与有限元软件ABAQUS联合仿真建立列车-轨道耦合模型；模型中完整地保留列车表面所受的气动力，解决了流固耦合中列车气动力的传递问题；最后基于建立的耦合模型，针对强横风作用下轨道结构的力学特性进行系统分析. 研究结果表明，当列车运行速度为350 km/h，风速从0变化到15 m/s时，钢轨背风侧处横向位移从0.177 mm增加到2.100 mm，增大了11.86倍，可见强横风条件下，要重点关注钢轨背风侧处横向力学特性；当风速超过15 m/s时，列车运行速度达到250 km/h，钢轨横向位移超出了最大允许值2.000 mm，表明长期的强横风作用将会导致轨道的几何形位发生改变，但此时轮重减载率和脱轨系数并未超出对应限值0.65和0.800. 因此，横风作用下不仅要考虑列车运行安全性指标，也要考虑轨道结构力学指标的变化.      

可变磁路式永磁悬浮平台的起浮控制方法

磁悬浮技术应用于超洁净传送，可有效减少粉尘污染. 可变磁路式永磁悬浮平台具有低功耗、抗吸附的特性，可避免电磁悬浮传送平台温升大和混合磁悬浮平台安全性差的弊端. 为解决永磁悬浮平台起浮过程易发散的问题，提出并验证分散控制、集中控制和积分分离法3种起浮控制方法. 首先，分析可变磁路式永磁悬浮平台的磁力控制原理，建立系统动力学模型，并采用分散控制实现悬浮平台起浮；然后，针对起浮后平台倾斜的问题，提出了三自由度集中控制方法，其中平台的垂向控制为PD （proportional differential），侧倾与俯仰方向为PID（proportional integral differential ）；最后，应用积分分离法进行分段控制，以实现垂向的精确定位. 研究结果表明:集中控制方法实现了平台倾斜角的自纠偏，可有效解决分散控制下各磁极磁力特性差异引起的平台倾斜问题，调节时间为0.5 s；垂向采用积分分离方法后，平台垂向的稳态误差由0.23 mm可减小为0，调节时间为3.0 s.      

基于工况分布的重型环卫货车NOx排放模型

为提高城市重型环卫货车的NOx排放测算精度，本文提出一个基于工况分布的重型环卫货车NOx排放模型.首先，根据基于实测逐秒速度数据分析的环卫重型货车工况特征和 NO_x排放特性对不同负载货车的 VSP区间进行划分；其次，结合货车瞬时速度建立不同负载的环卫重型货车运行模式区间划分方法，并对不同负载货车NO_x排放因子进行测算.结果显示，空载货车在速度区间[0, 20) km/h 上，NOx排放因子大于满载，其他速度区间上相反.与基于 MOVES模型测算结果对比，在不同速度区间上，基于 MOVES的测算结果均比本文提出模型的测算结果偏低，如在低速区间[0，20) km/h，中速区间[20，50) km/h，高速区间[50，+∞) km/h：空载行驶时，分别低24.67%、6.82%和23.81%；满载行驶时，分别低12.38%、18.81%和26.43%.