面向线路设计的磁浮车—线耦合动力学研究

【摘要】：我国有多项规划线路正在研究评估采用磁浮交通技术的可能性。车—线耦合动力学研究可以为确定及优化磁浮线路设计参数提供理论依据,本文拟采用车—线耦合动力学的理论,研究高速磁浮铁路线路平纵面设计参数及线路结构与列车动力响应的关系以达到优化线路设计的目的。 磁浮列车高速运行时受到的动力激扰,来自两个方面。一是没有固定规律的轨道移位、变形、破损的随机不平顺造成的冲击;也有因线路方向、高程改变和某种轨道结构固有的因素,如曲线上的离心力、线型变化产生的冲击。线路方向、高程变化是为了适应地形、绕过障碍,是不可避免的,可称为系统不平顺。系统不平顺的程度是由线路设计参数和线路结构决定的,高速交通工具必须满足乘客的舒适度要求;必须保证线路结构的动力稳定性和必要的刚度。因此有必要以耦合动力学观点选择和优化线路设计参数和线路结构。 本文以TR08型高速磁浮系统为研究对象建立了高度仿真的磁浮系统车—线耦合动力学模型,能够比较真实的模拟磁浮车辆的动力响应,适用于开展车辆系统动力学稳定分析、随机振动分析、车—线耦合动力学研究,并具有进一步扩展到全自由度模型及空气动力仿真分析的能力。首次提出系统不平顺的概念,结合曲线线型、线路结构和线路方向、高程变化建立了线路曲线产生的系统不平顺激扰模型,为数值仿真计算提供理论依据。 仿真分析了直线段由系统不平顺激扰引起的车体动力响应,发现车体的垂向振动频率与列车通过轨道梁梁端接缝的频率相同,证明系统不平顺是不考虑线路随机不平顺时主要的激振因素,其响应强度尚处于可接受的范围,但必须在优化设计中加以考虑以减小其不利影响。 通过对列车运行在曲线的仿真分析发现车—线耦合系统在离心力达到一定数值后,产生横向的由于系统不平顺引起的耦合系统动力作用,此因素在高速磁浮动力学研究中不容忽视,其形成车辆动力响应中的高频成份。计算结果显示正弦型曲线能较好地满足车—线耦合系统的动力学要求,与理论分析结果一致。目前的线路设计参数能够满足对结构安全的动力学要求,但对人体舒适度的动力学指标还不能说十分完美,应进一步评估。