接觸軌安裝精度對中低速磁浮列車受流的影響研究論文
0 引言
磁浮列車具有有別于其他軌道交通方式的自身獨特性—高速，安全，舒適，環(huán)保，是一種新型的非接觸式地面軌道交通工具，同時也具有其他電力驅(qū)動的軌道交通方式的共同特點，相同之處都是沿著固定軌道行駛，通過地面電網(wǎng)供電驅(qū)動。磁浮列車的支持和導(dǎo)向力是由電磁吸力和電動斥力來提供的，其牽引力是由線性電機產(chǎn)生的，磁浮列車的關(guān)鍵技術(shù)是牽引技術(shù)、懸浮導(dǎo)向技術(shù)和車輛結(jié)構(gòu)技術(shù)，而安全、可靠、經(jīng)濟合理的供電系統(tǒng)是實現(xiàn)磁浮列車安全可靠運行的重要前提，從接觸軌－受電器的供電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)可以判斷，保證安裝的絕對精度與軌道的平順性，特別是軌道的平順性對受流穩(wěn)定性影響極大，不僅制約運行速度，而且會影響接觸軌和滑靴的損耗，本文主要研究軌道安裝精度對中低速磁浮列車側(cè)向受流可靠性的影響。
1 理論分析
通常，在乘車或開車過程中，路面不平或汽車在經(jīng)過一些溝坎時，會出現(xiàn)顛簸及車輪跳離地面的現(xiàn)象。路面的平坦?fàn)顩r影響著車輛運行的穩(wěn)定性，高運行速度就要求高品質(zhì)的路面狀況，高速公路與山村道路的平坦性要求是不一樣的，公路等級越高，要求的路面平順性也越高。
運動中的汽車遇到一個凸坡時，車輪與坡面間的接觸壓力會增大，迫使汽車沿坡面上行，接觸壓力與坡的斜率（與坡長、坡高有關(guān)）、車速有關(guān)，坡越短、越高、速度越快，要求汽車沿坡上升的加速度也就越大，F(xiàn) = ma，質(zhì)量為 m 的車，加速度 a 越大，車輪與坡面間的接觸壓力也就越大，當(dāng)坡過于短而高時就形成了坎，汽車通過時感受到的就不是一個平穩(wěn)的抬升力，而是一個強烈的沖擊力；當(dāng)運動中的汽車遇到一個下行凹坡時，車輪與坡面間的接觸壓力會變小，重力將為汽車提供驅(qū)動力使汽車下行，接觸壓力的減小程度與坡的斜率（與坡長、坡高有關(guān)）、車速有關(guān)，坡越短、越深、速度越快，要求汽車沿坡下降的加速度也就越大，質(zhì)量為 m 的車，加速度 a 越大，車輪與坡面間的接觸壓力也就越大，當(dāng)坡過于陡峭時，a 會超過自由加速度 g 的范圍，汽車就會出現(xiàn)跳離地面的現(xiàn)象。
靴軌間的動態(tài)受流與此類似，供電軌因為制造與安裝誤差，供電軌安裝后呈現(xiàn)的是一個波紋曲線，靴軌間的接觸壓力也會隨供電軌的波紋狀況和列車運行速度而變化。靴軌之間的動態(tài)接觸正壓力P，既是評判靴軌動態(tài)接觸可靠性的指標，也是評判受流器穩(wěn)定受流的指標；靴軌接觸正壓力過大，機械磨耗增加，正壓力過小，靴軌接觸電阻增加，電蝕磨耗增加；靴軌接觸正壓力必須處于一個合適的范圍內(nèi)，車輛才能穩(wěn)定的受流運行。
在動態(tài)受流中，受流器與供電軌是一個密切相關(guān)體，當(dāng)然受流的可靠性與受流器的動力學(xué)性能有關(guān)，也就是與受流器的`品質(zhì)有關(guān)，但再好的受流器，如果軌道安裝精度低的話，受流的可靠性也是難以保證的，列車速度越高，對供電軌的安裝精度要求也就越高。
2 系統(tǒng)模型
側(cè)向受流器采用的是平行四邊形連桿機構(gòu)，它屬于平行四桿機構(gòu)中的一種，它的兩對邊長度相等且平行，如圖 2 所示，圖中機構(gòu)桿件的尺寸 L1、L2、L3，Ψn（n = 1、2、3）為主動件的角位移，Mr為外力偶，Mb為未知平衡力偶，通過以上數(shù)據(jù)求得動桿 3 的角位移，點 B 和 C 的坐標。
3 正壓力的計算
沿 X 軸方向，供電軌軌面實際上呈現(xiàn)為波紋態(tài)，從理論上講，可以通過采集型值點，將供電軌沿 X 軸擬合成一條曲線，任何曲線都可以化成各諧波分量的累加。
正弦波函數(shù)有 2 個重要的參數(shù)，一個是幅值，一個是波長，假定軌道是一個幅值為 A，波長為 L的按正弦波規(guī)律變化的一條曲線。
假設(shè)橫向安裝精度為±b mm，支座安裝間距為 D，m，沿軌道縱向，三軌呈現(xiàn)為相對于走行軌基準的一條波紋線，為數(shù)學(xué)建模與分析的方便，將該波紋線簡化為一條以 k×D 為波長的正弦曲線，進行動力學(xué)分析，從中發(fā)現(xiàn)軌道精度對受流可靠性的趨勢性影響。當(dāng)然，軌道實際安裝精度不會按設(shè)定的正弦波變化，但從分析中，至少可以得到不同的安裝精度對受流可靠性的影響程度。
4 接觸軌安裝精度的計算及動力學(xué)仿真
在供電軌極限安裝精度均為±3mm 的條件下，隨著波長的縮短，靴軌接觸正壓力也隨著波動變大，當(dāng)波長為 75 m時，就不能保證穩(wěn)定受流了。所以供電軌的安裝精度必須予以控制，安裝支撐點誤差宜控制在±0.5 mm 內(nèi)，可有效縮短波長，在控制總體絕對精度不超差的情況下，更要嚴格控制相鄰支撐點間的相對誤差，相對誤差宜控制在±0.5 mm 內(nèi)，保證軌面的平順性。
5 結(jié)論
中低速磁浮列車在國內(nèi)外還沒有一條正式的運營線，對其供電系統(tǒng)的設(shè)計也只能參照城市軌道交通的供電系統(tǒng)來進行，本文通過對靴軌接觸正壓力的動力學(xué)仿真，得出了在控制總體絕對精度不超差的情況下，更要嚴格控制相鄰支撐點間的相對誤差，相對誤差宜控制在±2 mm 內(nèi)，保證軌面的平順性，這為接觸軌系統(tǒng)工程設(shè)計和安裝施工提供必要參考，也為以后的進一步研究提供了理論基礎(chǔ)。
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