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《西南交通大学》 2011年
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YBCO块材组合在永磁轨道上方的动态性能实验研究

刘璐  
【摘要】:高温超导磁悬浮系统以其独特的自稳定悬浮特性引起了国内外众多机构的广泛关注和研究,以“世纪号”为代表的载人高温超导磁悬浮实验车正是基于这种新颖的自稳定悬浮方式。高温超导磁悬浮车系统具有节能、环保、安全、高速和舒适平稳等诸多优点,在人类追求可持续发展的高新技术道路上,高温超导磁悬浮车无疑将是未来轨道交通工具发展的重要选择之一。 克服重力场维持静态悬浮稳定,仅仅只是磁悬浮车系统设计和应用的一个基本前提,相比之下,整个磁悬浮车系统在运行条件下的动态稳定性对于应用研究更为重要。对于高温超导磁悬浮车系统动态稳定性主要涉及到系统运行条件下的承载能力(悬浮力和导向力),以及系统的动态特性参数(共振频率、动态刚度以及阻尼特性等)。因此,本论文针对高温超导磁悬浮车系统在运行过程中的动态稳定性问题展开了下列研究工作。 首先,本论文利用振动测试平台通过力锤产生的激振力研究了偶发性外界冲击条件下新型Halbach双峰永磁轨道和多种不同排布的高温超导块材悬浮单元构成的高温超导磁悬浮车模型的自由振动特性:实验研究证明,块材在轨道中心区域内的位置对系统垂向动态悬浮刚度影响较小,比较得出当块材集中摆放在轨道磁场波谷位置处时,系统的侧向动态悬浮刚度较大,而阻尼特性呈现出明显的非线性,在一定的悬浮高度范围内当块材横向摆放在轨道磁场波峰位置处时系统的垂向阻尼系数较大。 通过在上述高温超导磁悬浮车模型系统中引入多种厚度的涡流阻尼器,针对块材纵向摆放在轨道磁场波峰位置和块材横向摆放在轨道磁场波谷位置这两种磁悬浮单元,探讨了不同厚度的涡流阻尼器对系统阻尼特性的改善情况,并综合考虑了准静态条件下涡流阻尼器对悬浮力的影响情况,提出了应用于高温超导磁悬浮车系统的涡流阻尼器的推荐厚度。 在本小组于2005年研制成功的高温超导磁悬浮动态测试系统(SCML-03)的实验平台上,通过调整运动模式和控制轨道运动速度,在相对运动的模拟条件下研究了不同运动速度下永磁轨道的不均匀性对车载高温超导块材的悬浮力性能变化的影响。其中主要包括:模拟车载高温超导块材从冷却到车体运行过程中可能经历的不同磁场历史过程的影响;载荷不均匀或轨道磁场不均匀时导致的单个块材所处外磁场差异对系统的悬浮力影响;反复加速减速和逐级加减速的两种运动模式下悬浮力行为变化;场冷条件和工作高度对悬浮力波动幅度和衰减幅度的影响。实验发现在238 km/h的速度(目前国际上最高试验速度)范围内,运行速度越大块材内部的屏蔽电流衰减越小,悬浮力衰减的饱和值越高;超导块材的冷却和工作过程对系统悬浮力的衰减饱和值影响较小;变速运行的相关实验现象表明,随着时间的推移以及加减速次数的增加悬浮力衰减逐渐趋于饱和达到稳定,在较高的运行速度下,悬浮力衰减主要集中在运行前期且较快趋于饱和,这有利于系统运行的长期稳定性。 最后,通过变化场冷高度和工作高度的方式研究了悬浮力波动幅度规律,并比较了悬浮和悬挂这两种不同的工作状态下超导体产生的悬浮力和悬挂力的动态稳定性,发现悬挂力在逐级加速的过程中急剧衰减,与悬浮力相比其动态条件下悬浮力衰减较大载荷能力较差。 论文的主要创新点在于通过不同运动模式设定和多种场冷条件选取模拟了高温超导磁悬浮车运行中可能遇到的多种复杂磁场历史,以及研究了块材排布阵列在新型轨道上方的动态性能参数。本论文的研究结论对于高温超导磁悬浮车系统的动态稳定性研究及未来进一步的中试线实验研究提供了较为重要的科学依据。
【学位授予单位】:西南交通大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:O511.9

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【参考文献】
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