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长定子磁悬浮列车悬浮架—轨道耦合动态特性研究

长定子磁悬浮列车悬浮架—轨道耦合动态特性研究

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作者：薛齐豪西南交通大学

学位级别：硕士

悬浮架是磁悬浮列车走行机构的重要工作部件,运行工况复杂,既要承载整个磁悬浮列车,又要牵引列车前进和引导列车转向,同时要降低由轨道不平顺导致的振动对列车运行的影响,其动力学性能对列车运行的平稳性和安全性有着直接影响,因此有必... 详细信息

悬浮架是磁悬浮列车走行机构的重要工作部件,运行工况复杂,既要承载整个磁悬浮列车,又要牵引列车前进和引导列车转向,同时要降低由轨道不平顺导致的振动对列车运行的影响,其动力学性能对列车运行的平稳性和安全性有着直接影响,因此有必要对其动态特性进行研究。本文以长定子磁悬浮列车悬浮架为研究对象,基于车辆-轨道耦合动力学理论,开展了悬浮架动力学建模、悬挂参数分析和悬浮架随机振动分析的研究工作。首先,根据悬浮架自身结构特征和受力情况,同时将轨道与悬浮电磁铁之间的磁轨关系简化为线性弹簧阻尼系统,运用结构动力学基本原理构建了悬浮架-轨道垂向耦合系统并建立了包括沉浮、点头、侧滚振动方向的动力学模型,结合达朗贝尔原理和虚位移法,推导了悬浮架系统16自由度的运动微分方程组。其次,分析了轨道不平顺的分类和确定性及不确定性成分,建立了轨道高低不平顺确定性激励的简谐波数学模型,为悬浮架系统的悬挂参数分析提供了输入激励;选择适用于车辆高速振动试验的轨道谱函数,运用周期图法和傅里叶逆变换等方法对其进行时域数值模拟,得到了轨道高低随机不平顺的时域模型,为悬浮架-轨道垂向耦合系统的随机振动响应分析提供时域输入激励。再次,运用快速显示积分法,编写动力学仿真程序,以简谐波数学模型为输入激励,依次分析四个悬挂参数,即磁隙参数、电磁铁-悬浮架参数、左-右悬浮架参数和前-后悬浮架参数,比较悬浮电磁铁和悬浮架单元在不同阻尼条件下,改变刚度时的振动响应,据此分析悬挂参数的可行域。最后,基于悬挂参数分析选取了一组在合理范围内的悬挂参数,以轨道随机不平顺时域模型为输入激励,分析了悬浮架的时域和频域响应,分析结果表明悬浮架结构在轨道不平顺激励下的振动响应都能收敛,振幅范围合理,悬挂参数可行;为避免悬浮架沉浮运动发生共振,轨道高低不平顺激励主频率应远离0.5.5Hz的频率段。综上,本论文对长定子磁悬浮列车悬浮架垂向动力学进行了仿真分析,其研究结果对悬浮架的悬挂参数选取具有参考价值,对提高车辆的运行平稳性和轨道不平顺控制具有重要意义。

关键词：磁悬浮列车悬浮架动力学悬挂参数轨道随机激励耦合振动

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