Characteristics Investigation of Single-Sided Ironless PMLSM Based on Halbach Array for Medium-Speed Maglev Train

This paper investigates characteristics of ironless permanent magnet linear synchronous motor(PMLSM)based on Halbach array used for medium-speed(200km/h)maglev train.Long primary ironless coil is laid in the middle of track and the Halbach permanent magnet array is attached to the bottom of each bogie as a source of traction,U-shape electromagnets at the both sides of the train for levitation.Two dimensional analytical model of single-sided ironless PMLSM based on Halbach array is established,using linear overlay method,the no-load air gap magnetic field is calculated firstly,winding current density distribution is obtained for calculating the characteristics of thrust and normal force against power angle,including force characteristics with equal and unequal pole pitch,the influence of steel sleeper,etc.Besides,the mathematical model for this type motor is built by 3D finite element method,the traction characteristics of medium-speed maglev under maximum speed 200km/h are calculated.The characteristics of this type motor are satisfactory owing to there is no detent force in the motor and thrust force reach maximum meanwhile normal force can be eliminated.Calculation method is verified by comparing finite element results,experimental result on a 200kW type motor further validates the accuracy of calculation and some important conclusions are obtained.

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。

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。

中速磁浮运行控制系统的设计

以国内已开通运营的高速磁浮交通系统和中低速磁浮交通系统为参考,针对中速磁浮交通系统的牵引制式和控制方式,提出了中速磁浮运行控制系统的设计方案,并从该系统的控制方式、系统架构、系统构成、系统功能及运行模式几个方面对设计方案展开叙述,以期为中速磁浮的运行控制系统设计提供有益的参考。

中低速磁浮车辆段闯红灯防护方案

针对中低速磁浮交通车辆段闯红灯防护需求,提出车辆段RM模式闯红灯防护方案,取得良好效果,保障中低速磁浮车辆段的平稳运行。方案为后续中低速磁浮交通的建设和运营积累经验。

高速磁浮维修基地轨道梁连接螺栓松动对轨道结构振动影响的试验研究

[目的]在列车调试过程中,高速磁浮维修基地钢制轨道梁可能因其特有的构造特性而产生较大振动,进而引发螺栓松动问题。此现象可能会导致轨道梁振动特性发生变化,而车轨耦合系统参数的变动又可能诱发列车和轨道的共振,进而对轨道结构造成潜在伤害。因此,需要探究螺栓松动对轨道梁结构振动的影响。[方法]在阐述试验设计方案及原理的基础上,深入探讨了螺栓松动对轨道梁轨道结构模态和动力响应特性的影响。在结构模态方面,分别采用脉冲激励和自然激励方式,对无载状态(即轨道空闲)及有载状态(即轨道被列车占用)下的轨道模态进行测试,利用随机子空间法进行模态辨识,最后通过稳定图分析了螺栓松动对两种状态下轨道模态的影响。在动力响应特性方面,在轨道上施加悬浮激励,螺栓在列车多次悬浮过程中逐渐松动,采集轨道梁的加速度响应信号,并在时域和频域两个方面对其进行了详细分析。[结果及结论]有载状态及无载状态下,螺栓松动均引起了模态频率的下降和振型的变化。在有载状态下,螺栓松动后阻尼比有较明显的增加。在静悬过程中,轨道梁与列车发生了共振,螺栓松动不仅影响了轨道梁的振幅,还改变了轨道梁振动的对称性。

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。

北京市轨道交通S1线车站参数化设计实践研究

城市轨道交通高架线全线各站往往具有一定程度的重复性,同时车站设计工作经常面临着不同阶段方案变化大、设计周期短、前置条件苛刻等问题。为提升车站的设计效率,实现从设计到施工的高完成度,针对项目特点,采用参数化编程的方法能有效应对这些矛盾,提升设计品质。本研究归纳了北京市轨道交通S1线车站在工程设计实践中,采用Grasshopper等参数化软件在全过程设计中的应用经验,在工作流程、架构搭建、编程要点、文件输出等问题上进行回顾总结,并探讨了其中的关键技术。

磁浮地下车站不同隧道通风模式研究

磁浮车辆作为一种新型轨道交通,由于车辆编组小,其地下车站相比传统地铁车站规模也较小,为了探究适合磁浮地下车站的隧道通风模式,该文借鉴传统地铁车站隧道通风模式,创新性地探讨4种磁浮地下车站的隧道通风模式,分析4种隧道通风模式在正常运行工况、阻塞工况和火灾工况的运行机制。通过表格定量分析4种隧道通风模式的耗能量、机电造价和土建造价,对比得出结论,模式四区间隧道双活塞通风+车站单端双排热风机系统是适合磁浮地下车站的最佳隧道通风模式。

600 km/h高速磁浮线路参数研究

线路参数是铁路选线最基本的设计参数,不仅是列车安全、快速和舒适运行的技术保障,而且直接影响着铁路项目的工程造价及投资等重大问题。本文基于车线行驶动力学理论,以旅客乘坐舒适度要求为标准,对600 km/h高速磁浮铁路线路平纵断面参数进行研究,总结线路参数变化规律,提出600 km/h高速磁浮铁路线路设计参数建议值。研究成果可为高速磁浮铁路选线设计提供技术参考。

世界首条永磁磁浮轨道交通试验线总体设计研究

永磁磁浮轨道交通系统是一种中低速、中低运量的新型轨道交通,具有完全自主知识产权。该系统采用非接触悬浮运行,具有转弯半径小、爬坡能力强、节能环保、噪音低等优点,适用于城市、景区等常规环境,也适合高寒、沿江、荒漠等困难地势环境,可以与地铁、轻轨交通互相补充。本文从线路、车辆与限界、道岔、桥梁、静调库及工艺设计和牵引供电等多角度出发,对世界首条永磁磁浮轨道交通试验线——兴国工程试验线的总体设计进行重点阐述。研究成果可为现代智能交通系统提供借鉴和参考。

中低速磁浮道岔低温适用性研究

中低速磁浮交通已经进入快速发展阶段,作为重要换线设备的中低速磁浮道岔得到推广应用。但是,现有道岔的使用温度仅适合-25~75℃,不能满足海拔较高和冬季温度较低的城市需求。文章引入Boltzmann函数对材料韧脆转变温度定量分析,选出适合在-40℃低温使用的材料,列举了适合道岔低温使用的材料,为设计者提供参考。

真空管超高速磁浮交通系统平面曲线参数运动学分析

针对真空管超高速磁浮交通系统线路设计实践,考虑真空管道构造特性和选线灵活性,基于舒适度指标,分析平曲线参数控制因素,确定了曲线半径、缓和曲线长度取值,基于刚体运动学模型,利用质心运动定理和动量矩定理,建立车辆动力学基本方程组,对超高速条件下支撑力和导向力进行估算,分析支撑力和导向力与缓和曲线线形及欠超高之间的关系。研究结果表明:横坡与侧向加速度是影响最小曲线半径取值的关键因素,对于1000 km/h设计速度来说,最小曲线半径的取值范围为9880~138900 m;缓和曲线最小长度取值应同时满足侧向冲击、垂向冲击和舒适度指标要求,在设计速度为1000 km/h时,缓和曲线最小长度推荐取1120 m;由公式计算得出的支撑力和导向力随速度变化规律与欠超高变化趋势相同,缓和曲线线形影响支撑力和导向力变化方式,但不影响曲线上支撑力和导向力的最大值。研究成果可为真空管超高速磁浮交通系统线路设计提供参考。

1000km/h真空管磁浮纵断面参数取值研究

研究目的:真空管超高速磁浮是实现超高速轨道交通发展的重要方式,本文基于1000 km/h速度需求,参考高速磁浮、高速铁路系统研究成果,展开选线设计中纵断面参数分析并给出纵断面参数建议值。研究结论:(1)考虑安全因素和运行控制系统的特点,真空管超高速磁浮线路纵坡不宜大于50‰;(2)综合考虑速度、垂向加速度、纵坡、横坡、平曲线半径的影响,最小竖曲线半径一般不宜小于78000 m,困难条件下不宜小于65000 m;(3)考虑超高速运营需求,线路竖曲线间应设置缓和曲线,缓和曲线线形建议采用三次抛物线,其最小长度一般条件下不宜小于560 m,困难条件下不宜小于335 m;(4)本研究成果可以应用于超高速磁浮项目工程线路设计。

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。

中低速磁浮交通系统工程造价优化

目前我国中低速磁浮交通建设项目较少,设计经验相对薄弱,在设计过程中造价往往难以控制。针对中低速磁浮交通项目,做到既满足项目功能需求又能达到造价最优是业界面临的难题。依托我国某中低速磁浮项目,对该项目中造价控制的主要影响因素进行全面分析。结合中低速磁浮交通的特征,从不同线路敷设方式、车站站间距、车站规模、区间桥梁结构、轨道工程、机电系统、车辆基地等方面通过对比提出优化措施,形成一套系统的工程造价控制参考体系。结果表明:通过合理确定站间距、增加路基敷设长度,以及控制车站规模能有效降低工程造价;桥梁墩柱尺寸优化及并置轨道梁的选用可节约大量建筑材料;竞争性招投标,以及标准化、模块化的轨排研究与设计是轨道工程造价控制的关键;机电系统设计中应充分运用价值工程的理念;应对车辆基地总平面及竖向布置设计进行有效优化。

中低速磁浮BTM设备电磁干扰分析及优化

中低速磁浮铁路电磁环境复杂,车载BTM设备极易受到电磁干扰,影响列车列控系统正常运行。以凤凰磁浮项目为依托,详细收集车载BTM调试过程中发生的故障及磁浮列车各种工况下现场电磁环境测试记录,通过对比分析,确定电磁干扰的主要来源及耦合途径,并针对电磁干扰传导途径,制定一系列抑制BTM设备电磁干扰传导的措施。测试结果表明,这些措施能够有效抑制电磁干扰在BTM设备上传导,提高BTM设备电磁环境的适应性。为解决车载BTM设备电磁干扰提供借鉴,也为后续中低速磁浮铁路的建设和运营积累经验。

常导高速磁浮交通项目速度目标值探讨

以常导高速磁浮交通系统为基础,提出高速磁浮交通系统速度目标值的分析理论和方法。首先,从系统投入方面分析了速度目标值对土建工程投资和车辆购置费的影响;其次,从运输经济学角度,分析了旅客作为消费者对交通工具的选择行为,探讨了磁浮列车服务水平(速度和票价)、项目长度(出行距离)、旅客时间价值和其他交通竞争者的服务品质等因素对磁浮交通市场份额的影响;最后,基于技术经济学方法,分析了速度目标值对磁浮交通建设项目投资效益的影响,并以项目经济效益最大化为目标,探求速度目标值的最佳决策。以某虚拟项目为案例进行演算,获得该项目的最佳速度目标值为520 km/h。

高速磁浮交通车辆检修制度优化研究

高速磁浮交通车辆现行检修制度大多采用预防性计划维修模式。计划修模式下,高速磁浮交通车辆的检修能力利用率较低,这在一定程度上影响了列车运行的可靠性和线路的运力,导致配属列车数和车辆基地规模的增加,为此亟需进行检修制度的优化。简述了现行高速磁浮交通车辆检修制度,分析其存在的不足。对高速磁浮交通车辆运行特点及零部件技术特征进行了分析,明确了高速磁浮交通车辆与传统轮轨车辆间的本质区别,二者的车辆故障规律差异很显著。基于高速磁浮交通车辆的设备特征及故障特征,对其采用均衡修的适应性及可行性进行分析。高速磁浮交通车辆具备在线诊断系统,可随时收集车辆各部件的运转状态,能适应优化后更为精益的检修制度。高速磁浮交通车辆维修工作中应引入均衡修策略,根据零部件不同的故障规律及故障影响情况,建立以零部件为重点检修对象的均衡修制度。可参考成都地铁的车辆均衡修模式,将高速磁浮交通车辆双周检、三月检及定修的检修内容拆分到月检和专项修中,以此减小车辆的维修频次,压缩列车扣修时间,提高列车利用率。