【摘 要】
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中低速磁浮交通具有曲线通过能力强、乘坐舒适等优点,近年来在日本、韩国和中国得到发展和应用,工程应用中也暴露出了在某些条件下磁浮车轨耦合振动过大的问题。为降低磁浮车辆与轨道梁的动力作用水平,我国研发了一种应用于中低速磁浮车辆的空簧中置式悬浮架,这种新型悬浮架具有更好的机械解耦性能,但目前还未对新型悬浮架的动力学性能进行较全面的评估,尚不清楚新型磁浮车辆和传统HSST型磁浮车辆的动力学性能差异。因此,
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中低速磁浮交通具有曲线通过能力强、乘坐舒适等优点,近年来在日本、韩国和中国得到发展和应用,工程应用中也暴露出了在某些条件下磁浮车轨耦合振动过大的问题。为降低磁浮车辆与轨道梁的动力作用水平,我国研发了一种应用于中低速磁浮车辆的空簧中置式悬浮架,这种新型悬浮架具有更好的机械解耦性能,但目前还未对新型悬浮架的动力学性能进行较全面的评估,尚不清楚新型磁浮车辆和传统HSST型磁浮车辆的动力学性能差异。因此,本文针对采用空簧中置式、空簧端置式的两种中低速磁浮车辆,对比分析了两种磁浮车辆在混凝土梁上和曲线线路上的动力学响应,同时还仿真分析了新型磁浮车辆与钢箱梁的耦合动力学响应,研究结果为采用空簧中置式悬浮架的新型中低速磁浮车辆技术研发和推广应用提供了理论依据与应用参考。首先,介绍了空簧中置式和空簧端置式悬浮架的结构形式与技术特点,采用SIMPACK软件建立了考虑PID主动悬浮控制和电磁铁止挡的磁浮车辆动力学模型。进一步分析了中低速磁浮交通U型混凝土梁和钢结构梁的结构形式和技术特点,采用ANSYS软件建立了考虑轨排结构的混凝土梁和钢箱梁有限元模型,研究了两种磁浮轨道梁的振动模态和固有频率,为后文的仿真分析提供基础。其次,利用课题组自主开发的磁浮交通系统分布式协同仿真平台,仿真计算了两种磁浮车辆以不同速度直向通过混凝土梁时的动力学响应,结果表明:传统磁浮列车荷载作用下的U梁及F轨的竖向加速度均较大,传统磁浮列车的运行平稳性较新型磁浮列车更差;速度为20 km/h时两种磁浮车辆均与轨排发生轻微的共振,但传统磁浮列车的共振较为剧烈;空簧中置式悬浮架结构有利于减弱车轨耦合共振。进一步对比分析了两种磁浮车辆通过平面曲线时的动力学响应,研究表明:传统磁浮车辆在半径50 m曲线上发生磁轨横向机械接触,而新型磁浮车辆能够安全通过,且新型磁浮车辆的车体横移量及滑台横移量均小于传统磁浮车辆;通过100 m和300 m半径平面曲线时,新型磁浮车辆在缓和曲线段的悬浮控制系统响应大于传统磁浮车辆,但在安全范围内。最后,仿真计算了新型磁浮车辆与钢箱梁的耦合振动响应,结果表明:新型磁浮列车载荷作用下的钢梁跨中动挠跨比接近1/3800,行车速度对车轨桥系统耦合振动的影响较大;速度为40 km/h时,跨中处钢梁顶板加速度达到0.54 g,稍大于我国高速铁路桥面板竖向加速度限值0.5 g;新型磁浮车辆的垂向运行平稳性指标值基本上随行车速度的增加而增大,速度为160 km/h时,中间车辆的垂向平稳性指标值超过2.5,平稳性等级为良好;速度为20 km/h时新型磁浮列车与钢箱梁之间发生了轻微的共振。
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