基于机电耦合的直线电机地铁车辆动力学性能研究

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1、国内图书分类号：U270.1密级：公开国际图书分类号：629西南交通大学研究生学位论文基于机电耦合的直线电机地铁车辆动力学性能研究年级二零一五级姓名商佳园申请学位级别工学硕士专业车辆工程指导老师池茂儒研究员二零一八年五月ClassifiedIndex:U270.1U.D.C:629SouthwestJiaotongUniversityMasterDegreeThesisSTUDYONTHEDYNAMICPERFORMANCEOFLINEARINDUCTIONMOTORMETROVEHICLEBASEDONELECTROMECHA

2、NICALCOUPLINGGrade:2015Candidate:ShangJiayuanAcademicDegreeAppliedfor:MasterofEngineeringSpecialty:VehicleEngineeringSupervisor:Prof.ChiMaoruMay,2018西南交通大学硕士研究生学位论文第I页摘要直线电机地铁车辆作为一种新型的城市轨道交通方式，具有不依靠轮轨黏着、爬坡能力强、曲线通过性能好等较为突出的优点，给城市选线带来了诸多便利。直线电机车辆区别于传统的旋转电机车辆，不仅会产生纵向牵引力

3、，还会产生较大的垂向电磁力，对车辆动力学性能会产生一定影响。直线电机地铁车辆在实际服役过程中，在部分区段出现过动力学性能变差、车辆零部件振动加剧等问题。因此，有必要对直线电机地铁车辆动力学性能进行研究。本文首先基于场路复量功率相等的原则，考虑直线电机所特有的边端效应，运用集中参数、等效电路的方法建立了直线电机的电磁力数学模型。然后分析了我国大中运量直线电机地铁车辆转向架结构特点，建立有摇枕、轴箱内置式和无摇枕、轴箱外置式两种转向架结构直线电机地铁车辆动力学模型。为考虑直线电机电磁力的作用，采用联合仿真的方法建立了直线电机地铁车辆

4、机电耦合动力学模型。基于此模型，对比分析了两种转向架结构直线电机车辆动力学性能，研究表明有摇枕、轴箱内置式稳定性和曲线通过性能要优于无摇枕、轴箱外置式，两者运行平稳性在不同车速下表现各异。基于综合性能较好的有摇枕、轴箱内置式直线电机地铁车辆，对其关键一、二系悬挂参数以及直线电机定位刚度进行了优化。通过优化，得到了各悬挂参数对直线电机地铁车辆稳定性、运行平稳性以及曲线通过性能的影响规律，并选取了各悬挂参数较合适的取值范围。相比于优化前，优化后的直线电机车辆动力学性能有着明显改善，尤其是运行平稳性和曲线通过性能。对优化后的直线电机地

5、铁车辆服役性能进行分析，研究表明：1、车轮踏面横向凹磨会使等效锥度增大，车辆稳定性降低，蛇行运动分岔形式发生改变，横向平稳性变差，脱轨系数增加，但轮轨垂向力和轮重减载率有所减低；2、车轮多边形磨耗会使车辆稳定性降低，低阶车轮多边形在车速较低时对车辆垂向平稳性有一定影响。车轮多边形对轮对、构架和直线电机的垂向振动有较大影响，尤其是当车轮多边形产生的激扰频率接近于直线电机的振动模态频率，此时还会导致车辆曲线通过性能严重恶化；3、短波长钢轨波磨对车辆平稳性基本没有影响。钢轨波磨会使轮对产生较大的垂向振动，由于一系悬挂和二系悬挂的衰减作

6、用，对构架垂向振动有较小影响，对车体垂向振动基本没有影响；4、钢轨焊接接头不平顺对车辆垂向平稳性有一定影响，还会使轮轨系统产生较大的冲击，波深越大、波长越短对轮轨系统冲击越大。关键词：直线电机地铁车辆；动力学性能；电磁力；联合仿真；参数优化；性能预测西南交通大学硕士研究生学位论文第II页AbstractAsanewtypeofurbanrailtransit,thelinearinductionmotor(LIM)metrovehiclehastheadvantagesofnotrelyingonthewheel/railadh

7、esion,thehighclimbingabilityandthegoodperformanceofthecurvepassing.Ithasbroughtmanyconveniencestothecitylineselection.Differentfromthetraditionalrotarymotorvehicle,LIMmetrovehiclewillnotonlyproducelongitudinaltraction,butalsoproducelargeverticalelectromagneticforcewh

8、ichhaveacertaininfluenceonthedynamicperformanceofthevehicle.IntheactualserviceofLIMmetrovehicle,therearesomeproblemssuchaspoordynam