基于动力学性能的高速磁浮选线设计参数优化研究

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通过我国科研工作者对磁浮交通技术的长期自主攻关研究,高速磁浮交通系统各项核心技术的开发已经沉淀积累了不少经验,但是对于高速磁浮交通系统线路选线设计标准还未形成一套普适的理论。
  相比于传统轮轨列车,高速磁浮列车运行速度大大提高,对线路线形标准的要求也更为严格。传统线路选线设计主要采用准静态法,将列车看成一个质点或刚体,对列车各部件结构和连接关系及车线之间的动力相互作用考虑较少,无法真实反应线路设计参数变化对车辆动力学性能的影响。因此,本文以TR08型高速磁浮列车为研究对象,建立了包含129个自由度的高速磁浮车线动力学模型,通过设置不同的仿真工况,对平曲线最小半径、平缓和曲线最小长度、竖曲线最小半径、最大纵坡度线路参数进行仿真模拟,研究各参数变化对车辆动力学性能的影响规律。在保障乘客舒适性的基础上兼顾工程经济性的影响,根据仿真结果对各项设计参数进行优化调整,得出满足舒适度要求的高速磁浮线路选线设计参数合理建议值,为高速磁浮线路选线设计规范的编制提供重要的参考借鉴作用。
  本文核心内容主要包括三部分:理论计算、模型建立、仿真分析。
  理论计算:在分析研究磁浮车辆系统和线路轨道系统的结构特点及其相互作用关系的基础上,结合工程技术条件要求,总结分析高速磁浮选线设计参数的确定方法和原则,计算得出各参数的合理取值范围。
  模型建立:分析研究磁浮车辆各部件结构特点和受力方式,确定各部件模型自由度和拓扑结构,基于多体动力学原理在SIMPACK软件平台中建立高速磁浮车辆-线路模型,结合试验线现场测试数据验证了模型的可靠性。
  仿真分析:通过建立的高速磁浮车线动力学模型,设置不同的仿真工况,对平曲线最小半径、平曲线缓和曲线最小长度、竖曲线最小半径、最大纵坡度线路参数进行仿真模拟,分析各参数变化对车辆动力学性能的影响规律,比较分析由静态分析方法和动力学模型方法所得到的线路设计参数在动力学性能和工程经济性方面的差异。研究结果表明,在不同设计速度等级情况下,由静态分析方法得到的各项线路设计参数有一定的局限性,线路设计参数取值有时会偏大,增加工程投资成本,导致工程经济性不佳;参数取值有时又会偏小,车辆动力学性能和舒适度不满足要求。基于此,对各项线路设计参数取值进行了优化调整,得到兼顾舒适度要求和工程经济性要求的高速磁浮线路选线设计参数的建议值。
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