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常导磁悬浮车辆支墩支承结构设计探讨
摘要:研究目的:磁悬浮列车在轨道上悬浮运行,具有快捷、安全、舒适、低噪声、无轮轨摩擦、无污染等优点,发展前景十分美好,必将成为21世纪的一种重要的交通工具。本文对常导磁悬浮车辆支墩结构的设计理论进行了探讨。
研究方法:上部支承结构计算按门式框架结构进行分析。底梁设计时沿线路纵向取1米宽底梁作为计算单元,按弹性地基梁理论进行内力和变形分析。
研究结果:结合磁悬浮工程,对其主要结构———车辆支墩结构设计,从设计荷载、计算模型、计算图式及结构计算方法、结构构造设计等方面进行了较为详尽的说明。其设计理论及结构设计方法已经用于多项工程实验。
研究结论:常导磁悬浮车辆支承墩的设计理论及结构设计方法,经工程实验及四年多的运营实践,证明设计合理、结构安全可靠,满足悬浮运行的要求,具有一定的推广价值。
关键词:常导磁悬浮;车辆支墩支承结构;设计;探讨
磁悬浮列车在轨道上悬浮运行,具有快捷、安全、舒适、低噪声、无轮轨摩擦、无污染的优点,发展前景十分美好。科学家预言:磁悬浮列车是21世纪的一种重要的交通工具。
磁悬浮列车的基本原理是:利用磁力克服地球引力,使列车在轨道上悬浮,并利用线性直线电机推动前进。与常规轮轨列车相比,磁悬浮列车主要有以下优点:
(1)乘坐平稳舒适、噪音低。列车运行时处于悬浮状态,车身与轨道之间无接触,传统轮轨列车系统相互作用引起的振动在这里被消除了,因此运行平稳,乘坐舒适。由于没有轮轨之间的撞击和摩擦,磁悬浮列车运行时的噪音也是非常低的。
(2)占地面积少、转弯半径小、爬坡能力强。磁悬浮铁路占地面积较少,当采用高架线时,其效果将更加突出。充分利用其转弯半径小、爬坡能力强的特点,则可适应较为复杂地形的地区,并能大量的减少工程数量,降低工程造价。
(3)安全可靠。磁悬浮车体两侧是“包”在轨道上的,不存在脱轨掉道的问题。由于采用冗余结构等措施,能确保其安全可靠。
(4)无轮轨磨损,寿命长,机械维修工作量非常低。
(5)使用电力牵引,无空气污染,加之其低噪声的特点,有利于环境保护,特别适合作为城市内和市域区的交通工具。
1 国内外常导磁悬浮开发研究进程
1.1 国外常导磁悬浮直线电动机车辆及工程的研发进程简介
常导磁悬浮直线电动机车辆的研究开发始于20世纪70年代,它是日本航空公司专为机场高速交通而开发的车辆交通系统,已历经30多年的发展历史。它由直线感应电机(Linearinductionmotor)推进,所以又称为“Linimo”型。在1989年的Yokohama博览会后,名古屋铁路集团、爱知县行政区和HSST公司联合建立了ChubuHSST公司(CHSST)来推进HSST的商业化。CHSST先后推出了两种商业化HSST型号:HSST—100S和HSST—100L,并在名古屋的大江修建了一条1.5km长的试验线,在上面进行了两种型号的全尺寸运营试验。为TKL线设计的TKL“Linimo”列车样车(属于HSST—100L型,结构方面有较大改进)也在上面进行了试验。同时确定了“常导磁悬浮直线电动机车辆”的基本构造。1993年,常导磁悬浮直线电动机车辆在大江试验线经过2年的运行试验,运输省得出了“关于实用化,技术层面上没有问题”的结论,爱知县得出了“作为城市市内交通系统,十分实用”的结论。而后开始了以提高系统维护性能和降低费用为目的的研究开发,继续进行耐久性试验。2000年2月,他们又成立了半公开的“AichiKosokuKotsu(AKK)”公司来专门运营TKL项目。
为了迎接2005年“爱知”世博会,日本在名古屋(Nagoya)市郊的藤丘(Tobu)至万博八草(Kyuryo)建设了一条磁浮商业运营线(也称东部丘陵线,简称TKL)。该线全长9km,全程运行大约需要15min,列车最大速度为100km/h。每天能运送30000名乘客。
1.2 国内常导磁悬浮车辆及工程研发情况简介
我国从80年代开始进行磁悬浮车辆研究。并于2001年4月建成了长204m中低速磁悬浮列车某试验线。2001年11月在北京市科委主持下,邀请国家科技部、某某省科技厅有关领导和包括5位中科院、工程院院士在内的国内相关领域的专家,通过了中试系统评审。现在,常导磁悬浮直线电动机车辆系统已经在试验线上安全试验运行了8000km之多。
2 线路及结构的主要特点
由于磁浮列车系统车辆与轨道之间的无接触、无磨损的支承和导向,无接触的牵引和制动特性,对线路的曲线半径和爬坡能力有了极大改善,使选线有更大的灵活性。
2.1 转弯半径小。在曲线地段,为平衡侧向自由加速度,不论公路还是铁路,均设置横坡(超高)。速度越快,半径越小,横坡值越大。由于磁浮列车不存在轮轨接触,不会脱轨,其运行时也不会对轨道造成磨损,因此,可采用较大的横坡值;缓和曲线和横坡的线型,采用正弦曲线,其线型变化是圆顺的,动力学特性较佳,不产生突变点,而且其横坡角度变化完全以舒适度作[1] [2] [3] [4] [5] 下一页
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