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      長(zhǎng)定子中低速磁浮列車(chē)軌道非線性有限元分析

      2012-09-04 08:26:58嵐,劉放,邢濤,周
      鐵道建筑 2012年1期
      關(guān)鍵詞:軌枕彈性體鋼軌

      何 嵐,劉 放,邢 濤,周 益

      (西南交通大學(xué) 機(jī)械工程研究所,四川 成都 610031)

      磁浮列車(chē)按直線電機(jī)定子長(zhǎng)度分為長(zhǎng)定子直線電機(jī)和短定子直線電機(jī)。長(zhǎng)定子直線電機(jī)的定子(初級(jí)線圈)設(shè)置在導(dǎo)軌上,其定子繞組可以在導(dǎo)軌上無(wú)限長(zhǎng)地鋪設(shè),故稱為“長(zhǎng)定子”,常用在高速及超高速磁浮鐵路中。短定子直線電機(jī)的定子設(shè)置在車(chē)輛上。由于其長(zhǎng)度受列車(chē)長(zhǎng)度的限制,故稱為“短定子”。短定子直線電機(jī)通常用在中低速磁浮鐵路及直線電機(jī)輪軌道交通中,用于城市軌道交通領(lǐng)域[1]。在研究長(zhǎng)定子應(yīng)用于中低速磁浮列車(chē)軌道時(shí),為限制振動(dòng)給中低速磁浮列車(chē)帶來(lái)的危害和影響,在磁浮列車(chē)軌道中應(yīng)用彈性體,以充分發(fā)揮其隔振和調(diào)整高度的作用。但實(shí)際工程中,彈性體和軌道支座之間以及軌枕與彈性體之間是接觸的,屬非線性行為。為了更恰當(dāng)?shù)貙?duì)軌道承載情況進(jìn)行分析,在此,采用非線性接觸分析進(jìn)行計(jì)算。通過(guò)計(jì)算,一方面可對(duì)磁浮列車(chē)軌道情況進(jìn)行較系統(tǒng)的分析,同時(shí)也為了更好地研究承壓彈性體結(jié)構(gòu)對(duì)軌道性能的影響,對(duì)其主要的設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行系統(tǒng)的研究,提出軌道承壓彈性體主要結(jié)構(gòu)尺寸的合理選取范圍。這對(duì)以后磁浮列車(chē)軌道承壓彈性體的設(shè)計(jì)和應(yīng)用有較重要的理論意義和實(shí)用價(jià)值。

      1 磁浮列車(chē)軌道非線性有限元分析

      1.1 磁浮列車(chē)軌道結(jié)構(gòu)

      傳統(tǒng)軌道由鋼軌、軌枕、路基等組成。磁浮列車(chē)軌道因?yàn)榘惭b電磁鐵以及列車(chē)懸浮和導(dǎo)向的需要,其結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)軌道有較大區(qū)別,特別是鋼軌和軌枕部分。磁浮列車(chē)軌道的結(jié)構(gòu)為軌道立柱上面安裝枕梁安裝座,枕梁安裝座與枕梁之間安裝承壓彈性體,枕梁上面安裝鋼軌。鋼軌與軌枕采用螺栓連接。鋼軌的活動(dòng)軌與固定軌之間采用軌道連接板焊接[2-3]。圖1是軌道橫截面示意圖。

      圖1 軌道橫截面示意

      1.2 軌道建模及有限元分析

      這里的有限元模型只針對(duì)軌道的固定立柱、枕梁安裝座、承壓彈性體、軌枕和鋼軌。有限元建模的原則是既準(zhǔn)確進(jìn)行結(jié)構(gòu)的力學(xué)特性仿真計(jì)算,又盡可能使模型簡(jiǎn)單。在建立軌道模型時(shí),嚴(yán)格遵守原則對(duì)實(shí)際結(jié)構(gòu)進(jìn)行簡(jiǎn)化,模型的主要尺寸和實(shí)際結(jié)構(gòu)相同,但簡(jiǎn)化了部分工藝結(jié)構(gòu)和電氣安裝結(jié)構(gòu)。

      直軌軌道沿中心線對(duì)稱,建模時(shí)可以沿軌道縱向?qū)ΨQ中心面將軌道進(jìn)行剖分,取軌道結(jié)構(gòu)的二分之一作為計(jì)算模型。對(duì)曲線軌道則不可做這樣處理,所以建模時(shí)沒(méi)進(jìn)行剖分,如圖2。

      圖2 中低速磁浮列車(chē)軌道Solidworks模型

      磁浮列車(chē)長(zhǎng)8.7 m,約20 t,共6塊電磁鐵,沿縱向中心面對(duì)稱布置,每邊3塊,電磁鐵之間間隔72 mm。根據(jù)電磁鐵的結(jié)構(gòu)和布置方式,磁浮列車(chē)作用于軌道的荷載可以簡(jiǎn)化為沿軌道方向鋼軌表面三個(gè)區(qū)域的均布荷載(見(jiàn)圖3),每個(gè)區(qū)域一段,每段2.9 m,段與段間隔72 mm。將列車(chē)重量處理成均布荷載后,荷載大小q=0.018 MPa,平均作用于三節(jié)連續(xù)的鋼軌下表面,軌道立柱下表面為全約束。

      圖3 磁浮列車(chē)軌道荷載和約束施加

      1.3 軌道非線性有限元計(jì)算結(jié)果

      鋼軌、軌枕和固定立柱材料為 Q235鋼,彈性模量 為 2.06×105MPa,泊 松 比 為 0.3,密 度 為7 800 kg/m3。承壓橡膠板加在枕梁安裝座與軌枕之間,為接觸非線性行為[4],摩擦系數(shù)分別取 0.7和0.2。承壓彈性體材料為聚氨酯橡膠[5],彈性模量為4 000 MPa,泊松比 為0.499 8,密度為1 300 kg/m3。枕梁安裝座實(shí)際材料為混凝土,其彈性模量為30 000 MPa,泊松比為 0.2。

      圖4,圖5和圖6分別是由 ANSYS Workbench有限元分析得到的軌道總靜位移等值線圖和應(yīng)力等值線局部放大圖及單節(jié)鋼軌變形曲線圖。

      圖4 軌道總靜位移等值線

      圖5 軌道應(yīng)力等值線局部放大

      圖6 單節(jié)鋼軌變形曲線

      從計(jì)算結(jié)果可見(jiàn):中低速磁浮列車(chē)的鋼軌和軌枕的最大應(yīng)力都不大。磁浮列車(chē)軌道最大應(yīng)力發(fā)生在軌枕外端支撐鋼軌的位置,最大約為79.567 MPa,為局部應(yīng)力集中,其它部分應(yīng)力較小,約8.841~17.882 MPa,特別是鋼軌的應(yīng)力較小,大部分區(qū)域的應(yīng)力均<8.841 MPa。

      從圖5可以看出,中低速磁浮列車(chē)軌道在垂直荷載的作用下,最大變形發(fā)生在鋼軌的最外側(cè),為0.616 37 mm,鋼軌變形對(duì)磁浮列車(chē)運(yùn)行有較大影響。當(dāng)軌道剛度不夠時(shí),會(huì)產(chǎn)生較大變形,導(dǎo)致位于鋼軌中間部位的傳感器檢測(cè)到的相對(duì)位置信號(hào)失真,從而影響控制單元對(duì)電流、電磁力大小的控制,引起列車(chē)的振動(dòng)。所以,鋼軌的變形越小越好,可通過(guò)對(duì)承壓彈性體的分析研究得出減小鋼軌變形的合理方法。

      2 兩種支撐下軌道幾項(xiàng)重要數(shù)據(jù)對(duì)比分析

      為充分發(fā)揮承壓彈性體隔振、吸收部分荷載、調(diào)節(jié)高度的作用,利用非線性接觸有限元分析方法分別計(jì)算了承壓彈性體與枕梁安裝座間取不同摩擦系數(shù)情況下軌道的最大等效應(yīng)力、變形及軌道垂直振動(dòng)頻率和橫向振動(dòng)頻率,具體情況如表1所示。

      表1 不同支撐情況下的軌道參數(shù)

      分析表1可知,中低速磁浮列車(chē)軌道軌枕與軌枕支座間安裝承壓彈性體后,軌道變形減小,軌道的垂直振動(dòng)頻率和橫向振動(dòng)頻率都大幅提高,有利地避免了軌道共振,承壓橡膠板起到良好隔振、吸收部分荷載、調(diào)節(jié)高度的作用。另外,彈性支撐時(shí),軌道最大等效應(yīng)力也比剛性支撐時(shí)小很多。這主要是由于承壓彈性體的彈性壓縮發(fā)生鍋底狀變形[5-6],導(dǎo)致軌道受壓產(chǎn)生的預(yù)應(yīng)力抵消了部分軌道拉應(yīng)力所引起的變形,這對(duì)軌道的受力有利。

      另外,由表1還可以看出,在垂直荷載作用下,當(dāng)承壓彈性體和枕梁安裝座間取不同的摩擦系數(shù)時(shí),軌道剛度、強(qiáng)度及主要振動(dòng)頻率也是變化的。隨著摩擦系數(shù)的增大,軌道最大變形和最大應(yīng)力減小,頻率則隨之增大。由此可知,在實(shí)際工程應(yīng)用中,為了增大軌道的安全度,在允許的范圍內(nèi)應(yīng)該盡可能地增大承壓彈性體和枕梁安裝座間的摩擦。

      3 承壓彈性體厚度及面積對(duì)軌道性能的影響

      軌道承壓彈性體的主要功能是將軌道上部結(jié)構(gòu)反力可靠地傳遞給枕梁支座,還能適應(yīng)軌枕端轉(zhuǎn)動(dòng)及通過(guò)彈性支座的剪切變形來(lái)適應(yīng)軌枕由溫差引起的伸縮變形。其優(yōu)點(diǎn)主要表現(xiàn)在:結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,建筑高度低,安裝、更換方便,有較長(zhǎng)的使用期限;能適應(yīng)軌道上部結(jié)構(gòu)在各方面的變形。另外,當(dāng)磁浮列車(chē)通過(guò)軌道時(shí),彈性支座能均勻分布水平力,吸收部分振動(dòng),調(diào)整高度,從而延長(zhǎng)軌道壽命。

      為充分研究承壓彈性體厚度及面積對(duì)軌道性能的影響,利用參數(shù)化有限元分析技術(shù)分別計(jì)算了厚度不同情況下軌道的最大等效應(yīng)力、變形及頻率,具體情況如表2所示(D為承壓彈性體直徑、H為承壓彈性體厚度)。面積不同情況下軌道的最大等效應(yīng)力、變形及頻率的具體情況如表3所示。

      表2 不同厚度承壓彈性體對(duì)應(yīng)的軌道性能參數(shù)

      根據(jù)表2可以得到:在相同荷載情況下不同承壓彈性體厚度對(duì)應(yīng)軌道總位移的變化曲線,如圖7(a)所示。同樣,根據(jù)表2可以得到:在相同荷載情況下軌道的最大應(yīng)力變化曲線如圖7(b)所示;軌道垂直振動(dòng)頻率變化曲線如圖7(c)所示;軌道橫向振動(dòng)頻率變化曲線如圖7(d)所示。

      從表2可知,中低速磁浮列車(chē)軌道承壓彈性體厚度減小,軌道最大變形和最大應(yīng)力都成非線性變化。從圖7(a)和圖7(b)可以看出,荷載相同時(shí)的不同厚度承壓橡膠板對(duì)應(yīng)的軌道位移及應(yīng)力曲線變化類似一條二次曲線。在 D/H介于9~15之間,變化比較平穩(wěn)。承壓橡膠板的直徑與厚度比值取此區(qū)間比較合適。從圖7(c)和圖7(d)可以看出,增加磁浮列車(chē)軌道承壓彈性體的厚度,有利于提高軌道垂直振動(dòng)頻率和橫向振動(dòng)頻率,避免共振發(fā)生,也有利于調(diào)節(jié)磁浮列車(chē)軌道高度。

      表3 不同面積承壓彈性體對(duì)應(yīng)的軌道性能參數(shù)

      根據(jù)表3可以得到:在相同荷載情況下不同承壓彈性體面積對(duì)應(yīng)軌道總位移的變化曲線,如圖8(a)所示。同樣,根據(jù)表3還可以得到:在相同荷載情況下,軌道的最大應(yīng)力變化曲線如圖8(b)所示;軌道垂直振動(dòng)頻率變化曲線如圖8(c)所示;軌道橫向振動(dòng)頻率變化曲線如圖8(d)所示。

      從圖8可以看出,荷載相同時(shí),不同面積承壓彈性體對(duì)應(yīng)的軌道位移及應(yīng)力曲線變化類似一條二次曲線。在D/H介于14~19之間,變化比較平穩(wěn)。承壓彈性體的直徑與厚度比值取此區(qū)間,比較合適。

      圖7 不同厚度D/H承壓彈性體對(duì)應(yīng)的軌道總位移、最大應(yīng)力、垂直和橫向振動(dòng)頻率曲線

      從分析結(jié)果可知,中低速磁浮列車(chē)軌道應(yīng)用承壓彈性體后,軌道垂直方向上的變形都比較小,有利于控制單元檢測(cè)到可靠的相對(duì)位置信號(hào),減小了列車(chē)的振動(dòng),承壓彈性體充分發(fā)揮了隔振、吸收部分荷載和調(diào)節(jié)高度的作用,使列車(chē)運(yùn)行更加平穩(wěn)舒適。

      4 結(jié)論

      圖8 不同面積D/H承壓彈性體對(duì)應(yīng)的軌道總位移、最大應(yīng)力、垂直和橫向振動(dòng)頻率曲線

      1)將材料非線性和接觸有限元模型應(yīng)用到中低速磁浮列車(chē)軌道的分析計(jì)算中,獲得了比較滿意的計(jì)算結(jié)果,為以后計(jì)算此類問(wèn)題提供了一種有效方法。

      2)當(dāng)軌枕放在彈性支承(如承壓彈性體)上時(shí),磁浮列車(chē)軌道上所受的拉應(yīng)力較軌枕放在剛性支承上時(shí)要小。這主要是由于承壓彈性體的彈性壓縮,使承壓彈性體發(fā)生鍋底變形,抵消了部分軌道拉應(yīng)力引起的變形。承壓彈性體起到了良好的隔振、吸收部分荷載和調(diào)整軌道高度的作用。

      3)在垂直荷載作用下,承壓彈性體和枕梁安裝座之間的摩擦系數(shù)越大,軌道最大變形和最大應(yīng)力越小,頻率則越大。因此,在實(shí)際工程應(yīng)用中,為了增大軌道的安全度,在允許的范圍內(nèi),應(yīng)該盡可能地增大承壓彈性體和枕梁安裝座間的摩擦。

      4)通過(guò)研究,得到了中低速磁浮列車(chē)軌道同一面積下承壓彈性體厚度比較恰當(dāng)?shù)娜≈捣秶?彈性體直徑與厚度比應(yīng)取9~15之間)和同一厚度下承壓彈性體面積比較恰當(dāng)?shù)娜≈捣秶?彈性體直徑與厚度比應(yīng)取14~19之間)。

      [1]沈志云.高速磁浮列車(chē)對(duì)軌道的動(dòng)力作用及其與輪軌高速鐵路的比較[J].交通運(yùn)輸工程學(xué)報(bào),2001(1):1-6.

      [2]吳曉,程文明,劉放.基于ANSYS的磁浮軌道結(jié)構(gòu)分析與優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與制造,2006(5):5-7.

      [3]趙春發(fā),翟婉明.磁懸浮車(chē)輛隨機(jī)振動(dòng)響應(yīng)分析及其平穩(wěn)性研究[J].中國(guó)機(jī)械工程,2002,13(16):1402-1406.

      [4]劉岳兵,王少華,李梅,等.盆式橡膠支座結(jié)構(gòu)及混凝土墩臺(tái)非線性有限元分析[J].鐵道建筑,2010(9):28-30.

      [5]莊軍生,張士臣.大噸位盆式橡膠支座的試驗(yàn)研究[J].鐵道建筑,1989(10):1-6.

      [6]顧云,滕念管.溫差作用下磁浮軌道梁變形分析及比較[J].鐵道建筑,2011(6):18-20.

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