中低速磁浮运行速度与悬浮模块长度对车辆过岔稳定性影响研究

doi:10.3969/j.issn.1004-132X.2026.05.025

摘要/Abstract

摘要：

为探究悬浮模块长度对车辆动力学性能的影响，探寻满足动力学稳定性和车辆经济性的模块长度，通过多体动力学软件SIMPACK建立了四悬浮架中置式磁浮车辆动力学模型，分析了不同悬浮模块长度下车辆经过道岔时的动力学响应。研究结果表明：悬浮模块长度和过岔速度共同影响车辆的过岔稳定性；以悬浮间隙波动不超过4 mm为技术指标，为确保车辆能够安全、稳定地通过道岔，当悬浮模块长度在2.8~3.2 m之间时，车辆侧向过岔速度不宜超过35 km/h；当悬浮模块长度增大至3.6 m时，车辆侧向最大过岔速度降低至 25 km/h；当悬浮模块长度减小至2.4 m时，虽能在一定程度上降低制造成本，但电磁铁与车体之间的垂向受力面积也会相应减小，导致电磁铁悬浮间隙的波动加剧，进而限制了车辆的过岔速度，使其不能超过30 km/h。通过对悬浮模块长度与侧向过岔速度匹配关系的深入研究，得到了悬浮模块长度的阈值，可为中低速磁浮列车悬浮模块长度的设计提供参考。

关键词: 中低速磁浮列车, 悬浮模块, 道岔, 动力学响应, 悬浮间隙

Abstract:

In order to investigate the influences of the suspension module length on the vehicle dynamics performance， and to explore the module length that met the requirements of dynamics stability and vehicle economy， through the multi-body dynamics software SIMPACK， a four suspension frame mid-mounted magnetic levitation vehicle dynamics model was established， and the dynamics responses of the vehicle passing through the turnouts were analyzed under different suspension module lengths. The results show that： the length of the suspension module and the speeds of the turnouts jointly affect the stability of the vehicles passing the turnouts. The fluctuation of the suspension gap may not exceed 4 mm as a technical indicator， in order to ensure that the vehicle may safely and stably pass the turnouts， when the suspension module length is as 2.8~3.2 m， the vehicle lateral speed may not exceed 35 km/h. When the length of the suspension module is increased to 3.6 m， the maximum speed of the vehicle passing the turnouts is decreased to 25 km/h. When the length of the suspension module is reduced to 2.4 m， although the manufacturing cost may be reduced to a certain extent， the vertical force area between the electromagnet and the vehicle body may also reduce accordingly， which leads to the fluctuation of the electromagnet suspension gap increasing， and then restricts the vehicle's speed of the turnouts， preventing the vehicles from exceeding 30 km/h. Through the in-depth study of the relationship between the levitation module length and the lateral overrun speed， the threshold value of the levitation module length is obtained， which provides a reference for the design of the levitation module length of the low and medium-speed maglev vchicles.

Key words: medium-low speed maglev vehicle, suspension module, turnout, dynamics response, suspension gap

中图分类号:

U237

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ZHUANG Xubin, YAN Jiahai, LIU Yu, ZHANG Min, MA Weihua. Research on Effects of Medium-low Speed Maglev Operation Speed and Levitation Module Length on Stability of Vehicle Crossing Turnouts[J]. China Mechanical Engineering, 2026, 37(5): 1245-1253.

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图/表 19

图1 中低速磁浮车辆悬浮原理

Fig.1 Principle of levitation for low and medium-speed magnetic levitation vehicles

图2 悬挂中置式悬浮架结构

Fig.2 Suspension centre mounted suspension frame structure

图3 中置式磁浮车辆动力学模型

Fig.3 Dynamic modelling of mid-mounted magnetic levitation vehicles

表1 磁浮车辆模型的主要参数

Tab.1 Main parameters of the maglev vehicle model

参数名称	数值
车体质量/t	23.2
车体长度/m	15.6
悬浮模块质量/kg	1500
轨距/m	1.86
空气弹簧水平刚度/（kN·m $- 1$ ）	150
空气弹簧垂向刚度/（kN·m $- 1$ ）	200
空气弹簧阻尼/（N·s·m $- 1$ ）	3900

表1 磁浮车辆模型的主要参数

Tab.1 Main parameters of the maglev vehicle model

参数名称	数值
车体质量/t	23.2
车体长度/m	15.6
悬浮模块质量/kg	1500
轨距/m	1.86
空气弹簧水平刚度/（kN·m $- 1$ ）	150
空气弹簧垂向刚度/（kN·m $- 1$ ）	200
空气弹簧阻尼/（N·s·m $- 1$ ）	3900

图4 中低速磁浮车辆动力学模型拓扑图

Fig.4 Topology of the medium-low speed magnetic levitation vehicle dynamics model

表2 单开道岔参数

Tab.2 Parameters of single-opening turnout

项目名称	参数	指标值
转折角度	主动梁转折角/（°）	6.9
	第一从动梁转角/（°）	4.6
	第二从动梁转角/（°）	2.3
通过速度	直线位通过速度/（km·h $- 1$ ）	$<$ 120
	侧向位通过速度/（km·h $- 1$ ）	≤25
	侧行位构造速度/（km·h $- 1$ ）	40

表2 单开道岔参数

Tab.2 Parameters of single-opening turnout

项目名称	参数	指标值
转折角度	主动梁转折角/（°）	6.9
	第一从动梁转角/（°）	4.6
	第二从动梁转角/（°）	2.3
通过速度	直线位通过速度/（km·h $- 1$ ）	$<$ 120
	侧向位通过速度/（km·h $- 1$ ）	≤25
	侧行位构造速度/（km·h $- 1$ ）	40

图5 单开道岔结构图

Fig.5 Single-opening turnout structure diagram

图6 轨道不平顺曲线图

Fig.6 Track unevenness curve diagram

图7 上海临港试验线磁浮车

Fig.7 The maglev vehicle of Shanghai Lingang experimental line

图8 试验与仿真结果对比

Fig.8 Comparison of test and simulation results

表3 车体动力学运行品质指标

Tab.3 Vehicle dynamics operational quality indicators

类别

横向加速度

$a y$ /（m·s $- 2$ ）

垂向加速度

$a z$ /（m·s $- 2$ ）

表3 车体动力学运行品质指标

Tab.3 Vehicle dynamics operational quality indicators

类别

横向加速度

$a y$ /（m·s $- 2$ ）

垂向加速度

$a z$ /（m·s $- 2$ ）

客车/动车组

≤2.5

货车

≤5.0

≤3.0

机车

≤3.5

≤2.5

图9 车体加速度变化

Fig.9 Acceleration variation of the carbody

图10 1位左侧悬浮控制点横向间隙变化

Fig.10 Change in lateral gap of the left suspension control point in first position

图11 1位右侧悬浮控制点悬浮间隙变化

Fig.11 Change in suspension gap of the right suspension control point in first position

图12 车辆过岔时的加速度变化

Fig.12 Acceleration variation of the vehicle crossing turnout

图13 1位悬浮控制点横向间隙变化

Fig13 Change in lateral gap of the suspension control point in first posision

图14 1位悬浮控制点悬浮间隙变化

Fig.14 Change in suspension gap of the suspension control point in first position

图15 不同速度与悬浮模块长度下间隙变化

Fig.15 Gap variation at different speeds and suspension module lengths

图16 悬浮模块过道岔原理图

Fig.16 Schematic diagram of suspension module crossing turnout

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