真空管道车辆气悬浮垂向性能及舒适评价分析研究

作     者：陈海媚 

作者单位：湖南大学 

学位级别：硕士

导师姓名：杨易

授予年度：2019年

学科分类：08[工学] 082304[工学-载运工具运用工程] 080204[工学-车辆工程] 0802[工学-机械工程] 0823[工学-交通运输工程] 

主      题：真空管道交通系统 气悬浮 垂向振动响应 功率谱 舒适性 

摘      要：与传统的交通方式不同,真空管道交通系统(ETT)是一种将运动载体放在抽成低气压的密闭管道里悬浮运行的新型交通方式,这一新型交通方式具有快速、节能、零污染、高安全能性等特点,能很好地解决目前人类面临的交通困境。随着车速的提高,真空管道气悬浮系统的垂向振动逐渐加强,车辆与管道间的相互作用也更加明显,车辆运行时产生的振动会对乘客的生理和心理造成影响,甚至会危害乘客身体健康。研究气悬浮系统的垂向性能以及车辆的振动响应,对车辆的运行平稳性和乘客舒适性有重要的意义。本文首先推导建立气悬架的动态数学模型。并对气悬架的动态性能进行求解,得到气膜的等效刚度和阻尼系数。对几种经典的轨道谱进行简要介绍,并利用傅里叶逆变换法将中国高速铁路无砟轨道谱功率谱密度转换成时域样本,作为车辆-管道垂向耦合模型的外部激励。其次利用拉格朗日运动方程推导出车体和气动悬浮装置的点头、沉浮运动方程,选择三跨连续梁模型,建立车辆-管道垂向耦合模型。以气膜等效刚度和等效阻尼系数为一系悬挂,初选二系悬挂的值,代入耦合运动微分方程中,以高低不平顺为外部激励,利用Newmark-β积分法进行系统振动响应的求解,得到速度在300km/h00km/h之间车体和第一排气悬架的沉浮振动加速度以及梁的振动响应。最后以sperling指标和加权加速度均方根值为平稳性和舒适度评价标准,分别对影响乘客舒适度的不同因素进行研究。对二系悬挂参数、速度为400km/h00km/h之间的垂向敏感波长、车辆不同座椅位置与舒适性指标间的关系进行研究。经过分析研究发现,增加二系悬挂后,乘客乘坐舒适度基本能达到良好。在所选的参数值内,sperling指标随二系弹簧刚度和阻尼系数的增大而增大;随着行车速度的提高,垂向敏感波长的范围也越大,乘客不适感加强;座椅位置与加权加速度值具有强相关性,且首尾两端座椅的振动响应比中间更强烈。对上述影响舒适性的因素进行研究,可分别为二系悬挂的参数设计、管道建设和维护以及座椅排布位置等提供参考依据。