兩種直線電機(jī)吊掛形式對(duì)直線電機(jī)地鐵車(chē)輛動(dòng)力學(xué)性能影響的比較研究.pdf

1、自1985加拿大多倫多市建立了世界上第一條商用直線電機(jī)地鐵線路以來(lái)，目前包括中國(guó)、日本、美國(guó)、馬來(lái)西亞等越來(lái)越多的國(guó)家開(kāi)始采用直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)的地鐵系統(tǒng)。與傳統(tǒng)旋轉(zhuǎn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的地鐵系統(tǒng)相比，直線電機(jī)地鐵系統(tǒng)具有非粘著牽引和制動(dòng)、轉(zhuǎn)彎半徑小、爬坡能力強(qiáng)、隧道土建工程量小和維修簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)。
　　與采用旋轉(zhuǎn)電機(jī)的傳統(tǒng)地鐵車(chē)輛相比較，采用直線電機(jī)的地鐵車(chē)輛最大不同是電機(jī)的懸掛，由此所引起的對(duì)車(chē)輛動(dòng)力學(xué)性能的影響與傳統(tǒng)車(chē)輛存在較大的不同，同時(shí)不同

2、直線電機(jī)懸掛之間對(duì)車(chē)輛動(dòng)力學(xué)性能的影響也有所不同。
　　目前直線電機(jī)地鐵轉(zhuǎn)向架廣泛采用的電機(jī)懸掛方式有三種:構(gòu)架懸掛、車(chē)軸懸掛和副構(gòu)架懸掛。不同直線電機(jī)懸掛形式，所形成的轉(zhuǎn)向架結(jié)構(gòu)之間變化很大，因此它們對(duì)地鐵車(chē)輛動(dòng)力學(xué)性能的影響也不盡相同。加拿大龐巴迪公司早期研制的車(chē)輛均采用車(chē)軸懸掛方式，優(yōu)點(diǎn)是電機(jī)氣隙垂向波動(dòng)較小，一系彈簧剛度適中，乘客舒適度較高。日本商業(yè)運(yùn)營(yíng)直線電機(jī)車(chē)輛全部采用構(gòu)架懸掛，優(yōu)點(diǎn)是簧下質(zhì)量小，故輪軌作用力小，易于徑

3、向通過(guò)曲線。龐巴迪后期生產(chǎn)的直線電機(jī)較多采用副構(gòu)架懸掛形式，對(duì)該種懸掛方式，由于能查找到的相關(guān)資料和參數(shù)有限，本文未作進(jìn)一步研究。
　　與旋轉(zhuǎn)電機(jī)相比，直線電機(jī)存在靜態(tài)和動(dòng)態(tài)四種邊端效應(yīng)，且這四種邊端效應(yīng)對(duì)電機(jī)輸出的力特性存在一定影響。電機(jī)輸出的三向力中，縱向力用于牽引或制動(dòng)、橫向力有利于轉(zhuǎn)向架對(duì)中運(yùn)行，具有一定的導(dǎo)向功能，垂向力則對(duì)輪重產(chǎn)生影響。不管采用哪種直線電機(jī)懸掛方式，其特點(diǎn)是電機(jī)不同方向的懸掛涉及到不同的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)，這與傳

4、統(tǒng)電機(jī)懸掛有本質(zhì)不同，直線電機(jī)三個(gè)方向的作用力，對(duì)轉(zhuǎn)向架不同部件的反作用力又可視為是對(duì)這些部件以及對(duì)自身的外部激勵(lì)。當(dāng)電機(jī)不工作時(shí)，電機(jī)本身的懸掛對(duì)動(dòng)力學(xué)有影響，當(dāng)電機(jī)工作時(shí)還要在此影響的基礎(chǔ)上，再疊加由于三向力激勵(lì)產(chǎn)生的額外影響，因此直線電機(jī)懸掛不僅復(fù)雜，且對(duì)其本身和車(chē)輛的動(dòng)力學(xué)性能又會(huì)產(chǎn)生較大影響。基于一些合理假設(shè)和簡(jiǎn)化的基礎(chǔ)上，本文建立了直線電機(jī)的等效電路模型，并據(jù)此給出了直線電機(jī)三向力的計(jì)算公式。結(jié)合某一地鐵用直線電機(jī)的具體電氣

5、參數(shù)，給出了直線電機(jī)的三向力的輸出特性曲線。
　　在考慮上述直線電機(jī)力動(dòng)態(tài)特性的情況下，全面比較了車(chē)軸懸掛和構(gòu)架懸掛兩種電機(jī)懸掛形式的地鐵車(chē)輛直線和曲線工況下的車(chē)輛穩(wěn)定性、安全性以及直線電機(jī)自身特性等動(dòng)力學(xué)性能。
　　仿真結(jié)果表明:1）對(duì)于電機(jī)而言，軸懸式電機(jī)的振動(dòng)要明顯大于架懸式，但軸懸式電機(jī)的氣隙要小于架懸式，這有利于提高直線電機(jī)地鐵車(chē)輛的牽引效率;2）對(duì)于車(chē)體而言，車(chē)體的橫向性能指標(biāo)基本相同，而垂向性能指標(biāo)如輪重減載率