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原文传递两种直线电机吊挂形式对直线电机地铁车辆动力学性能影响的比较研究

论文题名：	两种直线电机吊挂形式对直线电机地铁车辆动力学性能影响的比较研究
关键词：	地铁车辆;直线电机;悬挂形式;电磁力;动力学性能
摘要：	自1985加拿大多伦多市建立了世界上第一条商用直线电机地铁线路以来，目前包括中国、日本、美国、马来西亚等越来越多的国家开始采用直线电机驱动的地铁系统。与传统旋转电机驱动的地铁系统相比，直线电机地铁系统具有非粘着牵引和制动、转弯半径小、爬坡能力强、隧道土建工程量小和维修简便等优点。　　与采用旋转电机的传统地铁车辆相比较，采用直线电机的地铁车辆最大不同是电机的悬挂，由此所引起的对车辆动力学性能的影响与传统车辆存在较大的不同，同时不同直线电机悬挂之间对车辆动力学性能的影响也有所不同。　　目前直线电机地铁转向架广泛采用的电机悬挂方式有三种:构架悬挂、车轴悬挂和副构架悬挂。不同直线电机悬挂形式，所形成的转向架结构之间变化很大，因此它们对地铁车辆动力学性能的影响也不尽相同。加拿大庞巴迪公司早期研制的车辆均采用车轴悬挂方式，优点是电机气隙垂向波动较小，一系弹簧刚度适中，乘客舒适度较高。日本商业运营直线电机车辆全部采用构架悬挂，优点是簧下质量小，故轮轨作用力小，易于径向通过曲线。庞巴迪后期生产的直线电机较多采用副构架悬挂形式，对该种悬挂方式，由于能查找到的相关资料和参数有限，本文未作进一步研究。　　与旋转电机相比，直线电机存在静态和动态四种边端效应，且这四种边端效应对电机输出的力特性存在一定影响。电机输出的三向力中，纵向力用于牵引或制动、横向力有利于转向架对中运行，具有一定的导向功能，垂向力则对轮重产生影响。不管采用哪种直线电机悬挂方式，其特点是电机不同方向的悬挂涉及到不同的结构基础，这与传统电机悬挂有本质不同，直线电机三个方向的作用力，对转向架不同部件的反作用力又可视为是对这些部件以及对自身的外部激励。当电机不工作时，电机本身的悬挂对动力学有影响，当电机工作时还要在此影响的基础上，再叠加由于三向力激励产生的额外影响，因此直线电机悬挂不仅复杂，且对其本身和车辆的动力学性能又会产生较大影响。基于一些合理假设和简化的基础上，本文建立了直线电机的等效电路模型，并据此给出了直线电机三向力的计算公式。结合某一地铁用直线电机的具体电气参数，给出了直线电机的三向力的输出特性曲线。　　在考虑上述直线电机力动态特性的情况下，全面比较了车轴悬挂和构架悬挂两种电机悬挂形式的地铁车辆直线和曲线工况下的车辆稳定性、安全性以及直线电机自身特性等动力学性能。　　仿真结果表明:1）对于电机而言，轴悬式电机的振动要明显大于架悬式，但轴悬式电机的气隙要小于架悬式，这有利于提高直线电机地铁车辆的牵引效率;2）对于车体而言，车体的横向性能指标基本相同，而垂向性能指标如轮重减载率和脱轨系数，轴悬式要略优于架悬式;3）运行过程中，横向扭矩的存在使得电机后端的垂向位移比前端大0.3mm～0.5mm;4）架悬式电机的垂向位移比轴悬式大0.6mm～1.3mm;5）电机横向力在直线段最大为1500N，在曲线段为1700N。
作者：	臧宇
专业：	车辆工程
导师：	罗世辉
授予学位：	硕士
授予学位单位：	西南交通大学
学位年度：	2014
正文语种：	中文