中低速磁浮列车车体强度设计及试验研究.docx

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中低速磁浮列车车体强度设计及试验研究

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王峰崔玉萌

由于磁浮车辆车体结构形式特殊,现阶段并没有完全适用的标准或规范对车体静强度进行明确规定,一般参考EN12663P-IV中规定对其静强度进行设计。本文旨在通过数值模拟分析,对车体静载荷进行研究,并参考EN12663,依据磁浮列车结构特点和静载荷建模分析结果,确定中低速磁浮车体静强度及静强度试验工况,并规定静强度实验方法,从而对仿真计算进行验证,以确保中低速磁浮列车车体静强度设计的准确性。

磁浮;车体结构;静强度;实验工况

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0引言

轨道交通自主創新是国家通过实施“创新驱动发展”战略全面支撑“制造强国”和“走出去”战略的重要保障。当前,德国、日本、美国等国家正积极筹划和发展各种形式的交通技术,日本开展了超导高速磁浮技术研究,并规划东京至名古屋商业磁浮铁路,美国开展了Magneplane、Hyperloop等多种技术方案的研究。我国高速铁路技术发展迅速,在世界铁路行业具有重要地位,亟需在中速、高速磁浮交通领域深化研究,做好战略技术储备。

鉴于此,由于现有标准或规范中无针对磁浮列车车体强度设计的具体要求,在具体设计时只能参考EN12663P-IV中的规定进行计算。本文根据中低速磁浮列车结构特点及运营模式,进行理论建模和分析,从而对车体静载荷进行研究分析,并参考EN12663,依据磁浮列车结构特点和静载荷建模分析结果,确定中低速磁浮车体静强度试验工况,并规定静强度实验方法,从而对仿真计算进行验证,以确保中低速磁浮列车车体静强度设计的准确性。

1中低速磁浮车辆特点

磁浮列车是依靠电磁力使列车浮起,悬浮电磁铁与轨道之间保持一定的气隙而不与轨道接触,没有轮轨铁路的磨擦,列车牵引依靠直线电机推动,磁浮列车具有以下特点:

(1)噪音低,有利于环境保护,乘坐平稳舒适。列车运行时处于悬浮状态,与轨道之间

无接触,无轮轨系统之间相互作用引起振动,运行平稳,舒适感强;

(2)爬坡能力大,转弯半径小,线路适应性强,爬坡能力可达70‰;

(3)运量较大,可满足轻轨交通的运量需求。轻轨交通的运量标准为:1~3万人次/单

向小时。中低速磁浮列车系统,可以达到3.2万人次/单向小时,完全可以满足轻轨交通系统载客量;

(4)抱轨运行,安全性好。列车“抱轨”运行,车轨一体,不会发生脱轨和翻车事故;

即使停电,车载电源维持悬浮,直到安全停车;线路适合高架,相对地下线路具有更高的安全性。

2车体静强度设计

磁浮列车结构特点、运用环境与轮轨列车有很大差异,故车体结构设计时应按照以下原则进行:

(1)车体应为整体承载结构;(2)车体结构应能够承受与运用要求相一致的最大载荷,不产生永久变形;(3)车体结构应具备一定的刚度,满足其安装设备正常工作与运行过程中旅客乘坐舒适性的要求;(4)在保证强度和刚度的前提下,车体结构应最大限度降低自重,车体结构宜采用轻型材料,如铝合金或复合材料;(5)车体主结构设计寿命不应低于30年。

参考EN12663及磁浮列车的特性,在车体强度设计时,确定相应工况下设计时载荷,如下表1所示。本文主要针对以下工况碱性工况01、工况02、工况03建模分析,通过理论计算,以确定最终数值,其余工况04至工况08,可参考EN12663执行。在计算工况明确后,进行仿真计算,然后根据本文提出静强度实验方法进行试验,对过对比证明设计合理性。

在垂向载荷(m1+m4)g作用下,车体静挠度不超过同一转向架空簧支撑点距离的1‰。

在给定的载荷下车体总结构不会发生破裂以及永久变形。材料的屈服强度与计算应力或者测试应力σ的比应大于或者等于1,即安全系数S大于或者等于1,

3车体静载荷实验

工况01

车体结构支撑在空簧位,首先在车体结构上施加g×m1-g×m0垂向载荷,除质量大的设备在其安装位置施加集中载荷外,其余载荷均匀施加在地板上。然后在车钩连接处施加320kN拉伸载荷。对实验测得的数据进行处理,计算出对应于320kN拉伸载荷与垂向载荷g×m1组合实验数据。

3.2工况02

车体结构支撑在空簧位,首先在车体结构上施加g×m1-g×m0垂向载荷,除质量大的设备在其安装位置施加集中载荷外,其余载荷均匀施加在地板上。然后在车钩连接处施加400kN压缩载荷。对实验测得的数据进行处理,计算出对应于400kN压缩载荷与垂向载荷g*m1组合实验数据。

3.3工况03

车体结构支撑在空簧位,在车体结构上施加1.1g×(m1+m4)-g×m0垂向载荷,除质量大的设备在其安装位置施加集中载荷外,其余载荷均匀施加在地板上。对实验测得的数据进行处理,计算出对应于垂直载荷1.1g×(m1+m4)的数据。

3.4工况04

车体机构支撑在规定的顶车位/抬车,车体支撑在顶车/抬车位,在车体结构上施加1.1g×m1-g×

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