直線電機地鐵車輛-軌道動態(tài)相互作用研究.pdf

1、直線電機地鐵系統(tǒng)是一種新型的城市軌道交通系統(tǒng)，采用不同于傳統(tǒng)旋轉電機地鐵車輛的驅動方式，采用直線感應電機牽引。本文基于車輛-軌道耦合動力學理論，建立了旋轉電機地鐵車輛-軌道三維耦合動力學模型和直線電機地鐵車輛-軌道三維耦合動力學模型。其中車輛系統(tǒng)模型簡化為多剛體集中質量系統(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、橫向和扭轉振動;針對

2、普通扣件和先鋒扣件，分別建立相應的扣件系統(tǒng)動力學模型;軌道板采用三維實體有限元模擬。直線電機地鐵車輛-軌道耦合動力學模型中，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)動力響應的影響。建立了T型等效電路電磁模型，推導了垂向電磁力與氣隙之間的關系，將垂向電磁力擬合成關于氣隙的函數。具體研究工作如下:
　　(1)調查分析了現場實測輪軌界面不平順激勵下的動力學響應特征，系統(tǒng)調查分析了確定性不平順特征參數和車輛速度對動力學響應的影響，在此基礎上，提出了車輪和鋼軌表面不平順相應的鏇修和打磨限值，為直線電機地鐵車輛和線路鋼軌的養(yǎng)護維修提供理論參考。
　　

4、(2)對比分析了驅動工況下兩種地鐵車輛輪軌系統(tǒng)動態(tài)響應及相互作用特征，系統(tǒng)地調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)響應及相互作用特性的影響。
　　(3)調查分析了輪軌縱向幾何不平順、電機吊桿剛度以及軌道扣件形式對直線電機振動以及氣隙動態(tài)響應的影響。
　　研究結果表明:
　　(1)輪軌幾何不平順引起劇烈的輪軌動態(tài)相互作用，不平順特征參數和行車速度對系統(tǒng)動態(tài)響應影響顯著。
　　(2)驅動工況

5、下，傳統(tǒng)旋轉電機地鐵車輛依靠輪軌黏著進行驅動，不同于旋轉電機地鐵車輛，直線電機地鐵車輛的輪軌縱向蠕滑力遠小于旋轉電機地鐵車輛，且縱向驅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)旋轉電機地鐵車輛內外側輪軌縱向蠕滑力的差值減小，所形成的導向力矩減小，進而使得導向輪對導向能力的降低。而直線電機地鐵車輛的輪軌蠕滑特性及系統(tǒng)動態(tài)響應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