• ISSN 0258-2724
  • CN 51-1277/U
  • EI Compendex
  • Scopus 收录
  • 全国中文核心期刊
  • 中国科技论文统计源期刊
  • 中国科学引文数据库来源期刊

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
    下载: 导出CSV

    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
    下载: 导出CSV
  • [1] CUI Y X, SHEN G, WANG H. Maglev vehicle-guideway coupling vibration test rig based on the similarity theory[J]. Journal of Vibration and Control, 2016, 22(1): 286-295. doi: 10.1177/1077546314521446
    [2] 武建军,沈飞,史筱红. 磁悬浮控制系统的稳定性及Hopf分岔的研究[J]. 振动与冲击,2010,29(3): 193-196, 214. doi: 10.3969/j.issn.1000-3835.2010.03.047

    WU Jianjun, SHEN Fei, SHI Xiaohong. Stability and Hopf bifurcation of the maglev system[J]. Journal of Vibration and Shock, 2010, 29(3): 193-196, 214. doi: 10.3969/j.issn.1000-3835.2010.03.047
    [3] 梁鑫. 磁浮列车车轨耦合振动分析及试验研究[D]. 成都: 西南交通大学, 2015.
    [4] WANG K R, LUO S H, MA W H, et al. Dynamic characteristics analysis for a new-type maglev vehicle[J]. Advances in Mechanical Engineering, 2017, 9(12): 168781401774541.1-168781401774541.10.
    [5] 汪科任,罗世辉,张继业. 磁悬浮控制器设计及静悬浮稳定性分析[J]. 西南交通大学学报,2017,52(1): 118-126. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.2017.01.017

    WANG Keren, LUO Shihui, ZHANG Jiye. Design of magnetic levitation controller and static stability analysis[J]. Journal of Southwest Jiaotong University, 2017, 52(1): 118-126. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.2017.01.017
    [6] 汪科任,罗世辉,宗凌潇,等. 新型磁浮车动力学仿真分析[J]. 振动与冲击,2017,36(20): 23-29.

    WANG Keren, LUO Shihui, ZONG Lingxiao, et al. A dynamic simulation analysis of new maglev trains[J]. Journal of Vibration and Shock, 2017, 36(20): 23-29.
    [7] 宗凌潇. 时速140km新型中低速磁浮列车走行机构研究分析[D]. 成都: 西南交通大学, 2016 .
    [8] 赵春霞. EMS型高速磁浮列车导向动力学研究[D]. 长沙: 国防科学技术大学, 2014.
    [9] 贺光. EMS型中速磁浮列车动力学建模与导向能力研究[D]. 长沙: 国防科学技术大学, 2016.
    [10] 谢钦. 新型中低速磁浮车辆空气弹簧应用研究[D]. 成都: 西南交通大学, 2017.
    [11] ZHANG M, LUO S H, GAO C, et al. Research on the mechanism of a newly developed levitation frame with mid-set air spring[J]. Vehicle System Dynamics, 2018, 56(12): 1797-1816. doi: 10.1080/00423114.2018.1435892
    [12] ZHANG M, GAO C, MA W H. Effect of different connection modes of electromagnets on the performance of levitation control[J]. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part F: Journal of Rail and Rapid Transit, 2018, 232(8): 2111-2125. doi: 10.1177/0954409718762171
    [13] 闫一凡,齐洪峰,罗林涛,等. 基于UM的高速磁浮车辆刚柔耦合建模及振动传递规律研究[J]. 铁道机车车辆,2019,39(5): 59-64, 126.

    YAN Yifan, QI Hongfeng, LUO Lintao, et al. Rigid-flexible coupled modeling of high-speed maglev vehicle and vibration transmitting research base on UM[J]. Railway Locomotive & Car, 2019, 39(5): 59-64, 126.
    [14] 赵春发,翟婉明,叶学艳. 高速磁浮车辆弹性悬浮架动力学建模与仿真[J]. 系统仿真学报,2008,20(20): 5718-5721.

    ZHAO Chunfa, ZHAI Wanming, YE Xueyan. Dynamic modeling and simulation of high-speed maglev vehicle and its elastic levitation chassis[J]. Journal of System Simulation, 2008, 20(20): 5718-5721.
    [15] 叶学艳. 磁浮车辆系统动力学建模与仿真分析[D]. 成都: 西南交通大学, 2007.
    [16] DELLNITZ M, DIGNATH F, FLAßKAMP K, et al. Modelling and analysis of the nonlinear dynamics of the transrapid and its guideway[C]//Progress in Industrial Mathematics at ECMI 2010. Berlin: Springer, 2012: 113-123.
    [17] DING S S, SUN J J, HAN W T, et al. Modeling and analysis of a novel guidance magnet for high-speed maglev train[J]. IEEE Access, 2019, 7: 133324-133334. doi: 10.1109/ACCESS.2019.2940728
    [18] 陈志贤. 高速常导电磁悬浮车辆系统动力学优化研究[D]. 成都: 西南交通大学, 2020.
    [19] 王军, 马云双. 中国高速动车组发展模式探索与实践[M]. 北京: 中国铁道出版社有限公司, 2020: 314-315.
    [20] 梁鑫,丁叁叁,黄超,等. 基于正态分布叠加原理的高速磁浮线路不平顺预测方法[J]. 机车电传动,2020(6): 20-24.

    LIANG Xin, DING Sansan, HUANG Chao, et al. Prediction method of irregularity of high-speed maglev track based on normal distribution superposition principle[J]. Electric Drive for Locomotives, 2020(6): 20-24.
  • 加载中
图(14) / 表(2)
计量
  • 文章访问数:  283
  • HTML全文浏览量:  137
  • PDF下载量:  19
  • 被引次数: 0
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

目录

    /

    返回文章
    返回