磁懸浮列車論文

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1、磁懸浮列車的原理及應(yīng)用一、磁懸浮列車的概述傳統(tǒng)的鐵路列車都是依靠諸如蒸汽、燃油、電力等各種類型機(jī)車作為牽引動(dòng)力，車輪和鋼軌之間的相互作用作為運(yùn)動(dòng)導(dǎo)向，出車輪沿著鋼軌滾動(dòng)而前進(jìn)的。而磁懸浮列車則是一種依靠電磁場(chǎng)特有的“同性相斥、異性相吸”的特性將車輛托起，使整個(gè)列車懸浮在線路上，利用電磁力進(jìn)行導(dǎo)向，并利用直線電機(jī)將電能直接轉(zhuǎn)換成推進(jìn)力，來推動(dòng)列車前進(jìn)的交通工具。按電磁鐵種類磁懸浮列車根據(jù)所采用的電磁鐵種類可以分為常導(dǎo)和超導(dǎo)兩大類按懸浮方式磁懸浮列車分為電磁吸引式懸浮(EMS)和永磁力懸浮(PRS)及感應(yīng)斥力懸浮(EDS)o二、基本原理磁懸浮列車?yán)秒姶朋w“同性相斥，異性相吸”

2、的原理，讓磁鐵具冇抗拒地心引力的能力，使車體完全脫離軌道，懸浮在距離軌道約1厘米處，騰空行駛，創(chuàng)造了近乎“零高度”空間飛行的奇跡。由于磁鐵有同性相斥和異性相吸兩種形式，故磁懸浮列車也有兩種相應(yīng)的形式：一種是利用磁鐵同性相斥原理而設(shè)計(jì)的電磁運(yùn)行系統(tǒng)的磁懸浮列車，它利用車上超導(dǎo)體電磁鐵形成的磁場(chǎng)與軌道上線圈形成的磁場(chǎng)之間所產(chǎn)生的相斥力，使車體懸浮運(yùn)行的鐵路；另一種則是利用磁鐵異性相吸原理而設(shè)計(jì)的電動(dòng)力運(yùn)行系統(tǒng)的磁懸浮列車，它是在車體底部及兩側(cè)倒轉(zhuǎn)向上的頂部安裝磁鐵，在T形導(dǎo)軌的上方和伸臂部分下方分別設(shè)反作用板和感應(yīng)鋼板，控制電磁鐵的電流，使電磁鐵和導(dǎo)軌間保持10—15毫米的間隙

3、，并使導(dǎo)軌鋼板的排斥力與車輛的垂力平衡，從而使車體懸浮于車道的導(dǎo)軌面上運(yùn)行。三、結(jié)構(gòu)及數(shù)據(jù)計(jì)算磁懸浮車輛結(jié)構(gòu)主要是由車體(也稱為車廂)夾層結(jié)構(gòu)和懸浮架組成。車廂與走行機(jī)構(gòu)的懸浮架之間通過二系懸掛以及牽引拉桿相互連接。夾層要連接車廂和安裝走行機(jī)構(gòu)，以及安裝信號(hào)和電力設(shè)備等。懸浮架是車輛的走行機(jī)構(gòu)，其作用是裝載電磁鐵，11將懸浮力、導(dǎo)向力、牽引力和制動(dòng)力通過二系懸掛系統(tǒng)傳遞給車廂。磁懸浮車輛的整個(gè)模型可以認(rèn)為包括6個(gè)自由度，即車廂的3個(gè)位移自由度和夾層結(jié)構(gòu)的3個(gè)位移口由度。通常體坐標(biāo)系定義如下：X軸代表磁懸浮車輛沿軌道前進(jìn)的方向，相切于軌道的表面；Y軸在導(dǎo)軌平面內(nèi)，從車輛的右向

4、左，相切于軌道的表面；Z軸完全是遵循右手法則，垂直于導(dǎo)軌的表面。vB=(u,v,w)B和(，)B=(p,q,r)B分別代表車輛車體結(jié)構(gòu)的速度和角速度(這里主要用車體說明，夾層結(jié)構(gòu)的速度和角速度也可以如此表示，如vC和oCo)下角標(biāo)B表示體坐標(biāo)系。在體坐標(biāo)系統(tǒng)屮根據(jù)牛頓的第二法則，車輛車體的慣性加速度可以表達(dá)為丄y(f)^-m厶(?BXfV)bC、qw-/v-ru-pw.I"?他式屮：u,V,w分別為速度在x,y,z方向上的3個(gè)分量；p,q,r分別是與速度和曲線軌道相關(guān)的參數(shù)；(F)B=FX,FY,FZ是作用在車體上的矢量力；m是質(zhì)量。夾層作用力懸浮車輛的夾層結(jié)構(gòu)主要承受電磁

5、牽引驅(qū)動(dòng)力、導(dǎo)向力和磁懸浮力等。1)沿X軸的作用力Fx=Fp]+Gx+Fcb_x-Fp2-H-尺(2)式中：Fpl為直線同步電機(jī)產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)力；Gx為重力加速度在X方向的分量,主要取決于夾層重量以及車輛的側(cè)滾角等因素；FCB-X為夾層和車廂之間沿X軸方向的耦合作用力；FP2為車輛和前車之間的耦合作用力，首車沒有；Ff為車輛和跟隨車輛之間的耦合作用力，尾車沒有；Fa為氣動(dòng)阻力，它和車輛前進(jìn)速度的平方成止比。2)沿Y軸作用力Fy=Gy+Fg+Fcb_y(3)式中：GY為重力加速度沿Y方向的分量;側(cè)導(dǎo)向力FG二FG/Ri-FG/Le,FG/Ri和FG/Lc分別是由車輛夾層結(jié)構(gòu)右側(cè)和

6、左側(cè)的側(cè)導(dǎo)向系統(tǒng)產(chǎn)生的導(dǎo)向力；FCB-Y為夾層和車廂Z間沿Y軸方向的耦合力。3)沿Z軸作用力Fz=Hev+Gz+甩_Z(4)Hev懸浮力(+z(t)/I)2式中：GZ為重力加速度沿Z方向的分量，主耍依賴于夾層結(jié)構(gòu)的重量以及車輛的滾動(dòng)；FCB-Z為夾層和車廂Z間沿Z軸的耦合力；其他變量的具體含義見文獻(xiàn)[l]o車體上的作用力作用在車體上的力基本是由重力（含安裝的設(shè)備）、空氣阻力以及車廂和夾層之間的耦合作用力等組成?？梢院?jiǎn)單的通過如下公式表示：Fx==Gx-Fcb_x-Fa(5)Fy==Gy-Fcb_y(6)Fz==Gz-Fcb_z(7)通過分析結(jié)構(gòu)載荷受力狀況，在進(jìn)行磁懸浮車

7、輛多體動(dòng)力學(xué)研究的時(shí)候，就可以考慮如何準(zhǔn)確簡(jiǎn)化系統(tǒng)多體模型。一般在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)屮，除了彈性部件外，當(dāng)結(jié)構(gòu)部件的彈性變形和剛性位移量級(jí)相當(dāng)時(shí)，需將其中某些實(shí)體（車體、夾層或懸浮架的撓曲）視為彈性體來研究，而且在一個(gè)真實(shí)典型的情況中，對(duì)于載荷、應(yīng)力、材料疲勞、振動(dòng)或噪聲的分析都應(yīng)考慮結(jié)構(gòu)的彈性變形。這就要求在復(fù)雜多體系統(tǒng)研究時(shí)，有時(shí)要考慮研究對(duì)彖的彈性問題。在磁懸浮車輛多體系統(tǒng)屮，車體和夾層結(jié)構(gòu)一般作為剛體考慮，并根據(jù)它們的質(zhì)量和幾何特性分別進(jìn)行定義。在行駛過程中，空調(diào)等動(dòng)力源出于高速回轉(zhuǎn)會(huì)產(chǎn)生劇烈的振動(dòng)，將成為激勵(lì)源。如