常导高速磁浮工程试验线初期建设长度研究

研究目的:我国常导高速磁浮已具备推进工程化试验和示范运营线建设的条件,需要建设工程试验线对高速磁浮关键技术进行验证。本文从常导高速磁浮工程试验线初期试验需求入手,工程试验线建设初期不考虑乘坐舒适性,尽量采用较大的加减速度,在满足初期达速试验需求的前提下减少初期试验线建设长度,节省试验线初期工程投资。研究结论:(1)高速磁浮工程试验线主要是确认时速600 km时的各种性能及实用化目标的有关试验;(2)工程试验线初期建设长度需满足列车加减速运行最小距离及一定匀速运行距离要求,在国产时速600 km常导高速磁浮列车参数一定的情况下,加减速度主要取决于牵引变流器的额定电压及最大电流,通过供电系统匹配性仿真计算,车辆越轻,定子分段长度越短,可提供的车辆加速度越大,工程试验线初期建设长度越短;(3)本研究结论可为常导高速磁浮工程试验线的建设提供参考。

时速600公里高速磁浮正线线间距标准探讨

研究目的:线间距是确定线路选线的重要参数,受磁浮列车基本建筑限界、列车交会压力波和车辆动力学性能等因素影响。本文基于600 km/h高速磁浮超导电动悬浮研究需求,参考高速磁浮、高速铁路系统研究成果,从空气动力学性能、安全空间、磁场波动及工程造价等方面,展开针对超导电动悬浮线间距的研究并给出线间距参数建议值。研究结论:(1)基于空气动力学的数值模拟仿真分析得出,在明线段对车体表面交会压力波/气动力的影响大于隧道内交会的影响;(2)线间距5.4~6.0 m对应会车列车横移量均小于U形梁侧壁导向间隙64 mm,满足侧壁导向间隙要求;(3)线间距5.8 m更有利于节省工程投资及降低车辆造价,并满足超导磁体运动磁场波动分布要求;(4)本研究成果可为高速磁浮项目工程线路设计提供参考。

考虑悬浮牵引耦合的常导高速磁浮列车牵引性能仿真

常导高速磁浮列车长定子直线同步电机(LLSM)定子电枢电流和动子励磁电流产生的磁动势共同作用形成气隙磁场,实现车辆悬浮和牵引,所以悬浮力和牵引力之间存在耦合。基于MATLAB/Simulink建立了牵引供电系统的仿真模型,采用不考虑悬浮牵引耦合的LLSM数学模型,在恒定励磁电流条件下仿真计算了牵引性能;采用考虑悬浮牵引耦合的LLSM数学模型,其以有限元仿真数据为样本库,基于线性回归最小二乘方法拟合得到,在恒定悬浮力条件下仿真计算了牵引性能。通过对比两种仿真结果,分析了耦合作用的影响。

考虑悬浮导向间隙变化的长定子直线同步电机力性能分析

常导高速磁浮列车长定子直线同步电机由于特殊的分离结构,气隙由悬浮与导向系统决定,导致牵引力与悬浮力容易受到悬浮与导向系统性能的影响。研究了一个长定子段下垂、悬浮磁极模块纵向倾斜和横向偏移三种工况对气隙的影响,基于有限元软件建立了2D与3D有限元模型,计算分析了长定子直线同步电机的牵引力和悬浮力,揭示了气隙变化对力的影响规律。分析结果可以为高速磁浮列车的牵引系统设计与控制提供参考。

高速及超高速磁悬浮线路平面设计参数研究

超高速磁悬浮作为一种新兴的交通工具,正在逐步从理论研究向试验验证阶段发展。本文从磁悬浮轨道交通的原理和特点等方面出发,对比分析了高速磁悬浮和超高速磁悬浮交通的制式差异和线路平面参数取值差异,并且用动力学仿真手段对其进行了验证。首先,从高速磁悬浮现行规范和超高速磁悬浮研究资料出发,分析了最小曲线半径和最小缓和曲线长度的影响因素和计算方法,得到不同速度下的平面参数取值;随后,运用车辆-线路系统动力学仿真手段计算了动力学指标与曲线半径和缓和曲线长度的关系。研究结果表明:超高速磁悬浮设计速度为1000 km/h时,最小圆曲线半径取18800 m、最小缓和曲线长度取1340 m较为合理。

沪杭高速磁浮通道线路方案研究

以沪杭高速磁浮通道线路技术方案研究为目的,通过详细分析我国目前高速磁浮轨道交通研究现状,深入阐述了沪杭高速磁浮通道规划背景。根据高速磁浮轨道交通的特点,提出高速磁浮通道规划的基本原则;依据高速磁浮轨道交通标准,对高速磁浮轨道交通的平纵断面技术参数进行详细研究。结合平纵断面主要技术参数和沪杭通道经济据点的分布情况,重点研究沪杭高速磁浮通道在嘉兴地区的走向方案和线路与京杭大运河交叉段落局部方案,并对方案进行综合分析与比较。根据方案的不同特点,结合工程投资、工程可实施性、城市规划等因素提出走向方案和局部方案的推荐意见。研究表明,高速磁浮轨道交通平纵断面的技术参数要求较高,对线路方案的影响较大;同时,沪杭高速磁浮通道在嘉兴地区应优先选择嘉兴北方案,采用隧道形式穿越京杭大运河交叉段落。

高速磁浮铁路试验线建设方案研究

研究目的:从国内外高速磁浮试验、建设情况分析,高速磁浮的发展是一个渐进的过程。当前,我国高速磁浮发展处于关键期,亟需建设高速磁浮试验线对其关键技术进行验证。本文以能够开展达速试验条件的高速磁浮试验线为研究对象,就不同高速磁浮制式的工程试验兼容性,试验线建设标准、建设长度、选址等开展研究,提出高速磁浮铁路试验线建设方案。研究结论:(1)新建一条高速磁浮试验线,分别对三种制式进行试验可行,但需要对桥梁、隧道、低置结构等线下工程进行包络设计;(2)三种制式不能同时进行试验,每当试验完一种制式后,需对轨道梁、长定子等工程进行拆除,并按下一种制式进行重建,该方案代价较大,试验也难以达到预期效果,建议每一种制式单独建设试验线进行验证;(3)新建高速磁浮试验线,最高试验速度为660 km/h,试验线长度约34.5 km;可在综合立体交通网内进行试验线选址,试验结束后可作为营业线继续使用;(4)本研究结论可为高速磁浮铁路试验线规划、建设提供参考和借鉴。

山区高速铁路简支梁与长联连续梁适宜性研究

经过多年的发展,通过自主研究、引进消化吸收再创新,我国高速铁路技术得到了快速的发展。根据2016年国务院审议通过的《中长期铁路网规划》,在我国中西部广大地区,将新建多条山区高速铁路。对于山区客运专线铁路,当线路跨越长段沟谷地段时,需采用多个高墩跨越沟谷,多跨简支桥或长联连续梁桥是可供选择的桥梁结构型式之一,需对这种地形条件下的桥梁结构适宜性进行研究。为确定经济合理的桥梁结构型式,通过对比分析长联连续梁与简支结构的受力特点,并结合贵广、成贵等高铁桥梁设计经验,提出了不同联长条件下的桥梁设计原则及解决措施,可为山区高速铁路桥梁设计建造提供参考。

高速磁浮列车悬浮间隙仿真预测

基于长短时记忆(LSTM)神经网络提出了一种可用于高速磁浮列车的电磁铁悬浮间隙预测方法。考虑高速磁浮列车运行过程中受到的气动荷载,建立了列车仿真模型并计算列车的动态响应;通过PyCharm建立LSTM神经网络,并以高速磁浮列车仿真模型计算结果为样本集,构建了高速磁浮列车电磁铁悬浮间隙预测模型。最后,通过对预测模型计算结果和评价指标进行评判,验证了所提出的电磁铁间隙预测算法的准确性。

节段预制拼装工艺在高铁连续梁中的应用研究

结合郑阜高铁周淮特大桥3-(40+56+40)m双线连续箱梁项目,对铁路预应力连续梁节段预制拼装法施工工艺进行研究。该工艺具有施工速度快、机械化程度高、梁段外观质量好、混凝土质量易控制、合龙后梁体竖向挠度小等优点,具有很好的经济和社会效益。节段预制胶拼法在本项目的成功运用,填补了国内铁路连续梁施工的空白,形成了一套完整工法和标准,代表了未来桥梁施工的发展方向,具有良好的推广应用前景。

艰险山区高速铁路长大坡道线路设计技术研究——以渝昆高铁高县至昭通段为例

针对艰险山区高速铁路长大坡道线路设计问题,结合渝昆高铁高县至昭通段线路工程设计实例,从设计方案比选和长大坡道设计问题两个方面开展研究。首先,以沿线采空区分布等不良地质条件为控制线路方案走向的主要因素,同时考虑工程投资、生态敏感点、运营效益及综合开发等线位制约因素,对经筠连盐津(黄草)方案(CK)、经盐津彝良取直方案(C3K)、经盐津大关(县城)方案(C5K)、经盐津大关(天星)方案(C7K)、经筠连盐津组合方案(C9K)5个线路走向方案开展综合比选;其次,以推荐方案区段长大坡道平纵断面设计方案为基础,利用高速铁路动车组牵引计算仿真理论建立模型,对区段上坡降速、下坡安全性、区间通过能力、过分相、“天窗”时间利用情况等进行计算分析。研究表明:推荐选用相对经济合理的筠连盐津(黄草)方案;考虑山区复杂地形条件下,推荐方案的长大坡道区段各项运行性能指标均能满足实际需求。研究结果旨在为类似艰险山区高速铁路线路长大坡道设计方案提供参考。

线间距对600 km/h高速磁浮列车明线交会气动性能的影响

为探明不同线间距下600 km/h高速磁浮列车明线交会时的气动特性,基于三维、非定常、可压缩的N-S方程和SST k-ω湍流模型,采用重叠网格技术,分析列车明线交会时的车身周围流场结构、列车交会压力波和列车侧向力,通过动模型试验来验证数值模拟方法的准确性。研究结果表明:在不同线间距下,列车交会时的车身周围流场分布特征相似,随线间距增大,列车尾涡展向角逐渐增大,两交会侧车身之间流场的速度和压力不断减小;不同线间距下的列车压力波变化规律一致,压力波幅值与列车运行速度的二次方近似呈正比,当线间距由5.1 m分别增大至5.6 m和6.1 m时,压力波幅值分别减小28.2%和42.4%,且增大线间距对列车压力波正波缓解作用比负波的大,头波的缓解作用比尾波的大;列车交会过程中头车侧向力幅值比尾车和中间车的幅值大,增大线间距对尾车侧向力的缓解作用比头车和中间车的大,当线间距由5.1 m增大至6.1 m时,头车、中间车和尾车的侧向力幅值分别减小33.8%、34.1%和35.7%。

长大干线高速磁浮无线通信系统工程方案研究

针对时速600 km长大干线高速磁浮的运营特点及其对无线通信的需求,提出“38 GHz毫米波+数字移动无线通讯(Digital Mobile Radio,DMR)”的无线通信系统工程方案。采用38 GHz毫米波实现磁浮列车定位数据等实时安全数据的承载;采用DMR实现调度、客运和运维等语音通信;并且根据系统业务需求,38 GHz毫米波也可承载车载乘客信息系统、车载视频等大带宽业务。该方案既满足牵引供电及运控系统业务对实时性和可靠性的要求,又能在尽可能节省投资和考虑产业支撑的情况下,满足长大干线运营所需的调度、客运等语音通信需求。

高速磁浮轨道导向不平顺检测系统的研究

高速磁浮列车是利用电磁力实现车辆与轨道无接触高速运行的一种新型交通工具,车辆的导向和制动性能受到轨道导向不平顺的影响。为了保证高速磁浮车辆运行的安全性、稳定性和舒适性,设计一种结构简化、低成本和搭载式的磁浮轨道导向不平顺检测系统。该系统基于惯性基准法原理实现检测,由加速度计、测距传感器、数据记录仪和里程检测模块组成,并未使用陀螺仪和倾角仪测量载体的姿态角变化。分析了车辆姿态变化对导向不平顺检测误差的影响,因未修正姿态导致的检测误差绝对值在直线段轨道达到0.4 mm,而在曲线段轨道超过了3 mm。为了降低缺乏姿态观测所致误差,提出一种设计线型辅助的策略用以部分替代倾角仪功能,即以列车所在位置轨道的横坡角和纵坡角分别近似替代载体的侧滚角和俯仰角低频分量,并用于补偿加速度积分中的重力和离心力分量,仿真表明该方法可将曲线段轨道的检测误差降低至0.6 mm。此外,结合磁浮轨道刚度大、变形小以及分段铺设的特点,利用分段直线拟合方法对不平顺检测结果进行平滑处理,从而进一步降低缺乏姿态观测的影响,保证系统具有足够的检测精度。通过小车检测试验,结果表明所设计系统及数据处理方法可实现±0.5 mm之内的检测误差。

高速磁浮列车长定子直线同步电机铁耗分析

常导高速磁浮列车采用长定子直线同步电机(LLSM)驱动,其定动子铁耗与运行速度紧密相关,准确计算铁耗并分析其影响因素对更高运行速度的磁浮列车非常重要,本文基于有限元分析了LLSM的铁耗。根据磁场特性为LLSM建立了三种仿真模型,分别计算没有被动子覆盖区域的定子铁心磁场和被动子覆盖区域端部、中间的定动子铁心磁场,采用快速傅里叶变换得到了磁通密度基波和高次谐波分量;基于通用铁耗分立计算模型计算了各次磁通密度分量产生的铁耗,再根据叠加原理把三个区域磁通密度分量产生的铁耗相加就可以计算得到一段1.2 km长定子下LLSM的铁耗;对比不同速度下的铁耗得到了运行速度对铁耗的影响规律,同时也分析了铁心材料对铁耗的影响。结果表明,长定子铁耗主要由磁通密度的基波和5次、7次谐波产生,而动子铁耗则主要由齿槽效应引起的6次谐波磁通密度产生,两部分铁耗都随着运行速度的提高而快速增大。

线间距对时速600公里级高速磁浮列车明线交会气动性能的影响

高速磁浮列车设计速度高达600 km/h,明线交会时压力波幅值激增,容易导致列车结构疲劳损伤。作为影响高速列车明线交会气动特性的关键参数,线间距是研究重点之一。本文采用计算流体力学数值仿真方法和网格滑移技术,模拟了高速磁浮列车在线间距5.1 m、5.4 m、5.6 m的线路上明线交会时的气动特性,对比分析了高速磁浮列车表面压力分布及列车气动力/力矩的变化规律。结果表明:明线交会时,列车气动升力、侧向力和倾覆力矩随着线间距的增加明显降低;列车表面测点压力最大值、最小值的绝对值以及最大压力幅值随线间距增加近似呈线性关系降低;线间距5.1 m时,高速磁浮列车表面最大压力幅值为5379 Pa,小于车体承载极限±6000 Pa,满足600 km/h交会时对气动特性的要求。

基于形变分析的高速铁路震后线路修复拟合研究

针对某高速铁路无砟轨道线路遭受地震灾害造成的损毁修复,从全面分析轨道形变特征入手,探究以顺应变形趋势为原则重构灾后线路几何形态,为线路总体修复方案奠定基础,同时研究高速铁路长大直线段拟合的约束条件,以及适合高平顺性轨道线路拟合重构的技术路线与方法。通过对兰新高铁大梁隧道段线路震后形变状态分析,提出基于形变分析的线路重构拟合方案,即论述错断处“S”形曲线衔接段线元参数的优先符合原则和对长大直线拟合引入小折角与边长双重约束的思路,可为类似线路的修复提供有益借鉴;同时,引申出补充当前无砟轨道线路关于长大直线定义方面技术空白的必要性;采取虚拟化转换的平面线形可视化拟合重构技术路线,将通常难以直视的微观变形可视化,可借助其观察了解线路形变细节,通过人工精准判断及主动干预,提高进行平面线形拟合重构的效率与质量。

超高速管道磁浮系统示范线比选评价体系研究

研究以超高速管道磁浮系统示范线建设的综合比选为目的,通过深入剖析超高速管道磁浮系统的需求特征和功能定位,构建示范线工程综合评价指标体系。其中,包括3个一级指标,即社会经济、工程建设和运营效果;11个二级指,即国家政策与战略、社会经济发展水平、人口规模、国土空间及区域规划、地形地貌特征、环境保护影响、工程投资规模、时空效果、节省时间社会价值分析、车站设置与交通衔接、客运量水平。同时,将所有指标量化分级,采用层次分析和模糊综合评价相结合的方法进行模型标定。研究选取当前最具备建设条件的6条示范线进行指标量化比选评价,科学客观地提出我国示范线优先建设建议。

600 km/h高速磁浮牵引系统的配置及其关键参数的选择

目的:目前上海磁浮列车示范运营线设计的最高运行速度为505 km/h,为适应600 km/h的高速运行,须对既有常导高速磁浮牵引系统的配置进行分析和优化设计。方法:站在牵引供电系统的角度,从直线电机稳态数学模型出发,在不改变直线电机基本结构和参数的前提下,提出了600 km/h高速磁浮牵引系统的优化方向:提高变流器的输出电压及容量,以及适当缩短牵引分区和定子段长度。基于以往工程可行性研究,对既有磁浮系统中牵引供电系统的相关边界条件进行了分析,认为馈电电缆和定子电缆限制了既有电机的输入电压和电流,而列车长度和定子开关站的数量又限制了定子段的长度,进一步明确了600 km/高速磁浮牵引系统关键参数的选取原则,并给出了建议的参数。以一条平直轨道的线路为例设计了牵引系统,并以此为基础进行了牵引仿真计算。结果及结论:对于5节编组的常导高速磁浮列车,适当缩短分区长度至20 km,定子段长度至800 m,采用32 MVA的变流器,则列车可在加速运行35 km后达到600 km/h的运行速度。

高速磁悬浮列车的战略进展与我国的发展战略

整个人类客运交通发展的历史是一个速度不断提高的历史。 2 0世纪特别令人瞩目的是出现了高速磁悬浮列车 ,它的发展使得人类地面客运的速度可望在 2 1世纪中前期达到 5 0 0km h的新水平。作为一种完全新型的交通运输高技术 ,高速磁悬浮列车的战略发展顺序大致要经历四个阶段 ,即 :(1)技术方案的基础性研究 ,证明方案的可行性与优越性 ;(2 )选定方案的工程技术研究发展 ,证实整个系统及全部装备可以安全、可靠、经济地实际运行 ;(3)建造足够长的实用运营线 ,实现有关装备 ,工程与运营的产业化 ;(4)大规模推广应用 ,逐步提高其在整个交通运输系统中的地位。经过近四十年的持续努力 ,德国的常导Transrapid系统和日本的超导MLX系统已成功地耗资数十亿美元完成了基础性研究和工程技术研究发展阶段 ,技术已大体成熟到可以建造实际运营线 ,并为建造实用线 ,实现产业化方向进行了多年努力 ,遇到了较大困难。美国、瑞士还进行着几个新型方案的基础性研究 ,如Magplane ,Inductrack ,Maglev 2 0 0 0 ,UrbanMaglev及Swissmetro。本文简要介绍了有关的进展情况 ,作为确定我国发展战略的重要参考。我国从八十年代后期起开始了磁悬浮列车关键技术的研究 ,九十年代中期以来又积极促进高速磁悬浮列车的发展 。