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原文传递直线电机地铁车辆-轨道动态相互作用研究

论文题名：	直线电机地铁车辆-轨道动态相互作用研究
关键词：	直线电机;地铁车辆;轮轨几何不平顺;牵引载荷;动态相互作用;耦合动力学
摘要：	直线电机地铁系统是一种新型的城市轨道交通系统，采用不同于传统旋转电机地铁车辆的驱动方式，采用直线感应电机牵引。本文基于车辆-轨道耦合动力学理论，建立了旋转电机地铁车辆-轨道三维耦合动力学模型和直线电机地铁车辆-轨道三维耦合动力学模型。其中车辆系统模型简化为多刚体集中质量系统模型，悬挂系统通过弹簧阻尼单元模拟。轨道模型由钢轨、扣件、轨道板和路基组成，其中钢轨模拟成连续弹性离散点支承的Timoshenko梁，考虑其垂向、横向和扭转振动;针对普通扣件和先锋扣件，分别建立相应的扣件系统动力学模型;轨道板采用三维实体有限元模拟。直线电机地铁车辆-轨道耦合动力学模型中，考虑定子线圈的柔性变形，其垂向和横向振动采用Euler梁模型求解，纵向运动考虑为刚体运动;感应板的垂向、横向振动同样采用Euler梁模型求解。轮轨空间相互作用模型中，利用Hertz非线性弹性接触模型求解轮轨法向力，轮轨蠕滑力（矩）的求解首先采用Kalker线性理论计算，然后采用沈氏理论进行非线性修正;采用“跟踪窗户”模型模拟车辆-轨道耦合激励和离散轨下支承对系统动力响应的影响。建立了T型等效电路电磁模型，推导了垂向电磁力与气隙之间的关系，将垂向电磁力拟合成关于气隙的函数。具体研究工作如下: 　　(1)调查分析了现场实测轮轨界面不平顺激励下的动力学响应特征，系统调查分析了确定性不平顺特征参数和车辆速度对动力学响应的影响，在此基础上，提出了车轮和钢轨表面不平顺相应的镟修和打磨限值，为直线电机地铁车辆和线路钢轨的养护维修提供理论参考。　　(2)对比分析了驱动工况下两种地铁车辆轮轨系统动态响应及相互作用特征，系统地调查分析了牵引载荷和曲线半径对两种地铁车辆曲线通过时轮轨系统动态响应及相互作用特性的影响。　　(3)调查分析了轮轨纵向几何不平顺、电机吊杆刚度以及轨道扣件形式对直线电机振动以及气隙动态响应的影响。　　研究结果表明: 　　(1)轮轨几何不平顺引起剧烈的轮轨动态相互作用，不平顺特征参数和行车速度对系统动态响应影响显著。　　(2)驱动工况下，传统旋转电机地铁车辆依靠轮轨黏着进行驱动，不同于旋转电机地铁车辆，直线电机地铁车辆的轮轨纵向蠕滑力远小于旋转电机地铁车辆，且纵向驱动不受轮轨黏着的限制。通过曲线时，随着牵引载荷的增大，传统旋转电机地铁车辆内外侧轮轨纵向蠕滑力的差值减小，所形成的导向力矩减小，进而使得导向轮对导向能力的降低。而直线电机地铁车辆的轮轨蠕滑特性及系统动态响应几乎不受牵引载荷的影响。　　(3)相比于长波不平顺，车轮非圆化、钢轨波磨以及焊接不平顺对气隙的影响相对较小，但对直线电机的振动影响明显;电机吊杆刚度对直线电机气隙及其振动影响明显，当刚度较小时会发生刮蹭现象;轨道扣件形式对直线电机气隙及其振动影响明显，其中安装先锋扣件的轨道所对应的定子线圈的振动最大，气隙最小，最易发生刮蹭。
作者：	杨云帆
专业：	载运工具运用工程
导师：	钟文生
授予学位：	硕士
授予学位单位：	西南交通大学
学位年度：	2017
正文语种：	中文