王卫涛 韩纪昱
中车青岛四方机车车辆股份有限公司 山东青岛 266000
摘要：现阶段，社会发展迅速，磁悬浮列车是一种现代高科技轨道交通工具。它通过电磁力实现列车与轨道之间的无接触的悬浮和导向，并利用直线电机产生的电磁力牵引列车运行。其中，轨道不平顺对高速磁悬浮列车的运行稳定性和乘坐舒适度有明显影响。适用于高速磁悬浮线路运行的测量原理和数据处理方法，用于分析磁悬浮线路的不平顺。为了研究磁悬浮列车悬浮模块的横向动力学稳定性，通过合理的假设简化了运动方程，建立了最简单的横向动力学模型来描述悬浮模块的横向动力学特性。通过搭建单电磁铁悬浮模型，张建国等从电流刚度、气隙刚度以及悬浮力等3个方面分析电流和悬浮间隙对悬浮特性的影响。提出了高速磁浮线路水平曲线轨道线形的优化解。
关键词：高速磁悬浮列车线路；动态适应性；研究
引言
工业革命进程的快速推进促进了人类对磁悬浮技术的探索与研究，并取得了很好的研究成果。磁悬浮列车的出现被认为是人类交通史上的伟大变革，实现了车辆与轨道的无接触运行，丰富和完善了交通运输网络，改变了世界交通运输格局，并通过不断的理论创新与应用研究，持续推动着磁悬浮交通的长远发展。
1高速磁悬浮列车动力学建模
开展动力学分析的首要任务是开展磁悬浮列车的动力学建模。磁悬浮列车在动力学组成方面，主要包括车体和悬浮架。其中，悬浮架构架上安装有悬浮电磁铁、导向电磁铁以及摇枕等，且不同部件相对于悬浮架具有不同的运动关系。基于UM动力学软件建立的动力学模型。动力学建模时，设定悬浮电磁铁和导向电磁铁相对于悬浮架构架具有6个自由度，通过橡胶关节（力元）与构架相连。摇臂相对于构架具有侧滚自由度，左右侧摇臂之间通过扭转弹簧进行连接，而摇臂外侧设有相对于摇臂侧滚的吊杆。吊杆的另一端通过橡胶关节与车体连接，亦可简化为力元形式。摇臂下方布置有空气弹簧，可支撑车体的重量，并可提供较低的垂向刚度。单个悬浮架与车体、电磁铁以及摇臂等部件之间连接的拓扑关系。悬浮电磁铁和轨道之间存在电磁悬浮力，而导向电磁铁和轨道之间存在横向的电磁作用力，即导向力。通过铰接定义部件间的相对运动关系，而部件间的作用也可通过弹簧-阻尼力元的形式来体现。动力学建模的关键点是如何准确反映磁轨相互作用力。磁轨相互作用力从力学本质上分析，在线性振动范围内仍可简化为弹簧-阻尼力元，但这无法反映磁轨间隙大波动条件下磁轨相互作用力的非线性特征。而单极磁铁模型是磁悬浮列车仿真中最常用的模型，能够较为准确地反映控制电流与间隙之间的反馈关系。
2高速磁悬浮轨道交通的应用
目前，中国乃至世界商业运行的高速磁悬浮线路只有２００３年建成的上海高速磁悬浮线。近年来，一些城市和地方开始对高速磁悬浮技术产生浓厚兴趣，相继提出规划建设高速磁悬浮线。尽管高速磁悬浮轨道交通应用前景广阔，但在技术方面仍然存在一些需要解决的问题：磁悬浮列车运量相对轮轨列车偏小，今后应着重针对提高载客量进行研究；磁悬浮轨道梁结构设计研究以及相应规范和标准还不完善，还应加大对磁悬浮轨道梁现场试验及其控制限值的研究力度；造价高，利润回收周期长，不能与现有铁路网连通兼容；高速运行时存在停电制动问题；常导电磁悬浮列车由于悬浮高度低，对线路平整度要求高；低温超导电动磁悬浮由于涡流效应悬浮损耗较大，冷却系统较重，悬浮控制存在问题。
中国高速轮轨列车已实现３５０ｋｍ·ｈ－１商业运营，高速磁悬浮列车已具备５００ｋｍ·ｈ－１的运用能力，技术的不断进步激发着人们对更高速度的期盼。目前普遍认为，高速轮轨列车在４００ｋｍ·ｈ－１以上的商业运营技术风险较大。高速磁悬浮列车基于非接触运行原理，其应用速度范围可覆盖从城市轨道交通速度直至数个，覆盖了这一宽泛的速度范围，并将其划分为５个等级。在几种磁悬浮方式中，高温超导磁悬浮具有在全速度域均可运用的潜力，其技术关键是提升承载能力。电磁悬浮可应用于中低速域和高速域，其技术关键在于有效抑制车辆／轨道耦合振动。电动磁悬浮可应用于高速域，但因磁阻力很大，不适用于中低速度域。目前在中低速域和高速域均已成功实现磁悬浮轨道交通商运，而在中速域和超高速域的应用研究正持续开展。超高速磁悬浮轨道交通系统是一个十分复杂的大科学装置，涉及交通运输、土木工程、自动控制、电力电子、直线推进、机械设计制造、通信与信息、故障监测与诊断等众多学科，其研究能力是一个国家科技实力和工业水平的重要标志，从科学试验到商用，需要经历落地试验、联调联试、载人运营和国家验收等必经的几个阶段。如何加快突破技术瓶颈并将众多关键技术整合集成实现工程化和商业化，相关科研人员还任重道远。２１世纪以来，人类对磁悬浮轨道交通研究的热度不断升温，说明它有着其他交通方式无可替代的优势。随着经济和社会的发展，必然会有对高速以及超高速运输系统的需求。
3磁悬浮列车的发展趋势
伴随着经济的发展，人们的生活水平逐渐提高，越来越追求生活的品质。同时由于我国的人口较多，一些地区人们交通出行需求在不断增加，一些交通拥堵的现象时常发生。而磁悬浮列车的运行，能够有效缓解城市地区的交通压力，为人们生活带来更多的便捷。磁悬浮列车有着污染小以及噪音小等特点，是城市交通的绿色能源，还有它有着爬坡能力较强的特点，也可以运用到一些城市的旅游业领域中，使人们的生活更加丰富多彩。
磁悬浮交通能够满足我国高速客运不断增长的需求。改革开放以来，我国的客运交通有了很大的发展与突破，逐步形成了铁路、航空以及公路等交通运输系统。伴随着我国高速客运需求的增长趋势，高速磁悬浮是一种最佳的交通方式，能够提高交通的速度。我国较为日本、美国等国家相比，对于磁悬浮列车的投入与研究较晚。日本在不断开创高速铁路技术的同时，也不断加强对磁悬浮技术的研究与投入，并取得了很大的成就。我国与日本有着相似的交通现状，具有人口密度高以及需求量大的特点，而人均资源占有量较低，因此，我国可以借鉴日本的有效经验，不断完善我国的磁悬浮技术，加强对研究的重视。同时我国经过长时间的技术研究，研究团队在不断壮大，并且实现了中国制造的要求，我国磁悬浮技术能力和水平在增强，并给我国的交通发展营造了更加广阔的发展空间。高速磁悬浮交通已经成为必然的发展趋势，不仅能够改变我国的交通状况，而且也能够使得我国交通更加发达与畅通。对于高速铁路技术的研究，我国经历了一段很长的发展历程，由最初的引进、借鉴到现今的逐渐成熟，不断彰显我国的经济和技术实力，从而体现出我国的竞争优势。
结语
磁悬浮列车的出现完善了我国交通运输纽带，并带动了我国经济的快速发展。磁悬浮列车的出现不仅是一种技术的提高，而且在影响着经济、社会以及文化等多个领域，使得城市化的进程逐步加快，也在相应的带动建筑、铁道以及工业制造等行业的不断创新。磁悬浮列车的发展，也体现出磁悬浮技术的不断创新，它在以一种强大的力量刷新着世界交通面貌，彰显着广阔的发展前景。
参考文献
[1]李万磊，陈天星，胡瑞霞，等.磁悬浮列车运行平稳性研究[J].机械科学与技术，2019（5）：677-683.
[2]陈武，邓斌，邓自刚，等.新型超导磁悬浮转向架设计及有限元分析[J].机车电传动，2019（1）：56-60.