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。

中低速磁浮列车操纵策略及运行优化算法

中低速磁浮列车线路坡度起伏大,运行环境复杂,为改善其运行优化效果,提出一种基于改进蜣螂优化算法的中低速磁浮运行优化方法。首先,针对线路特点提出“多次惰行”的操纵策略;其次,构建一种考虑准时性、节能性和舒适度的中低速磁浮列车运行优化模型;然后,运用Cubic混沌映射和反向学习策略对蜣螂优化算法进行种群初始化,同时设计线性自适应种群分配比提升算法收敛速度;最后,利用基准测试函数与传统智能优化算法进行对比测试,并基于某磁浮线路进行实例仿真。实验结果表明:改进的算法不仅在求解复杂函数上有良好寻优性能,同时实例仿真中各项性能指标均有效提升,具有较好的参考意义和实用价值。

基于主动导向的构架式中低速磁浮曲线通过性能仿真

为提高磁浮车辆悬浮架的功能特性,针对悬浮架的技术一直在不断改进。以一种主动导向的构架式中低速磁浮悬浮架为研究对象,基于其导向电磁铁进行理论计算和二维、三维电磁仿真,对其磁场分布特性和变化特性进行分析,并对导向电磁铁导向力随气隙和电流变化关系进行模拟;基于拟合所得的导向力公式建立含主动导向控制的中低速磁浮车辆动力学模型,采用Simpack和Matlab等软件联合仿真其通过70 m最小半径曲线和550 m最大半径曲线的动力学响应,检验悬浮架结构的合理性和可行性。结果表明,导向电磁力的仿真数值充分考虑了电磁铁的漏磁、边缘效应和磁饱和现象,相较于理论数值更接近实际数值;基于模拟关系和仿真结果误差棒拟合所得导向电磁力公式相关参数高于0.9,符合拟合精度要求;利用拟合公式设置的导向控制系统,能够使得构架式中低速磁浮车辆以10 km/h速度顺利通过70 m最小半径曲线,以80 km/h速度顺利通过550 m最大半径曲线,悬浮间隙均不超过4 mm的标准限值,车体的横向、垂向加速度均不超过2.5 m/s2的标准限值,车辆运行平稳性指标始终不超过2.5,属于优秀级别,悬浮架结构合理。

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。

EMS型中低速磁浮列车悬浮架技术研究综述

悬浮架是承载EMS(electro-magnetic suspension)型中低速磁浮列车运行的关键子系统,影响列车的悬浮稳定性、舒适性和安全性,需要对其进行深入研究.围绕国内外EMS型中低速磁浮列车应用案例,介绍了(悬挂)端置式悬浮架、(悬挂)中置式悬浮架的技术方案和特征,总结了主要技术指标.结合悬浮架技术研究、发展现状,讨论了磁轨作用关系、运动解耦能力、动力学性能、结构强度以及悬浮冗余设计五大研究方向,通过对研究内容梳理和总结,归纳了现有前沿科学问题和工程技术挑战:一是轨距亟须统一;二是动态磁轨关系研究欠缺;三是悬浮架横向动力学有待研究;四是悬浮架疲劳强度分析及试验不足;五是悬浮架机械结构冗余设计方案较少.

中低速磁浮系统电磁环境分析

随着我国中低速磁浮系统的线路逐渐增多,其对电磁环境的影响也备受大众关注。该文系统地通过对中低速磁浮系统的电磁环境实测,系统分析中低速磁浮列车内、外电磁环境的时域、频域特性,牵引变电所的电磁环境特性,并将实测数据与相关国内外电磁环境标准对比,在中低速磁浮车内、站台、区间和变电所等处,各电磁环境参量(包括直流磁场、低频磁场、无线电干扰场强)均符合相关标准限值要求。中低速磁浮系统的电磁环境较好,对其内部及周围的设备和人员产生电磁影响概率较低,是一种值得大力推广的绿色城市轨道交通运输方式。

水基Ni_(0.5)Zn_(0.5)Fe_(2)O_(4)-SiC二元混合磁流体的稳定性、流变性、热物性与低速润滑性

为改善纳米水基磁流体的热物性和低速润滑性,匹配液压传动特性需求,采用两步法制备体积比50∶50水基Ni_(0.5)Zn_(0.5)Fe_(2)O_(4)-SiC二元混合磁流体,并研究了重力场下其沉降稳定性和磁场下的分层稳定性,遴选出稳定性良好的二元混合磁流体样品,分析了二元混合磁流体和一元磁流体在流变性、热物性和低速润滑性上的性能差异,并搭建液压系统测试了不同介质条件下的系统温升特性。结果表明:OA和SDBS的质量分数分别为3.0%和2.0%时,Ni_(0.5)Zn_(0.5)Fe_(2)O_(4)纳米颗粒包覆效果最佳;CMC质量分数为0.3%~0.6%时,对SiC纳米颗粒润湿分散作用显著;二元混合磁流体在磁场条件下的分层稳定性随着CMC质量分数的增加而提高。在相同分散条件下,二元混合磁流体相较于一元磁流体,80 mT下粘度减小21.07%,40℃和70℃下热导率分别增加了26.26%和25.48%;二元混合磁流体的低速润滑性能更好,在液压系统中的温升更缓。

故障工况下常导磁浮车辆悬浮架载荷特性研究

针对中低速常导磁浮车辆运行过程中可能出现的故障工况,对悬浮架的载荷特性展开研究。首先根据实际参数建立动力学模型并分析其振动特性,研究了悬浮架构架在电磁铁失效、空气弹簧失效等故障工况下的位移特点;然后分析故障工况下悬浮架的载荷特性,并对悬浮架各部件的强度进行评估。研究结果表明:磁浮车辆的车体与悬浮架通过滑台间接相连,使得振动形式比较丰富;在电磁铁失效故障工况下,悬浮架构架质心的位移相对较大,与轨道碰撞后使得悬浮架载荷发生突变;相对于正常运行工况,左侧电磁铁失效时纵梁的应力最大值增长为原来的3.87倍,左后空簧失效和紧急落车时托臂的应力最大值分别增长为原来的2.59倍和8.11倍。对故障工况下悬浮架的载荷特性进行研究,可以为疲劳寿命计算和结构强度设计提供参考依据。

电机法向力对两种磁浮车辆动力学的影响

中低速磁浮列车采用直线感应电机进行牵引,电机在产生牵引力的同时也会产生法向力,电机法向吸力会对悬浮模块产生垂向激扰,增加悬浮系统的负担。本文利用有限元法对比分析不同气隙下电机牵引力、法向力随速度的变化;建立两种中低速磁浮车辆-轨道耦合动力学模型,分析忽略电机法向力及车体和悬浮架分别在1 kN、3 kN、5 kN冲击力下两种磁浮车辆-轨道耦合系统的垂向动力学响应。结果表明:磁浮车辆在运行速度5 km/h时车辆-轨道耦合共振严重;在法向冲击力小于5 kN时,桥梁动力学响应均符合要求,车体平稳性均为优秀,但当法向冲击力越大时,控制电流越大,因此为减轻悬浮系统负担、提高中低速磁浮车辆-轨道耦合系统的动力学性能,电机法向力应尽可能小。

磁悬浮高速电机转子低频振动机理及抑制方法研究

磁悬浮高速电机,即磁悬浮轴承支撑的高速电机,转速超过10000r/min,可以直接与高速原动机或工作机相连,从而取消了原有的增速/减速机构,大幅提高设备效率。磁悬浮高速电机的功率密度高,体积比同等功率的传统发动机小得多,磁浮轴承可避免转子与轴承之间的接触和摩擦,无须润滑系统。采用磁悬浮高速电机代替高速驱动机中的传统驱动电机或发电机,如风机、压缩机等,可以使设备效率提高10%至15%,具有较高的经济价值。

中低速磁浮列车悬浮性能测试系统研究

目的:当前,根据悬浮控制器上传的数据开展的中低速磁浮列车悬浮系统性能评估实时性不够,为了达到中低速磁浮列车的悬浮性能评估的实时性,开展中低速磁浮列车性能测试系统的研制工作。方法:研制工作分为硬件研制和软件设计两部分进行。硬件部分采用高速A/D(模拟/数字)转换芯片采集多路传感器数据,并通过FPGA(现场可编程门阵列)灵活配置采样频率采集数据,采用卡尔曼滤波方法对采样数据进行滤波处理,同时内嵌一个Wi-fi模块,将FPGA采集处理的数据高速打包上发到软件部分,以满足实时性要求。软件部分采用Labview平台开发,软件平台实时接收Wi-Fi模块上传的传感数据,并将这些数据标定与滤波,计算出各类原始传感数据,最终在界面中显示各悬浮性能指标曲线。结果及结论:试验测试结果表明,研制的中低速磁浮列车测试系统能实时地对悬浮系统性能开展评估,满足中低速磁浮系统的需求。

中低速磁浮列车受流器滑板磨耗性能试验前后表面形貌变化分析

为了研究中低速磁浮列车运用过程中受流器滑板磨耗情况,利用靴轨关系试验台,开展滑板磨耗性能试验。采用仪器观察磨耗性能试验前后滑板试样外观、金相组织。结果表明:磨耗性能试验前滑板试样表面可见Cu颗粒,并有少量Cu富集,一些Cu颗粒中含Pb。在靴轨关系试验台运行速度分别为80 km/h和160 km/h条件下,试验后的滑板试样表面滑痕方向与滑板试样长度方向基本一致。试验台以80 km/h速度运行1×104 km后,滑板试样表面可见Cu颗粒;试验台以160 km/h速度运行1×104 km后,滑板试样表面几乎未见Cu颗粒。试验台以80 km/h或160 km/h运行1×104 km后,滑板试样表面“蚀坑”部位的Cu含量较高。另外,滑板试样表面“亮带”部位较周边区域的Cu含量高,这与载流条件和一定运行速度下滑板试样与接触轨试样摩擦时发生的金属转移有关。

中低速磁浮轨道系统特点及工程适应性分析

研究目的:本文以中低速磁浮轨道系统特点为研究对象,研究当前国内外三种典型的中低速磁浮轨道结构形式,介绍各重要组成部件的主要技术特征及设计应注意的问题,并对其工程适应性进行简要分析,从而加深对中低速磁浮轨道系统特点及工作特性的理解和认识,为完善中低速磁浮轨道结构设计提供参考。研究结论:(1)中低速磁浮轨道系统一般包括轨道设备及其支承结构,并组成断面为"T"形的结构形式,合理的轨道结构形式设计的关键在于良好的处理轨道与轨道梁的相互关系;主动控制的磁轨关系对于轨道系统的设计有决定性影响;磁浮系统稳定性要求轨道设计满足大质量、大阻尼和小变形要求;小间隙悬浮对轨道系统提出了严格的高精度要求;(2)针对实际工程应用:HSST系统轨道有相对较多的实际应用经验,但无法实现F轨的灵活调节;无轨枕直连式轨道经济性较差;整体式道床轨道通过设置道床调整层和上承式扣件系统实现轨道结构的高度整体性和良好的几何形位保持性,符合中低速磁浮交通系统技术要求;(3)本研究成果可为中低速磁浮交通运营线轨道设计提供参考。

永磁磁浮空轨系统的研究与设计

绿色、智能、安全是未来交通运输发展的主旋律。磁悬浮技术具有适应范围广、智能化程度高等优点,是下一代城市轨道交通技术的研究热点。提出一种新型智能永磁磁浮轨道交通系统,由稀土永磁悬浮模块、直线永磁同步电机驱动模块、智能定位与走行控制模块、地面供电模块、无线数据传输与运行控制模块、轨道支撑与基础等六大部分组成;通过软件仿真与实车测试等方式验证车辆负载与驱动牵引能力。结果表明,该系统具有较好的可行性与合理性,同时具备生态、智能、安全、经济等特点。广泛适用于景区、沿江、环湖、特色小镇、交通接驳,以及环境优美、地形起伏的中小型丘陵城市发展公共交通兼城市景观建设。

中低速磁浮列车用新型空气弹簧的研制

介绍了中低速磁浮列车用新型空气弹簧的设计、有限元分析计算和试验情况。计算和试验结果表明,新型空气弹簧能够满足中低速磁浮列车的有关设计要求。

中低速磁浮列车运行控制系统的方案及其实现

以国防科技大学中低速磁浮列车试验线为应用背景,介绍了中低速磁浮列车运行控制系统的基本功能需求, 主要包括驾驶功能、保护功能和监视功能。在功能需求设计的基础上,阐述了其运行控制系统的多总线原理实现结构和各节点的基本构成方案,最后给出有关试验结果。在磁浮列车试验线上。基于文中所述的运行控制系统的总体设计,建立了相应的硬件系统,开发了相应的控制软件,并进行了车载试验。

中低速磁浮列车悬浮诊断系统数字信号处理器在线升级方法

针对中低速磁浮列车悬浮诊断系统DSP(数字信号处理器)程序升级操作繁琐的问题,设计了一种基于既有诊断网络CAN(控制器局域网)总线的DSP程序在线升级方案。在DSP程序升级时,升级终端将升级指令和升级程序的文件发送到CAN总线。DSP识别到升级指令后转至升级工作模式,接收新程序文件并将其烧写到闪存中,从而实现在线升级。测试结果表明,该方法能安全、高效地对单个或批量的DSP完成程序在线升级。

中低速磁浮列车U形电磁铁的电磁力特性分析

由于中低速磁浮列车车体携带较重的初级线圈,影响了列车载客能力和牵引动力,为了提高中低速磁浮车的运载能力,必须提高U形磁铁的悬浮和导向能力。以国内已经开通运营的2条中低速磁浮试验线中U形电磁铁基本结构参数为例,建立U形电磁铁的3D有限元仿真,根据电磁力仿真结果,分析得到影响电磁力特性的主要结构参数为铁芯长度、磁极宽度、线圈厚度和励磁电流等,根据仿真计算结果,总结上述参数对电磁力特性的基本规律。根据主要结构参数的作用规律,更新了原来参数设计值,仿真结果验证了上述规律的正确性和新参数值的合理性。

轨道精度对中低速磁浮列车-轨排-桥梁动力作用影响

针对以往研究中用少量集中力模拟电磁铁悬浮力的不足,推导悬浮力理论计算公式并通过有限元方法分析悬浮力建模。以新型中低速磁浮列车、某磁浮旅游线25 m简支梁为研究对象,建立新型中低速磁浮列车-轨排-桥梁耦合动力学模型,对比不同磁浮力元数量的磁浮列车的动力学计算结果,研究不同的轨排前后高低(10 m弦矢高)和轨排接缝允许偏差(垂向)对系统动力作用的影响。研究结果表明:用数个悬浮力元模拟悬浮力在工程实际中是可行的,其中三力元模型计算速度较快精度较高;轨排前后高低(10 m弦矢高)对列车运行平稳性影响较大,轨排接缝允许偏差(垂向)对悬浮间隙、悬浮架最大垂向加速度影响较大,轨排接缝允许偏差(垂向)允许偏差应该控制在±2 mm以内。

中低速磁浮轨排安装三维控制网测设技术研究

针对中低速磁浮交通工程不同的设计线形,介绍了2种点对纵向间距分别为25 m和50 m的CFⅢ网形。探讨了CFⅢ点在不同线形上的布设方式以及测量方法,并给出了外业测量的技术要求。通过对某段实测数据的分析,提出了CFⅢ平面网的验后精度要求并验证了CFⅢ三角高程网能够达到二等水准的精度要求。