城市轨道交通已成为缓解城市交通紧张和实现高效、便捷和绿色环保交通体系的有效措施。自1985年第一列直线电机轨道交通系统诞生以来,直线电机驱动的城市轨道交通车辆越来越在城市轨道交通车辆中占据重要的一部分,其模式得到迅速发展,先后形成了日本制式和加拿大制式两种。它以车辆断面小、维护方便、可通过大坡度及小半径曲线、选线自由、工程造价低、受天气变化影响较小等优点受到人们的欢迎。直线电机驱动的轨道交通车辆与传统电机驱动的车辆存在较大的区别,首先是驱动模式的改变。它不是由轮轨间的粘着力驱动,而是由安装在轨道的反应板产生的电磁推力驱动的。为了充分利用直线电机无粘着驱动的特点,本文建立了采用独立车轮的直线电机驱动车辆动力学模型,分析并设计独立车轮直线电机车辆的一系和二系悬挂系统。通过更改车轮踏面外形和降低轮轨摩擦系数的方法,增强独立车轮的自动对中能力。在此基础上增加迫导向径向机构,使直线电机车辆在曲线通过时车轮尽量处于径向位置。 论文首先从直线电机的特性分析开始,指出电机的效率依赖于电机定子与转子间的气隙,气隙的变化影响直线电机的性能。因此电机悬挂是直线电机应用的重要部分,文中详细说明国外直线电机的几种悬挂模式和所采用的转向架特点。指出采用独立旋转车轮必须解决好车轮的复原和导向问题。其次详细论述了本文所采用的直线电机驱动车辆的设计方案,利用多体动力学仿真软件SIMPACK建立了相应的动力学模型。之后对模型进行动力学仿真计算,优选满足动力学性能和电机气隙变动范围要求的电机和一系二系悬挂参数。最后在优选参数的基础上增加迫导向径向机构,评价它的动力学性能。 分析和计算结果表明,采用独立车轮的直线电机转向架不仅解决了曲线通过和直线运行稳定性之间的矛盾,而且能减小电机气隙,提高电机效率。通过采用大接触角差的踏面,增大车辆的重力复原力;由于车辆采用直线电机非粘着驱动的模式,因此可以通过降低轮轨摩擦系数来显著地降低横向蠕滑力,从而增强车辆依靠重力复原的能力;增加迫导向径向机构能减少车轮曲线通过时的冲角,从而降低横向蠕滑力,可以有效防止车轮轮缘贴靠钢轨,又由于采用独立车轮,左右车轮可以以不同的速度旋转,因此轮轨蠕滑力极低,大大降低了过曲线时的噪音和车轮磨耗。综合上述优点,该方案采用直线电机、独立车轮和迫导向径向机构,理论上实现轨道车辆的性能最佳。