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EMS型高速磁浮列车导向动力学研究

赵春霞  
【摘要】:常导高速磁浮列车和高速轮轨列车一样,具有三大功能:支撑(悬浮)、导向和牵引,所不同的是高速磁浮这三大功能都是无接触和主动控制的。目前对高速磁浮悬浮和牵引的研究比较多,而对导向的研究相对较少。事实上,导向问题对高速磁浮也是十分重要的,我校研发的高速磁浮导向技术,在上海嘉定试验线试验时就出现了问题,反映了我们对高速磁浮导向问题理解不深。导师组委托对高速磁浮导向动力学问题进行系统的研究,以填补我国在该研究方向上存在的空白。本文以我校承担的国产化高速磁浮列车悬浮导向技术的研究课题为背景,采用数学建模与仿真手段,从动力学角度对车辆导向展开了相对细致的研究。建立了列车沿轨道纵向匀速牵引运行时车辆系统的导向动力学模型,研究了系统弯道运行时的导向特性。论文主要研究内容如下:1.通过实验测量、理论分析和计算,建立了车辆系统结构的等效参数模型,通过平曲线微分方程求解,建立了轨道线路的数学模型,为动力学建模与仿真提供了模型参考。2.研究了弯道运行时车辆系统多刚体导向动力学的数学建模问题。提出了选取轨道坐标系为牵连坐标系,将惯性下车辆系统各刚体的导向动力学建模归为一类,利用动力学理论推导了刚体牵连轨道运行时相对轨道的侧移与偏航运动方程。3.研究了弯道运行时车辆系统与轨道间导向电磁力作用的计算问题。通过基于磁通管法的导向电磁力解析式的理论推导、有限元软件的数值验证与修正,建立了导向电磁铁相对曲线轨道存在侧移与偏航时电磁合力和合力矩的计算公式。4.研究了弯道运行时车辆系统结构间悬挂装置力和力矩作用的计算问题。建立了电磁铁与转向架之间悬浮和导向一系悬挂装置的变形及其作用、车厢与转向架之间二系装置中摆杆的运动及装置作用的计算模型。5.通过以上模型的仿真与分析,全面研究了单转向架系统、双转向架系统和单节列车系统直线道和弯道运行时的导向动力学特性、导向控制系统的工作特性及主要影响因素等,并结合试验数据对仿真结果进行了初步验证。高速磁浮列车的车厢与转向架之间采用摆式结构,而下部走行机构是一种搭接式的龙骨型结构,因此是一个相当复杂的动力学系统。本文首次对这种结构的车辆系统在弯道运行时的动力学行为进行全面研究。试验结果与仿真结果的对比表明:所建立的模型是合理的、可用的。


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