超导EDS列车在弯曲轨道上的动态特性分析与改进

《IEEE Transactions on Transportation Electrification》：Dynamic Characteristics Analysis and Enhancement for Superconducting EDS Trains at Curved Track

本文针对超导电动悬浮列车在弯曲轨道上的动力学性能退化问题，提出了一种任意曲线路径车辆-轨道力分析方法，构建了考虑弯曲轨道的动态模型，并建立了轨道不平顺等效载荷方法。研究结果表明弯曲轨道下车辆横向和倾覆动态特性显著恶化，电磁力高次谐波效应增强。采用地面钩半主动控制策略可有效抑制超导磁体振动，但对高频振动抑制效果有限。为明确弯曲轨道环境下EDS列车的动态特性提供了理论依据，并提出了一种新型SCM振动抑制方法。

　　

摘要：

近年来，对超导电动力悬浮（EDS）的研究逐渐受到了越来越多的关注。作为不可避免的线路条件，水平曲线轨道会改变车载超导磁体（SCM）与地面悬浮/导向（LG）线圈之间的相对空间位置，从而导致车辆与轨道之间的耦合力与直线轨道条件下的情况不同，这显著影响了EDS列车的动态性能。本文提出了一种能够描述任意曲线轨道参数的车辆-轨道力分析计算方法。基于该计算方法，建立了考虑曲线轨道条件的EDS列车动态模型。同时，还提出了一种适用于动态场景中实际电磁力情况与拟合力情况的轨道不规则性等效加载方法。计算结果表明，在曲线轨道条件下，车辆的横向和滚动动态特性显著恶化，电磁力高次谐波的影响也得到了增强。为了抑制SCM的剧烈振动，在主悬挂系统中采用了地面钩式半主动控制策略，实验结果表明该策略可以有效改善SCM单元的横向位移和加速度，但对高频振动的抑制效果较为有限。本研究为阐明EDS列车在曲线轨道上的动态特性提供了宝贵的参考，并为抑制SCM的振动提供了一种新的方法。

引言

磁悬浮（maglev）技术在过去几十年中发展迅速。作为高速甚至超高速轨道交通最具竞争力的候选技术之一，超导电动力悬浮（EDS）列车受到了广泛关注[1],[2]。EDS列车的悬浮和导向依赖于悬挂框架上的超导磁体（SCM）与U形轨道上的悬浮/导向（LG）线圈之间的相互作用[3]。由于具有较大的悬浮间隙、自稳定性能以及较小的悬浮/阻力比等优点，日本学者自20世纪60年代以来对EDS列车进行了大量研究，并建成了山梨试验线和宫崎试验线[4]。EDS列车在高速领域的优异表现促使日本正在建设商业运营线路，预计该线路将于2034年完工。此外，中国近年来也对EDS列车表现出极大的兴趣。中国中车长春轨道车辆有限公司建立了一条200米的直线试验线，使用高温超导EDS磁悬浮列车实现了车辆的悬浮运行[5]。