接觸軌安裝精度對中低速磁浮列車受流的影響研究論文
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
磁浮列車具有有別於其他軌道交通方式的自身獨特性—高速，安全，舒適，環保，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，透過地面電網供電驅動。磁浮列車的支援和導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生的，磁浮列車的關鍵技術是牽引技術、懸浮導向技術和車輛結構技術，而安全、可靠、經濟合理的供電系統是實現磁浮列車安全可靠執行的重要前提，從接觸軌－受電器的供電系統結構可以判斷，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定性影響極大，不僅制約執行速度，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過一些溝坎時，會出現顛簸及車輪跳離地面的現象。路面的平坦狀況影響著車輛執行的穩定性，高執行速度就要求高品質的路面狀況，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）、車速有關，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 = ma，質量為 m 的車，加速度 a 越大，車輪與坡面間的接觸壓力也就越大，當坡過於短而高時就形成了坎，汽車透過時感受到的就不是一個平穩的抬升力，而是一個強烈的衝擊力；當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）、車速有關，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，當坡過於陡峭時，a 會超過自由加速度 g 的範圍，汽車就會出現跳離地面的現象。
靴軌間的動態受流與此類似，供電軌因為製造與安裝誤差，供電軌安裝後呈現的是一個波紋曲線，靴軌間的接觸壓力也會隨供電軌的波紋狀況和列車執行速度而變化。靴軌之間的動態接觸正壓力P，既是評判靴軌動態接觸可靠性的指標，也是評判受流器穩定受流的指標；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於一個合適的範圍內，車輛才能穩定的受流執行。
在動態受流中，受流器與供電軌是一個密切相關體，當然受流的可靠性與受流器的動力學效能有關，也就是與受流器的`品質有關，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 系統模型
側向受流器採用的是平行四邊形連桿機構，它屬於平行四杆機構中的一種，它的兩對邊長度相等且平行，如圖 2 所示，圖中機構杆件的尺寸 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，透過以上資料求得動杆 3 的角位移，點 B 和 C 的座標。
3 正壓力的計算
沿 X 軸方向，供電軌軌面實際上呈現為波紋態，從理論上講，可以透過採集型值點，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。
正弦波函式有 2 個重要的引數，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的按正弦波規律變化的一條曲線。
假設橫向安裝精度為±b mm，支座安裝間距為 D，m，沿軌道縱向，三軌呈現為相對於走行軌基準的一條波紋線，為數學建模與分析的方便，將該波紋線簡化為一條以 k×D 為波長的正弦曲線，進行動力學分析，從中發現軌道精度對受流可靠性的趨勢性影響。當然，軌道實際安裝精度不會按設定的正弦波變化，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模擬
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，當波長為 75 m時，就不能保證穩定受流了。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，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，保證軌面的平順性。
5 結論
中低速磁浮列車在國內外還沒有一條正式的運營線，對其供電系統的設計也只能參照城市軌道交通的供電系統來進行，本文透過對靴軌接觸正壓力的動力學模擬，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，保證軌面的平順性，這為接觸軌系統工程設計和安裝施工提供必要參考，也為以後的進一步研究提供了理論基礎。