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高速磁浮列车的转向运动相关问题研究

王汝宁  
【摘要】:磁浮列车的转向能力是一个重要的性能指标,转弯半径小可以提高线路适应性,减少拆迁费用,降低造价。高速磁浮列车的转向能力在运动学上受走行机构结构的限制,运行时受列车导向系统性能的影响。本文主要从列车走行机构运动学和导向系统动力学两个方面,研究高速磁浮列车的转向能力问题。 在走行机构运动学研究中,首先介绍高速磁浮列车的走行机构和导向系统的基本组成;然后,分析走行机构中各部件间的连接关系,以及车辆运行过程中电磁铁跟踪轨道及车厢底板平直等几何约束,提出导向间隙、搭接电磁铁搭接点金属橡胶件的形变及摆杆摆动范围和拉力是约束高速磁浮列车转向能力的三个主要因素,并分别得出导向间隙差、金属橡胶弹簧形变量、摆杆摆角与拉力的计算公式。最后,根据所得到的结论,基于TR08型列车,以通过150米转弯半径为目标,给出初步的改进方案。 在导向系统动力学研究中,首先分析双磁浮架通过弯道时的受力情况,推导出摆杆侧拉力、悬浮力的侧向分力、搭接电磁铁的作用力等的数学描述,基于分布力特性研究导向磁铁电磁力及力矩,给出其简化计算公式;在此基础上对双磁浮架的侧向平动及转动进行分析,分别得出二者的微分方程,进而建立导向动力学模型,讨论磁浮架跟踪轨道的性能、导向间隙的变化特性等,借助MATLAB对双磁浮架通过弯道的过程进行仿真。结果表明,现有的导向控制器可以实现对磁浮架转动的稳定控制,但间隙变化量较大;弯道半径越小,列车通过弯道时导向间隙与电流的变化量越大;为了使磁浮架顺利跟踪轨道,应加强导向控制系统对磁浮架转动的控制能力。


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