单悬浮架多控制器耦合磁悬浮系统动态特性研究

介绍交互使用有限元分析软件和控制系统仿真软件实现弹性体与多控制器耦合结构的磁悬浮系统仿真方法。利用该方法研究弹性悬浮架的机械解耦作用。在控制系统仿真软件中建立磁悬浮系统刚性部件的动力特性模型以及悬浮控制器反馈模型,同时使用有限元技术建立弹性悬浮架模型,通过二次开发语言编程实现弹性悬浮架动力响应的有限元分析全过程,用C 语言编程实现仿真程序调用有限元分析程序的接口,从而实现整个悬浮系统的仿真。仿真过程证明,弹性悬浮架能够消除或减弱悬浮控制器之间的耦合作用。     

电机中置式中速磁悬浮列车单悬浮架动力学建模及特性研究

针对一种无构架式牵引直线电机中置的中速磁悬浮列车悬浮架,建立包含4个独立闭环控制系统的单悬浮架动力学模型,并利用Matlab/Simulink软件仿真悬浮架在悬浮状态、落车状态的动力学响应,以及悬浮架在包括单侧轨道、双侧轨道相同相位,双侧轨道相反相位3种轨道不平顺激励状态下的各组件的垂向扰动响应。仿真结果表明这种电机中置的悬浮架结构形式具有落车时将电机提升、悬浮时将电机放低的性能,具有在受到轨道不平顺激励时减小中置直线电机不平顺振动的作用,有利于保持直线电机与轨道之间的工作气隙,提高中速磁悬浮列车的牵引效率和悬浮架的稳定性。     

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.     

基于车桥耦合模型的高温超导磁浮车辆悬浮架结构对比分析

高温超导磁悬浮(High Temperature Superconducting, HTS)列车因其自悬浮导向自稳定特性被认为是未来超高速交通运输中较为理想的运行方式之一。作为高温超导磁悬浮列车最重要的部件之一,悬浮架的结构至关重要。因此有必要对不同方案的悬浮架结构建立车桥耦合模型,从运行平稳性、舒适度、振动传递率等方面对不同结构设计的悬浮架进行对比。研究结果表明：3种结构的悬浮架在动力学性能方面存在一定共性,双层悬浮架结构下车辆平稳性与舒适度指标更好,双层结构受空簧刚度影响最大。垂向减振器阻尼对3种结构的振动传递率影响均为阻尼越大,低频传递率越低,高频传递率越高。在车辆动态载荷作用下,桥梁跨中垂向位移的变化均为先略有上翘再下挠,而后呈现较大幅度的上翘与下挠,最后恢复正常。双层结构的悬浮架引起的桥梁跨中垂向加速度变化最为平顺。单层结构的悬浮架产生的跨中垂向加速度明显大于其余2种结构。桥梁的上挠随着车辆运行速度的增加呈现增大趋势,桥梁的下挠则是速度越大垂向位移越小。所得的结果是在特定的结构参数、负载条件下的仿真分析结果,可以为高温超导磁悬浮列车悬浮架结构的设计与选择提供一定的参考。     

一种磁浮车辆悬浮架的交叉抗侧滚解耦机构

抗侧滚解耦机构是中低速磁浮列车悬浮架的关键部件。根据磁浮列车悬浮架的结构特点,提出了一种新型的交叉抗侧滚解耦机构,并基于虚拟样机技术进行了动力学仿真分析。结果表明,该机构不仅结构简单,而且性能优于传统抗侧滚解耦机构,完全适应磁浮列车运行要求,解决了抗侧滚和解耦之间的耦合和制约问题。     

车辆—无砟轨道—路基系统振动特性研究

结合轨道动力学发展现状,建立了具有弹性车体的车辆—轨道—路基系统,对结构振型、固有频率、各子结构振动频带分布及其间耦合关系进行了研究。分析表明:车辆—轨道—路基系统子结构参振频段具有较明显的规律;车轮振动主要集中在30~70 Hz频段,钢轨振动频带分布较宽,轮轨耦合主要集中在中低频段,较高频段耦合较弱;低频段道床板、支撑层及路基表层振动规律及幅值相近,较高频段三者振幅相差较大,整个研究频段表现为道床板受频率变化影响最为敏感。     

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。     

EMS型磁浮列车模块的运动耦合研究

EMS型低速磁浮列车通常采用模块化的转向架结构,模块是集悬浮、导向和牵引功能于一身的基本功能单元.模块内部的2个悬浮端通过刚体连接,导致两端的运动状态互相耦合.常用的处理方法是将这种耦合作为系统的外部干扰,通过提高系统的鲁棒性加以抑制.本文从机械运动的角度,研究了EMS型低速磁浮列车模块的耦合问题,提出通过解耦算法实现2个悬浮端之间的运动解耦.首先在对物理模型进行合理简化和假设的基础上,建立了模块悬浮系统的数学模型,并以此为基础分析了模块运动耦合的本质,然后提出了通过反馈线性化方法实现模块运动电气解耦的方案.仿真结果表明,模块的运动耦合对悬浮系统动态特性具有显著的影响,本文提出的解耦方案可有效地解决耦合问题,简化悬浮控制器的设计,提高悬浮系统的性能.     

2种磁轨关系的磁浮车桥相互作用比较分析

为准确研究磁浮车桥相互作用,比较2种磁轨关系对磁浮车桥相互作用的影响,对磁轨关系采用弹簧阻尼法和悬浮控制法进行处理,分析2种磁轨关系力学特性,建立磁浮车桥耦合动力学模型,分析车桥作用时2种磁轨关系作用下桥梁振动、车辆支撑力/悬浮力、悬浮电磁铁振动及车速对车辆振动的影响。仿真分析发现,悬浮控制法车桥作用比弹簧阻尼法作用略小;悬浮控制系统具有主动调节能力,悬浮控制法的车辆悬浮力具有周期性,车辆驶出桥梁后悬浮控制法车辆的悬浮力、车辆振动较快保持稳定状态且振动加速度较小,而弹簧阻尼法的车辆支撑力没有明显周期性,且车辆支撑力、车辆振动出现较大振荡;悬浮控制法的车辆具有更强的稳定性,车速对悬浮控制法车辆振动影响较小,随着车速增大2种车辆振动加速度均呈增大的趋势,相同车速条件下悬浮控制法的车辆振动加速度均小于弹簧阻尼法的加速度。     

高温超导磁悬浮车辆曲线通过动态特性分析

为提高高温超导磁悬浮车辆曲线通过性能,针对悬挂系统和高温超导悬浮导向力的非线性特性,建立了高温超导磁悬浮车辆横垂耦合动力学模型,分析了高温超导磁悬浮车辆悬浮架曲线通过性能,对比了车辆通过有无超高曲线时悬浮杜瓦横向和垂向位移。仿真结果表明,车辆在通过有超高曲线时,在缓和曲线路段,原H型构架由于无一系悬挂,难以适应曲线路段的线路扭曲,使得局部杜瓦垂向位移较大。为此,对悬浮架设计方案提出了优化措施,并对优化方案进行仿真分析。结果表明,采用增设橡胶垫等方式可增加H型构架纵梁与横梁之间的点头自由度,以及增设杜瓦与H型构架之间的一系悬挂对改善车辆的曲线通过能力均有效果,并且后者效果更为明显。综合2种优化方案,提出了有利于高温超导磁悬浮车辆曲线通过的悬浮架结构方案。     

磁浮列车的非线性解耦控制

为了提高磁浮列车悬浮方向的可靠性,磁浮列车采用特殊的搭接结构系统,使得每一个物理悬浮点由2个控制点进行控制,当其中一个控制点失效时,系统依然能够通过另一个控制点实现稳定悬浮.由于同一搭接结构上的2个控制点之间具有比较强的力耦合作用,因此这样的控制点不能简单作为单悬浮点进行悬浮控制,而应考虑两者之间的耦合作用.为了实现搭接结构的稳定悬浮,本文采用非线性反馈解耦的方法对系统模型进行解耦并线性化,确保了系统的全局稳定;然后对解耦线性化之后的系统采用极点配置的方法进行控制参数设计,使系统的动态性能达到一定标准;用实验和仿真结果验证了本文方法的有效性.     

高速磁浮车辆悬浮架装配关键技术研究

文章针对高速磁浮车辆悬浮架装配关键技术展开研究,通过悬浮架的功能与技术以及各结构模块组成关系对悬浮架进行分析,确定装配工艺流程、工艺重点与难点,实现了装配的技术要求。     

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。     

列车交会压力波对高速磁浮列车横向动态响应的影响分析

以上海磁浮列车为研究对象,将车体、夹层、摇臂、摆杆以及悬浮架作为弹性体,磁系、二系悬挂、磁铁连接装置和其它弹性辅助元件作为弹簧—阻尼单元,建立了整车动力学计算模型。对列车交会瞬态压力冲击作用下的高速磁浮列车进行横向动态响应研究。研究结果表明,在磁浮列车高速运行时产生的交会压力波作用下,车体产生了较大的横向振动,经过二系悬挂的缓冲作用后悬浮架的振动明显减小。     

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。     

高速列车作用下双块式无砟轨道与路基垂向耦合振动分析

针对双块式无砟轨道和路基的结构特点,建立车辆-轨道-路基垂向耦合动力学频域分析模型,模型充分考虑机车车辆、双块式无砟轨道和路基的相互耦合作用。车体、转向架和轮对被视为多刚体系统,一系和二系悬挂用弹簧阻尼元件模拟;双块式无砟轨道和路基系统视为多层叠合梁模型,彼此用弹簧阻尼元件联结。推导双块式无砟轨道和路基系统振动响应的解析表达式,计算得出轨道和路基耦合系统的动柔度特性,结合虚拟激励法提出该模型在轨道随机不平顺激励时动力学响应的求解方法,分析高速列车荷载作用下双块式无砟轨道和路基的随机振动响应及其振动传递特性。研究结果表明:在10～5 000Hz频率范围内,钢轨的动柔度幅值远大于道床与路基的动柔度幅值,而道床动柔度幅值在30Hz以上频段大于路基的动柔度幅值;钢轨振动的能量分布频段较道床和路基要宽,道床和路基振动主要集中于163.9Hz左右频段;对于无砟轨道和路基耦合系统的振动功率,钢轨最大,道床次之,路基最小;道床和路基振动功率在100Hz以上中高频段,衰减比较快,而在100Hz以下低频段,其衰减不明显;在300Hz以上高频段,钢轨-路基间振动衰减较大,其主要原因是受钢轨-道床间振动衰减波动的影响。     

高速铁路桥梁结构噪声的全频段预测研究(Ⅰ):理论模型

基于车-线-桥空间耦合振动和稳态声辐射的边界元法、统计能量法理论,提出高速铁路桥梁结构噪声全频段预测方法。根据桥梁结构形式,考虑计算规模和效率,确定分析频段限,将整个频域划分为2部分;在不同的频段建立直接/间接边界元和统计能量模型,采用"强耦合"假设简化子系统耦合损耗因子求解;进行车-线-桥空间耦合振动分析,分别计算桥梁和钢轨振动响应作为边界元模型边界输入和统计能量模型能量输入,在不同频段进行稳态声辐射分析,得到桥梁结构噪声全频段结果。并对分析频段划分、边界元法边界输入、"强耦合"假设的验证、统计能量法的能量输入,声反射和声衍射处理等进行探讨。     

道砟垫隔振性能理论分析与试验研究

研究目的:为了准确而又高效地评价道砟垫的隔振性能,本文建立单自由度阻抗模型和多自由度车辆-轨道耦合动力学模型,并分析对比刚性基础上的有砟轨道铺设道砟垫后的加速度插入损失,并与实测数据进行验证分析。研究结论:(1)在0~200 Hz频段内,单自由度阻抗模型和多自由度车辆-轨道耦合模型都能有效的评价道砟垫的隔振性能,但前者计算简便、力学概念清晰,具有更强的工程实用性;(2)道砟垫隔振作用具有频率选择性,即它只能在某一频段内才具有明显的隔振作用,而其他频段隔振作用甚微甚至会放大振动;道砟垫隔振作用最显著频率为铺设道砟垫前系统的固有频率,此处加速度插入损失达到16.3 dB之多;(3)隔振效果最差,即放大振动最明显频率为铺设道砟垫后系统的第一阶共振频率,这个频率在设计道砟垫时应予以重视,避免与要求被隔振结构的固有频率重合;(4)本文提出的单自由度阻抗模型,对铁路有砟道床的隔振设计有一定的参考意义。     

高速磁浮车辆车桥耦合机制的探讨

为了研究在高架轨道梁上的磁浮动力作用，利用磁浮车动力学与控制的模块化组装模型技术，分析了道梁挠度对磁浮关系稳定性的影响，并对车桥耦合机制问题进行了预研究。磁浮关系是电磁悬浮力与悬浮气隙及其一次、二次导数问的约束关系。如果悬浮系统具有低频高回路增益，道梁挠度摄动不会影响磁浮关系的稳定性。否则，若低频回路增益并不足够大，气隙波动对悬浮系统形成明显的非线性影响，其固有频率也有明显的摄动。由于悬浮模块与悬浮框架的搭接结构，悬浮框架具有产生高频自振的力学条件。在磁浮车辆的3级悬挂中，即电磁悬挂、一系悬挂（橡胶悬挂）和二系悬挂（摇枕空簧），前两者固有频率接近时，悬浮框架产生高频自振，并以机械一电磁能量转换形式，使磁浮动力作用产生高频扰动，进而引起轨道共振。     

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。