接觸軌安裝精度對中低速磁浮列車(chē)受流的影響研究論文
0 引言
磁浮列車(chē)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(shí)也具有其他電力驅動(dòng)的軌道交通方式的共同特點(diǎn)，相同之處都是沿著(zhù)固定軌道行駛，通過(guò)地面電網(wǎng)供電驅動(dòng)。磁浮列車(chē)的支持和導向力是由電磁吸力和電動(dòng)斥力來(lái)提供的，其牽引力是由線(xiàn)性電機產(chǎn)生的，磁浮列車(chē)的關(guān)鍵技術(shù)是牽引技術(shù)、懸浮導向技術(shù)和車(chē)輛結構技術(shù)，而安全、可靠、經(jīng)濟合理的供電系統是實(shí)現磁浮列車(chē)安全可靠運行的重要前提，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，不僅制約運行速度，而且會(huì )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(chē)側向受流可靠性的影響。
1 理論分析
通常，在乘車(chē)或開(kāi)車(chē)過(guò)程中，路面不平或汽車(chē)在經(jīng)過(guò)一些溝坎時(shí)，會(huì )出現顛簸及車(chē)輪跳離地面的現象。路面的平坦狀況影響著(zhù)車(chē)輛運行的穩定性，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(dòng)中的汽車(chē)遇到一個(gè)凸坡時(shí)，車(chē)輪與坡面間的接觸壓力會(huì )增大，迫使汽車(chē)沿坡面上行，接觸壓力與坡的斜率（與坡長(cháng)、坡高有關(guān)）、車(chē)速有關(guān)，坡越短、越高、速度越快，要求汽車(chē)沿坡上升的加速度也就越大，F = ma，質(zhì)量為 m 的車(chē)，加速度 a 越大，車(chē)輪與坡面間的接觸壓力也就越大，當坡過(guò)于短而高時(shí)就形成了坎，汽車(chē)通過(guò)時(shí)感受到的就不是一個(gè)平穩的抬升力，而是一個(gè)強烈的沖擊力；當運動(dòng)中的汽車(chē)遇到一個(gè)下行凹坡時(shí)，車(chē)輪與坡面間的接觸壓力會(huì )變小，重力將為汽車(chē)提供驅動(dòng)力使汽車(chē)下行，接觸壓力的減小程度與坡的斜率（與坡長(cháng)、坡高有關(guān)）、車(chē)速有關(guān)，坡越短、越深、速度越快，要求汽車(chē)沿坡下降的加速度也就越大，質(zhì)量為 m 的車(chē)，加速度 a 越大，車(chē)輪與坡面間的接觸壓力也就越大，當坡過(guò)于陡峭時(shí)，a 會(huì )超過(guò)自由加速度 g 的范圍，汽車(chē)就會(huì )出現跳離地面的現象。
靴軌間的動(dòng)態(tài)受流與此類(lèi)似，供電軌因為制造與安裝誤差，供電軌安裝后呈現的是一個(gè)波紋曲線(xiàn)，靴軌間的接觸壓力也會(huì )隨供電軌的波紋狀況和列車(chē)運行速度而變化。靴軌之間的動(dòng)態(tài)接觸正壓力P，既是評判靴軌動(dòng)態(tài)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(guò)大，機械磨耗增加，正壓力過(guò)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(gè)合適的范圍內，車(chē)輛才能穩定的受流運行。
在動(dòng)態(tài)受流中，受流器與供電軌是一個(gè)密切相關(guān)體，當然受流的可靠性與受流器的動(dòng)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(huà)，受流的可靠性也是難以保證的，列車(chē)速度越高，對供電軌的安裝精度要求也就越高。
2 系統模型
側向受流器采用的是平行四邊形連桿機構，它屬于平行四桿機構中的一種，它的兩對邊長(cháng)度相等且平行，如圖 2 所示，圖中機構桿件的尺寸 L1、L2、L3，Ψn（n = 1、2、3）為主動(dòng)件的角位移，Mr為外力偶，Mb為未知平衡力偶，通過(guò)以上數據求得動(dòng)桿 3 的角位移，點(diǎn) B 和 C 的坐標。
3 正壓力的計算
沿 X 軸方向，供電軌軌面實(shí)際上呈現為波紋態(tài)，從理論上講，可以通過(guò)采集型值點(diǎn)，將供電軌沿 X 軸擬合成一條曲線(xiàn)，任何曲線(xiàn)都可以化成各諧波分量的累加。
正弦波函數有 2 個(gè)重要的參數，一個(gè)是幅值，一個(gè)是波長(cháng)，假定軌道是一個(gè)幅值為 A，波長(cháng)為 L的按正弦波規律變化的一條曲線(xiàn)。
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，三軌呈現為相對于走行軌基準的一條波紋線(xiàn)，為數學(xué)建模與分析的方便，將該波紋線(xiàn)簡(jiǎn)化為一條以 k×D 為波長(cháng)的正弦曲線(xiàn)，進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析，從中發(fā)現軌道精度對受流可靠性的趨勢性影響。當然，軌道實(shí)際安裝精度不會(huì )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(dòng)力學(xué)仿真
在供電軌極限安裝精度均為±3mm 的條件下，隨著(zhù)波長(cháng)的縮短，靴軌接觸正壓力也隨著(zhù)波動(dòng)變大，當波長(cháng)為 75 m時(shí)，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(diǎn)誤差宜控制在±0.5 mm 內，可有效縮短波長(cháng)，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(diǎn)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(chē)在國內外還沒(méi)有一條正式的運營(yíng)線(xiàn)，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(lái)進(jìn)行，本文通過(guò)對靴軌接觸正壓力的動(dòng)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(diǎn)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，也為以后的進(jìn)一步研究提供了理論基礎。
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