直線(xiàn)電機(jī)地鐵車(chē)輛-軌道動(dòng)態(tài)相互作用研究.pdf

1、直線(xiàn)電機(jī)地鐵系統(tǒng)是一種新型的城市軌道交通系統(tǒng)，采用不同于傳統(tǒng)旋轉(zhuǎn)電機(jī)地鐵車(chē)輛的驅(qū)動(dòng)方式，采用直線(xiàn)感應(yīng)電機(jī)牽引。本文基于車(chē)輛-軌道耦合動(dòng)力學(xué)理論，建立了旋轉(zhuǎn)電機(jī)地鐵車(chē)輛-軌道三維耦合動(dòng)力學(xué)模型和直線(xiàn)電機(jī)地鐵車(chē)輛-軌道三維耦合動(dòng)力學(xué)模型。其中車(chē)輛系統(tǒng)模型簡(jiǎn)化為多剛體集中質(zhì)量系統(tǒng)模型，懸掛系統(tǒng)通過(guò)彈簧阻尼單元模擬。軌道模型由鋼軌、扣件、軌道板和路基組成，其中鋼軌模擬成連續(xù)彈性離散點(diǎn)支承的Timoshenko梁，考慮其垂向、橫向和扭轉(zhuǎn)振動(dòng);針對(duì)

2、普通扣件和先鋒扣件，分別建立相應(yīng)的扣件系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型;軌道板采用三維實(shí)體有限元模擬。直線(xiàn)電機(jī)地鐵車(chē)輛-軌道耦合動(dòng)力學(xué)模型中，考慮定子線(xiàn)圈的柔性變形，其垂向和橫向振動(dòng)采用Euler梁模型求解，縱向運(yùn)動(dòng)考慮為剛體運(yùn)動(dòng);感應(yīng)板的垂向、橫向振動(dòng)同樣采用Euler梁模型求解。輪軌空間相互作用模型中，利用Hertz非線(xiàn)性彈性接觸模型求解輪軌法向力，輪軌蠕滑力（矩）的求解首先采用Kalker線(xiàn)性理論計(jì)算，然后采用沈氏理論進(jìn)行非線(xiàn)性修正;采用“跟蹤窗戶(hù)

3、”模型模擬車(chē)輛-軌道耦合激勵(lì)和離散軌下支承對(duì)系統(tǒng)動(dòng)力響應(yīng)的影響。建立了T型等效電路電磁模型，推導(dǎo)了垂向電磁力與氣隙之間的關(guān)系，將垂向電磁力擬合成關(guān)于氣隙的函數(shù)。具體研究工作如下:
　　(1)調(diào)查分析了現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)輪軌界面不平順激勵(lì)下的動(dòng)力學(xué)響應(yīng)特征，系統(tǒng)調(diào)查分析了確定性不平順特征參數(shù)和車(chē)輛速度對(duì)動(dòng)力學(xué)響應(yīng)的影響，在此基礎(chǔ)上，提出了車(chē)輪和鋼軌表面不平順相應(yīng)的鏇修和打磨限值，為直線(xiàn)電機(jī)地鐵車(chē)輛和線(xiàn)路鋼軌的養(yǎng)護(hù)維修提供理論參考。
　　

4、(2)對(duì)比分析了驅(qū)動(dòng)工況下兩種地鐵車(chē)輛輪軌系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)及相互作用特征，系統(tǒng)地調(diào)查分析了牽引載荷和曲線(xiàn)半徑對(duì)兩種地鐵車(chē)輛曲線(xiàn)通過(guò)時(shí)輪軌系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)及相互作用特性的影響。
　　(3)調(diào)查分析了輪軌縱向幾何不平順、電機(jī)吊桿剛度以及軌道扣件形式對(duì)直線(xiàn)電機(jī)振動(dòng)以及氣隙動(dòng)態(tài)響應(yīng)的影響。
　　研究結(jié)果表明:
　　(1)輪軌幾何不平順引起劇烈的輪軌動(dòng)態(tài)相互作用，不平順特征參數(shù)和行車(chē)速度對(duì)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)影響顯著。
　　(2)驅(qū)動(dòng)工況

5、下，傳統(tǒng)旋轉(zhuǎn)電機(jī)地鐵車(chē)輛依靠輪軌黏著進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，不同于旋轉(zhuǎn)電機(jī)地鐵車(chē)輛，直線(xiàn)電機(jī)地鐵車(chē)輛的輪軌縱向蠕滑力遠(yuǎn)小于旋轉(zhuǎn)電機(jī)地鐵車(chē)輛，且縱向驅(qū)動(dòng)不受輪軌黏著的限制。通過(guò)曲線(xiàn)時(shí)，隨著牽引載荷的增大，傳統(tǒng)旋轉(zhuǎn)電機(jī)地鐵車(chē)輛內(nèi)外側(cè)輪軌縱向蠕滑力的差值減小，所形成的導(dǎo)向力矩減小，進(jìn)而使得導(dǎo)向輪對(duì)導(dǎo)向能力的降低。而直線(xiàn)電機(jī)地鐵車(chē)輛的輪軌蠕滑特性及系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)幾乎不受牽引載荷的影響。
　　(3)相比于長(zhǎng)波不平順，車(chē)輪非圓化、鋼軌波磨以及焊接不平順對(duì)氣隙