城市轨道交通新技术、新系统——长沙磁浮机场快线工程

长沙磁浮机场快线2016年5月运营,这是我国中低速磁浮交通新系统的首次正式运营。一、中低速磁浮交通系统的技术特点在传统轮轨铁路技术发展100年后,科技人员研发出了新一代轨道交通——磁浮系统。磁浮交通是在钢轮钢轨基础上优化创新的新型轨道交通方式。该系统对轮轨铁路运行中存在的脱轨、磨损、爬坡能力、噪声等问题提出了革命性的技术解决方案，采用电磁力实现无接触的列车支承、导向、驱动和制动，从而消除运营磨耗，并通过车辆环扣轨道的构造形式避免列车脱轨。

高速磁浮交通技术标准体系研究

高速磁浮交通技术标准体系的研究和编制有利于指导我国高速磁浮交通工程项目建设、生产及运营中涉及的技术标准编制和实施工作,对高速磁浮交通在我国的发展具有重要推动作用。根据标准应用阶段的不同,将该标准体系分为工程建设、运营维护和产品3个分体系;根据使用范围的不同,将各分体系中标准分为基础标准、通用标准和专用标准3个层次。结合高速磁浮交通技术特点及标准体系编制规范,确定了标准体系表和标准编码的格式;建立了各分体系的结构框架,为标准体系表和各项标准的制定提供依据。

从历史维度和磁浮交通技术创新视角思考新型举国体制

党的二十大报告在谈到完善科技创新体系时,明确提出“健全新型举国体制”。本文从历史思维的角度,以磁浮交通系统技术创新研发历程为实例,对新型举国体制进行分析,提出建议。

基于EtherCAT的磁浮交通PMLSM驱动系统架构及控制研究

现有的高速磁浮交通系统采用直线同步电机牵引技术,然而磁浮交通系统中实际使用的直线同步电机体积庞大且造价昂贵,不利于前期开发和研究。对此,开发了一种分段式永磁直线同步电机(Permanent magnet linear synchronous motor,PMLSM)牵引驱动样机,旨在以低成本的方式快速简易地部署和验证磁浮交通直线运动控制算法。针对样机,设计并实现了一种基于ARM-FPGA双核的专用控制器。双核分别承担算法部署和控制实施的功能。此外在控制器中引入了EtherCAT网络技术,以搭建低延迟和高精度的网络化控制架构,仿真和试验证明了其可行性和可用性。未来将利用该驱动系统架构开发、部署和验证更多的磁浮交通直线运动控制算法。

现代轨道交通摩擦集电材料及相关载流摩擦磨损研究进展

简述了现代轨道交通摩擦集电材料的发展历史,介绍了铜基粉末冶金、浸金属碳、碳纤维等几种摩擦集电材料的性能特点和研究现状,肯定了其应用价值和进一步研究的必要性。同时,对与之相关的载流摩擦磨损研究进行了比较全面的综述,提出了载流摩擦磨损研究过程中存在的问题和可能的发展方向。

磁浮轨道钢箱梁日照温度场及变形研究

磁浮轨道梁日照作用下的温度变形是轨道梁设计需考虑的重要因素,文章根据传热学与有限元理论,结合上海夏季气象参数与日照辐射半经验公式,利用ANSYS建立上海磁浮线轨道钢箱梁日照温度场三维瞬态模型,经实测构件验证,计算值与实测值吻合良好。分析磁浮轨道梁的最大竖向与横向温差发生时刻的温度梯度分布,并以指数函数为基础拟合得到对应温度梯度曲线,竖向温差拟合值略低于德国磁浮规范值,横向温差拟合值高于德国磁浮规范值。基于日照温度场分析结果,计算不同支承形式钢轨道梁的温度变形,得到磁浮轨道钢箱梁在双跨连续形式下能够较好抵抗温度变形的结论。提出磁浮轨道钢箱梁外露部分涂料的选取建议,以减小日照辐射吸收能量,从而降低截面温差及温度梯度变形。

中低速磁浮交通系统专题介绍

2005年日本爱知世博会期间开通了世界首条中低速磁浮商业运营线,2016年和2017年又相继开通了韩国仁川机场磁浮线以及我国长沙机场磁浮线、北京中低速磁浮S1线,广东清远磁浮线、湖南凤凰磁浮线正在建设之中。此外,成都市新筑路桥机械股份有限公司还引进德国伯格公司开发的内嵌式中低速磁浮系统,在成都建成3.5 km长的试验线,并进行最高速度约160 km·h^(-1)的车辆调试。作为城市轨道交通和短途城际交通的一种新兴制式,中低速磁浮交通正在逐步进入我国城市交通的不同应用场景。

城市轨道交通信号设备综合寿命评价系统研究

城市轨道交通信号设备是保证列车安全运行的关键设备。对轨道交通信号设备的使用寿命进行综合评估,是实现信号设备维修更新的重要依据。采用信号设备的相对健康水平、相对技术水平和相对经济性3个指标对信号设备的使用寿命进行综合评价,并给出一种信号设备使用寿命评价系统。设备综合使用寿命评价的结果可作为对设备进行维修更新决策的重要依据。

高速磁浮车载运行控制仿真子系统研究

在介绍高速磁浮运行控制系统仿真平台结构的基础上,对车载运行控制仿真子系统进行了研究。介绍了车载运行控制系统仿真软件结构和功能模块,该仿真软件分为接口层、数据管理层和核心功能层,其中核心功能层包括运行模式切换、强制停车管理、速度曲线监控、安全定位和车载设施安全监控。利用面向对象,将功能抽象成类。最后介绍了车载运行控制仿真子系统的工作流程,证明了系统的可用性。

磁浮列车悬浮系统的反步控制方法及实验研究

电磁铁的悬浮控制技术是磁浮列车最关键的核心技术之一。但是悬浮系统受到本质非线性和开环不稳定的影响,其控制器的设计一直存在难点和挑战。针对磁浮列车系统的稳定悬浮控制问题,设计了基于反步(Backstepping)法的非线性控制器。首先建立单点悬浮系统的非线性动力学模型,然后利用反步法将系统分成2个子系统并分别对每个子系统提出Lyapunov候选函数。在第一个子系统中设计虚拟控制量,并代入二级子系统的Lyapunov函数中获取出整个系统的控制器,接着利用Lyapunov理论验证系统的稳定性。同时,通过仿真证明:所提出的控制方法不仅具有更好的动态和稳态表现,而且能很好的抑制干扰对悬浮系统的影响。最后通过实验验证了该方法的有效性和可行性,在磁浮列车的悬浮系统方面具有良好应用前景。

常导高速磁浮轨道结构研发回顾与展望

轨道结构是常导高速磁浮交通系统中最重要的基础设施,也是系统建设成本的主要控制因素。通过分析常导高速磁浮轨道结构的系统特性,结合中国引进技术后的发展历程,将相关研究划分为德国原创试验、上海线建设、面向中长距离线路应用研发、维护与评估技术发展、面向更高速度研发等5个阶段,全面回顾20余年来轨道结构研发成果。在此基础上,系统阐述常导高速磁浮轨道结构的各类解决方案和工程实践经验,并提出下一步研究方向,可为我国发展时速600 km/h常导高速磁浮交通系统提供重要支持。

城市轨道交通车辆系统牵引逆变器专用测试平台研究

根据城市轨道交通车辆系统牵引逆变器的结构组成和技术特点,研究设计了一种方便实用的车辆系统牵引逆变控制器专用测试平台。详细说明了该测试平台的组成,阐述了测试内容及过程。该测试平台通过生成牵引逆变控制器主回路运行所需要的电源输入和功率负载以及相应的控制逻辑,对车辆系统牵引逆变器主回路控制功能进行测试,从而对牵引逆变器主回路运行的控制逻辑和控制效果进行离线测试,以判断其功能是否正常以及相应的故障情况。使用该测试平台可实现牵引逆变控制器的功能快速检测和故障快速识别,满足牵引逆变器功能测试和故障检测等设备大修要求。

申江路高架跨越上海磁浮示范运营线的综合监护技术

上海磁浮示范运营线的安全保护区被定义为线路轨道外边线两侧各30 m范围。在磁浮保护区内进行施工作业时,应当通过涵盖施工对象及磁浮线路自身,贯穿施工前、施工期间和施工后的综合监护技术来控制其对磁浮结构及附属设施的影响。阐述了综合监护技术的主要工作内容,并以上海申江路高架跨越上海磁浮示范运营线为例,介绍了综合监护技术的工程实践过程,分析了几个关键技术及其在施工过程中的作用。研究结论可为类似工程提供参考。

轨道交通车辆防火标准对比研究及对国内标准制定的建议

对欧洲各国轨道交通车辆防火标准及即将出台的欧盟统一标准EN 45545进行了系统的阐述和比较,并介绍了国内防火标准制定的现状。在此基础上,提出了在国内建立统一的轨道交通车辆防火标准及测试机构的设想和建议。

时速600 km高速磁浮列车车辆-轨道耦合振动现场测试与动力特性研究

依托时速600 km高速磁浮列车与高速磁浮试验线开展了实车试验研究,通过时速600 km高速磁浮列车与试验线轨道结构耦合振动测试,对时速600 km高速磁浮列车运行性能、轨道振动特性和悬浮导向控制稳定性开展了试验验证和分析研究,同时采用反馈控制电磁力的车辆-轨道耦合模型对其进行了车辆-轨道耦合振动仿真分析,并与现场试验结果进行了对比。结果表明,车辆运行速度、悬挂系统刚度与阻尼、导轨不平顺等因素对车辆-轨道耦合振动有较为显著的影响,研究成果可为高速磁浮车辆系统的稳定性设计和控制参数优化提供参考。

高速磁浮线路最大纵坡值研究

以上海高速磁浮示范运营线车辆为基础,结合高速磁浮列车技术特点及车辆特性,对列车运行阻力特性和牵引特性进行分析研究。从旅客乘坐舒适性、不显著降低列车运行速度及车站列车悬浮停止安全性角度出发,提出了区间正线及车站正线的最大纵坡建议值。研究结果表明,高速磁浮区间正线最大纵坡能够达到90‰,并且在这样的纵坡上列车仍能保持不低于200 km/h的运行速度;车站正线一般宜设置在平道上,困难情况下可设在不大于4‰的坡道上,以防止列车意外滑动。

高速磁浮平、竖曲线重叠地段线路参数研究

基于行驶动力学理论,建立侧向和法向的平衡方程,分析了线路参数对于舒适性的影响规律及平、竖曲线半径匹配规律,为高速磁浮交通设计标准提供了理论依据。研究结果表明:对于凸竖曲线半径限制地段,可以通过设置一定的圆曲线,以减小凸竖曲线半径。当圆曲线半径较小时,平、竖曲线半径匹配曲线由侧向舒适性条件确定;当圆曲线半径较大时,平、竖曲线半径匹配曲线由法向舒适性条件确定。在同等条件下,相比于凸竖曲线与圆曲线半径重叠,凹竖曲线与圆曲线半径重叠具有更好的匹配灵活性。

中低速磁浮交通线路最大横坡角的合理取值

结合中低速磁浮列车的技术特点,分别从安全性和舒适性两方面来探讨中低速磁浮线路的最大横坡角取值问题。在安全性方面,通过对电磁导向力以及风荷载的计算,分析不同半径和风级下的最大横坡角的取值;在舒适性方面,通过与现有轨道交通系统和与高速磁浮系统的标准对比,给出舒适条件下最大横坡角的合理取值。分析结果表明,中低速磁浮交通线路的最大横坡角由舒适性条件确定,建议中低速磁浮交通线路的最大横坡角一般条件下不超过8°,困难条件下不超过10°。

基于UM仿真软件的高速磁浮列车轨道不平顺的动力学响应研究

考虑轨道不平顺因素,提出了一种基于UM仿真软件的高速磁浮列车轨道不平顺动力学研究策略。首先,实况下测量当磁浮列车的运行速度为300 km/h和430 km/h时,左右测点的不平顺变化幅值范围及其增加量值。然后,通过将轨道不平顺谱导入UM软件,并基于所搭建的高速磁浮列车模型,验证基于UM仿真模拟高速磁浮列车在此条线路运行的可行性。最后,将不平顺条件放宽至现有不平顺标准最大幅值(-4.3 mm,+3.8 mm)。通过仿真分析可知,当运行速度为430 km/h和500 km/h时,高速磁浮列车仍可安全运行。当运行速度为600 km/h,不平顺幅值增大为1.1倍和1.2倍时,高速磁浮列车仍可安全运行。但当不平顺幅值增大至1.3倍时,悬浮间隙最大值将超出下限值18 mm,导致高速磁浮列车不能安全运行。

计及悬浮系统影响的高速磁浮直线同步电机建模方法

为提高高速磁浮直线同步电机模型精度,基于电磁铁模块磁共能重构,提出一种计及悬浮系统影响的分布参数建模方法.首先,建立高速磁浮列车电磁铁模块的有限元模型,利用有限元数值分析获取电磁铁模块在不同工况下的磁共能数据,通过对磁共能进行傅里叶级数展开及多项式拟合构建磁共能的解析模型;其次,根据磁共能解析模型推导电磁铁模块的磁链、电压和推力方程;然后,根据列车编组数量和电磁铁模块数量分别建立左右两侧直线同步电机的数学模型,并通过运动学方程计算高速磁浮列车位置和速度;最后,通过硬件在环仿真系统进行实验验证.试验结果表明:本文所提建模方法与传统建模方法相比,推力波动幅值增加超过6.8%;并且所提方法可以准确表征悬浮系统对牵引控制的影响,当励磁电流谐波幅值增加0.5、1.0、2.0 A时,推力波动幅值分别最大增加54.3%、26.2%、83.7%;当励磁电流谐波频率为5、10、20 Hz时,推力的谐波频率最大达到5.14%,21.75%和14.17%.