中低速磁浮列车设计研究
摘  要:本文通过对国内外中低速磁浮列车发展现状的介绍,引入新一代中低速磁浮技术概念,利用有限元仿真分析、动力学计算、车轨耦合悬浮试验等方式,验证先进的悬浮和控制技术,实现技术储备。
关键词:中低速磁浮列车;有限元仿真分析;耦合试验
1  前言
自1969年德国研制成第一个小型磁浮列车的原理模型(重约60公斤)至今已有50多年的历史。目前已经成功运行的磁浮列车有三种典型:德国的TR系列(高速)、日本的MLX(高速)、日本的HSST系列(低速)。它们在原理上、性能上、结构上都有重大差别。
TR系列高速磁浮列车属于电磁型,车体与轨道之间的额定距离为8毫米。该系统所用到的都是一般的铁磁材料和导电材料,用于列车推进的同步直线电机的初级绕组分布在轨道上,励磁磁极则利用悬浮电磁铁。MLX系列超导磁浮列车属于电动型,列车在U型槽内运行。U型槽侧壁安装有8字形的导电环,当列车运行时,导电环中产生感生电流,对车体产生浮力。浮
力随车速提高而增大。HSST系列属于电磁型,悬浮原理与TR系列相近。但推进系统和供电与TR系列有很大差别。
我国有组织的磁浮列车研究工作是从1991年5月开始的。1992年5月国家科委正式把“磁浮列车关键技术研究”列入“八五”科技攻关计划,目标是以HSST为样板进行跟踪研究。至1995年,某些关键技术,例如悬浮与导向系统、转向架结构等已经被突破。
我国于2014年提出了新型城镇化发展规划,其中提出要科学有序推进城市轨道交通建设,要壮大先进制造业、推动城市走创新驱动发展的道路,为我国发展中低速磁浮交通新兴产业创造了良好的政策环境。
近年来我国城市轨道交通年均投入约2500亿人民币,新兴的市域铁路、现代有轨电车、单轨列车、空轨列车、中低速磁浮列车等多元化的城市轨道交通系统都得到关注。这表明我国对城市轨道交通不仅需求旺盛,而且具有明显的求新求变的特点,为中低速磁浮交通的发展提供了广阔的市场空间。
2  主要研究内容
2.1  中低速磁浮技术特点
作为一项具有鲜明特点的新型交通工具,本文中低速磁浮交通能够实现速度(140km/h)、小弯道(R50m)、大坡道(10%)、低噪声的完美结合。
2.2  主要内容
研究开发轻量化铝合金车体,车体寿命30年,能够承受垂直、纵向等载荷。吸收并研发最大运行速度为140km/h铝合金结构悬浮架及控制技术。悬浮架位于车厢和轨道之间,主要用于承受和传递悬浮、导向、驱动与制动等载荷,起到适应轨道曲线、减缓车厢振动的作用。
车辆牵引系统采用变频调速的车载交流传动系统。牵引电机采用直线感应电机,直线感应电机为单边、短初级形式。牵引系统能够满足列车各种工况下对牵引力或电制动力的要求。
3  中低速磁浮列车模型
3.1  车辆结构参数设计
列车编组                              +Mc-M-Mc+
轨距(mm)                            1900
额定供电电压(V)                     DC1500
列车单元编组/单元前后车钩间距(mm)  3辆/32,800
车体基本宽度(mm)                    2,800
车辆最大高度(mm)                    3850
车内净高(mm)                        2,100
地板面距轨面基准面高度(mm)          1000
最小平面曲线半径(m)                50
最小竖直曲线半径(m)                1500
坡道                                  100‰
车辆最高速度(km/h)                  140
3.2  车辆建模
列车采用三节编组,车辆提供主要包括牵引/电制动系统、辅助电源系统、悬浮系统、车门系统、空调系统、照明系统、车体、悬浮架、各种悬挂、风源、液压源、制动装置、紧急支承与救援轮装置等。整车三维模型见图3.2.
>大众自造磁悬球形车