轨道激励对新型中低速磁浮列车动态特性的影响研究

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本文以新型中低速磁浮列车为研究对象,首先简要介绍了悬浮架的组成结构,并结合HSST型中低速磁浮列车的悬浮架结构特点进行了对比分析。其次分析研究了磁浮列车的悬浮控制系统,建立中低速磁浮列车悬浮控制系统数学模型。随后通过单悬浮架车-轨耦合振动试验台,试验研究新型中低速磁浮列车单悬浮架与HSST型中低速磁浮列车单悬浮架,对比分析了车-轨耦合振动对两者的影响;结合单悬浮架车-轨耦合振动试验台原理,利用MATLAB/SIMULINK软件建立单悬浮架试验台垂向动力学模型,进行动态响应分析。最后运用多体动力学软件SIMPACK,建立带主动控制的新型中低速磁浮列车的动力学模型,设置不同的轨道激励,从动力学角度研究新型中低速磁浮列车的动态响应特性。得到以下结论:1.新型中低速磁浮列车的悬浮架主要包含以下几个部分:悬浮架结构(含纵梁、托臂、抗侧滚梁)、紧急支撑轮装置、悬浮电磁铁、直线牵引电机、制动装置和悬挂装置,相较于日本HSST型中低速磁浮列车的悬浮架结构,新型中低速磁浮列车的悬浮架采用空气弹簧中置、加长直线电机以及单抗侧滚梁的优化设计,改善了悬浮架的力学特性,使列车能够实现更高的运行速度以及更低的车-轨动力作用。2.悬浮控制系统是磁浮列车稳定悬浮、安全平稳运行的关键,由于电磁力和悬浮间隙间的反比关系,导致电磁悬浮控制系统本身存在固有的不稳定性,通过在悬浮控制系统中引入位置-速度-加速度的反馈调节控制,利用间隙传感器对悬浮间隙、悬浮电磁铁的加速度信号进行实时监测,对悬浮电磁铁的悬浮力进行主动调节,最终实现稳定悬浮。3.通过车-轨耦合振动试验的验证,新型中低速磁浮车辆相比于HSST型中低速磁浮车辆,悬浮承载能力强,车-轨动力作用低。通过对单悬浮架试验台垂向动力学模型仿真分析,验证了建立的悬浮控制系统模型具有对主动激励实现低频跟随,高频抑制的特性;当主动激励频率与轨道梁的一阶固有频率接近时,会引发共振,致使系统产生剧烈的振动。4.新型中低速磁浮列车在直线段轨道随机不平顺激励下有优秀的平稳性指标,悬浮间隙能够稳定在8mm左右,具有良好的动态特性;当周期激励频率满足f(29)1.1v/L时,在周期性轨道激励下可以稳定地悬浮运行并保证合格的平稳性指标。在曲线段轨道随机不平顺激励下,列车能够以53km/h、75km/h、105km/h的速度分别通过R150m、R300m、R600m半径的曲线,保证稳定的悬浮,车体垂向振动加速度和车体侧滚角较小,列车整体动态特性较好。
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