高速磁浮悬浮架柔性特征对曲线通过性能的影响

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.      

中低速磁浮车辆-桥梁耦合系统动力性能试验

为探究中低速磁浮车辆-桥梁耦合系统的振动特性,对其在上海临港中低速磁浮试验基地开展了现场动力学试验,研究了车速和桥梁结构形式对耦合系统动力响应的影响;试验车辆采用(悬挂)中置式悬浮架,试验桥梁为25 m混凝土简支梁和25 m钢结构简支梁;为明确2种桥梁的固有振动特性,对其进行了模态测试;提取了不同工况下车辆-桥梁耦合系统的加速度及桥梁的垂向动位移信号;计算了垂向和横向Sperling指标、动力系数、梁端转角等车辆-桥梁耦合系统关键动力指标,详细分析了耦合系统的动态响应特性,评估了系统的振动水平。研究结果表明：混凝土梁和钢梁的垂向一阶固有频率分别为7.32、7.72 Hz,2种桥梁的各项关键动力指标均满足相关标准要求;混凝土梁和钢梁的最大加速度分别不超过0.2、1.4 m·s^-2;当车速为5 km·h^-1时,钢梁的垂向动力响应幅值约为混凝土梁的7.6倍;在测试的速度范围内,车辆的横向Sperling指标均小于2.5,表明车辆在混凝土梁和钢梁上运行时均具有优秀的横向平稳性;车辆空气弹簧悬挂系统的垂向固有频率峰值在车速为25 km·h^-1时达到最大,通过混凝土梁和钢梁的垂向Sperling指标分别达到2.687、3.340。测试结果可为中低速磁浮车辆-桥梁耦合系统的优化设计和数值模型验证等提供有价值的参考。     

中低速磁浮车辆研究综述

基于电磁悬浮型中低速磁浮列车的工作原理,阐述了中低速磁浮各核心子系统(悬浮导向系统、牵引电机、走行机构、制动系统、轨道-桥梁结构等)的技术特征,综合分析了各子系统存在的技术问题和解决方案;梳理了日本Linimo列车、韩国EcoBee列车、长沙磁浮快线、北京磁浮S1线和西南交通大学自主研发的(悬挂)中置式磁浮列车的发展历程及技术特点,总结了中低速磁浮列车的技术重点和难点。研究结果表明：车-轨耦合振动应综合考虑悬浮控制、车辆结构参数、桥梁结构参数、空气动力效应、直线电机等因素的影响,建立完备的车-轨耦合振动研究模型;悬浮冗余匮乏可综合利用机械冗余和电气冗余的技术特点,对中低速磁浮的冗余设计方案进行改进;磁浮靴轨受流应与地铁靴轨受流区分,充分考虑磁浮列车的耦合作用特性,探索无缝供电轨技术在中低速磁浮中的工程实用性;悬浮控制由于控制器主频较低,程序运行周期过长,应提高控制算法和悬浮系统故障诊断技术的精确性和稳定性;车辆轻量化设计应在保证结构强度的基础上,综合考虑车体、走行机构等多因素的结构特点,以提高中低速磁浮列车运载能力;应综合不同磁浮线路要求,建立统一的线路标准,提高中低速磁浮工程化应用能力。     

中低速磁浮车岔耦合振动研究

为研究中低速磁浮道岔主动梁关键参数对车岔耦合振动的影响,进行了各工况下磁浮道岔主动梁的模态测试,并建立了考虑道岔主动梁弹性振动的车岔耦合动力学模型,对悬浮稳定性进行了分析. 通过仿真与试验对比,对道岔主动梁的模态特征进行了修正,并基于修正后的车岔耦合动力学模型,研究了磁浮道岔主动梁不同设计参数对悬浮稳定性的影响规律. 研究结果表明:中间台车采用50 MN/m的弹性约束进行等效,能够达到比较理想的误差要求;二台车支撑方案相比三台车支撑方案,更容易避开磁浮车岔耦合的共振频率;随着主动梁一阶垂向弯曲频率的不断增大,悬浮控制参数的稳定区间越小,当道岔主动梁垂向弯曲频率大于12 Hz时,更容易出现车岔耦合振动现象;随着道岔主动梁刚度的增加,悬浮控制参数的稳定范围越小;增加道岔主动梁结构阻尼比不能解决车岔耦合共振问题,只能降低振动幅值大小;随着道岔主动梁线密度的增大,越不容易出现车岔共振现象,当线密度低于1 500 kg/m时,悬浮稳定区间将急剧下降;中间台车的等效支撑刚度越大,控制参数的稳定区间越小,但影响幅度不大.      

中低速磁浮车转向机构运动学研究与分析

为了研制新型转向机构,需分析机构的运动学规律。本文分析了目前中低速磁浮车转向机构几种形式的优缺点,通过对转向架曲线段的运动学分析,得出了转向机构的运动规律,给出了一种新型的空间连杆机构型结构的转向机构,并导出了该机构的运动学计算公式。为中低速磁浮车转向机构设计提供了理论依据。     

滑差频率对磁浮车辆运行性能的影响

采用二维电磁场理论对直线电机气隙磁场的纵向分量和垂向分量进行求解, 得到了电机牵引力和法向力的解析表达式, 利用直线电机试验台对解析计算方法进行检验, 对比6~18 Hz恒滑差频率下牵引力和法向力随速度的变化; 建立了三悬浮架单节磁浮车辆动力学模型, 仿真对比了车体和悬浮架分别在1、3、5、8 kN冲击力下的振动响应; 计算了单节中低速磁浮车辆牵引特性, 分析了不同滑差频率对车辆牵引性能的影响; 综合考虑电机法向力对悬浮系统的影响和车辆的牵引需求, 提出了变滑差频率控制策略。研究结果表明: 电机牵引特性一般包括恒力区和恒功区, 恒力区初级电流最大值为390 A, 恒功区电压最大值为212 V, 恒力区牵引力变化较小, 恒功区牵引力衰减较快; 滑差频率越小, 电机起动牵引力和法向力越大, 恒力区越短, 反之亦然; 法向冲击力小于8 kN时车辆平稳性指标等级均达到优秀, 但为了减小悬浮系统的负担, 电机法向力应越小越好; 较低的滑差频率使车辆低速段牵引性能更强, 但采用较高的滑差频率有利于提高全速度范围的牵引性能; 在变滑差频率控制策略中起动滑差频率的选择综合考虑车辆的牵引性能和悬浮能力, 速度达到恒功转折点后滑差频率逐渐增大, 该策略使电机恒力区牵引力适中, 恒功区牵引力始终为电机所能发挥的最大值。     

高速磁浮车小半径曲线通过仿真分析

为了分析国产化高速磁浮车辆的试验线路运行性能,开展了小半径曲线通过性能动态仿真研究.根据走行部主要结构参数,初步分析计算了曲线通过时车体与走行部间的几何关系和受力.利用多体动力学及系统分析的协同平台,建立模块化组装的整车动力学与控制模型,并进行R=400m曲线通过仿真.从分析值与仿真值对比和动车组的多种工况仿真分析来看,模型及仿真结果是基本准确的.     

中低速磁浮轨道梁温度场时程分析

为掌握磁浮轨道梁在长期外界环境作用下产生的复杂的温度场时变规律,在长沙磁浮运营线的轨道梁内埋设温度传感器,通过1.5 a的现场温度监测,获得测点温度时程曲线,并提出了基于时间序列加法模型求解的方法. 该方法将测点温度分解成均匀温度与波动温度,并利用傅立叶曲线拟合方法研究二者的时程曲线,得到轨道梁温度场时变规律. 研究结果表明:均匀温度与当地气候变化相关,各测点均温基本相同,结构温度时变趋势可用中位值为20.41 ℃、变化幅值为12.61 ℃、初相位为20 d、周期为365 d的余弦函数表示长沙磁浮轨道梁均温时程曲线;波动温度与日照作用相关,以日为周期在0线上下波动,可用两个正弦函数分段拟合升降温时程曲线.      

基于全尺寸台架试验的中低速磁浮列车悬浮架强度评估

为评估某中低速磁浮列车悬浮架构架是否满足强度要求,利用自主研发的全尺寸中低速磁浮强度试验台对该悬浮架构架开展了静强度与疲劳强度试验,基于有限元和多体动力学仿真结果,确定了悬浮架构架的应力集中部位与承载特性;据此,在悬浮架构架上合理布置了系列测点,测量了车辆在超常载荷、模拟主要运营载荷和模拟特殊运营载荷3类工况下悬浮架构架的应变响应信号,根据悬浮架构架不同部位的材料特性,通过转换计算评估了悬浮架构架的应力水平。研究结果表明：在静强度试验中,悬浮架构架的较大应力点主要分布于托臂拐角、支撑轮安装座与防侧滚梁连接处、停放制动滑橇安装座等处,而在疲劳强度试验中的薄弱点主要为纵梁与托臂连接的焊缝处;相比于列车的常规运行工况,在悬浮失效、超载落车制动等特殊运行条件下,悬浮架构架的静强度和疲劳强度的应力幅值分别增加了1.06和4.77倍;所有测试工况下悬浮架构架受到的最大拉应力、最大压应力分别为67.22、-20.30 MPa,且最小安全系数为1.71,说明悬浮架构架满足结构强度要求;所有测试数据结果均在各自材料的Goodman-Smith疲劳极限图包络线内,说明悬浮架构架满足疲劳强度要求;经渗透探伤查验,悬浮架构架的任何位置上均未发现裂纹,验证了悬浮架构架疲劳强度评估结果的可靠性。     

铁道车辆系统曲线通过稳态解的延续计算

为了了解车辆从直线进入曲线时的力学行为，研究了车辆系统曲线通过稳态解(平衡点)．采用延续计算的DERPAR算法，使稳态解的计算从直线经缓和曲线到圆曲线能够一次连续完成，提高了计算效率．所求得的稳态解不含瞬态成分，能更明显地揭示系统参数对车辆的某些力学行为的本质影响，为车辆系统设计参数的选取提供理论依据．     

轮对柔性对直线电机车辆动态响应的影响分析

直线电机地铁车辆有内置和外置两种轴箱布置方式,针对这两种轴箱布置的直线电机地铁车辆,分别建立了考虑轮对柔性的直线电机地铁车辆-轨道耦合动力学模型.模型中轮轴采用欧拉梁模拟,考虑轮对柔性变形对一系悬挂作用力、电机吊杆力以及轮轨空间动态相互作用的影响,对比分析了在轮轨不平顺激扰作用下,轴箱内置和外置直线电机地铁车辆轮对柔性响应特性及其对系统动态响应的影响.研究结果表明:相比于刚性轮对模型,两种直线电机地铁车辆柔性轮对模型求解所得轮轨垂向力响应均存在77 Hz的主振频率峰值,对应于轮对的一阶弯曲模态频率;当考虑轮对柔性效应时,相比于轴箱外置直线电机地铁车辆,轴箱内置直线电机地铁车辆的轮轨垂向力更大,气隙更小.     

铁路路基下穿高速公路桥梁时对其影响的计算解析

以东北东部铁路通道下穿丹锡高速大孤山2号大桥为例,采用有限元分析软件进行模拟,计算铁路路基在荷载作用下对高速公路桩基沉降和承载力影响,并对高速公路桥梁进行结构验算,提出评价结论。     

三转向架磁悬浮车几何曲线通过分析

以三转向架磁悬浮车为例，对磁悬浮车曲线通过时的运动学规律进行了研究．磁转向架通过曲线时的状态由磁导向力和几何约束确定．推导了基于磁导向力平衡假设的磁悬浮车曲线通过的几何关系的数学表达式，并给出了工程应用的近似计算公式．实例计算表明，近似公式计算结果与迭代计算结果相差很小，满足工程设计的需要．     

竖曲线对桥梁施工控制的影响

以广东省粤赣高速公路新丰江特大桥施工监控为例,研究了相关关键参数的计算与控制,针对桥型特点,研究了合理的理论模型.考虑到某些计算过程中,部分采用平直桥代替有竖曲线桥的建模方案的可能性,重点研究了竖曲线对预拱度和应力计算结果的影响,讨论了相关误差控制的措施.     

浅谈新建、改建公路平、纵线型的选择问题

通过对路基改造工程的施工经验,论述了路改工程或新建工程对公路平、纵线型技术标准选择问题.     

轮胎侧偏特性对过桥车辆行车舒适性评价的影响

侧风作用下桥上通行车辆因同时受到轮胎侧偏特性产生的侧偏力作用和桥梁振动响应的影响,驾驶员和乘客极易遭受行车舒适性问题,根据Dugoff非线性轮胎模型在车轮横向振动方程中引入轮胎侧偏力表达式,建立了考虑轮胎侧偏特性的车辆动力学分析模型.考虑自然风、车辆和桥梁三者之间的相互作用,构建了风-汽车-桥梁耦合振动分析框架,分析了不同影响因素下轮胎侧偏特性对车辆行驶舒适性评价的影响.结果表明:考虑轮胎侧偏特性后,车辆的横向振动状态得到了一定程度的改善,在风速25m/s及路面等级非常好的情况下,考虑轮胎侧偏特性时车辆行车舒适程度提高了20.6%.      

不等长缓和曲线的平曲线计算

讨论公路与城市道路设计中常用不等长缓和曲线的平曲线，以及利用不等长缓和曲线平曲线要素的坐标计算方法。     

现浇平转连续梁桥拆架方式对支架受力的影响

结合工程实例建立有限元模型分析了不同支架拆除方式下支架的受力变化情况,并将拆除过程中支架所受最大荷载和支架拆除前的荷载进行了比较。研究结果表明:从悬臂端向桥墩方向的拆架方式下支架所受最大荷载达到支架拆除前荷载的234%,说明了拆架方式不当可能会引发支架失稳破坏,所以拆架方式对支架受力的影响是不容忽视的。