直线电机轨道交通系统车辆—板式轨道垂向耦合动力学特性的研究

摘要

直线电机轨道交通系统是一种新型的轨道交通模式，代表了轨道交通一个重要的发展方向，具有广泛的应用前景。由于具有良好的爬坡能力、适应小半径曲线通过的能力，在日本、加拿大、美国等国得到了较好的应用。尽管各国在试验及理论研究上做了大量的工作，但是针对直线电机车辆—板式轨道—感应板耦合动力学的分析却很少。 本文基于直线电机轨道交通系统的特点，建立了直线电机车辆—板式轨道垂向耦合系统动力分析模型，包括车辆模型、轮轨关系模型、钢轨模型、板式轨道模型、直线电机与感应板电磁作用模型以及感应板与板式轨道的相互作用模型。在该系统模型中，综合考虑了车体、转向架、轮对、直线电机、钢轨、板式轨道以及感应板等结构的参振问题，并基于广义能量变分原理，利用有限元理论，建立了直线电机轨道交通系统垂向动力耦合系统的振动微分方程组。在此基础上，采用Newmark方法，通过Fortran90自行编制仿真计算程序LVSTVDSS对耦合系统的振动力学特性进行了研究。 为了保证仿真计算的精度和稳定性，本文对积分步长、轨道板单元有限元长度等参数进行了数值试验，得到了合理的取值范围，证明了结果的可靠性，验证了程序的合理性。 基于以上的模型和程序，本文针对直线电机轨道交通系统板式轨道可能出现的各种不平顺(如钢轨正弦型不平顺、钢轨焊缝接头不平顺以及板式轨道竖错不平顺)进行了系统分析，就直线电机轨道交通系统主要设计参数(如不同车速、轨下支撑条件、板下支撑条件、钢轨类型以及轨道板类型等)的动力影响规律进行了研究，并就直线电机系统相对于传统地铁的振动力学特性等进行了一定的探讨。在此基础上，从动力学的角度分析了混凝土板式轨道的动力特性及直线电机与感应板之间的气隙控制技术。并就板式轨道的设计、施工及养护维修提出合理的建议。本文的研究将为直线电机轨道交通系统在中国的发展、板式轨道的设计以及不平顺的控制具有一定的参考价值。

目录

文摘

英文文摘

第一章绪论

第二章直线电机车辆-板式轨道垂向耦合系统动力模型的建立

第三章直线电机车辆-板式轨道耦合系统振动微分方程求解

第四章直线电机车辆—极式轨道垂向耦合模型的验证

第五章轨道不平顺对直线电机轨道交通系统动力特性的影响分析

第六章直线电机轨道交通系统主要设计参数影响规律的研究

第七章直线电机系统与传统轮轨系统的对比分析

第八章结论和展望

参考文献

致谢