磁浮列车空心Halbach永磁直线同步电机的力角特性分析

介绍了中速磁悬浮列车牵引需求分析,选定直线电机类型及设计方案。通过建立面电流模型,给出中速磁悬浮列车空心Halbach永磁直线同步电机的具体参数设计。再通过分析不同极距、不同尺寸边长、端部效应对电机推力的影响,初步验证电机尺寸参数的合理性。最后通过牵引仿真计算和模型车牵引试验结果论证该电机满足列车牵引需求,为今后中速磁悬浮列车直线电机的设计及制造提供可参考性资料具有重大意义。     

电机悬挂方式对LIM地铁系统动力特性的影响研究

研究目的：研究直线电机地铁在不同电机悬挂方式下的气隙变化规律及车辆、轨道的动力响应特性，并将二者进行比较。研究方法：应用车辆轨道耦合动力学理论，分别建立不同悬挂方式下的系统模型并编制相应的仿真程序，通过在轨道局部加入谐波型余弦不平顺激励对系统的动力特性进行分析。研究结果：2种悬挂方式对系统的各向加速度和轮轨力的影响差别较小，而气隙变化呈现明显不同的规律。研究结论：直线电机采用架悬式悬挂时，要严格控制幅值大于5．5mm的长波不平顺，防止电机和反力板之问的刮蹭；而当采用抱轴式悬挂时，要注意控制大幅值的短波不平顺出现，防止气隙过大，影响电机效率。     

轨道不平顺对直线电机轮轨系统动力特性影响

研究目的:基于车辆-轨道耦合动力学理论建立直线电机轮轨系统仿真模型,以多种不平顺为激励源进行动力学计算,分析竖错、扣件松脱两种确定性不平顺对直线电机轮轨交通系统动力特征的影响。结合实际的轨道不平顺管理形式,探讨谐波形式的水平、扭曲以及复合不平顺对车辆运行品质的影响提供理论依据。研究结论:(1)建议在轨道不平顺管理中采用10 m弦方法,重点控制10 m左右波长的不平顺;(2)重点检查板边及板中扣件位置处的钢轨状态;(3)重点保证板端的强度满足要求;(4)严格控制轨道板的下沉量;(5)重点控制直线电机受激扰侧的尾端气隙;(6)车体垂向振动及气隙变化对扭曲不平顺最为敏感,而复合不平顺的存在对车体的横向加速度、脱轨系数及轮重减载率指标更为不利;(7)该研究结论可用于指导线路轨道结构的养护维修工作。     

轨道不平顺对直线电机轨道交通系统动力特性的影响

针对广州直线电机地铁轨道结构形式,利用耦合动力学理论和有限元方法,建立较为完整的直线电机轨道交通系统车辆板式轨道空间耦合动力学模型,通过动力仿真计算,研究轨道不平顺对直线电机轨道交通系统动力特性的影响。     

中低速磁悬浮列车运行电磁环境的分析

采用电磁场有限元法对悬浮电磁铁和直线牵引电机的泄漏磁场分布进行仿真计算,并将计算结果与中国科学院电工所对CMS04型中低速磁悬浮列车电磁辐射现场测试报告进行详实的比较分析,从而证明了中低速磁悬浮列车交通系统是一种电磁环境良好的绿色城市轨道交通系统。     

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。     

直线电机悬挂结构的振动特性分析

为分析直线电机传动系统对车辆动力学性能的影响,使用动力学软件SIMPACK建立某市地铁车辆模型,对直线电机系统的固有频率及频率响应进行分析,通过车辆的振动模态分析.在轨道不平顺激励下,研究等效(传统)转向架和直线电机转向架,对比两种不同的悬挂方式下构架的振动特性,评价直线电机悬挂结构对车辆动力学性能的影响.     

机车晃车原因分析及其预防

机车晃车是列车运行品质不良的典型表现,是机车在运行中对于某些轨道状态不良的动力响应。本文应用机车车辆轨道动力学原理分析了直线地段钢轨交替不均匀侧磨、轨道轨向与水平逆相位复合不平顺等易引发机车晃车的主要因素,并分别提出了针对性的预防措施。     

轨道随机不平顺对高速铁路列车运行性能影响分析

轨道几何不平顺不仅是列车动力响应的主要原因,也是列车运行安全性和平稳性的重要因素。基于SIMPACK多体动力学仿真软件,分析4种基本随机不平顺对高速列车直线运行性能和曲线运行性能的影响,对比不同激励类型下列车的安全性和平稳性指标,并推导出最不利影响激励和线路位置,为现场控制基本轨道不平顺,制定轨道养护维修和不平顺管理标准提供理论依据。分析结果表明:方向和高低随机不平顺分别对列车的横向加速度以及垂向加速度影响较大,轨距随机不平顺对曲线地段列车脱轨系数作用最大,方向随机不平顺对列车在直线和第二段缓和曲线处脱轨系数影响较大,同时在两段缓和曲线处轮重减载率也急剧增大,水平随机不平顺对两个缓和曲线地段处列车的脱轨系数影响较大。     

磁悬浮列车直线感应电机恒转差频率磁场定向控制

为了解决磁悬浮列车直线电机传动系统与悬浮系统相互影响的关键问题,提出了一种直线感应电机恒转差频率磁场定向控制方法,在实现牵引的同时尽可能地减小了法向力波动对悬浮系统的影响。试验结果表明该控制系统性能优良、稳定。     

30 t轴重条件下轨道几何不平顺限速管理值研究

结合朔黄铁路开行KM96型30 t轴重重载列车试验,应用车辆-轨道耦合动力学理论和SIMPACK多体动力学软件,建立30 t轴重货车车辆仿真模型,研究不同轨道几何不平顺条件下的列车动力性能以及运营安全性能。基于国内铁路开展的30 t轴重列车动力性能试验,设置高低和轨向2种类型的轨道不平顺,结合现场测试结果对仿真模型进行了验证与优化,进而分析了30 t轴重重载列车在不同不平顺波长下的动力学响应,得出了轨向、高低、三角坑等轨道不平顺指标的敏感波长。研究列车在敏感波长为10 m时,直线、曲线上单项以及逆向复合不平顺条件下的动力学响应,结合30 t轴重列车运行安全性能指标的变化趋势,提出了30 t轴重条件下重载铁路轨道几何不平顺的限速管理值,其中高低26 mm,轨向22 mm,水平26 mm,三角坑18 mm,逆向复合不平顺19 mm。     

高速磁浮车辆悬浮架动力学模型研究

针对TR08高速磁浮车辆运行中铝合金悬浮架弹性变形较大的问题,采用ANSYS建立了悬浮架有限元模型,并进行结构模态分析;为了提高悬浮架动力学数值计算效率,依据等效变形原则建立刚性悬浮架模型,计算等效弹簧参数.基于弹性和刚性悬浮架建立磁浮车辆整车动力学模型,对比分析了曲线通过时2种悬浮架模型动力学响应.计算结果表明:车辆以速度100,250和430 km/h通过半径为2 260m的曲线时,2种悬浮架模型铰点垂向位移计算值之差不超过0.5mm,悬浮间隙计算相对误差小于2%,悬浮架扭转角响应曲线基本重合,表明建立的等效刚性悬浮架模型是合理的;应用于整车动力学性能仿真时具有足够的计算精度,其计算效率远高于采用弹性模型时的计算效率,但弹性悬浮架模型能更准确、全面地模拟其弹性变形和振动响应.     

中低速磁浮轨道不平顺检测算法及其仿真计算

针对中低速磁浮轨道存在的影响列车运行的不平顺问题,提出了一种基于悬浮间隙传感器和加速度传感器的几何不平顺检测算法。通过该算法对传感器采集的数据进行分析,得到反映轨道几何形态的各项指标。利用Matlab软件模拟轨道各种不平顺状态,对检测算法进行了仿真验证。仿真结果表明,轨道不平顺仿真值与轨道不平顺指标值具有较高的线性关系,证明该检测算法在理论上是可行的。     

轨道垂向不平顺对侧架疲劳寿命的影响

通过应用车辆动力学有限元集成模型,以轨道垂向不平顺作为研究对象,分析了轨道垂向不平顺激励频率对侧架疲劳寿命的影响。     

磁浮列车悬浮架吊杆型防滚解耦机构研究

防滚和解耦是中低速磁悬浮列车悬浮架的重要功能。本文基于虚拟样机技术,比较分析弹性解耦和几何解耦方式对悬浮架防滚和解耦功能的影响,提出吊杆型防滚解耦机构的防滚和解耦功能是相互制约的,几何解耦方式表现出非对称性,左右模块相对轨道的滚动角不相等,对磁浮列车的安全运行不利。考虑到悬浮控制和轨道不平顺,吊杆型防滚解耦机构应采用半弹性解耦的方式。     

高速铁路轮轨垂向力与轨道高低不平顺关联特性

采用ABAQUS商业软件建立三维轮轨接触有限元模型,以中国高速铁路线路和典型服役车辆参数作为模型仿真参数,分别将中国高速铁路无砟轨道高低不平顺谱和余弦型轨道高低不平顺作为模型输入,仿真分析轨道高低不平顺幅值、波长与轮轨垂向力响应之间在时频域上振幅、相位的关联特性,并拟合不同车速下附加轮轨垂向力与轨道高低不平顺特征参数之间的函数表达式。结果表明:附加轮轨垂向力的波动范围随轨道高低不平顺波长的增加而非线性减小;轨道不平顺及轮轨垂向力之间的延迟相位随激振频率的增加而增加,整体处于0.02π～0.10π之间;轨道高低不平顺波长大于30 m时,附加轮轨垂向力与轨道变化率呈近似线性关系,二者之间的比例系数在车速300和350 km·h~(-1)时分别为13.14和19.19。     

直线段货车脱轨原因的仿真研究

采用50个自由度的货车-轨道非线性耦合动力学模型,仿真计算了计入轨道弹性的典型空货车非线性蛇行运动规律,指出非线性蛇行运动存在着临界速度和转变速度,分别对应着蛇行运动的不同状态.研究了摇枕与侧架抗菱刚度、一系纵向刚度对非线性蛇行转变速度的影响.研究了不平顺对直线段货车脱轨稳定性的影响,结果表明波长6～8 m的方向不平顺和波长4～6 m的高低不平顺引起较大的脱轨系数和减载率,使脱轨危险性增大.计算和测试结果在规律上具有很好的一致性,从车辆结构和轨道状态两个方面解释了直线段货车脱轨的原因.     

线路不平顺对低速磁浮车辆动态响应的影响

线路不平顺与磁浮车辆的动力学性能密切相关,良好的线路状况是车辆稳定、舒适运行的保证。参考各国高速铁路对轨道梁刚度的要求,并考虑轨道梁的动力学特性要求,给出了磁浮列车线路不平顺的具体型式及变量限值,着重分析了线路不平顺的频率对车辆垂向响应的影响。分析结果进一步验证了悬浮控制器的设计思想,即在高频时,应保证列车具有良好的平稳性,而低频时,应与轨道具有良好的跟随性。这些分析结果为以后进一步的研究奠定了基础。     

基于扩展卡尔曼滤波的轨道垂向不平顺估计

轨道不平顺是影响列车平稳性和舒适度的关键因素,因此及时掌握线路状态对保证列车的运行安全具有重要意义。针对采用单个惯性量较难达到对不同波段不平顺的检测,通过观测多个惯性量,运用扩展卡尔曼滤波解决非线性离散系统的最优估计原理,根据车辆轨道耦合状态空间方程计算递推雅克比矩阵,并结合线性观测方程得到最优状态估计,实现轨道不平顺估计。在Matlab平台下,进行了实测轨道不平顺激励作用下的仿真,将仿真得到的观测值采用本文提出的方法进行轨道垂向不平顺估计,结果表明该算法具有很好的精确性。     

基于深度学习的轨道不平顺与车体垂向加速度映射模型

高速列车在长期服役条件下，其车辆悬挂系统等参数与设计值差异较大。多体动力学仿真模型难以模拟真实运营环境，且计算效率较低。为更加准确、快速地评价各种轨道结构以及不平顺激励下车体的垂向振动响应，根据实测轨道不平顺与车体垂向加速度的时空数据传递特征，建立一种卷积长短期记忆组合模型，该模型将轨道不平顺与列车运行速度作为输入，实现对车体垂向加速度的预测。结果表明，卷积长短期记忆模型预测的平均绝对百分比误差值为5.64%,相比动力学仿真模型减少3.57%。在预测一段3 km长线路的垂向车体加速度时，动力学仿真模型需要花费约53 s,而卷积长短期记忆网络只需要花费约1.6 s,预测效率提升33倍。