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中低速磁浮车辆系统动力学性能研究

作　者: 邓小星
导　师: 傅茂海
学　校: 西南交通大学
专　业: 车辆工程
关键词: 中低速磁悬浮动力学建模参数优化仿真分析
分类号: U266.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

随着社会的发展和城市化的加快,城市人口大量增加,城市交通拥挤、汽车尾气排放增加等恶化城市生活环境的现象日益严重,已成为阻碍社会发展的主要因素之一。实践证明,解决这一问题的最有效途径就是发展城市轨道交通系统。作为高速、舒适、安全、节能、环保的磁悬浮列车,已经成为21世纪人们理想的交通工具,而中低速磁浮车更以其噪声低、线路适应性强、牵引及制动性能好、线路成本低等独特优势在城市轨道交通领域占有重要的一席之地。日本的中低速磁浮车技术已经成熟,可投入商业运营,近几年我国也加快了针对中低速磁悬浮技术引进、吸收和研究。本文正是基于国情和这种背景,积极展开针对中低速磁悬浮车辆的系统动力学性能研究,有着非常重要的社会意义和实用价值。悬浮架对磁浮车辆的动力学性能有着关键性的影响,本文在详尽分析悬浮架结构和电磁悬浮特性的基础上,利用MATLAB和多体动力学仿真软件SIMPACK,采用参数化和子结构技术建立了五模块中低速磁浮车辆动力学性能分析模型。从而对悬浮架的主要悬挂参数进行了优化,得出了运行平稳性和曲线通过综合性能较好的参数组合,并以优化的参数对磁浮车辆的动力学性能进行分析。论文研究得出,五模块中低速磁浮车具有较好的运行平稳性,并且悬浮模块与轨道之间的磁轨作用频率较低,满足UTACV走行品质规范。通过R100m和R300m曲线及R70m渡线仿真表明,磁浮车辆在大半径曲线上悬浮架的受力状况很好,在300m半径曲线上运行速度不宜超过60km／h,无缓和曲线时将对车辆产生较大横向冲击,因此只能以较低速度通过小半径曲线。平行四边形迫导向机构对车辆曲线通过起着重要的引导作用,并且能明显改善各二系悬挂单元的横向受力状况。在我国城轨交通系统大量建设的初期,充分利用国外的成功经验,结合我国中低速磁悬浮发展的实际情况,研制具有自主知识产权的磁浮车辆,这对于推动城市交通运输装备发展、改善城市交通状况、保护环境具有重要的意义。论文的研究结果为我国中低速磁悬浮车辆的发展提供了一定的理论基础。

全文目录

摘要  6-7
Abstract  7-12
第1章绪论  12-23
  1.1 论文选题背景  12-14
    1.1.1 磁悬浮交通模式、原理及特点  12-14
  1.2 磁浮列车技术发展概况  14-15
  1.3 HSST系统特点及其研究现状  15-17
  1.4 国内磁悬浮研究现状  17-19
    1.4.1 常导电磁悬浮系统  17-19
    1.4.2 高温超导磁悬浮系统  19
  1.5 磁浮车辆系统动力学研究概况  19-21
  1.6 本论文的主要工作  21-23
    1.6.1 研究意义与目的  21-22
    1.6.2 主要研究内容与方法  22-23
第2章中低速磁悬浮车辆悬浮架结构分析  23-30
  2.1 悬浮架的主要结构  24-29
    2.1.1 悬浮电磁铁  25
    2.1.2 悬浮侧架  25-26
    2.1.3 抗侧滚梁  26-27
    2.1.4 二系悬挂装置  27-28
    2.1.5 驱动装置  28-29
    2.1.6 制动装置  29
  2.2 本章小结  29-30
第3章电磁悬浮控制原理  30-42
  3.1 控制器设计目标  31
  3.2 单电磁铁悬浮控制方案设计研究  31-35
  3.3 状态反馈控制  35-37
    3.3.1 位置/速度/加速度反馈原理  35-36
    3.3.2 状态观测器  36-37
  3.4 悬浮控制参数选取及其对悬浮性能的影响  37-39
  3.5 电磁悬浮动态特性  39-41
  3.6 本章小结  41-42
第4章导向控制原理  42-48
  4.1 电磁铁的横向错位布置及其横向力  42-45
  4.2 迫导向机构原理  45-47
  4.3 本章小结  47-48
第5章五模块中低速磁浮车辆动力学模型  48-55
  5.1 五模块中低速磁浮车辆动力学模型  48-49
  5.2 悬浮架与车体受力分析及动力学方程  49-54
    5.2.1 悬浮侧架动力学运动微分方程  50-52
    5.2.2 车体动力学运动微分方程  52-54
  5.3 本章小结  54-55
第6章中低速磁悬浮车辆悬挂参数优化  55-71
  6.1 动力学性能评定指标  55-57
    6.1.1 垂向及横向平稳性指标  55-56
    6.1.2 电磁铁横向位移  56-57
    6.1.3 电磁铁横向力  57
  6.2 磁浮线路模型  57-61
    6.2.1 磁浮线路的结构特点  57-58
    6.2.2 磁浮线路不平顺功率谱  58-59
    6.2.3 曲线线路的特点  59
    6.2.4 曲线线路建模  59-61
  6.3 中低速磁浮车悬浮架参数优化  61-70
    6.3.1 抗侧滚梁端部吊耳垂向刚度K_α对车辆动力学性能的影响  62-63
    6.3.2 二系垂向阻尼系数C_(sz)对车辆动力学性能的影响  63-64
    6.3.3 二系横向刚度K_(sy)对车辆动力学性能的影响  64-66
    6.3.4 二系横向滑块滑台摩擦系数f_s对车辆动力学性能的影响  66-67
    6.3.5 二系纵向拉杆刚度K_t对车辆动力学性能的影响  67-68
    6.3.6 四边形导向机构转向推杆刚度K_b对车辆动力学性能的影响  68-70
  6.4 本章小结  70-71
第7章中低速磁悬浮车辆动力学性能分析  71-88
  7.1 中低速磁悬浮车辆直线运行平稳性分析  71-72
  7.2 中低速磁悬浮车辆随机振动响应分析  72-75
    7.2.1 先进地面车辆UTACV走行品质规范  72-73
    7.2.2 中低速磁悬浮车辆随机振动响应及其分析  73-75
  7.3 中低速磁悬浮车辆曲线通过性能分析  75-87
    7.3.1 中低速磁悬浮车辆通过R300m曲线时的动态响应  75-83
    7.3.2 中低速磁悬浮车辆通过R1100m曲线时的动态响应  83-85
    7.3.3 中低速磁悬浮车辆通过R70m渡线时的动态响应  85-87
  7.4 本章小结  87-88
结论  88-90
致谢  90-91
参考文献  91-96
附录:五模块中低速磁悬浮车辆动力学模型参数表  96-97
攻读硕士学位期间发表的学术论文  97-98

中低速磁浮车辆系统动力学性能研究

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