中低速磁浮梁轨一体轨道梁钢混接头试验研究

针对中低速磁浮分离式轨道梁建筑高度较大、无法考虑F轨刚度贡献等问题,提出了一种开孔钢板式梁轨一体轨道梁结构,并针对其钢-混结合部的静力性能开展足尺模型试验和有限元仿真计算分析.首先,介绍了梁轨一体轨道梁工程背景以及钢-混结合部的结构特征;其次,设计了钢-混结合部静载模型试验,测试F轨、钢连接件和混凝土等构件在各级荷载下的应力和位移;最后,建立了钢-混结合部实体有限元模型,并结合试验数据分析了钢-混结合部的受力性能、传力机理以及设计参数影响.研究结果表明:1)在1.50倍设计荷载内,钢-混结合部基本处于弹性状态,连接件承载力满足设计要求;荷载继续增大时,F轨的荷载-应力曲线表现出一定的非线性;5.47倍设计荷载下,混凝土梁体发生开裂破坏.2)F轨内外磁极位移均较小,钢-混结合部刚度较大;F轨内外磁极位移差在设计荷载下满足设计限值;1.58倍设计荷载下内外磁极位移差达到0.54 mm,开始超过位移差限值;表明钢混结合部刚度的富裕量小于强度,钢连接件应以刚度控制设计.3)在正常运营状态,磁浮列车荷载主要由钢连件的钢板承压传递,焊钉与开孔钢板传力比例较小;钢连接件中开孔直径、贯穿钢筋直径对传力影响较小,钢连接件腹板厚度增加使得钢混结合部处传力更加平顺.

横向贯通式中低速磁浮一体轨道梁钢-混结合部试验研究

为解决中低速磁浮分离式轨道梁存在的养护难、构件多,以及无法考虑F轨刚度贡献等问题,提出一种横向贯通式梁轨一体轨道梁结构,针对其钢-混结合部的静力性能开展有限元分析和足尺模型试验研究,并对关键设计参数进行参数分析。结果表明,在5倍设计荷载内,钢-混结合部基本处于弹性状态,承载力满足设计要求,且具备较高富裕量;竖向荷载主要通过钢板承压作用传递至混凝土梁体,焊钉对竖向荷载的传递作用较小;设计参数分析表明,适量提高钢连接件钢板厚度有利于竖向荷载的平顺传递。研究结果可以为梁轨一体轨道梁设计提供参考。

内嵌式中低速磁浮线路平面最小曲线半径

[目的]内嵌式中低速磁浮系统作为一种新型的轨道交通制式,其车辆及轨道系统依靠非接触式支撑运行,且车辆走行机构内嵌于轨道梁内,因此需针对其车线匹配原理、车辆和轨道梁结构特点,研究线路平面最小曲线半径取值,以支撑工程设计。[方法]介绍了内嵌式中低速磁浮系统的特点;介绍了平面最小曲线半径取值的基本原理;基于车辆行驶动力学理论,分析了内嵌式中低速磁浮线路的旅客舒适度标准及平面最小曲线半径取值。[结果及结论]在列车运行速度一定的情况下,平面最小曲线半径主要取决于横坡角允许值和未被平衡离心加速度允许值。在参考国内外其他轨道交通制式的试验结果、相关标准规定、传统中低速磁浮系统实际建设运营情况的基础上,建议最大横坡角不大于8°,最大未被平衡离心加速度在一般和困难情况下分别不大于0.4 m/s^(2)和0.6 m/s^(2)。当内嵌式中低速磁浮系统设计速度为200 km/h时,线路平面最小曲线半径一般和困难情况下分别可取为1800 m和1600 m。

基于双端行波频率变化特性的中低速磁浮交通供电轨故障定位方法

中低速磁浮供电轨供电过程中容易发生直流接地故障,由于其供电距离较短、接地网结构复杂,发生直流接地故障后不易准确定位故障点。为此针对以上问题,根据列车运行过程中车体与轨道无接触的特点,建立中低速磁浮牵引供电系统,分析双端故障测距与单端故障测距的优缺点,研究供电轨发生接地故障后故障行波时域分布与频域分布的关系;并通过计算式计算分析行波频谱的产生机理,得出故障行波的频率分布不受车站内阻抗、过渡电阻的影响,只与故障点位置和故障行波到达线路两端的时间相关;基于此,提出基于双端频率变化特性的中低速磁浮交通供电轨故障定位方法,根据故障行波频率特性与行波速度计算故障点位置。并且通过仿真验证,该方法不受故障点位置、过渡电阻大小影响,且适用于单处接地故障、多处接地故障类型,故障误差始终保持在1%以内,相比传统的直流牵引供电系统故障定位方法,测量精度更高,适用于中低速磁浮交通供电轨接地故障。

中低速磁浮最小曲线半径及缓和曲线长度研究

为研究中低速磁浮最小曲线半径及缓和曲线长度,该文基于磁浮交通线路参数的计算方法、相关要素,以及线路自身的特点,推导出适用于中低速磁浮的曲线半径、缓和曲线长度计算公式,在参考相关标准的基础上,对中低速磁浮列车以20~160 km/h速度运行时的最小平、竖曲线半径及缓和曲线长度进行了理论分析,进一步给出其建议值,并建立了考虑主动反馈控制特性的车辆模型,通过动力学仿真对取值的可靠性进行了验证。研究结果表明:最小平曲线半径取值受指向外侧的最大侧向加速度控制,最小竖曲线半径取值受凹曲线上最大法向加速度控制,当列车运行速度一定时,横坡角越大,最小平曲线半径取值越小,而纵坡对最小竖曲线半径取值几乎无影响;当横坡角为2°,列车在正常条件下运行时,最小缓和曲线长度主要受最大侧向冲击控制,在困难条件下运行时,最小缓和曲线长度主要受最大法向冲击控制,当横坡角为4°、6°,列车在正常/困难条件下运行时,最小缓和曲线长度主要受最大法向冲击控制;按横坡角最大值6°考虑,列车以160 km/h在正常条件下运行时,建议最小平曲线半径及缓和曲线长度分别取970 m、120 m。该文研究成果可为中低速磁浮交通的选线设计提供理论依据和数据参考。

中低速磁浮圆曲线钢箱梁桥车致振动响应研究

随着圆曲线钢箱梁桥在城市交通中的应用愈发广泛,为探究其在中低速磁浮车辆运行作用下的振动响应特性,基于多体动力学和有限元方法建立车辆-轨道-钢箱梁刚柔耦合动力学模型,采用动态电磁阻尼力影响的二维磁轨关系,并考虑轨道关键部件的参振作用,分析圆曲线段钢箱梁的振动特性,探讨钢箱梁板厚、车辆速度及车体质量对钢箱梁振动响应的影响。结果表明:受曲率影响,钢箱梁在发生弯曲的同时亦会伴生扭转,产生弯扭耦合振动;钢箱梁的振动主要由10~20 Hz的钢箱梁整体弯曲振动、30~40 Hz的钢箱梁扭转振动以及50~70 Hz的轨道局部振动引起;计算得到的钢箱梁跨中横向及垂向最大挠度分别为1.26 mm、3.88 mm,均满足相关标准要求,钢箱梁具有足够的支撑刚度;各工况下的垂向加速度均未超过5.0 m/s^(2)的限值,且最高达到2.2 m/s^(2);在板厚10 mm以及超员载荷工况下,横向加速度大多超过1.4 m/s^(2)的限值,且最高达到4.0 m/s^(2);车辆速度的减小和车体质量的增加均会放大弯扭耦合作用影响,而板厚的增加则能够有效降低弯扭耦合作用影响,当板厚由10 mm增至40 mm时,一阶横弯及扭转频率对应振幅分别减小94.3%、98.7%。

中低速磁浮列车悬浮控制系统冗余设计方案探讨

悬浮控制系统作为中低速磁浮列车的核心子系统,其可靠性和容错能力对于列车正常运行至关重要。为提高悬浮控制系统容错能力,通过分析工程应用中的悬浮控制系统故障数据设计了一种处理器模块冗余、电源冗余以及悬浮传感器冗余相结合的悬浮控制系统方案,通过软、硬件设计搭建了新方案的样机实物并进行了初步测试。处理器模块采用双机热备冗余,电源采用双路DC24V冗余,悬浮传感器采用二乘二取二冗余。其次运用马尔可夫理论建立了悬浮冗余控制系统的可靠性模型,对系统进行可靠性分析,研究故障率、故障检测率对悬浮冗余控制系统可靠性的影响,将悬浮冗余控制系统与常规悬浮控制系统的可靠性进行对比分析。并通过Simulink和Stateflow建立主从切换状态机模型和主从切换控制系统模型,实现了逻辑仿真。研究结果表明,在悬浮控制系统生命周期内,本文提出的悬浮冗余控制系统方案相比于常规悬浮控制系统的可靠性提高了50%,提升主模块的故障检测率和降低各单元的故障率均能有效提升悬浮控制系统可靠性。在制定合适的故障检测和切换控制策略前提下,双机热备冗余设计的悬浮控制系统相比于常规悬浮控制系统更具可靠性,是提升悬浮控制系统可靠性和容错能力的有效措施,适合在中低速磁浮列车上推广应用。

中低速磁浮轨道不平顺功率谱研究

轨道不平顺作为中低速磁浮列车主要的外部激励源,是造成磁浮列车-轨道耦合振动的重要原因。由于弦测值幅频特性存在畸变,通常不能作为实际轨道不平顺应用于工程实践中。基于实测长达4 km的长沙磁浮快线F轨高低和轨向10 m弦测数据,分析实测数据的传递特性,利用“以小推大”逆推算法扩大轨道不平顺波长的有效检测范围,并采用“逆滤波”算法对轨道不平顺进行复原,得到0.5~100 m波长的轨道不平顺。结果表明:实测F轨10 m弦测数据存在畸变,总体趋势与传递函数相符,不能对实际轨道几何状态正确表达;修正后的轨道不平顺功率谱具有很好的平顺性,无明显周期性成分;对轨道不平顺功率谱进行分段拟合,确定中低速磁浮轨道不平顺表达式的各项参数;将拟合的中低速磁浮轨道谱与国内外成熟铁路轨道谱进行对比,高低轨道不平顺与德国高干扰谱较为接近,在1.5~100 m波长范围内,处于德国高干扰谱与德国低干扰谱之间,在0.5~1 m波长范围内,处于美国五级谱与美国六级谱之间;轨向不平顺与高速铁路标准谱较为接近,在波长7~100 m波长范围内,高于高速铁路标准谱,在波长0.5~7 m波长范围内,低于高速铁路标准谱。

基于中低速磁浮轨排特征的线型校正方法研究

研究目的:中低速磁浮一般按双线设计,线路线型由曲线、缓和曲线及直线构成。中低速磁浮特殊的轨排特征,对线路线型精度要求较高,其轨道几何状态直接关系磁浮列车的安全和运行的稳定性。为满足轨排安装的静态平顺度要求,轨排在铺设前已经加工完毕并与线路资料对号入座,且一一对应。当线下工程施工误差导致线路线型与设计不匹配时,就不能采用与轮轨铁路一样的校正方法,需要研究适用于中低速磁浮的校正方法对线路线型进行校正。研究结论:(1)为满足轨排安装的静态平顺度要求,解决由于线下工程施工误差导致线路线型与设计不匹配的问题,研究了一种适合于中低速磁浮的线路线型校正方法,区别于轮轨铁路线路线型校正方法,其主要步骤为:轨排预铺设→线路线型拟合→轨排重排→线路线型匹配性分析→轨排铺设;(2)通过实际案例分析,在施工精度可控的条件下,该校正方法可以解决线下工程施工偏差带来的铺轨问题,避免了线下基础重新施工、轨排重新生产等导致产生废弃工程的情况;(3)本研究结论可为中低速磁浮线路线型校正提供参考。

中低速磁浮车辆悬浮故障工况动力学分析

为研究中低速磁浮车辆电磁铁失效失去悬浮力时的故障工况对磁浮车辆动力学性能的影响,建立三悬浮架中低速磁浮车辆动力学模型,对直线运行和曲线通过性能的各项动态指标进行仿真分析。结果表明:电磁铁失效故障对平稳性指标和导向间隙影响较小,对悬浮间隙、悬浮模块点头角和通过速度影响较大;发生电磁铁失效故障时,直线路段需要限速60 km/h运行,R100曲线路段需要限速38 km/h运行。

新型中低速磁浮车辆动力学特性分析

针对一种速度160 km/h新型中低速磁浮悬浮架,文章运用SIMPACK多体动力学软件建立了车辆的动力学模型,分析了该悬浮架在直线以及曲线工况下的动力学特性。结果表明,直线运行工况下车辆速度可以达到160 km/h,悬浮间隙、车体振动加速度等指标均符合要求,但在120 km/h时车辆各项指标有所恶化,为减小车体共振影响,对车体振动加速度进行了频率分析并给出优化建议。在曲线工况下,车辆的导向力、空簧横向位移及滑台位移等指标均在正常范围。研究结果证明新型中低速磁浮车辆的动力学性能符合要求,相关动力学结果可为新型悬浮架后续研究及工程化提供数据支持。

中低速磁浮列车噪声研究与分析

[目的]在实际运行过程中,中低速磁浮列车产生的噪声是影响其列车服务质量的关键,因此有必要对中低速磁浮列车进行噪声分析。[方法]介绍了中低速磁浮列车噪声试验方案;以某中低速磁浮车辆为例,对列车典型运行工况下的列车磁浮噪声、悬浮架振动和直线电机电流进行分析,并提出相应的降噪措施。[结果及结论]9#电机测点处声压的噪声频率主要集中在低频段50 Hz以下,1000 Hz及其倍频处的噪声尤为明显。悬浮架垂向振动加速度主要集中于0~1.5 g(g为重力加速度),制动段垂向加速度明显高于加速段垂向加速度。悬浮架的垂向振动加速度高频振动成分主要集中在1000 Hz及其倍频处。1000 Hz的谐波电流会引起谐波电磁激振力,使车底机械结构发生电磁激振,进而引起磁浮列车车底的高频噪声。调整开关频率和加装滤波器等降噪措施能有效降低中低速磁浮列车的运行噪声。

基于云平台的中低速磁浮票务系统

票务系统是保证中低速磁浮线路正常运营的关键。传统城市轨道交通的票务系统通常采用五层结构,具有结构复杂,建设成本高等特点。针对中低速磁浮线网规模小的特点,提出一种基于云平台的中低速磁浮票务系统架构,将票务系统架构精简为3层结构。然后,基于微服务化思想对票务系统进行架构设计,并对各模块的功能进行详细设计,提高系统的可扩展性和可维护性。最后,以用户权限管理功能为例详细阐述微服务架构中主要模块的作用。

中低速磁浮诱发交通枢纽换乘中心振动响应研究

针对中低速磁浮诱发机场综合交通枢纽换乘中心(GTC)振动问题,建立磁浮列车-轨道梁耦合振动模型和轨道梁-GTC-土体有限元模型,采用两步法对车致GTC振动响应特征、传播规律和振级进行分析.磁浮列车采用多体动力学建模,轨道梁采用有限元法建模,两者之间通过线性化磁轨关系形成耦合振动模型,并通过与现场实测结果对比验证了模型的正确性.基于所建立的耦合振动模型,获取H型钢轨枕与承轨台之间的扣件力时程并将其施加在轨道梁-GTC-土体模型上,通过瞬态分析得到了GTC典型观测点的动力响应.结果表明:磁浮列车诱发振动沿高度方向传播时,结构柱和楼板的振动响应均随高度的增加先减小后增大,沿水平方向传播时,振动响应随距离的增大而快速衰减;GTC振动响应存在明显的倍频现象,即扣件力主频倍频处振动响应的功率谱密度曲线存在明显峰值;当车速为60 km/h时,车辆激励主频与轨道梁一阶竖向自振频率接近,此时观测点的1/3倍频程最大振级大于其他车速;当磁浮列车以60~120 km/h车速通过GTC时,各楼层最大Z振级均未超过规范限值,表明该机场GTC具有良好的整体刚度.

中低速磁浮列车电磁线性涡流制动装置控制效能研究

[目的]线性涡流制动装置是磁浮列车的关键技术之一,但该技术目前仍不够成熟。对涡流制动技术进行研究,具有非常重要的理论意义和应用价值。[方法]建立了中低速磁浮列车线性涡流制动装置的模型,推导得到总涡流制动力F的计算式。为验证所设计涡流制动装置的减速效能,研制了涡流制动实物装置,并进行了台架试验。建立了电磁涡流制动力矩控制系统模型,分别基于开环控制算法、PID(比例-积分-微分)控制算法及模糊控制算法,得到这三种控制算法的中低速磁浮列车制动力特征曲线,进而对中低速磁浮列车的电磁涡流制动效能进行了深入分析。[结果及结论]对比仿真结果和试验实测结果,列车制动力的变化趋势几乎一致,由此可认为所推导的数学模型可信度较高。开环控制算法存在明显的超调,模糊控制算法较PID控制算法表现更佳。

中低速磁浮车辆悬浮控制器可靠性优化设计研究

[目的]悬浮控制器是中低速磁浮车辆的关键部件,其可靠性直接影响中低速磁浮车辆悬浮系统的稳定性及可靠性,需对悬浮控制器的可靠性进行优化。[方法]以单个悬浮电磁铁(内含2个悬浮控制器)为研究对象,分析了悬浮控制器的可靠性,建立了悬浮控制器的可靠性模型,开展了悬浮控制器故障树分析,找出影响悬浮控制器的关键因素。提出了悬浮控制器的优化方案,将单个悬浮电磁铁内含的2个悬浮控制器优化为1个悬浮控制器,并对部分关键部件进行了冗余设计。基于优化后悬浮控制器的电路原理,建立了优化后悬浮控制器的可靠性模型及故障树模型,并对悬浮控制器优化前后的可靠性进行对比分析。[结果及结论]与优化前单个悬浮电磁铁中2个悬浮控制器的总失效率(2.282×10^(-6)h^(-1))相比,优化后单个悬浮电磁铁悬浮控制器的失效率为1.064×10^(-6)h^(-1),失效率降幅为53.37%。优化后悬浮控制器的可靠度明显高于优化前悬浮控制器的可靠度。

中低速磁浮制式市域(郊)铁路发展若干问题的分析与思考

近年来我国市域(郊)铁路建设呈加速发展态势,中低速磁浮制式市域(郊)铁路具有较大发展潜力,系统性分析思考相关问题,对我国市域(郊)铁路科学和高质量发展具有重要意义。总结市域(郊)铁路基本特征,分析中低速磁浮制式技术特点,得出中低速磁浮制式适用于市域(郊)铁路并较轮轨制式有一定技术经济优势的结论。基于当前市域(郊)铁路建设发展现状和财政支撑问题,认为中低速磁浮制式所具有的技术经济优势更有利于实现建设运营的降本增效,中低速磁浮制式面临难得的发展机遇,但同样也面对诸多挑战。对此,以可持续发展为目标,提出广泛凝聚共识、做好顶层规划、科学设计模式、持续技术创新等发展策略建议,以及构建空间、模式、技术正向循环并不断深入创新的基本发展路径,为中低速磁浮制式市域(郊)铁路建设发展相关决策提供参考。

中低速磁浮制式在市域(郊)线路中的适应性研究

[目的]针对当前市域(郊)铁路系统制式选择较为单一、工程投资较大、地下线占比较高等问题,分析中低速磁浮线在市域(郊)线路中的适应性,为市域(郊)线路发展提供多样化的系统制式选型。[方法]介绍了市域(郊)铁路的功能定位及中低速磁浮线的技术特征,结合市域(郊)铁路技术要求,从线路适应性、最高运行速度、环境协调性、运能适应性、互联互通及资源共享、综合能耗、工程投资等方面对中低速磁浮线与轮轨线路进行了详细对比分析。[结果及结论]研究结果表明:中低速磁浮线在线路适应性、环境协调性、乘坐舒适性以及工程投资等方面具有独特优势,非常适应于地形起伏较大、城区线路较长、服务范围相对独立、客流规模为中运量等级的市域线路。

中低速磁浮系统技术特点及其在郑州都市圈轨道交通中的适应性研究

定位投资决策者视角,采用案例分析法研究中低速磁浮系统的主要技术特点和应用场景,探究影响其大规模推广应用的主要原因,为其他轨道交通线路技术选型提供参考,为完善中低速磁浮技术提供方向。研究认为中低速磁浮技术适用于郑州都市圈多种轨道交通场景,但针对投资决策者顾虑,应加快技术优化升级,提高其对地下线路等应用场景的适应能力。

中低速磁浮轨排测量工装及软件设计与应用

为了保证磁浮列车的安全性、平稳性和舒适性,磁浮列车离地“飞行”,其核心技术在于磁浮轨道F轨。如果F轨铺设精度达不到要求,轨道内的传感器就会使上方的磁浮体频繁调整,使列车产生振动,严重导致事故发生。在长沙磁浮施工经验基础上,本文结合清远磁浮旅游专线轨排的结构特点,解决现有测量工装在定位和使用性能上的缺陷,设计研发了一种中低速磁浮轨排测量精调工装及软件,经工程实践应用验证,效果满足测量精度要求。