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中低速磁浮交通系統(tǒng)是一種新型的軌道交通方式。中低速磁浮列車是中低速磁浮交通系統(tǒng)的核心，其結(jié)構(gòu)形式、工作原理、受力方式等與傳統(tǒng)輪軌交通車輛有很大的不同。為確保設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)滿足運(yùn)行的要求，需對(duì)中低速磁浮列車進(jìn)行動(dòng)應(yīng)力測(cè)試，分析其重點(diǎn)結(jié)構(gòu)受力狀況。

車輛結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介

中低速磁浮列車采用全動(dòng)車編組方式，車輛與車輛之間采用半*久牽引桿連接。每輛車安裝5個(gè)轉(zhuǎn)向架，每個(gè)轉(zhuǎn)向架與車體之間安裝2個(gè)縱向拉桿。每個(gè)轉(zhuǎn)向架通過4個(gè)滑動(dòng)臺(tái)上的空氣彈簧支撐車體，空氣彈簧通過橫向拉桿與轉(zhuǎn)向架之間連接，轉(zhuǎn)向架依靠電磁力與軌道保持無接觸的懸浮狀態(tài)。車輛端部2個(gè)轉(zhuǎn)向架各安裝一套轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)。

轉(zhuǎn)向架結(jié)構(gòu)由鋁合金擠壓型材電機(jī)箱梁與鑄造鋁合金托臂組成，通過螺栓組合在一起形成一個(gè)模塊，左右2個(gè)模塊通過4組防側(cè)滾梁及吊桿組成一個(gè)轉(zhuǎn)向架系統(tǒng)。轉(zhuǎn)向架的每個(gè)空氣彈簧都與橫向拉桿相連接。

車輛受力分析

中低速磁浮列車與輪軌列車的結(jié)構(gòu)差異較大，受力情況較為復(fù)雜，主要受力情況分析如下：

縱向力。包括車輛與車輛之間通過半*久性牽引桿傳遞的力、通過縱向拉桿傳遞的車體與轉(zhuǎn)向架之間的力、轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)作用于鋼絲繩的拉力、支撐滑塊落地時(shí)與軌道產(chǎn)生的摩擦力等。

橫向力。包括通過橫向拉桿傳遞的空氣彈簧與轉(zhuǎn)向架之間的力、上下滑動(dòng)臺(tái)之間運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的阻力等。

垂向力。包括車輛作用于轉(zhuǎn)向架上的垂向力、支撐滑塊落地時(shí)軌道作用于轉(zhuǎn)向架的沖擊力等。

車輛正常運(yùn)行或故障運(yùn)行時(shí)，各種作用力相互作用和疊加，受力狀態(tài)非常復(fù)雜，有時(shí)仿真計(jì)算并不能真實(shí)反映各個(gè)部位的受力情況。因此，為了研究中低速磁浮列車在實(shí)際線路運(yùn)行中的受力狀態(tài)，有必要通過實(shí)驗(yàn)手段對(duì)列車進(jìn)行動(dòng)載荷、動(dòng)應(yīng)力測(cè)試。

測(cè)試工況

動(dòng)載荷、動(dòng)應(yīng)力測(cè)試主要是研究中低速磁浮列車在各種運(yùn)行工況下關(guān)鍵部件所承受的載荷及結(jié)構(gòu)關(guān)鍵部位的應(yīng)力，為后續(xù)車輛的設(shè)計(jì)和改進(jìn)提供技術(shù)支持。因此，試驗(yàn)前要對(duì)測(cè)試工況進(jìn)行設(shè)計(jì)，測(cè)試工作在2輛編組的中低速磁浮列車上進(jìn)行。

為盡可能多地獲得測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行比較分析，測(cè)試工況考慮了不同的線路情況、不同的運(yùn)行速度、不同的載荷、不同的制動(dòng)方式、不同的故障運(yùn)行條件以及上述各種因素的組成情況。

線路情況包括：直線段運(yùn)行、曲線段運(yùn)行、坡道運(yùn)行。

運(yùn)行速度包括：列車啟動(dòng)并運(yùn)行至20Km/h、40Km/h、60Km/h、80Km/h后制動(dòng)停車。

載荷工況包括：AW0+AW3工況（頭車空車重量+尾車超員重量）、AW3+AW3工況（頭車超員重量+尾車超員重量）。

制動(dòng)方式包括：常用制動(dòng)、快速制動(dòng)、緊急制動(dòng)。

故障運(yùn)行條件包括：利用支撐輪運(yùn)行、單車牽引、懸浮掉單點(diǎn)、懸浮掉1個(gè)模塊、懸浮掉1個(gè)轉(zhuǎn)向架、落車等。

測(cè)點(diǎn)選取

動(dòng)載荷測(cè)點(diǎn)包括：半*久性牽引桿、縱向拉桿、橫向拉桿、轉(zhuǎn)向鋼絲繩。

動(dòng)應(yīng)力測(cè)點(diǎn)包括：轉(zhuǎn)向架托臂、防側(cè)滾梁等強(qiáng)度關(guān)鍵部位，共布置單向應(yīng)變片9片、直角應(yīng)變花3片。

數(shù)據(jù)標(biāo)定

為測(cè)得半*久性牽引桿、縱向拉桿、橫向拉桿上的力的大小，首先在實(shí)驗(yàn)室拉力試驗(yàn)機(jī)上對(duì)半*久性牽引桿、縱向拉桿、橫向拉桿進(jìn)行標(biāo)定。應(yīng)變片分別布置在上述各部件的中間部位的圓截面上下對(duì)稱位置，在橫向及周向分別布置單向應(yīng)變片各1片。然后，在半*久性牽引桿、縱向拉桿、橫向拉桿兩端分別施加一定的載荷，獲取載荷與應(yīng)變的曲線，作為實(shí)車測(cè)試的分析依據(jù)。

動(dòng)應(yīng)力測(cè)試流程

儀器采用聚航科技生產(chǎn)的JHDY多通道動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀，軟件式操作、多功能測(cè)量。在進(jìn)行磁浮列車線路運(yùn)行測(cè)試時(shí)，將動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀放置在被測(cè)試車輛內(nèi)部，應(yīng)變片通過導(dǎo)線與動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀連接。每個(gè)工況分別測(cè)試3次并采集數(shù)據(jù)。各個(gè)工況的測(cè)試流程：1在車輛靜止?fàn)顟B(tài)下動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀清零；2在車輛啟動(dòng)、穩(wěn)定速度運(yùn)行、制動(dòng)狀態(tài)下，分別進(jìn)行各工況動(dòng)載荷、動(dòng)應(yīng)力測(cè)試；3車輛制動(dòng)停止，測(cè)試結(jié)束。

下圖顯示了縱向拉桿在某一工況下的載荷-時(shí)間歷程曲線，表明了縱向拉桿在這一工況下車輛從靜止、啟動(dòng)、惰行、制動(dòng)到停車過程中受力變化的情況。

       數(shù)據(jù)處理及分析

通過對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)的處理和分析，得出相關(guān)部位的受力情況如下：

1. 縱向拉桿的*大拉伸載荷是21.8KN，出現(xiàn)在AW3+AW3工況，以60KM/h速度運(yùn)行、懸浮掉1個(gè)轉(zhuǎn)向架且施加常用制動(dòng)時(shí)；*大壓縮載荷為-49.4KN，出現(xiàn)在AW3+AW3工況、以60KM/h速度運(yùn)行、懸浮掉1個(gè)模塊且施加常用制動(dòng)時(shí)。

2. 橫向拉桿*大拉伸載荷為7.8KN，出現(xiàn)在AW0+AW3工況，以30KM/h速度通過R100m曲線且不落車施加緊急制動(dòng)時(shí)；*大壓縮載荷為-13.3KN，出現(xiàn)在AW0+AW3工況，以60KM/h速度運(yùn)行、懸浮掉1個(gè)模塊且施加常用制動(dòng)時(shí)。

3. 轉(zhuǎn)向鋼絲繩的*大拉伸載荷為3.7KN，出現(xiàn)在AW3+AW3工況、以60Km/h速度運(yùn)行時(shí)、懸浮掉1個(gè)轉(zhuǎn)向架且施加常用制動(dòng)時(shí)。

4. 半*久性牽引桿*大拉伸載荷為35.3KN，出現(xiàn)在AW3+AW3工況、單車牽引、以60Km/h速度運(yùn)行、落車并施加緊急制動(dòng)時(shí)；*大壓縮載荷為-54.7KN，出現(xiàn)在AW0+AW3工況、以40Km/h速度運(yùn)行、落車并施加緊急制動(dòng)時(shí)。

5. 所有測(cè)點(diǎn)的*大應(yīng)力為58.8MPa，出現(xiàn)在AW3+AW3工況，以60Km/h速度運(yùn)行、懸浮掉1個(gè)轉(zhuǎn)向架并施加常用制動(dòng)時(shí)，測(cè)點(diǎn)在托臂外側(cè)；所有測(cè)點(diǎn)的最小應(yīng)力為-87.6MPa，出現(xiàn)AW0+AW3工況、以60Km/h速度運(yùn)行、懸浮掉1個(gè)轉(zhuǎn)向架且施加常用制動(dòng)時(shí)，測(cè)點(diǎn)在托臂內(nèi)側(cè)。所測(cè)應(yīng)力均低于材料的許用應(yīng)力。

結(jié)論

1. 中低速磁浮列車轉(zhuǎn)向架動(dòng)應(yīng)力測(cè)試結(jié)果及縱向拉桿、橫向拉桿、半*久性牽引桿、轉(zhuǎn)向鋼絲繩動(dòng)載荷測(cè)試結(jié)果表明：中低速磁浮列車轉(zhuǎn)向架強(qiáng)度具有較大的安全余量；實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，縱向拉桿、橫向拉桿、半*久性牽引桿、鋼絲繩狀態(tài)完好。因此，轉(zhuǎn)向架及拉桿等關(guān)鍵部件可以滿足安全運(yùn)行的需要。

2. 在故障情況下，縱向拉桿所受動(dòng)載荷遠(yuǎn)大于計(jì)算分析施加的載荷，應(yīng)在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和計(jì)算時(shí)充分考慮這一因素。

3. 半*久性牽引桿*大壓縮載荷僅為-54.7KN，而且波動(dòng)較小，說明中低速磁浮列車的縱向沖動(dòng)非常小，其乘坐的舒適性也很好。