直線電機輪軌交通系統(tǒng)車輛-道岔空間耦合動力學特性的研究.pdf

1、直線電機輪軌交通系統(tǒng)是一種新型的軌道交通模式，代表了軌道交通一個重要的發(fā)展方向，具有廣泛的應用前景。由于具有良好的爬坡能力、適應小半徑曲線通過的能力，在日本、加拿大、美國、馬來西亞、中國等國得到了較好的應用。盡管各國在直線電機選型、車輛-軌道空間耦合動力學等方面做了大量的工作，但在直線電機輪軌交通系統(tǒng)車輛-道岔空間耦合動力學方面尚未進行系統(tǒng)的研究。 直線電機輪軌交通系統(tǒng)道岔與傳統(tǒng)輪軌系統(tǒng)道俞在受力特性上存在較大的差異，因此研究道

2、岔與直線電機系統(tǒng)的相互適應性具有重要的意義。本文以城市軌道交通常用的9號可動心軌道岔為例，基于直線電機輪軌交通系統(tǒng)的特點，建立了直線電機車輛-道岔空間耦合動力學分析模型。該模型包括直線電機車輛動力學模型、道岔系統(tǒng)空間動力學模型、道岔區(qū)動態(tài)輪軌接觸關系模型、道岔區(qū)直線電機與感應板電磁作用模型等。在該系統(tǒng)模型中，綜合考慮了車體、轉向架、輪對、直線電機、鋼軌以及感應板等結構的參振，其中道岔模型中考慮了轉轍器、連接部分、轍叉等道岔結構的振動，尖

3、軌和可動心軌的截面變化，間隔鐵與頂鐵處力的傳遞等；其中道岔區(qū)直線電機與感應板電磁作用模型中考慮了道岔區(qū)感應板結構不連續(xù)的影響。在采用廣義能量變分原理和有限元理論的基礎上，建立了直線電機輪軌交通系統(tǒng)車輛-道岔空間耦合動力學振動微分方程組。 本文采用Newmark方法，采用Fortran語言自主開發(fā)了仿真計算程序LVTSDSS并對耦合系統(tǒng)的振動特性進行了研究。 為了保證仿真計算的精度和穩(wěn)定性，本文對積分步長等參數(shù)進行了數(shù)值試

4、驗，得到了合理的取值范圍。通過與既有分析模型的對比，驗證了本文所建立的直線電機車輛-道岔動力學模型的可行性，驗證了參數(shù)的可靠性、程序的合理性。并且就直線電機輪軌交通系統(tǒng)相對于傳統(tǒng)輪軌系統(tǒng)的動力學性能的特殊性、研究的必要性進行了分析。 在此基礎上，本文針對直線電機輪軌交通系統(tǒng)車輛-道岔空間耦合動力學模型，研究了直線電機車輛側向、直向通過道岔系統(tǒng)時，車輛和道岔系統(tǒng)的振動特性；研究了直線電機輪軌交通系統(tǒng)主要車輛設計參數(shù)（如速度、軸重以

5、及直線電機懸掛方式等）及主要的軌道設計參數(shù)（如軌下剛度的影響、道岔區(qū)感應板的布置等）的動力影響規(guī)律。 利用該模型，針對車輛運行的平穩(wěn)性、舒適性、安全性的要求，對直線電機與道岔系統(tǒng)的相互適應性，直線電機輪軌交通系統(tǒng)的合理、有效控制振動的措施進行深入研究，在此基礎上，就直線電機輪軌交通系統(tǒng)道岔的設計、施工及養(yǎng)護維修提出合理的建議。本文的研究將為直線電機輪軌交通系統(tǒng)在中國的發(fā)展、直線電機輪軌交通系統(tǒng)道岔的設計以及氣隙控制技術、振動控制