中低速磁悬浮列车导向机理与关键技术研究

论文摘要

磁悬浮列车作为一种新型的交通工具,既适用于高速地面交通也适用于城市或城郊运输。以德国和日本为首的工业发达国家,对磁悬浮技术的研究已步入实用化阶段,磁悬浮列车已逐渐成为未来轨道交通体系中的一个重要选择。积极从事磁悬浮列车相关技术的研究与开发,对提高我国轨道交通技术水平,构建多元化的交通体系有着重要的意义。本论文以日本已投入运行的HSST中低速磁悬浮列车为主要研究对象,重点研究磁悬浮列车的导向机理,在尽可能保留原有悬浮架结构优点的基础上,论文针对结构中不足之处提出了新型悬浮架结构方案,从而为我国新一代低速磁悬浮列车的研究提供了一定的理论基础及新思路。本文研究工作主要包括以下几个方面:首先,分析了HSST磁悬浮列车的导向机理,并得出了模块在曲线上的平衡位置和求取电磁铁动态导向力的方法。其次,对HSST磁悬浮列车机械结构的关键技术进行了分析,提出了新型悬浮架结构方案:取消了原有的滑台及迫导向机构;新设计了摇枕及悬挂吊杆机构;车体与悬浮架的横向位移通过吊杆的摆动来实现;并引入了传统铁道车辆上使用的空气弹簧,避免了原有空气弹簧数量多,体积小的缺点;新设计了Z字型牵引装置满足新型悬浮架与车体之间纵向力的传递。最后,论文利用多体动力学仿真软件SIMPACK建立了包含控制系统的整车动力学模型,对两种磁悬浮列车不同悬浮架结构的导向技术进行了对比。研究表明,悬浮架新型走行机构能够保证磁悬浮列车顺利通过曲线,它对悬浮模块的导向能力、横移、空气弹簧的位移、转角等有着重要的影响,并与原有磁悬浮列车的各项性能指标进行了对比。本文的研究工作,为低速磁悬浮列车设计提供了新思路,并为以后进一步的研究奠定了基础。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 前言
• 1.2 磁悬浮列车技术原理及发展概况
• 1.2.1 德国磁悬浮技术发展
• 1.2.2 日本磁悬浮技术发展
• 1.2.3 其他国家磁悬浮列车技术发展
• 1.2.4 我国磁悬浮列车技术发展
• 1.3 国内外典型的磁悬浮列车线路
• 1.4 中低速磁悬浮列车关键技术研究现状
• 1.4.1 电磁悬浮控制技术
• 1.4.2 走行机构关键技术
• 1.5 论文的主要研究内容
• 1.5.1 研究意义与目标
• 1.5.2 研究内容和方法
• 第二章 中低速磁悬浮列车转向原理
• 2.1 传统轨道车辆的导向及结构
• 2.1.1 一个轮对的导向机理
• 2.1.2 铁道客车二系悬挂机构
• 2.2 HSST磁悬浮列车的导向机理
• 2.3 电磁力导向原理分析
• 2.4 机械结构导向原理分析
• 2.5 HSST模块电导向能力计算
• 2.5.1 模块在曲线上的受力分析
• 2.5.2 模块横移状况的导向力计算
• 2.5.3 模块摇头状况的导向力计算
• 2.6 本章小结
• 第三章 新型中低速磁悬浮列车研究
• 3.1 HSST中低速磁悬浮列车问题分析
• 3.1.1 空气弹簧问题
• 3.1.2 迫导向机构问题
• 3.2 空气弹簧中置式走行机构分析
• 3.2.1 走行机构与车体的连接
• 3.2.2 新型悬浮架结构说明
• 3.2.3 自由摇枕与悬挂吊杆机构
• 3.2.4 固定摇枕及牵引装置
• 3.2.5 Z字型牵引装置
• 3.3 新型磁悬浮列车曲线上受力分析
• 3.3.1 模块在曲线上的电磁力计算
• 3.3.2 侧风力的分析计算
• 3.3.3 导向力计算
• 3.4 本章小结
• 第四章 曲线通过影响因素研究
• 4.1 摇枕与车体悬挂吊杆机构
• 4.2 悬挂吊杆机构与空气弹簧
• 4.2.1 模块曲线分析
• 4.2.2 吊杆、空气弹簧受力分析及参数选择
• 4.3 Z字型牵引装置
• 4.4 抗侧滚梁
• 4.5 横向滑橇
• 4.6 本章小结
• 第五章 磁悬浮列车建模动力学分析
• 5.1 悬浮控制系统建模原理
• 5.2 新型磁悬浮列车机械结构建模
• 5.3 新型磁悬浮列车计算工况
• 5.4 计算结果分析
• 5.4.1 工况一时各参数比较
• 5.4.2 工况二时各参数比较
• 5.5 本章小结
• 结论及展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文及参加的科研项目
• 附表一 悬浮电磁铁参数
• 附表二 HSST磁悬浮列车计算基本参数表
• 附表三 新型磁悬浮列车计算基本参数表