• ISSN 0258-2724
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高速磁浮悬浮架柔性特征对曲线通过性能的影响

张宝安 虞大联 李海涛 梁鑫 黄超

张宝安, 虞大联, 李海涛, 梁鑫, 黄超. 高速磁浮悬浮架柔性特征对曲线通过性能的影响[J]. 西南交通大学学报, 2022, 57(3): 475-482. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20210635
引用本文: 张宝安, 虞大联, 李海涛, 梁鑫, 黄超. 高速磁浮悬浮架柔性特征对曲线通过性能的影响[J]. 西南交通大学学报, 2022, 57(3): 475-482. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20210635
ZHANG Baoan, YU Dalian, LI Haitao, LIANG Xin, HUANG Chao. Influence of Flexibility Characteristics of Levitation Chassis on Curve Negotiation Performance of High-Speed Maglev Vehicle[J]. Journal of Southwest Jiaotong University, 2022, 57(3): 475-482. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20210635
Citation: ZHANG Baoan, YU Dalian, LI Haitao, LIANG Xin, HUANG Chao. Influence of Flexibility Characteristics of Levitation Chassis on Curve Negotiation Performance of High-Speed Maglev Vehicle[J]. Journal of Southwest Jiaotong University, 2022, 57(3): 475-482. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20210635

高速磁浮悬浮架柔性特征对曲线通过性能的影响

doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20210635
基金项目: 国家重点研发计划(2016YFB1200602)
详细信息
    作者简介:

    张宝安(1987—),男,高级工程师,博士,研究方向为高速磁浮和轮轨车辆动力学,E-mail:zhangbaoan@cqsf.com

  • 中图分类号: U270.331

Influence of Flexibility Characteristics of Levitation Chassis on Curve Negotiation Performance of High-Speed Maglev Vehicle

  • 摘要:

    为研究高速磁浮悬浮架小曲线通过动力学性能,考虑高速磁浮悬浮架柔性振动,建立悬浮架有限元模型,并计算其弹性模态,建立高速磁浮整车车辆动力学模型;应用同济大学磁浮试验线线路条件、试验速度曲线及拟合的轨道不平顺,分析了悬浮架柔性振动对悬浮、导向电磁铁间隙、电磁力的影响;同时,建立了刚性悬浮架动力学模型与之对比. 研究结果表明:R400小曲线通过时,电磁铁动力学性能受悬浮架柔性振动的影响较大,两种模型的导向力相差约12.5 kN,悬浮力相差约6.0 kN;通过试验仿真比较,考虑悬浮架柔性的计算结果更接近于实测结果;悬浮架垂向和横向振动的主频分别为10.4 Hz和13.2 Hz,分别与前后悬浮框相对点头、反相摇头模态频率相近;在研究控制参数优化、悬挂参数优化、运行稳定性等高速磁浮关键问题时应考虑悬浮架的柔性振动.

     

  • 图 1  高速磁浮悬浮架结构

    Figure 1.  Levitation chassis structure of high-speed maglev trains

    图 2  刚性悬浮架动力学模型

    Figure 2.  Dynamics model of rigid levitation chassis

    图 3  悬浮架弹性模态

    Figure 3.  Elastic modes of levitation chassis

    图 4  半个悬浮电磁铁示意(6磁极)

    Figure 4.  Schematic of half levitation electromagnet (6 poles)

    图 5  悬浮电磁铁受力示意

    Figure 5.  Schematic of forces acted on levitation electromagnet

    图 6  高速磁浮整车动力学模型架构

    Figure 6.  Dynamics model architecture of high-speed maglev vehicles

    图 7  时速600 km高速磁浮列车运行速度曲线

    Figure 7.  Speed curve of 600 km/h high-speed maglev train

    图 8  拟合的轨道不平顺

    Figure 8.  Fitted track irregularity

    图 9  导向电磁铁电磁力

    Figure 9.  Magnetic force of guidance magnet

    图 10  悬浮电磁铁电磁力

    Figure 10.  Magnetic force of levitation magnet

    图 11  导向电磁铁间隙

    Figure 11.  Gap of guidance magnet

    图 12  悬浮电磁铁间隙

    Figure 12.  Gap of levitation magnet

    图 13  电磁铁间隙试验与仿真对比

    Figure 13.  Comparison between test and simulated electromagnet gaps

    图 14  悬浮架振动时域和频域图

    Figure 14.  Levitation chassis vibration in time and frequency domains

    表  1  高速磁浮整车动力学主要参数

    Table  1.   Main parameters in dynamics of high-speed maglev vehicles

    部件物理量数值
    悬浮电磁铁 质量/kg 600
    侧滚转动惯量/(kg·m2 1.5
    点头转动惯量/(kg·m2 479.8
    摇头转动惯量/(kg·m2 480.7
    导向电磁铁 质量/kg 390
    侧滚转动惯量/(kg·m2 3.1
    点头转动惯量/(kg·m2 0.3 × 103
    摇头转动惯量/(kg·m2 0.3 × 103
    悬浮架 质量/kg 1.7 × 103
    侧滚转动惯量/(kg·m2 3.5 × 103
    点头转动惯量/(kg·m2 4.4 × 103
    摇头转动惯量/(kg·m2 7.4 × 103
    车体 质量/kg 3.0 × 104
    侧滚转动惯量/(kg·m2 5.7 × 104
    点头转动惯量/(kg·m2 1.6 × 106
    摇头转动惯量/(kg·m2 1.6 × 106
    悬浮电磁铁安装刚度 纵向/(N·m−1 1.0 × 107
    横向/(N·m−1 4.8 × 105
    垂向/(N·m−1 1.2 × 107
    侧滚刚度/(N·m·rad−1 1.0 × 107
    点头刚度/(N·m·rad−1 1.0 × 107
    摇头刚度/(N·m·rad−1 1.6 × 103
    导向电磁铁安装刚度
    纵向/(N·m−1 4.3 × 107
    横向/(N·m−1 2.5 × 105
    垂向/(N·m−1 4.4 × 107
    侧滚刚度/(N·m·rad−1 1.0 × 106
    点头刚度/(N·m·rad−1 1.0 × 106
    摇头刚度/(N·m·rad−1 1.0 × 106
    空气弹簧 垂向刚度/(N·m−1 2.0 × 105
    横向刚度/(N·m−1 1.1 × 105
    辅助弹簧 横向刚度/(N·m−1 3.0 × 105
    限位弹簧 横向刚度/(N·m−1 5.0 × 105
    摆杆 垂向刚度/(N·m−1 2.0 × 105
    侧滚刚度/(N·m·rad−1 1.0 × 104
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    表  2  同济大学高速磁浮试验线主要参数表

    Table  2.   Main parameters about Tongji University’s maglev test line

    区间长度/m横坡角/(°)曲线半径/m坡度/‰
    直线 123400
    曲线 144334000
    曲线 2340213000
    直线 2550011.2
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出版历程
  • 收稿日期:  2021-08-09
  • 修回日期:  2022-01-11
  • 刊出日期:  2022-03-10

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