电机中置式中速磁悬浮列车悬浮架振动研究与动力学优化

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磁浮列车作为一种新型的交通工具,不依赖轮轨接触、几乎没有直接摩擦磨损,为人类追求速度提供了更多的可能。国防科技大学磁浮团队依据现有的低速磁浮列车和高速磁浮列车的特点,提出了电机中置式中速磁悬浮列车,研制了实验样车,在国防科大204m试验线上开展了运行测试。本文针对实验车在测试中发现的振动问题展开研究。主要内容如下:1、建立考虑弹性轨道的车轨耦合振动理论模型。首先对中速磁悬浮列车进行理论分析,采用牛顿-欧拉方法建立了整车多刚体动力学模型,基于欧拉梁模型建立了轨道柔体动力学模型,从而建立了车轨耦合的整车振动微分方程。2、对实验样车展开振动测试和分析,找到了引起振动的激励源。首先进行全线运行振动测试,对比全线振动情况,确定振动较大的车速和轨枕段,并分析其振动特征。通过在振动较大轨枕段进行切断牵引供电后不同车速溜车振动测试和分析,确定了振动激励源为电机和轨枕之间的法向力。3、基于商用软件仿真说明了电机法向力差异是宽轨枕产生较大振动的主要原因。基于ANSYS对两种轨枕进行有限元分析,说明两种轨枕垂向刚度和垂向模态不会对悬浮架振动带来明显的影响。并通过仿真对比了两种轨枕和永磁电机之间的法向力差异。基于LMS Virtual.lab motion多体动力学商用软件建立了悬浮架振动仿真模型,仿真得到了不同轨枕下的振动响应。说明了宽轨枕引起的电机法向力大幅值波动是悬浮架产生较大振动的主要原因。4、从减小悬浮架振动角度对悬浮架动力学参数进行了优化。通过调节电机吊挂刚度/阻尼、横摇刚度/阻尼等参数,仿真分析了这些参数对悬浮架振动的影响,并据此得到了一组优化参数。5、仿真分析了考虑不平顺情况下中速磁悬浮列车整车的高速振动响应。结合磁悬浮线路的不平顺,采用优化参数,对整车振动进行仿真分析。针对电机中置式中速磁悬浮列车悬浮架振动问题开展了系统的研究,通过实验测试与仿真分析相结合的方法,揭示了悬浮架在特定车速轨段特定车速下产生较大振动的原因,并通过优化悬浮架动力学参数的方法提出了减小振动的解决方案,仿真验证了该方案的可行性。本文研究工作对于推动电机中置式中速磁悬浮列车走向工程应用有重要的理论意义和应用价值。
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