磁悬浮车辆系统动力学研究
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曲线 通 过性 能 ，最 终 为 我 国 磁 浮 交 通 系 统 的 技 术 评 磁 浮 列 车 不 同 于 轮 轨 列 车 的 关 键 在 于 以 电 磁 悬 随机不平顺 分段功率谱模 型 （ 相 比于高速 轮 ０ 轨 线
０ ｍ 波长 以上 、３ ｍ 波 长 以下 浮 （ 磁／ 轨关 系）取代 了轮轨接触 （ 轮／ 轨 关系 ） ，因 路谱 ，该线 路谱 在 ６ 此 ，电磁悬 浮的力学特性是 决定磁 浮 列车动 力性 能 的功率谱密 度要 小 得 多 ） ，仿 真 计 算 车速 ４ Ｏ Ｏ ｋ ｍ・ 的最 本 质 原 因 ，而 磁／ 轨 关 系研 究 就是 磁 浮 系 统 动 ｈ 时磁 浮车／ 线 、车／ 桥系统垂 向随机振动 响应 。仿 力学研究 的基础和wenku.baidu.com键 。本文基 于 国 内磁浮 列车 悬 真结果表 明 ，磁 浮车 辆 随机振 动 的主 频范 围为 ０ ． ５
（ Ｒ＆Ｄ ） ｉ ｎ ｍａ ｇ ｌ ｅ ｖ ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ｈ ｓ ｍａ ａ ｄ ｅ ｇ ｒ ｅ ａ ｔ
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收稿 日期 ：２ ０ ０ ３ － ０ ２ － ２１
作者 简介 ：赵春 发 （ １ ９ ７ ３ ＿ ＿ ） ，男 ，湖北 仙桃 人 ，工 学博 士 。
基 金 项 目 ： 国 家 自然 科 学 基 金 项 目 （ ５ ９ ９ ７ ５ ０ ７ ８ ）
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ｄ ｙ ｎ ａ ｍｉ ｃ ｓ ｕ ｓ ｐ ｅ ｎ ｓ ｉ ｏ ｎ ｍａ ｇ ｌ ｅ ｖ ｔ ｒ ａ ｉ ｎ － Ｍ ＬＸ０ １ ａ ｎｄ
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中
国
铁
道
科
学
第２ ４卷
稳性 指 标 值 都 小 于 ２． ５ ，属 优 级 。
位布 置和主动导 向后 ，低速磁 浮 车辆 的横 向动 力性
低速 常导磁 浮列车没 有专 门 的导 向磁 铁 ，模 块 能得 到明显 的改善 。文 中还 对我 国青 城 山磁 浮 车辆 。 、半径 ３ ０ ０ ｍ 曲 线 和 无 超 高 、 半 径 导 向力 来 自悬 浮 电磁 铁 的 横 向分 力 ，因 此 ，电 磁 铁 通 过 超 高 １
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Ｖｄ ． ２ ４ Ｎｏ． ４
Ａｕ ｇ ｕ ｓ ｔ ，２ ０ ０ ３
博 士 学位论 文摘 要 ・
磁 悬 浮 车 辆 系统 动 力 学 研 究
赵 春 发 ，翟婉 明 （ 导师）
（ 西南 交 通大 学 列 车与 线路 研究 所 ，四川 成都 ６ １ ０ ０ ３ １ ）
关键 词 ：磁 悬浮 车辆 ；高架 线路 ；耦 合 动力 学 ；主动控 制 ；随机振 动 ；平 稳性 ；曲线 通过
横 向 、垂 向运 动 都 能 改 变 电 磁 力 大 小 ，导 致 横 向 、 １ １ ０ ０ Ｔ ｎ 曲线 时 的 车 辆 系 统 响应 进 行 了仿 真 计 算 ， 垂 向运 动 相 互 耦 合 。本 文 建 立 低 速 磁 浮 车 辆 系 统 空 采 用 车 辆 允许 最 大 未 被 平 衡 加 速 度 、转 向架 侧 梁 与 间 耦 合 模 型 ，考 虑 电磁 力 的空 间 耦 合 效 应 ，分 析 比 轨道侧 面最小允许 间隙等对 其动态 曲线 通过 性能 进 较 主动 、 被 动 导 向 和 电 磁 铁 横 向对 中 、错 位 布 置 下 行 评 价 ，并 建 议 我 国低 速 磁 浮 线 路 缓 和 曲 线 采 用 超 磁 浮 车辆 的动 力 响应 ，结 果 表 明 电磁 铁 采 用 横 向错 高圆顺改善 型三次抛物线 型。
用前 景 ，因此 ，及 时开展磁浮 车辆 系统动 力学 研究 其设计 容许 限值 ；相 同材料 和 同等 跨距 时 ，两跨连 具 有重要 的理论 意义和工程应 用价值 。 续梁 上车 辆 和轨 道 的动 力 响应 较单 跨梁 上 的要 小 。 本论文 主要 在 动 态磁／ 轨 关 系、磁 浮车／ 桥 耦 合 与 日本 Ｊ Ｒ ３ ０ ０轮轨高速车辆对 线桥 的动力 作用 比较 ０ ６磁 浮 车 辆 的 动 力 响 应 较 Ｊ ０ ０的 作用 、磁浮 车辆随机振动 及其 平稳性 、磁浮 车辆 横 结果 说 明 ，ＴＲ ０ ６磁 浮车 辆 的动力 作 向动力学及 其 曲线通 过四个方 面进行 理论 分析 与仿 小得 多 ，小跨 度桥梁 受 到 ＴＲ 真研究 ，目的在 于探明 电磁 悬浮 的力学 特性 ，认 清 用小 于 Ｊ Ｒ ３ ０ ０轮轨车辆 ，但 中长跨 度桥 梁时 刚好相 磁浮 车辆／ 轨 道 系统 动 力 作用 的本 质 规 律 ，研 究 磁 反 。此外 ，本文还 对青 城 山磁 浮 车辆 在 １ ２ ｍ 高 架 浮 系 统 的动 力 稳 定 性 ，评 价 磁 浮 车 辆 运 行 平 稳 性 及 梁线路上 的动力作用 进行 了仿真计算 。 磁浮车辆运行 平稳性是 其重要 的动 力学 性能 指 价 、 车辆 和 轨 道 结 构 优 化 设 计 提 供 基 本 的理 论 依 据 标 之 一 ，必 须 加 以研 究 。考 虑 到 磁 浮 线 路 的 结 构 特 和指 导原则 。 点 及 其 不 平 顺 管 理 的特 殊 要 求 ，本 文 引 入 磁 浮 线 路
Ｍ ａ ｇ ｌ ｅ ｖ Ｖｅ ｈｉ ｃ ｌ ｅ Ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ Ｄｙ ｎａ ｍｉ ｃ ｓ
（ Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ Ｐ ｈ ．Ｄ． Ｔｈ ｅ ｓ ｉ ｓ ） Ｚ ＨＡ Ｏ Ｃ ｈ ｕ ｎ — ｆ ａ ， Ｚ ＨＡＩ Ｗａ ｎ — ｍｉ ｎ ｇ（ Ｓ ｕ ｐ ｅ ｒ ｖ ｉ ｓ ｏ ｒ ）
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前 已 经 出 现 了 以 德 国 ＴＲ ０ ８ 、 日 本 ＭＬ Ｘ ０ １ 和 大 突 破 ，开 始 进 入 试 验 线 建 设 与 试 运 行 阶 段 。地 面 上磁 浮 车辆／ 轨 道 系统 的动 力 响 应 ，仿 真结 果 表 明 交 通 车辆 的 动 力 学 问题 直 接 影 响 其 技 术 经 济 性 及 应 车速 ４ ０ ０ ｋ ｍ・ ｈ 时 ，高架 梁 的垂 向动挠 度 未超 过
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第２ ４卷 ， 第 ４期 ２ ０ ０ ３ 年 ８ 月
文章 编 号 ：１ ０ ０ １ — ４ ６ ３ ２（ ２ ０ ０ ３ ）０ ４ — ０ １ ３ ９ — ０ ３
・
中 国 铁 道 科 学
ＣＨＩ ＮＡ ＲＡＩ Ｉ Ｍ ＡＹ Ｓ ＣＩ ＥＮ Ｃ Ｅ
浮 控 制 技 术 的研 究 成 果 ，考 虑 磁 浮 机 械 系 统 一电 磁 Ｈ ｚ ～１ ． ０ Ｈ ｚ ；等跨距 （ ２ ４ ｍ）周期 布置 的高 架线 路
系统 一控制 系统 的耦 合作用 ，对 电磁 悬浮 刚度 与阻 使得车辆 随机 响 应含 有 ２ ． ２ Ｈ ｚ的周 期 成分 ，其在 尼 、电磁导 向力 及其刚度特性 进行 研究 ；并建 立单 高速运 行 时甚 至 超 过 先 进地 面车 辆 ＵＴ Ａ Ｃ Ｖ （ Ｕｒ — 铁 一轨道 一控制 器耦合作 用模 型 ，仿真计 算单 铁 系 ｂ ａ ｎ Ｔｒ ａ ｃ ｋ ｅ ｄ Ａｉ ｒ － Ｃ ｕ ｓ ｈ ｉ ｏ ｎ Ｖｅ ｉｃ ｈ ｌ ｅ ）走 行 品质 规 范允 统起浮 时 的动 态 响应 ，指 出磁 浮 系统 车／ 轨耦 合 共 许值 ；车速小 于 ４ ５ ０ ｋ ｍ・ ｈ 时 ，车 体 质 心 加 速 度 振的原 因 ，给 出 了避免 磁 浮 车／ 轨 系统 共 振 的频 率 功率谱 均满足 ＵＴ ＡＣ Ｖ 规 范 ，磁 浮 车辆 Ｓ ｐ ｅ ｒ ｌ ｉ ｎ ｇ平
中图分 类 号 ：Ｕ２ ３ ７ 文 献 标识 码 ：Ａ
磁浮列 车 技术 经 过 ３ ０余 年 的 研 究 与 发 展 ， 目 设计原 则 。
磁浮 车 辆／ 高 架 桥 的耦 合 作 用 十 分 显 著 ，以德 ＨＳ Ｓ Ｔ － １ ０ ０为代表 的具 备商 业 运 营水 平 的磁 浮 交通 国高 速磁浮车辆及 其线路结 构为对 象 ，本文 开展 了 高 架 梁 垂 向相 互作 用 仿 真 研 究 ，比较 了 系统 。我 国的 中低 速 磁 浮 列 车技 术 研 究 经 过 近 ２ ０ 磁浮 车辆／ 混凝土单跨 梁 、混凝 土两跨 梁和钢 结构 两跨 梁线 路 年 的 发 展 ，已 经 在 悬 浮 和 导 向等 关 键 技 术 上 取 得 重
曲线 通 过性 能 ，最 终 为 我 国 磁 浮 交 通 系 统 的 技 术 评 磁 浮 列 车 不 同 于 轮 轨 列 车 的 关 键 在 于 以 电 磁 悬 随机不平顺 分段功率谱模 型 （ 相 比于高速 轮 ０ 轨 线
０ ｍ 波长 以上 、３ ｍ 波 长 以下 浮 （ 磁／ 轨关 系）取代 了轮轨接触 （ 轮／ 轨 关系 ） ，因 路谱 ，该线 路谱 在 ６ 此 ，电磁悬 浮的力学特性是 决定磁 浮 列车动 力性 能 的功率谱密 度要 小 得 多 ） ，仿 真 计 算 车速 ４ Ｏ Ｏ ｋ ｍ・ 的最 本 质 原 因 ，而 磁／ 轨 关 系研 究 就是 磁 浮 系 统 动 ｈ 时磁 浮车／ 线 、车／ 桥系统垂 向随机振动 响应 。仿 力学研究 的基础和wenku.baidu.com键 。本文基 于 国 内磁浮 列车 悬 真结果表 明 ，磁 浮车 辆 随机振 动 的主 频范 围为 ０ ． ５
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收稿 日期 ：２ ０ ０ ３ － ０ ２ － ２１
作者 简介 ：赵春 发 （ １ ９ ７ ３ ＿ ＿ ） ，男 ，湖北 仙桃 人 ，工 学博 士 。
基 金 项 目 ： 国 家 自然 科 学 基 金 项 目 （ ５ ９ ９ ７ ５ ０ ７ ８ ）
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稳性 指 标 值 都 小 于 ２． ５ ，属 优 级 。
位布 置和主动导 向后 ，低速磁 浮 车辆 的横 向动 力性
低速 常导磁 浮列车没 有专 门 的导 向磁 铁 ，模 块 能得 到明显 的改善 。文 中还 对我 国青 城 山磁 浮 车辆 。 、半径 ３ ０ ０ ｍ 曲 线 和 无 超 高 、 半 径 导 向力 来 自悬 浮 电磁 铁 的 横 向分 力 ，因 此 ，电 磁 铁 通 过 超 高 １
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博 士 学位论 文摘 要 ・
磁 悬 浮 车 辆 系统 动 力 学 研 究
赵 春 发 ，翟婉 明 （ 导师）
（ 西南 交 通大 学 列 车与 线路 研究 所 ，四川 成都 ６ １ ０ ０ ３ １ ）
关键 词 ：磁 悬浮 车辆 ；高架 线路 ；耦 合 动力 学 ；主动控 制 ；随机振 动 ；平 稳性 ；曲线 通过
横 向 、垂 向运 动 都 能 改 变 电 磁 力 大 小 ，导 致 横 向 、 １ １ ０ ０ Ｔ ｎ 曲线 时 的 车 辆 系 统 响应 进 行 了仿 真 计 算 ， 垂 向运 动 相 互 耦 合 。本 文 建 立 低 速 磁 浮 车 辆 系 统 空 采 用 车 辆 允许 最 大 未 被 平 衡 加 速 度 、转 向架 侧 梁 与 间 耦 合 模 型 ，考 虑 电磁 力 的空 间 耦 合 效 应 ，分 析 比 轨道侧 面最小允许 间隙等对 其动态 曲线 通过 性能 进 较 主动 、 被 动 导 向 和 电 磁 铁 横 向对 中 、错 位 布 置 下 行 评 价 ，并 建 议 我 国低 速 磁 浮 线 路 缓 和 曲 线 采 用 超 磁 浮 车辆 的动 力 响应 ，结 果 表 明 电磁 铁 采 用 横 向错 高圆顺改善 型三次抛物线 型。
用前 景 ，因此 ，及 时开展磁浮 车辆 系统动 力学 研究 其设计 容许 限值 ；相 同材料 和 同等 跨距 时 ，两跨连 具 有重要 的理论 意义和工程应 用价值 。 续梁 上车 辆 和轨 道 的动 力 响应 较单 跨梁 上 的要 小 。 本论文 主要 在 动 态磁／ 轨 关 系、磁 浮车／ 桥 耦 合 与 日本 Ｊ Ｒ ３ ０ ０轮轨高速车辆对 线桥 的动力 作用 比较 ０ ６磁 浮 车 辆 的 动 力 响 应 较 Ｊ ０ ０的 作用 、磁浮 车辆随机振动 及其 平稳性 、磁浮 车辆 横 结果 说 明 ，ＴＲ ０ ６磁 浮车 辆 的动力 作 向动力学及 其 曲线通 过四个方 面进行 理论 分析 与仿 小得 多 ，小跨 度桥梁 受 到 ＴＲ 真研究 ，目的在 于探明 电磁 悬浮 的力学 特性 ，认 清 用小 于 Ｊ Ｒ ３ ０ ０轮轨车辆 ，但 中长跨 度桥 梁时 刚好相 磁浮 车辆／ 轨 道 系统 动 力 作用 的本 质 规 律 ，研 究 磁 反 。此外 ，本文还 对青 城 山磁 浮 车辆 在 １ ２ ｍ 高 架 浮 系 统 的动 力 稳 定 性 ，评 价 磁 浮 车 辆 运 行 平 稳 性 及 梁线路上 的动力作用 进行 了仿真计算 。 磁浮车辆运行 平稳性是 其重要 的动 力学 性能 指 价 、 车辆 和 轨 道 结 构 优 化 设 计 提 供 基 本 的理 论 依 据 标 之 一 ，必 须 加 以研 究 。考 虑 到 磁 浮 线 路 的 结 构 特 和指 导原则 。 点 及 其 不 平 顺 管 理 的特 殊 要 求 ，本 文 引 入 磁 浮 线 路
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第２ ４卷 ， 第 ４期 ２ ０ ０ ３ 年 ８ 月
文章 编 号 ：１ ０ ０ １ — ４ ６ ３ ２（ ２ ０ ０ ３ ）０ ４ — ０ １ ３ ９ — ０ ３
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中 国 铁 道 科 学
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浮 控 制 技 术 的研 究 成 果 ，考 虑 磁 浮 机 械 系 统 一电 磁 Ｈ ｚ ～１ ． ０ Ｈ ｚ ；等跨距 （ ２ ４ ｍ）周期 布置 的高 架线 路
系统 一控制 系统 的耦 合作用 ，对 电磁 悬浮 刚度 与阻 使得车辆 随机 响 应含 有 ２ ． ２ Ｈ ｚ的周 期 成分 ，其在 尼 、电磁导 向力 及其刚度特性 进行 研究 ；并建 立单 高速运 行 时甚 至 超 过 先 进地 面车 辆 ＵＴ Ａ Ｃ Ｖ （ Ｕｒ — 铁 一轨道 一控制 器耦合作 用模 型 ，仿真计 算单 铁 系 ｂ ａ ｎ Ｔｒ ａ ｃ ｋ ｅ ｄ Ａｉ ｒ － Ｃ ｕ ｓ ｈ ｉ ｏ ｎ Ｖｅ ｉｃ ｈ ｌ ｅ ）走 行 品质 规 范允 统起浮 时 的动 态 响应 ，指 出磁 浮 系统 车／ 轨耦 合 共 许值 ；车速小 于 ４ ５ ０ ｋ ｍ・ ｈ 时 ，车 体 质 心 加 速 度 振的原 因 ，给 出 了避免 磁 浮 车／ 轨 系统 共 振 的频 率 功率谱 均满足 ＵＴ ＡＣ Ｖ 规 范 ，磁 浮 车辆 Ｓ ｐ ｅ ｒ ｌ ｉ ｎ ｇ平
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磁浮列 车 技术 经 过 ３ ０余 年 的 研 究 与 发 展 ， 目 设计原 则 。
磁浮 车 辆／ 高 架 桥 的耦 合 作 用 十 分 显 著 ，以德 ＨＳ Ｓ Ｔ － １ ０ ０为代表 的具 备商 业 运 营水 平 的磁 浮 交通 国高 速磁浮车辆及 其线路结 构为对 象 ，本文 开展 了 高 架 梁 垂 向相 互作 用 仿 真 研 究 ，比较 了 系统 。我 国的 中低 速 磁 浮 列 车技 术 研 究 经 过 近 ２ ０ 磁浮 车辆／ 混凝土单跨 梁 、混凝 土两跨 梁和钢 结构 两跨 梁线 路 年 的 发 展 ，已 经 在 悬 浮 和 导 向等 关 键 技 术 上 取 得 重