新型“U”型常导高速磁浮系统.pdf

2023 年第 3 期(总第 92 期)西 安 轨 道 交 通 职 业 教 育 研 究Xian Rail Transit Vocational Education ResearchNo.3,2023Serial No.92收稿日期:2023-00-00作者简介:朱慧勇(1985-),男,河南焦作人,西安铁路职业技术学院牵引动力学院铁道机车车辆制造与维护教研室讲师。新型“U”型常导高速磁浮系统朱慧勇1,李益民1,刘宏利1,李 晴2(1.西安铁路职业技术学院 陕西 西安 710026;2.西安市轨道交通集团有限公司运营分公司,陕西 西安 710026)摘 要:目前,高速磁浮铁路技术研究方兴未艾。本文提出了一款“U”型常导高速磁浮列车系统,详细对该系统结构进行了介绍,对该系统原理进行了说明,同时与德国 TR 系列、日本 ML 系列进行了技术比较,得出了本系统既有德国 TR 的优点,也有日本 ML 的优点,同时摒弃掉两者的缺点,适合当前的轨道交通。关键词:高速磁浮;系统结构;系统原理;技术比较中图分类号:U237 文献标识码:A 文章编号:SY010-(2023)03-0004-02A New Type of U Type Constant Conductivity HighSpeed Maglev SystemZhu Huiyong1,Li Yimin1,Liu Hongli1,Li Qing2(1.Xian Railway Vocational and Technical Institute,Xian,Shaanxi 710026,China;2.The Operation Branch,Xian Rail Transit Group Co.,Ltd.,Xian,Shaanxi 710026,China)Abstract:Currently,research on high-speed maglev railway technology is in the ascendant.This article proposes a U type constant conduction high-speed maglev train system,provides a detailed introduction to the system struc-ture,explains the principle of the system,and compares it with the German TR series and Japanese ML series in terms of technology.It is concluded that this system has the advantages of both German TR and Japanese ML,while discarding the disadvantages of both and is suitable for current rail transit.Key words:High-speed Maglev;System Structure;System Principle;Technical Comparison 磁悬浮列车是一种靠磁悬浮力来推动的列车,它通过电磁力实现列车与轨道之间的无接触的悬浮和导向,再利用直线电机产生的电磁力牵引列车运行。由于其轨道的磁力使之悬浮在空中,减少了摩擦力,行走时不同于其他列车需要接触地面,只受来自空气的阻力,高速磁悬浮列车的速度可达每小时 400 公里以上,中低速磁悬浮则多数在 100-200 公里/小时。1 国内外高速磁浮发展状况目前,世界上高速磁浮有德国常导高速磁浮 TR系列,日本低温超导高速磁浮 ML 系列,美国特斯拉超级高铁 Hyperloop,青岛四方时速 600Km 常导高速磁浮,西南交通大学时速 620Km 高温超导高速磁浮等,高速磁浮铁路技术研究方兴未艾。德国常导高速磁浮的悬浮高度为 10mm,因此对制造和施工精度要求较高;日本超导高速磁浮的超导绕组使用铌(Nb)钛(Ti)合金制造,用液氦来冷却,造价高昂且容易失超。本文旨在解决上述问题,提供一种采用可控常导材料的新型高速磁悬浮铁路系统。2 系统结构本系统是一款“U”型常导高速磁浮列车装置1,包括“U”形车轨和若干节碳纤维材料车辆;若干节由碳纤维材料所造车辆均设置于“U”形车轨内;每节车辆的底部均设置 45 个转向架(如图一所示);转向架的上部和底部分别设置了可控常导电磁铁和支撑车轮;“U”形车轨(如图二所示)包括支撑层和驱动梁体;驱动梁体垂直设置于支撑层上且分布在支撑层的两侧;驱动梁体包括相对设置的左驱动梁体和右驱动梁体;左驱动梁体和右驱动梁体相对的侧壁上均设置有驱动槽;驱动槽内从里向外依次设置有驱动线圈、悬浮线圈和护板;护板的作用是保护驱动槽内的驱动线圈和悬浮线圈;支撑层的顶部设置有车轮轨道;轨道位于左驱动梁体和右驱动梁体之间。图 1 转向架结构简图图 2 轨道图3 系统原理3.1 导向原理当给转向架上的可调常导电磁铁输入直流电,让产生的 N 极、S 极交替排布,并且与驱动槽中的驱动线圈中的铁芯相吸,根据间隙传感器检测变化来控制输入可调常导电磁铁电流的大小来调节横向导向力,使得偏离中心线的车辆自动恢复到中心线位置。3.2 驱动原理驱动线圈采用波形线圈,线圈之间设置有铁芯,当给驱动线圈通上三相交流电后,就可产生移动的行波磁场,作用于转向架上的常导电磁铁,从而形成驱动力,车辆运行起来。通过调节施加于驱动线圈上的电流的频率与大小,可实现对于车辆速度及运行的控制。3.3 悬浮原理当车辆高速行驶的时候,转向架上可调常导电磁铁产生的磁场会在导轨侧壁 8 字形悬浮绕组中产生感应电流和感应磁场,8 字形悬浮线圈下侧极性与常导磁场极性相同而产生斥力,上侧极性与常导磁场极性相反而产生引力,使得车辆悬浮起来;当车辆速度较低的时候,所产生的磁浮力较小,不足以支撑列车悬浮,需要依靠安装在转向架底部的车轮支承行驶。设置多个转向架,通过设置在转向架上的可控常导电磁铁可以有效的提高对于车厢的控制精度,有利于车厢运行过程中在速度较低的情况下悬浮起来,从而使得整个车辆的控制精度得到提高。4 本系统与德国TR、日本ML 技术对比下面进行德国 TR、日本 ML 与本系统主要技术性能方面的比较2,见表 1。5 结论对比分析德国 TR、日本 ML 与本系统在技术方面上的性能,可以得出如下结论:(1)德国 TR 控制方面复杂、精确,技术相对成熟,日本 ML 超导技术难度大,本系统也采用精确控制技术。(下转第 24 页)5朱慧勇,等:新型“U”型常导高速磁浮系统the interdisciplinary journal of Nonlinear Science,and Nonequilibrium and Complex Phenomena,2016,87:226-239.13 G.I.Koumene Taffo,M.Siewe Siewe.Parametric reso-nance,stability and heteroclinic bifurcation in a nonlin-ear oscillator with time-delay:Application to a quarter-car modelJ.Mechanics Research Communic-ations,2013,52.14Peng Jian,et al.Time-Delayed Feedback Control of Piezoelectric Elastic Beams under Superharmonic and Subharmonic ExcitationsJ.Applied Sciences,2019,9(8).15 Peng Jian,et al.Bifurcation analysis in active control system with time delay feedbackJ.Applied Mathemat-ics and Computation,2013,219(19):10073-10081.(责任编辑:王风)(上接第 5 页)表 1 主要技术特点比较项目德国 TR日本 ML本系统悬浮方式电磁悬浮电动悬浮电动悬浮电磁铁材料常导低温超导常导悬浮气隙8-10mm100mm 以上具体待定运行速度高低均可高速高速低速时悬浮状态悬浮车轮支撑车轮支撑悬浮控制需闭环控制不需控制,具有自稳定性不需控制,具有自稳定性导向控制需闭环控制不需控制,具有自稳定性需闭环控制车内磁力线泄露几乎没有,对人体无害相对较强相对较弱定子长定子有铁芯长定子无铁芯长定子有铁芯驱动绕组波形绕组环形绕组波形绕组悬浮线圈长定子铁芯用于悬浮“8”字形悬浮导向线圈“8”字形悬浮线圈导向线圈导向钢轨“8”字形悬浮导向线圈长定子铁芯用于导向供电方式交-直-交供电交-直-交供电交-直-交供电正常制动方式直线电机再生制动再生制动、低速时车轮盘型制动再生制动、低速时车轮盘型制动紧急制动涡流制动空气动力制动(高速时)车轮盘型制动(低速时)空气动力制动(高速时)车轮盘型制动(低速时)荷载分布均匀荷载集中荷载均匀荷载导轨结构T 型导轨U 型导轨U 型导轨技术难点精确控制技术低温超导制冷技术精确控制技术线路造价较低较高较低 (2)日本 ML 和本系统悬浮气隙较大,对轨面平整度要求较低。(3)本系统既有德国 TR 的优点,也有日本 ML的优点,同时摒弃掉两者的缺点,适合当前的轨道交通。参考文献1 朱慧勇、李益民、刘宏利、李晴、韩贝.一种新型高速磁浮铁路装置:中国,202120243509.4P.2022-03-29.2 李益民.直线电机与磁浮驱动M.成都:西南交通大学出版社,2018.(责任编辑:刘嘉)42西安轨道交通职业教育研究