中低速磁悬浮列车导向能力分析_刘少克

收修改稿日期:1999210226作者简介:刘少克(1963—),男,1994年获华中理工大学电力学院电机专业博士学位,副教授,主要从事磁悬浮技术、电机控制等机电一体化技术工作。

综述与评论 德国磁悬浮列车TR 07推进和制动系统刘少克(国防科技大学机电工程与自动化学院,湖南长沙　410073)摘　要:论述了德国磁悬浮列车TR 07推进和制动系统的工作原理、电机设计参数及供电技术。

指出采用长定子同步电动机推进方式的TR 07具有电机工作效率高、功率因数高、运行成本低等优点。

关键词:磁悬浮列车;同步电动机;长定子;推进;制动中图分类号:U 237 文献标识码:B 文章编号:10002128X (2000)0320010203The propulsive and brak i ng system s of German maglev veh icle TR 07L Shao -ke(M ach ine and E lectric Engineering and A utom atic Contro l A cadem yof N ati onal U niversity of D efense T echno logy ,Changsha ,H unan 410073,Ch ina )Abstract :T he p rinci p les of p ropulsive and brak ing system s of Ger m an m aglev veh icle TR 07,as w ell as mo to r design param eters and pow er supp ly technique are discussed .It is po inted out that TR 07,driven by synch ronous mo to r w ith long stato rs ,po sseses features such as h igh efficiency ,h igh pow er facto r and low operati on co sts.Key words :m aglev veh icle ;synch ronous mo to r ;long stato r ;p ropulsi on ;brake 磁悬浮列车是一种面向未来的交通工具,其推进系统是主要的耗能部分。

浅谈中低速磁浮悬浮控制技术发展方向摘要本文对中低速磁浮悬浮系统组成及现存问题进行阐述，总结技术发展需求，对前沿技术成果进行调研，提出合理发展方向。

关键词中低速磁浮悬浮系统冗余1 行业发展现状中低速磁浮列车是一种运行时车辆与轨道无接触、通过悬浮系统实现车辆支撑及导向功能的中等运量轨道交通运输工具。

悬浮系统作为中低速磁浮车辆重要组成部分，直接起到车辆支撑及导向作用，悬浮系统由悬浮控制器、悬浮电磁铁及悬浮传感器三部分组成，悬浮控制器主要功能为接收悬浮传感器的间隙信号和加速度信号，调节悬浮电流，保证悬浮电磁铁与轨道保持一定的间隙；悬浮电磁铁的作用为产生可控电磁力，实现电磁悬浮和导向功能；悬浮传感器的作用为测量传感器与轨道之间的间隙值以及电磁铁的垂向加速度，为悬浮控制器提供输入信号。

现有中低速磁浮车辆方案通常为5悬浮架模块，每节车需要安装20个悬浮控制器、10个悬浮电磁铁和20个悬浮传感器共计50个部件。

悬浮系统故障分为悬浮失稳及悬浮失效。

悬浮失稳的主要表现为车辆在静浮或动车时，悬浮间隙无法控制在额定范围内，轻则乘客感到车辆颠簸，重则出现打轨、吸死等故障；悬浮失效指如单个悬浮系统设备失效，会造成车辆单点失悬故障，悬浮架上的垂向滑橇与轨道直接接触，阻碍车辆运行；如多个部件失效，车辆牵引力无法克服多点接触摩擦力，易造成运营服务故障或晚点故障，严重影响线路正常运营。

目前商业线路运营情况而言，悬浮系统实际可靠性较低于车辆设计预期，提高了线路日常运营维护工作难度。

悬浮失稳的核心问题就是磁浮车辆典型的车-轨耦合问题，如何有效抑制车辆振动及车-轨系统的自激振荡及悬浮控制技术的关键所在，同时轨道不平顺度、大轨缝、电机法向力等因素均会直接影响悬浮稳定性，目前随着悬浮控制技术优化，悬浮控制现有技术能力可保证车辆在120km/h以下稳定运行。

导致悬浮失效的原因主要是车载悬浮系统部件数量较多，任一部件故障均会对车辆运行造成直接影响；车下安装空间有限，设备散热成为技术难点，同时磁浮车辆电磁兼容环境复杂，考验箱体设计及集成技术；目前悬浮控制技术主要由高校掌握，没有形成良性竞争的供应市场。

的增加，风阻逐渐超过电磁阻力。

图1阻力特性曲线
4牵引特性计算
4.1牵引计算
磁悬浮列车功率与运行速度、运行阻力以及最高运行时的剩余加速度有关。

根据整车基本性能通过牵引特性计算对牵引功率进行估算。

中低速磁悬浮列车牵引力计算公式为：
F牵引力-F运行阻力=Wa
式中：W为车重，a为剩余加速度。

根据列车运行阻力及启动加速度值可得：列车启动牵引力F=97kN。

由于要求加速到80km/h的加速距离在600m以内，由此，牵引电机功率选择45km/h对应的41kW 功率能够满足磁悬浮列车的牵引需求。

根据确定的持续速度点绘制AW2牵引特性曲线如图2所示。

图2AW2载荷牵引力、加速度特性曲线
4.2制动计算
根据列车运行阻力及最大减速度值可得：列车最大制动力F=102kN。

5运行特性分析
5.1牵引特性
列车最大启动牵引力为：F=97kN；
恒牵引力范围为0~45km/h；
自然特性速度范围为45~120km/h；
自然特性起始点列车牵引力为97kN；
单个牵引电机最大牵引功率约为41kW。

载荷速度范围（km/h）平均加速度（m/s2）
AW20-450-120 1.070.33
AW30-450-1200.930.28
表1列车平均加速度
牵引系统按列车重量从空车AW0到定员载荷AW2范围内自动调整牵引力的大小，使列车在空车AW0至定员载荷AW2范围内保持启动加速度基本不变。

超员载荷AW3条件下的牵引特性与定员载荷AW2一致。

5.2制动特性
图3AW2载荷电制动力、减速度特性曲线。

一、实习背景随着我国城市化进程的加快，城市交通拥堵问题日益严重，提高城市交通效率成为当务之急。

中低速磁浮交通作为一种新型城市轨道交通方式，以其运行速度快、噪音低、占地面积小、建设周期短等优点，在我国城市轨道交通领域具有广阔的应用前景。

为了深入了解中低速磁浮交通技术，我于2021年7月至8月在某磁浮交通公司进行了为期一个月的实习。

二、实习内容1. 中低速磁浮交通技术原理实习期间，我深入学习了中低速磁浮交通的技术原理。

磁浮列车是利用电磁力抵消地球引力，通过自动控制手段使车体与轨道之间保持一定的间隙（悬浮间隙约为1厘米），使列车悬浮在轨道上运行。

主要技术包括：电磁悬浮、导向、直线电机牵引、制动等。

2. 中低速磁浮交通系统组成中低速磁浮交通系统主要由以下几个部分组成：（1）轨道：采用钢轨结构，具有较好的承载能力和导向性。

（2）车辆：包括车体、悬浮系统、导向系统、牵引系统、制动系统等。

（3）控制系统：负责列车运行过程中的速度、方向、悬浮间隙等参数的实时调整。

（4）供电系统：为磁浮列车提供动力，包括接触网、馈线、断路器等。

（5）信号系统：负责列车运行过程中的信号传输、调度和监控。

3. 中低速磁浮交通建设与运营（1）建设：中低速磁浮交通建设主要包括轨道铺设、车辆采购、控制系统安装、供电系统建设等。

（2）运营：中低速磁浮交通运营主要包括列车调度、运行监控、乘客服务、设备维护等。

三、实习体会1. 技术创新与自主研发通过实习，我深刻认识到我国中低速磁浮交通技术已取得显著成果。

在核心设备方面，我国已实现国产化，国产化率超过93%。

这一成果不仅提升了我国在全球磁浮交通领域的声誉和地位，也为我国城市轨道交通发展提供了有力支撑。

2. 磁浮交通优势明显与传统的轮轨交通相比，中低速磁浮交通具有以下优势：（1）运行速度快：时速可达120公里以上，可有效缩短乘客出行时间。

（2）噪音低：磁浮列车运行过程中，噪音远低于轮轨列车，有利于改善城市环境。

中低速磁浮列车导向工况下电磁力特性仿真
刘少克;郭忠君
【期刊名称】《系统仿真学报》
【年(卷),期】2012(24)8
【摘要】中低速磁浮列车通过U型电磁铁铁芯和F型轨道磁极相互错位产生横向电磁拉力,来迫使列车导向,其导向电磁力大小对列车运行安全有直接影响。

针对中低速磁浮列车用混合悬浮电磁铁存在横向偏移和纵向偏转两种典型导向工况,建立三维数值模型,并进行仿真计算表明:在同样间隙和线圈电流下,电磁铁横向偏移越大,或纵向偏转角越大,所产生的悬浮力越小,而导向力越大;且导向力比悬浮力呈更大的变化趋势。

在最大允许机械偏移情况下,混合电磁铁较传统纯电励磁形式的悬浮电磁铁的导向能力略有降低。

【总页数】5页(P1697-1701)
【作者】刘少克;郭忠君
【作者单位】国防科学技术大学机电工程与自动化学院
【正文语种】中文
【中图分类】TM33
【相关文献】
1.中低速磁浮列车直线牵引电机的电磁力分析
2.中低速磁浮列车电磁铁滚动情况下的受力特性研究
3.被动导向电磁型中、低速磁浮列车运动学建模和分析
4.中低速
磁浮列车不同工况下的牵引仿真计算5.中低速磁浮列车U形电磁铁的电磁力特性分析
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磁悬浮列车悬浮电磁铁电磁场三维有限元分析
倪鸿雁;刘少克
【期刊名称】《铁道机车车辆》
【年(卷),期】2005(025)005
【摘要】首先以中低速磁悬浮列车悬浮电磁铁电磁场分析为例,介绍有限元分析软件ANSYS进行三维静磁场分析的基本过程,然后介绍ANSYS在国防科学技术大学的磁悬浮列车(CMS-3型)悬浮电磁铁静磁场三维分析中的应用,为今后该悬浮电磁铁的改进设计提供分析数据和理论依据.
【总页数】3页(P40-42)
【作者】倪鸿雁;刘少克
【作者单位】国防科技大学,湖南,长沙,410073;国防科技大学,湖南,长沙,410073【正文语种】中文
【中图分类】U237;U266.4
【相关文献】
1.EMS型磁悬浮列车瞬态电磁场有限元分析及其悬浮力和牵引力特性研究 [J], 段志东
2.磁悬浮列车悬浮电磁铁结构优化方法研究 [J], 薛齐豪; 刘放; 梁成; 徐航
3.常导磁悬浮车悬浮电磁铁的电磁场分析 [J], 罗芳;张昆仑
4.磁悬浮列车悬浮电磁铁电磁场的有限元分析 [J], 刘慧敏;尹力明
5.EMS型磁悬浮列车电磁系统动态电磁场的有限元分析及其悬浮与牵引力特性的研究 [J], 金志颖;杨仕友;倪光正;熊素铭;倪培宏;徐善纲;常文森
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中低速磁浮列车的动力系统设计与性能研究摘要：本文研究了中低速磁浮列车的动力系统设计与性能，首先介绍了中低速磁浮列车的概念和特点，然后分析了磁浮列车的动力系统设计原理，包括线圈和磁轨的结构设计、能量传递和首要性能指标等。

接着，我们就动力系统设计中的关键问题进行了详细的研究，包括线圈和磁轨参数的选取、能量传递效率的优化以及动力系统的可靠性和安全性等。

最后，通过实例分析了动力系统设计与性能研究的有效性和可行性，从而得出结论并提出未来研究的方向。

关键词：中低速磁浮列车；动力系统设计；性能研究；线圈和磁轨；能量传递；可靠性和安全性1. 引言中低速磁浮列车是一种以磁悬浮技术为基础、适用于城市间交通的新型交通工具。

与传统的铁轨交通相比，中低速磁浮列车具有较高的速度、较低的能耗和较小的环境污染等优势，因此受到了广泛关注。

其中，动力系统设计和性能研究是中低速磁浮列车研究的重要组成部分，对于实际运行和发展具有重要意义。

2. 中低速磁浮列车的特点中低速磁浮列车作为一种新型的交通工具，具有许多独特的特点。

首先，它可以在较小的轨道半径上运行，因此适用于城市间交通。

其次，中低速磁浮列车的速度范围通常在120 km/h以下，因此相较于高速磁浮列车而言，其技术要求较低。

此外，中低速磁浮列车具有较低的能耗和噪音，对环境的污染也相对较小。

3. 磁浮列车的动力系统设计原理磁浮列车的动力系统设计原理主要包括线圈和磁轨的结构设计、能量传递和首要性能指标等。

线圈和磁轨的结构设计需要考虑到制造工艺、成本和稳定性等因素，以确保磁浮列车能够稳定运行。

能量传递是动力系统的核心问题，通过磁场能量传输，实现对列车的驱动和制动。

首要性能指标包括加速度、速度、效率和可靠性等，这些指标决定了磁浮列车的运行效果和性能。

4. 动力系统设计的关键问题动力系统设计中存在许多关键问题需要解决。

首先是线圈和磁轨参数的选取问题，考虑到制造难度、磁场稳定性和安全性等因素，选取合适的参数是关键。

中低速磁悬浮列车导向机理与关键技术研究的开题报告一、选题背景和意义随着城市化的快速发展和人们对高效、便捷、环保的交通需求不断增强，磁悬浮列车作为公共交通的一种新型选择，呈现出越来越广阔的应用前景。

在磁悬浮列车的运行中，导向是其安全、稳定运营的基础，也是磁悬浮列车技术难点之一。

目前国内外对于磁悬浮列车的导向技术研究已经取得了一定的进展，但是对于中低速磁悬浮列车导向机理的深入研究和关键技术的探索还需要进一步开展。

因此，本课题的研究意义在于探究中低速磁悬浮列车导向机理，提出相应的关键技术，为我国中低速磁悬浮列车发展提供技术支持。

二、研究内容和目标1. 磁悬浮列车导向机理研究通过分析磁场分布，探讨列车在运行时的力学特性，深入研究影响中低速磁悬浮列车导向的关键因素，建立导向理论模型，探索导向机理。

2. 中低速磁悬浮列车导向控制技术研究针对磁悬浮列车导向控制过程中的振动、干扰等问题，研究基于机电一体化思想的导向控制策略，探讨导向控制系统的控制模式和控制方法，提出相应的导向控制技术。

3. 中低速磁悬浮列车导向关键技术研究根据导向机理和导向控制技术研究，总结出中低速磁悬浮列车导向的关键技术，如导向力控制技术、导向控制系统的设计与智能化等，并提出具体实现方案。

三、研究方法1. 理论分析法：通过理论模型的建立和导向机理的分析，探讨影响中低速磁悬浮列车导向的关键因素。

2. 数值模拟法：运用ANSYS等仿真软件，模拟磁场分布和列车运行时的力学特性，验证理论模型的正确性。

3. 实验研究法：利用大型实验设备，对导向控制技术和关键技术进行验证，获得实验数据，提出优化方案。

四、预期成果1. 中低速磁悬浮列车导向机理的深入研究，形成导向理论模型。

2. 中低速磁悬浮列车导向控制技术的研究，包括导向控制策略、控制模式、控制方法等。

3. 中低速磁悬浮列车导向关键技术的总结和探索，提出实现方案。

4. 对于中低速磁悬浮列车发展提出科学合理的建议。

关于中低速磁浮列车运输前后悬浮架相关工作的研究【摘要】中低速磁浮列车运输前后需进行悬浮架拆解、恢复等工作，目前没有明确的工作流程，效率低且易出现零部件损坏。

本文对以往运输过程进行研究，形成完善的工作流程，保证运输前后悬浮架相关工作高效、安全进行。

【关键词】中低速磁浮列车悬浮架运输1.我国中低速磁浮列车发展简介磁浮列车作为一种新型轨道交通方式具有速度快、噪声小、舒适性高、能耗低、安全性高、环保等优点，应用前景十分广阔。

我国对磁浮列车的研究始于上世纪80年代初期，1994年10月,西南交通大学建成了首条磁悬浮铁路试验线 ,而后成功完成了4座位磁悬浮列车的载人试验，并于1996年1月通过铁道部组织的专家鉴定。

此后, 西南交通大学设计的时速100km/h低速常导6t单转向架磁悬浮试验车在铁科院环形试验线进行了试验,并于1998年11月通过了铁道部科技成果鉴定，填补了中国在磁悬浮列车技术领域的空白。

2003年1月4日上海磁悬浮列车正式开始商业运营，列车最高时速达430公里，是世界第一条商业运营的磁悬浮专线，为我国发展磁悬浮列车积累了经验。

2009年6月15日，国内首列具有完全自主知识产权的实用型中低速磁悬浮列车，在中国北车唐山轨道客车有限公司下线后完成列车调试，开始进行线路运行试验，这标志着我国已经具备中低速磁悬浮列车产业化的制造能力。

2016年，由中车株机公司牵头研制的时速100公里长沙磁浮快线列车上线运营。

2018年6月，由中车株机公司牵头研制的时速160公里长沙磁浮快线列车上线运营。

2.研究背景本文研究的中低速磁浮列车应用HSST系统，该系统源自日本，采用“F轨电磁悬浮导向+车载短定子直线电机驱动”技术模式，轨道和车辆采用“车包轨”的结构形式，每节车辆配置五个悬浮架，采用“电-液”制动方式。

中低速磁浮列车通过悬浮架实现“车包轨”的结构特点，悬浮架纵梁、托臂和极板装配组成“C”型，将轨道环抱在中间；因此在车辆发运前需要将悬浮架极板装配部分拆解。