• ISSN 0258-2724
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超高速磁浮列车解耦传动机构参数优化研究

欧阳萍萍,  曹毅,  张敏,  牟瀚林,  张卫华,  马卫华

欧阳萍萍, 曹毅, 张敏, 牟瀚林, 张卫华, 马卫华. 超高速磁浮列车解耦传动机构参数优化研究[J]. 西南交通大学学报. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20250450
引用本文: 欧阳萍萍, 曹毅, 张敏, 牟瀚林, 张卫华, 马卫华. 超高速磁浮列车解耦传动机构参数优化研究[J]. 西南交通大学学报. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20250450
OUYANG Pingping, CAO Yi, ZHANG Min, MU Hanlin, ZHANG Weihua, MA Weihua. Parameter Optimization of Decoupling Transmission Mechanisms for Ultra-High-Speed Maglev Trains[J]. Journal of Southwest Jiaotong University. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20250450
Citation: OUYANG Pingping, CAO Yi, ZHANG Min, MU Hanlin, ZHANG Weihua, MA Weihua. Parameter Optimization of Decoupling Transmission Mechanisms for Ultra-High-Speed Maglev Trains[J]. Journal of Southwest Jiaotong University. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20250450

超高速磁浮列车解耦传动机构参数优化研究

doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20250450
基金项目: 国家重点研发计划(2024YFB4303202);国家自然科学基金项目(52402480)
详细信息
    作者简介:

    欧阳萍萍( 1982-),女,博士研究生,研究方向为磁浮列车系统动力学,E-mail:oypp@swjtu.edu.cn

    通讯作者:

    曹毅(1996-),男,博士研究生,研究方向为车辆系统动力学,E-mail: 17864303052@163.com

  • 中图分类号: U237

Parameter Optimization of Decoupling Transmission Mechanisms for Ultra-High-Speed Maglev Trains

  • 摘要:

    针对车体与双边永磁直线同步电机动子之间需传递纵向牵引和制动载荷,同时隔离垂向及横向运动的问题,提出采用Z形拉杆和长拉杆连接形式的2种解耦传动机构,并基于多体动力学理论,建立包含车辆、解耦传动机构、导轨、轨道不平顺激励及空气阻力的动力学模型. 首先,基于所建立模型对2种解耦传动机构的动力学响应进行对比,考察不同连接形式对杜瓦、牵引电机动子及悬浮系统振动特性的影响;其次,分析解耦连接点间距、机构刚度和阻尼等参数变化对动子振动响应、悬浮系统动力学性能及动子摩擦块受力的影响规律;最后,结合结构受力和动力学响应,对解耦传动机构的关键参数进行优化. 结果表明:Z形拉杆和长拉杆在杜瓦及动子动力学响应控制方面各具优势,其中,Z形拉杆在解耦连接点处的最大受力较小;随着解耦连接点间距增大,动子横向加速度逐渐增大,垂向加速度先增大后减小,建议将解耦点间距控制在2.6~3.0 m;解耦传动机构刚度和阻尼对动子及杜瓦的动力学指标影响不明显,但对摩擦块横向受力影响显著;在满足结构安全要求的条件下,机构刚度取约0.8 × 107 N/m,阻尼取1 × 103~3 × 103 N•s/m. 研究结果可为超高速磁浮列车解耦传动机构的结构设计与参数匹配提供参考.

     

  • 图 1  超高速磁浮系统横截面结构

    Figure 1.  Cross-sectional structure of ultra-high-speed maglev system

    图 2  推进系统动子结构

    Figure 2.  Structure of propulsion system mover

    图 3  两种传动解耦结构

    Figure 3.  Two decoupling transmission mechanism configurations

    图 4  悬浮力曲线

    Figure 4.  Levitation force curve

    图 5  导向力曲线

    Figure 5.  Guidance force curve

    图 6  轨道不平顺输入

    Figure 6.  Track irregularity input

    图 7  动力学模型示意

    Figure 7.  Dynamic model configuration

    图 8  列车牵引制动力曲线

    Figure 8.  Train traction and braking force curves

    图 9  不同拉杆下动子位移随时间的响应

    Figure 9.  Time histories of mover lateral displacement with different tie-rod configurations

    图 10  不同拉杆下动子位位移随时间的响应

    Figure 10.  Time histories of mover vertical displacement with different tie-rod configurations

    图 11  不同拉杆下动子位加速度均方根值与幅值

    Figure 11.  Root-mean-square values and amplitudes of mover acceleration with different tie-rod configurations

    图 12  不同拉杆下杜瓦位移、加速度随时间的响应

    Figure 12.  Time histories of Dewar vessel acceleration with different tie-rod configurations

    图 13  不同拉杆下杜瓦位加速度均方根值与幅值

    Figure 13.  Root-mean-square values and amplitudes of Dewar vessel acceleration with different tie-rod configurations

    图 14  不同拉杆下解耦装置受力随时间的响应

    Figure 14.  Time histories of forces acting on decoupling mechanism with different tie-rod configurations

    图 15  不同解耦点间距下动子横向和垂向振动加速度

    Figure 15.  Lateral and vertical vibration accelerations of mover at different decoupling-point spacings

    图 16  不同解耦点间距下动子横向、垂向位移

    Figure 16.  Vertical vibration displacement of mover at different decoupling-point spacings

    图 17  不同解耦点间距下杜瓦横向和垂向震动位移振动加速度

    Figure 17.  Lateral and vertical vibration accelerations of Dewar vessel at different decoupling-point spacings

    图 18  不同刚度下杜瓦横向和垂向振动位移、振动加速度

    Figure 18.  Lateral and vertical vibration accelerations of Dewar vessel at different stiffness values

    图 19  不同刚度下动子横向和垂向振动加速度

    Figure 19.  Lateral and vertical vibration accelerations of mover at different stiffness values

    图 20  不同刚度下动子摩擦块受力

    Figure 20.  Forces acting on mover friction blocks at different stiffness values

    图 21  不同阻尼下杜瓦位移、加速度变化

    Figure 21.  Dewar vessel acceleration responses at different damping coefficients

    图 22  不同阻尼下摩擦块横向力变化

    Figure 22.  Lateral forces acting on mover friction blocks at different damping coefficients

    表  1  悬浮力与导向力参数识别结果

    Table  1.   Identification results for levitation and guidance force parameters

    未知参数 识别数值 未知参数 识别数值
    $ {\alpha }_{1} $ −527.0 $ {\alpha }_{2} $ 37.02
    $ {\eta }_{1} $ 16897.2 $ {\eta }_{2} $ 460.3
    $ {\beta }_{1} $ −0.1890 $ {\beta }_{2} $ −0.239
    $ {\lambda }_{1} $ 66.01 $ {\lambda }_{2} $ −25.07
    $ \omega $ 8.57 $ \psi $ 0.069
    $ {y}_{\text{c}} $ 4.285
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    表  2  列车在1500 km、h-0.005 atm环境下受力

    Table  2.   Forces acting on train at 1500 km/h and 0.005 atm N

    受力方向 数值
    纵向 70.41
    横向 40.82
    垂向 −0.17
    侧滚力矩 −0.72
    点头力矩 1.07
    摇头力矩 15.83
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    表  3  动力学模型主要参数

    Table  3.   Main parameters of dynamic model

    参数名称 参数值
    动子尺寸/m 6.9 × 0.05 × 0.62
    动子质量/kg 270
    车体尺寸/m 5.1 × 0.4 × 0.3
    车体质量/kg 240
    止挡摩擦块材料 铸铁
    镶条导轨 钢轨钢
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出版历程
  • 收稿日期:  2025-09-08
  • 修回日期:  2026-07-03
  • 网络出版日期:  2026-11-04

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