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★ 行業(yè)需求

相比傳統(tǒng)輪軌交通制式，磁浮列車具有非接觸運(yùn)行，具有運(yùn)行噪聲低、行車振動(dòng)小、爬坡能力強(qiáng)、應(yīng)用速度域廣等特點(diǎn)，是一種頗具發(fā)展?jié)摿Φ男滦统鞘熊壍澜煌ㄖ剖?。中低速磁浮交通作為新型軌道交通，其系統(tǒng)更環(huán)保、更安全、更綠色，具有廣泛的市場適用性，中低速磁浮交通在日本、韓國和中國已實(shí)現(xiàn)了商業(yè)應(yīng)用，當(dāng)前我國亦有多個(gè)城市正在建設(shè)、規(guī)劃中低速磁浮線路。國務(wù)院辦公廳關(guān)于進(jìn)一步加強(qiáng)城市軌道交通規(guī)劃建設(shè)管理的意見（國辦發(fā)〔2018〕52號(hào)）指出，對城市軌道交通系統(tǒng)應(yīng)嚴(yán)格建設(shè)申報(bào)條件，綜合投資建設(shè)成本較低、施工周期短、對環(huán)境友好的中低速磁浮交通制式迎來重大發(fā)展機(jī)遇。電磁型磁浮列車與線纜之間存在特殊的耦合振動(dòng)問題，嚴(yán)重時(shí)將導(dǎo)致懸浮失效，引發(fā)安全隱患。為緩解車線耦合振動(dòng)現(xiàn)象，通常以加大橋梁質(zhì)量和剛度的方式來解決這一問題，但無疑增加了線路的建設(shè)成本，不利于中低速磁浮交通的推廣應(yīng)用。因此，在當(dāng)前中低速磁浮車輛技術(shù)的基礎(chǔ)上，研發(fā)（懸掛）中置式磁浮列車，進(jìn)一步提升中低速磁浮額的線路適應(yīng)性，符合軌道交通綠色發(fā)展要求，具有巨大的應(yīng)用前景。

★ 共性關(guān)鍵技術(shù)

（懸掛）中置式磁浮列車，由于具有技術(shù)優(yōu)勢，以及當(dāng)前較為成熟的加工工藝、建設(shè)周期等優(yōu)勢，在中低速域的城市軌道交通和高速域的城際交通等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。但是電磁型磁浮列車與軌道之間需要通過懸浮控制系統(tǒng)維持額定的小間隙，該間隙約為8~10mm，車輛與線路間易發(fā)生車線耦合振動(dòng)現(xiàn)象。列車—控制—線路是機(jī)電耦合的復(fù)雜非線性系統(tǒng)，列車運(yùn)行穩(wěn)定性受到車速、軌道不平順、線路類型、車輛自身結(jié)構(gòu)等的綜合影響，面臨安全可靠、控制靈活、節(jié)能增效等共性關(guān)鍵技術(shù)問題。對于電磁型磁浮車輛最困難的問題是以合理的低成本有效地抑制車輛與柔性軌道梁之間的相互作用，國內(nèi)外學(xué)者在優(yōu)化懸浮控制策略方面做出了重大努力，但仍不能夠在降低軌道梁成本方面做出大的貢獻(xiàn)。傳統(tǒng)輪軌車輛轉(zhuǎn)向架對車輛與軌道之間的動(dòng)態(tài)作用有很大的影響，基于以上研究，磁浮車輛的懸浮架也對車線耦合起著重要作用。因此，基于對懸浮架動(dòng)力作用機(jī)理的研究成果，可設(shè)計(jì)一種新型懸浮架，實(shí)現(xiàn)車輛與軌道梁之間的低動(dòng)態(tài)相互作用，為軌道梁的低成本應(yīng)用提供新的解決方案，為磁浮交通提供廣闊的發(fā)展前景。為此，工程中心團(tuán)隊(duì)在國家科技支撐計(jì)劃、國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國家自然科學(xué)基金等項(xiàng)目資助下，針對中低速磁浮列車長期存在的車線耦合振動(dòng)及牽引效率較低的問題，系統(tǒng)、全面地開展了（懸掛）中置式懸浮架、直線電機(jī)等方面的核心技術(shù)研究，取得的技術(shù)突破如下：

（1）提出了“低動(dòng)力作用懸浮架”設(shè)計(jì)理念與方法

針對電磁懸浮磁浮列車獨(dú)特的主動(dòng)控制支撐方式，從系統(tǒng)振動(dòng)能量的觀點(diǎn)，闡明了懸浮架動(dòng)力作用的機(jī)理。為緩解車軌耦合振動(dòng)，首次提出了懸浮架低動(dòng)力作用設(shè)計(jì)理念和方法。低動(dòng)力作用懸浮架的研究成果被《Handbook of Railway Vehicle Dynamics》（Second Edition）引用。對懸浮模塊受力情況和懸浮系統(tǒng)克服空簧做功進(jìn)行了對比分析，研究懸浮架與軌道的動(dòng)態(tài)作用力內(nèi)部機(jī)理。相關(guān)研究成果發(fā)表SCI、EI論文15余篇。

（2）發(fā)明并研制了（懸掛）中置式懸浮架

研制了（懸掛）中置式懸浮架，其結(jié)構(gòu)原理顯著區(qū)別于既有懸浮架。優(yōu)化了懸浮架的承載方式，實(shí)現(xiàn)了車軌低動(dòng)力作用。顯著增大了電機(jī)安裝空間，減小了電機(jī)端部效應(yīng)，提升了牽引效能。（懸掛）中置式懸浮架將目前中低速磁浮的應(yīng)用速度由100km/h提升至超過160km/h。（懸掛）中置式懸浮架比既有懸浮架在曲線通過、牽引爬坡、懸浮承載、軌道適應(yīng)性、輕量化、運(yùn)營維護(hù)、制造成本等性能指標(biāo)上更有優(yōu)勢，可進(jìn)一步提高磁浮車輛的市場競爭力。

（3）提出了懸浮架動(dòng)力作用試驗(yàn)評估方法，發(fā)明并研制了系列試驗(yàn)裝備

針對目前磁浮列車性能試驗(yàn)方法和手段的不足，基于相似理論和動(dòng)力學(xué)仿真分析，提出了低動(dòng)力作用懸浮架的臺(tái)架評估方法。發(fā)明并研制了單懸浮架機(jī)電耦合振動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)、直線電機(jī)試驗(yàn)臺(tái)等系列試驗(yàn)裝備，可實(shí)現(xiàn)電磁型懸浮架關(guān)鍵技術(shù)性能的實(shí)驗(yàn)室驗(yàn)證。相關(guān)研究成果授權(quán)發(fā)明專利6項(xiàng)。

★ 工程應(yīng)用及行業(yè)影響

面向城市軌道交通車輛綠色、快捷的發(fā)展需求，研發(fā)團(tuán)隊(duì)突破了懸浮架承載方式、直線電機(jī)效能、車線耦合振動(dòng)現(xiàn)象顯著、軌道梁剛度限制嚴(yán)格等的關(guān)鍵性能指標(biāo)的技術(shù)瓶頸，設(shè)計(jì)開發(fā)了完整的懸浮架試驗(yàn)方案，基于相似理論和動(dòng)力學(xué)仿真，提出了低動(dòng)力作用懸浮架的臺(tái)架評估方法，可實(shí)現(xiàn)電磁型懸浮架關(guān)鍵技術(shù)性能指標(biāo)的實(shí)驗(yàn)室驗(yàn)證，對懸浮架性能進(jìn)行了全面的掌握和性能驗(yàn)證，克服了當(dāng)前磁浮列車簡化的單點(diǎn)試驗(yàn)、整車調(diào)試試驗(yàn)成本較高及周期較長的不足，填補(bǔ)了電磁型磁浮列車關(guān)鍵技術(shù)研究中的空白，為進(jìn)行懸浮控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、懸浮架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、懸浮架強(qiáng)度研究和疲勞壽命分析、直線電機(jī)牽引效能提升、軌道梁選型及輕量化設(shè)計(jì)等提供了科學(xué)的試驗(yàn)手段。

研發(fā)的（懸掛）中置式懸浮架的相關(guān)研究成果已成功應(yīng)用于大連機(jī)車公司時(shí)速160km、中鐵高新工業(yè)公司時(shí)速200km的磁浮工程列車和工程樣車，且于2017年在1.73km試驗(yàn)線上達(dá)到了121km/h的試驗(yàn)速度，由多名院士、專家組成的評審組認(rèn)為“新一代中低速磁浮車輛綜合技術(shù)先進(jìn)，懸浮架技術(shù)國際領(lǐng)先”。標(biāo)志著（懸掛）中置式磁浮列車具有較好的牽引能力，可滿足城市和市域中等運(yùn)量運(yùn)輸需求，具有技術(shù)先進(jìn)性和實(shí)施推廣價(jià)值。通過對不同懸浮架制式的試驗(yàn)車輛進(jìn)行完整的線路試驗(yàn)和長期的跟蹤觀測，在相同的線路工況下，（懸掛）中置式懸浮架在車線耦合、曲線通過、鋼梁和道岔上的長時(shí)間靜懸浮等性能指標(biāo)上比既有懸浮架更優(yōu)優(yōu)勢，可降低磁浮列車對軌道梁的剛度要求，有效減少線路的綜合投資建設(shè)成本。

為充分發(fā)揮電磁型磁浮列車的應(yīng)用潛力，實(shí)現(xiàn)低動(dòng)力作用是推動(dòng)系統(tǒng)健康、快速發(fā)展的關(guān)鍵。（懸掛）中置式磁浮列車技術(shù)源于國家磁浮交通的行業(yè)需求和科技創(chuàng)新需求，且同時(shí)面向中低速域和高速域應(yīng)用的共性問題，旨在提升電磁型磁浮列車的懸浮穩(wěn)定性、降低車線耦合振動(dòng)、改善列車的運(yùn)行穩(wěn)定性和乘坐舒適性、降低系統(tǒng)的綜合建設(shè)成本，促進(jìn)磁浮交通的推廣。目前，我國多項(xiàng)政策文件明確指出支持中低速磁浮等新制式軌道交通的應(yīng)用，多個(gè)城市正掀起電磁型磁浮列車應(yīng)用及建設(shè)熱潮，而（懸掛）中置式磁浮列車具有廣泛的適用性，可以預(yù)期未來將具有廣闊的應(yīng)用前景，（懸掛）中置式磁浮交通市場規(guī)?？捎^。

圖10 時(shí)速160km（懸掛）中置式磁浮列車

圖11 時(shí)速200km（懸掛）中置式磁浮列車