原文传递
EMS型中速磁浮列车动力学建模与导向能力研究
| 论文题名： | EMS型中速磁浮列车动力学建模与导向能力研究 |
| 关键词： | EMS型;中速磁浮列车;动力学性能;机械导向机构;轨道不平顺;导向能力;有限元仿真 |
| 摘要： | 经过近半个世纪的发展，EMS型低速磁浮列车逐渐走向商业应用，并以噪声小、无磨损等优势获得了越来越多的关注。但其利用直线感应电机实现车辆的牵引，限制了运行速度，且效率较低。为此，国防科大集高速磁浮同步牵引与低速磁浮被动导向的优势，提出了一种时速200km/h的EMS型中速磁浮列车。然而，车速提高之后，车辆系统的动力学特性及导向能力是否适应时速200km的要求尚不可知。本文正是基于这样的背景，对中速EMS型磁浮列车的关键动力学问题进行研究，包括整车动力学模型的建立，精确电磁力公式的推导，强侧风和轨道不平顺激励下车辆导向能力的分析等。主要内容如下： 1．在分析EMS型中速磁浮列车结构的基础上，将车体和悬浮模块视为刚体，建立了刚体运动坐标系，并利用牛顿—欧拉法建立了各刚体的运动方程；忽略二次系的质量特性，将空气弹簧等效为弹簧—阻尼系统，给出了二系悬挂力的计算公式；对机械导向机构的作用机理进行分析，得到了其导向力的传递关系以及车体和悬浮模块之间的运动约束方程；通过计算消去悬浮模块和车体运动方程中的约束力，得到了关于独立变量的动力学方程。最终，获得了中速磁浮列车垂向与横向统一的机械结构动力学模型。 2．通过分析不同线路条件下悬浮模块与轨道之间的位姿关系，将电磁力的求解模型简化为电磁铁与轨道只存在横向偏移的情况。考虑到磁阻和磁场饱和等因素，利用有限元仿真方法对磁感应强度的理论公式进行了修正。在此基础上，给出了更为精确的静态悬浮力和导向力解析计算式。另外，首次对电磁铁与轨道之间横向电磁阻尼进行了分析，并推导了计算横向电磁阻尼力的计算公式。最后，给出了悬浮模块悬浮力、导向力及其力矩的表达式。 3．建立了中速磁浮列车在直线段工况下运行时的动力学仿真模型，通过磁浮列车随机振动仿真结果与CMS04型低速磁浮列车在唐山试验线上运行的实际数据进行对比，验证了本文建立的中速磁浮列车动力学模型的准确性。 4．在同时考虑侧向风干扰和轨道不平顺激励下，对中速磁浮列车在200Km/h速度运行时的动力学响应进行了仿真分析，并根据轨道交通的安全性和平稳性评价指标，对中速磁浮列车的动力学性能和导向能力进行了判断，在此基础上，对磁浮线路的轨道精度提出了建议。 本文建立的EMS型中速磁浮列车的动力学模型得到了实验的验证。在此基础上可以通过对车辆导向能力的判断来指导车辆系统设计和磁浮轨道的铺设，所得结论具有一定的工程参考价值。 |
| 作者： | 贺光 |
| 专业： | 控制科学与工程 |
| 导师： | 李杰;崔鹏 |
| 授予学位： | 博士 |
| 授予学位单位： | 国防科学技术大学 |
| 学位年度： | 2016 |
| 正文语种： | 中文 |
检索历史
应用推荐
