中低速磁浮车辆系统动力学性能分析

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1、西南交通大学学位论文创新性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是在导师指导下独立进行研究工作所得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中作了明确的说明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。本学位论文的主要创新点如下：论文以唐山轨道客车有限责任公司五模块中低速磁浮车辆为原型，在分析悬浮架结构和电磁悬浮特性的基础上，利用多体动力学仿真软件SIMPACK对悬浮架的各悬挂参数进行优化，得到较佳的参数匹配组合。之后，以优化后悬挂参数

2、对五模块中低速磁浮车辆动力学性能进行较详细的分析预测。学位论文作者签名：即t小磊日期：砷’阻孑西南交通大学硕士研究生学位论文第l页第1章绪论1．1论文选题背景中低速磁悬浮列车是一种具有良好发展前景的新型交通工具，其结构形式有别于传统的轮轨列车。它依靠主动控制电磁铁产生的电磁力悬浮和导向，在直线电机的推进下环抱轨道运行，避免了车辆与轨道之间的直接机械接触，因此克服了传统机车车辆必须通过轮轨机械接触实现列车牵引和导向的诸多弊端，在近些年引起了世界各国的广泛关注和浓厚兴趣。轮轨列车运行时机械振动和噪声将严重影响乘坐舒适性和环境，轮

3、轨等机械磨耗也将大大增加维修保养工作量。由于中低速磁悬浮列车具有运行能耗低及噪声低、振动小、乘坐品质好、线路适应能力强、经济性好等诸多优点，被认为是城市轨道交通和城际轨道交通中极具竞争力的一种运输工具。1．1．1磁悬浮交通模式、原理及特点磁悬浮列车(MAGLEV)利用电磁吸力或斥力悬浮和导向，采用直线电机牵引。按照电磁力的产生方式，磁浮列车已采用的电磁悬浮模式可分为永磁悬浮(PMS)、常导电磁悬浮(EMS)、超导电动悬浮(EDS)、高温超导磁悬浮(HTS)以及以上四种方式组合后的混合电磁悬浮方式。其中，EMS和EDS最具代表

4、性。图1．1所示为采用四种基本电磁悬浮模式的磁浮列车结构示意图【5引。久磁铁磁导轨a)永磁悬浮(PMS)西南交通大学硕士研究生学位论文第2页b)常导电磁悬浮(EMS)导线圈面线圈C)低温超导磁悬浮(EDS)d)高温超导磁悬浮(HTS)图1-1磁悬浮列车悬浮方式与结构示意图常导电磁悬浮列车分低速和高速。低速常导吸力型磁浮列车利用电磁铁的自复位特性，由相对于导轨中心线错位布置的悬浮电磁铁提供导向力。高速常导吸力型磁浮列车则需要专门的导向电磁铁提供导向力；低温超导磁浮列车利用了零磁通原理提供导向力；高温超导磁浮列车的导向原理则利用

5、了高温超导体的钉扎效应(Fluxpinning)。低速磁浮列车采用直线感应电机(LIM)，短定子固定在车体上；而高速磁浮列车则采用直线同步电机(LSM)，长定子固定在线路上，其牵引力来自线路【521。薯轨麓电导电由鞋浮导惫西南交通大学硕士研究生学位论文第3页由上可见，磁悬浮列车与传统轮轨列车相比，既取消了车轮也取消了受电弓，实现了不触地、不带燃料的地面“飞行"。磁浮列车具有如下的特点【52】：(1)高速磁浮车速度可达500km／h以上；(2)没有车轮、无摩擦等因素使其运行成本和能耗较低、振动小、舒适性好，对车辆和路轨的维修费

6、用也大大减少；(3)磁悬浮列车爬坡能力强，坡度可达10％，同时能顺利通过小半径曲线；(4)常导电磁悬浮列车周围环境磁场强度非常低，与地球磁场相当，远低于家用电器；(5)中低速磁悬浮系统的建设费用低，比单轨交通还要节省约30％【681。由此可见，磁浮列车是21世纪极具竞争力的绿色地面交通工具。1．2磁浮列车技术发展概况磁悬浮列车技术的研究与开发主要集中在德国和日本，前者致力于开发高速EMS磁浮列车，后者既着力于高速EDS磁浮列车，也发展适合城市轨道交通用的低速EMS磁浮列车。电磁式磁浮列车以德国的TR型和日本的HSST型为代表

7、；电动式以日本的MLX型为代表。近几年来，在德国和日本相继开发出成熟的磁浮列车并大力推荐使用后，带动其它一些国家也加大了对磁浮列车技术的研究，并取得了一定的成果。从1922年德国工程师HermannKemper首次提出将磁悬浮应用到铁路交通，直到上个世纪60年代中期晶体管技术得到质的飞跃后，EMS磁浮列车才有了技术可行性。最初的电磁悬浮模型试验车都采用类似于飞行器的刚体自由度控制方案，在证明磁浮列车可行性的同时，也在试验过程中发现了悬浮可靠性差和振动剧烈等问题。到1979年德国采用独立电磁铁控制的TR05磁浮列车推出后，提出

8、了“磁轮”的概念，而日本于1985年推出的模块化结构的HSST-03采用了左右独立电磁铁模块结构，取得的试验效果都很好，这些“磁轮"、磁转向架、模块化以及分散独立悬浮控制概念共同形成了目前EMS磁悬浮列车的基本工作原理和较为统一的结构形式[511。此外，日本也曾致力于高速超导磁浮系统的研究