直線電機(jī)地鐵車輛-軌道動態(tài)相互作用研究.pdf

1、直線電機(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)地鐵車輛的驅(qū)動方式，采用直線感應(yīng)電機(jī)牽引。本文基于車輛-軌道耦合動力學(xué)理論，建立了旋轉(zhuǎn)電機(jī)地鐵車輛-軌道三維耦合動力學(xué)模型和直線電機(jī)地鐵車輛-軌道三維耦合動力學(xué)模型。其中車輛系統(tǒng)模型簡化為多剛體集中質(zhì)量系統(tǒng)模型，懸掛系統(tǒng)通過彈簧阻尼單元模擬。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)彈性離散點支承的Timoshenko梁，考慮其垂向、橫向和扭轉(zhuǎn)振動;針對

2、普通扣件和先鋒扣件，分別建立相應(yīng)的扣件系統(tǒng)動力學(xué)模型;軌道板采用三維實體有限元模擬。直線電機(jī)地鐵車輛-軌道耦合動力學(xué)模型中，考慮定子線圈的柔性變形，其垂向和橫向振動采用Euler梁模型求解，縱向運動考慮為剛體運動;感應(yīng)板的垂向、橫向振動同樣采用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線性理論計算，然后采用沈氏理論進(jìn)行非線性修正;采用“跟蹤窗戶

3、”模型模擬車輛-軌道耦合激勵和離散軌下支承對系統(tǒng)動力響應(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)場實測輪軌界面不平順激勵下的動力學(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)和車輛速度對動力學(xué)響應(yīng)的影響，在此基礎(chǔ)上，提出了車輪和鋼軌表面不平順相應(yīng)的鏇修和打磨限值，為直線電機(jī)地鐵車輛和線路鋼軌的養(yǎng)護(hù)維修提供理論參考。
　　

4、(2)對比分析了驅(qū)動工況下兩種地鐵車輛輪軌系統(tǒng)動態(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半徑對兩種地鐵車輛曲線通過時輪軌系統(tǒng)動態(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直線電機(jī)振動以及氣隙動態(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態(tài)相互作用，不平順特征參數(shù)和行車速度對系統(tǒng)動態(tài)響應(yīng)影響顯著。
　　(2)驅(qū)動工況

5、下，傳統(tǒng)旋轉(zhuǎn)電機(jī)地鐵車輛依靠輪軌黏著進(jìn)行驅(qū)動，不同于旋轉(zhuǎn)電機(jī)地鐵車輛，直線電機(jī)地鐵車輛的輪軌縱向蠕滑力遠(yuǎn)小于旋轉(zhuǎn)電機(jī)地鐵車輛，且縱向驅(qū)動不受輪軌黏著的限制。通過曲線時，隨著牽引載荷的增大，傳統(tǒng)旋轉(zhuǎn)電機(jī)地鐵車輛內(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)向輪對導(dǎo)向能力的降低。而直線電機(jī)地鐵車輛的輪軌蠕滑特性及系統(tǒng)動態(tài)響應(yīng)幾乎不受牽引載荷的影響。
　　(3)相比于長波不平順，車輪非圓化、鋼軌波磨以及焊接不平順對氣隙