中低速磁浮车辆-道岔梁耦合振动仿真分析

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近年来,中低速磁浮交通在我国发展迅猛,目前已开通运营长沙磁浮快线和北京S1线两条中低速磁浮商业线,广东清远和湖南凤凰正在修建磁浮旅游线,规划建设的中低速磁浮线也越来越多。中低速磁浮交通的成功示范应用展示了其无脱轨风险、振动噪声小、线路适应性好的技术优势,但也暴露出不少工程问题。其中,磁浮列车低速通过铰接式钢道岔梁时的振动过大问题,至今仍没有得到很好地解决,因此,建立更精细的磁浮车辆-道岔梁耦合动力学模型,研究车岔耦合共振的原因和减振控制方法,对推进我国中低速磁浮交通产业化进程有重要的理论意义和实用价值。
  首先,以广东清远磁浮旅游线道岔系统为对象,介绍了磁浮道岔结构及其工作原理,建立了考虑主动梁、第一从动梁、第二从动梁和F型导轨的精细化磁浮道岔梁有限元模型。开展了铰接式道岔梁的模态分析,将道岔梁自振频率计算值与实测值对比,确定了主动梁中间台车处弹性支撑刚度的取值。对比分析了有无F轨时道岔梁的自振频率与振型,指出F轨对道岔梁模态计算结果影响不大;但为了准确模拟磁浮车岔耦合共振响应,仍有必要在道岔梁建模时考虑F轨的影响。
  其次,采用课题组已建立的磁浮车辆动力学模型和开发的SIMPACK和ANSYS耦合计算器,计算了不同行车速度条件下磁浮车辆-道岔梁耦合振动响应。仿真计算结果表明,磁浮车辆以车速30km/h低速直向过道岔梁时磁浮车岔耦合振动较为剧烈,振动主频接近道岔梁1阶垂弯自振频率;以40~80km/h的中等速度直向过岔时,车辆运行平稳,车岔耦合振动响应要小于较高速度和低速通过时;以100km/h速度直向过岔时,磁浮车辆和道岔梁振动响应较大,但各项动力学指标满足现有设计规范,车岔共振的可能原因是:车辆进出道岔梁时,由于线路结构支撑刚度不均匀、不连续使得F轨产生竖向错台,并对磁浮车辆造成冲击,导致车岔系统发生了较强烈的共振。
  最后,针对磁浮车岔耦合振动过大问题,仿真分析了分别在F轨连接处增设阻尼、在道岔梁支座处增设阻尼以后的车岔耦合振动响应。研究结果表明,当F轨阻尼为3500~5000N·s/m、支座处阻尼为2000~5000N·s/m时,磁浮车岔耦合振动响应明显减小,这两种减振措施较道岔梁跨中增设TLMD减振器更为经济。
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