磁悬浮列车论文

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1、磁悬浮列车的原理及应用一、磁悬浮列车的概述传统的铁路列车都是依靠诸如蒸汽、燃油、电力等各种类型机车作为牵引动力，车轮和钢轨之间的相互作用作为运动导向，出车轮沿着钢轨滚动而前进的。而磁悬浮列车则是一种依靠电磁场特有的“同性相斥、异性相吸”的特性将车辆托起，使整个列车悬浮在线路上，利用电磁力进行导向，并利用直线电机将电能直接转换成推进力，来推动列车前进的交通工具。按电磁铁种类磁悬浮列车根据所采用的电磁铁种类可以分为常导和超导两大类按悬浮方式磁悬浮列车分为电磁吸引式悬浮(EMS)和永磁力悬浮(PRS)及感应斥力悬浮(EDS)o二、基本原理磁悬浮列车利用电磁体“同性相斥，异性相吸”

2、的原理，让磁铁具冇抗拒地心引力的能力，使车体完全脱离轨道，悬浮在距离轨道约1厘米处，腾空行驶，创造了近乎“零高度”空间飞行的奇迹。由于磁铁有同性相斥和异性相吸两种形式，故磁悬浮列车也有两种相应的形式：一种是利用磁铁同性相斥原理而设计的电磁运行系统的磁悬浮列车，它利用车上超导体电磁铁形成的磁场与轨道上线圈形成的磁场之间所产生的相斥力，使车体悬浮运行的铁路；另一种则是利用磁铁异性相吸原理而设计的电动力运行系统的磁悬浮列车，它是在车体底部及两侧倒转向上的顶部安装磁铁，在T形导轨的上方和伸臂部分下方分别设反作用板和感应钢板，控制电磁铁的电流，使电磁铁和导轨间保持10—15毫米的间隙

3、，并使导轨钢板的排斥力与车辆的垂力平衡，从而使车体悬浮于车道的导轨面上运行。三、结构及数据计算磁悬浮车辆结构主要是由车体(也称为车厢)夹层结构和悬浮架组成。车厢与走行机构的悬浮架之间通过二系悬挂以及牵引拉杆相互连接。夹层要连接车厢和安装走行机构，以及安装信号和电力设备等。悬浮架是车辆的走行机构，其作用是装载电磁铁，11将悬浮力、导向力、牵引力和制动力通过二系悬挂系统传递给车厢。磁悬浮车辆的整个模型可以认为包括6个自由度，即车厢的3个位移自由度和夹层结构的3个位移口由度。通常体坐标系定义如下：X轴代表磁悬浮车辆沿轨道前进的方向，相切于轨道的表面；Y轴在导轨平面内，从车辆的右向

4、左，相切于轨道的表面；Z轴完全是遵循右手法则，垂直于导轨的表面。vB=(u,v,w)B和(，)B=(p,q,r)B分别代表车辆车体结构的速度和角速度(这里主要用车体说明，夹层结构的速度和角速度也可以如此表示，如vC和oCo)下角标B表示体坐标系。在体坐标系统屮根据牛顿的第二法则，车辆车体的惯性加速度可以表达为丄y(f)^-m厶(©BXfV)bC、qw-/v-ru-pw.I"・他式屮：u,V,w分别为速度在x,y,z方向上的3个分量；p,q,r分别是与速度和曲线轨道相关的参数；(F)B=FX,FY,FZ是作用在车体上的矢量力；m是质量。夹层作用力悬浮车辆的夹层结构主要承受电磁

5、牵引驱动力、导向力和磁悬浮力等。1)沿X轴的作用力Fx=Fp]+Gx+Fcb_x-Fp2-H-尺(2)式中：Fpl为直线同步电机产生的驱动力；Gx为重力加速度在X方向的分量,主要取决于夹层重量以及车辆的侧滚角等因素；FCB-X为夹层和车厢之间沿X轴方向的耦合作用力；FP2为车辆和前车之间的耦合作用力，首车没有；Ff为车辆和跟随车辆之间的耦合作用力，尾车没有；Fa为气动阻力，它和车辆前进速度的平方成止比。2)沿Y轴作用力Fy=Gy+Fg+Fcb_y(3)式中：GY为重力加速度沿Y方向的分量;侧导向力FG二FG/Ri-FG/Le,FG/Ri和FG/Lc分别是由车辆夹层结构右侧和

6、左侧的侧导向系统产生的导向力；FCB-Y为夹层和车厢Z间沿Y轴方向的耦合力。3)沿Z轴作用力Fz=Hev+Gz+甩_Z(4)Hev悬浮力(+z(t)/I)2式中：GZ为重力加速度沿Z方向的分量，主耍依赖于夹层结构的重量以及车辆的滚动；FCB-Z为夹层和车厢Z间沿Z轴的耦合力；其他变量的具体含义见文献[l]o车体上的作用力作用在车体上的力基本是由重力（含安装的设备）、空气阻力以及车厢和夹层之间的耦合作用力等组成。可以简单的通过如下公式表示：Fx==Gx-Fcb_x-Fa(5)Fy==Gy-Fcb_y(6)Fz==Gz-Fcb_z(7)通过分析结构载荷受力状况，在进行磁悬浮车

7、辆多体动力学研究的时候，就可以考虑如何准确简化系统多体模型。一般在结构设计屮，除了弹性部件外，当结构部件的弹性变形和刚性位移量级相当时，需将其中某些实体（车体、夹层或悬浮架的挠曲）视为弹性体來研究，而且在一个真实典型的情况中，对于载荷、应力、材料疲劳、振动或噪声的分析都应考虑结构的弹性变形。这就要求在复杂多体系统研究时，有时要考虑研究对彖的弹性问题。在磁悬浮车辆多体系统屮，车体和夹层结构一般作为刚体考虑，并根据它们的质量和几何特性分别进行定义。在行驶过程中，空调等动力源出于高速回转会产生剧烈的振动，将成为激励源。如