株洲中低速磁浮試運(yùn)線軌道設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)研究

蔡文鋒，徐錫江，吳承錦，楊　平

(中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司，成都　610031)

株洲中低速磁浮試運(yùn)線軌道設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)研究

蔡文鋒，徐錫江，吳承錦，楊平

(中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司，成都610031)

摘要：目前中低速磁浮軌道結(jié)構(gòu)的研究較少，基于株洲中低速磁浮試運(yùn)線系統(tǒng)技術(shù)研發(fā)試驗(yàn)驗(yàn)證平臺(tái)的要求及其建設(shè)運(yùn)營實(shí)踐，研究和分析中低速磁浮軌道靜動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)方法、扣件設(shè)計(jì)、感應(yīng)板綜合受力變形分析、綜合鋪軌設(shè)計(jì)等中低速磁浮軌道工程設(shè)計(jì)系列關(guān)鍵技術(shù)問題，并指出中低速磁浮運(yùn)營線建設(shè)有待進(jìn)一步研究解決的問題，以期為我國中低速磁浮交通工程軌道設(shè)計(jì)提供參考。

關(guān)鍵詞：中低速磁浮交通；軌道；設(shè)計(jì)；關(guān)鍵技術(shù)

中低速磁浮交通采用電磁力將列車懸浮和進(jìn)行導(dǎo)向，采用直線電機(jī)牽引運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)了無接觸支承、導(dǎo)向和驅(qū)動(dòng)；軌道是中低速磁浮交通工程中與磁浮車輛最密切相關(guān)和關(guān)鍵的部分，作為支承和引導(dǎo)列車運(yùn)行的地面固定結(jié)構(gòu)，也是中低速磁浮懸浮導(dǎo)向及控制系統(tǒng)、牽引及制動(dòng)系統(tǒng)的有機(jī)組成部分。由于支撐機(jī)理與傳統(tǒng)輪軌交通顯著不同，中低速磁浮軌道有其自身的諸多特點(diǎn)。國內(nèi)外已經(jīng)開展的大量的磁浮交通技術(shù)研究工作主要集中在車輛懸浮導(dǎo)向技術(shù)、軌道梁設(shè)計(jì)制造技術(shù)、直線電機(jī)牽引控制技術(shù)等方面，系統(tǒng)、細(xì)致針對(duì)中低速磁浮軌道結(jié)構(gòu)的研究較少[1-2]。

株洲中低速磁浮試運(yùn)線位于南車株洲電力機(jī)車有限公司廠區(qū)，是一定位于中低速磁浮交通系統(tǒng)技術(shù)研發(fā)試驗(yàn)驗(yàn)證平臺(tái)和車輛生產(chǎn)平臺(tái)，并具有完整運(yùn)營功能的中低速磁浮示范線。試運(yùn)線設(shè)計(jì)最高行車速度為100 km/h，軌距1 860 mm；正線長(zhǎng)度1.573 km，最小曲線半徑50 m、最大坡度70‰、最小豎曲線半徑1 500 m；全線共設(shè)橋梁3座，其中特大橋、中橋和道岔梁橋各1座，其余為低置線路，于2012年7月全線建成試運(yùn)行。本文結(jié)合株洲中低速磁浮試運(yùn)線的建設(shè)運(yùn)營實(shí)踐，對(duì)中低速磁浮軌道設(shè)計(jì)的若干關(guān)鍵問題進(jìn)行探討[3]。

1中低速磁浮軌道結(jié)構(gòu)靜力學(xué)設(shè)計(jì)

磁浮軌道結(jié)構(gòu)靜力學(xué)設(shè)計(jì)[4-6]主要是確保荷載作用下軌道結(jié)構(gòu)具有足夠的強(qiáng)度，同時(shí)保證功能面幾何變形滿足軌道投入正常使用的精度要求；針對(duì)目前日本、韓國和株洲中低速磁浮試運(yùn)線采用的中低速磁浮軌道結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要涉及到軌道功能設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度檢算以及F軌變形校核。

1.1軌道結(jié)構(gòu)有限元模型

株洲中低速磁浮試運(yùn)線軌道結(jié)構(gòu)采用了在當(dāng)前國內(nèi)外中低速磁浮試驗(yàn)線及運(yùn)營線建設(shè)中廣泛應(yīng)用的HSST系統(tǒng)軌道，結(jié)構(gòu)自上而下主要由感應(yīng)板、F軌、軌排接頭、鋼軌枕、扣件系統(tǒng)、道床(承軌臺(tái))等部分組成，采用了類似于傳統(tǒng)輪軌系統(tǒng)軌道結(jié)構(gòu)的多層組合結(jié)構(gòu)形式。

準(zhǔn)確的結(jié)構(gòu)荷載組合和合適的結(jié)構(gòu)靜力學(xué)分析模型是設(shè)計(jì)分析的關(guān)鍵。以往對(duì)磁浮軌道的研究往往將其與下部支承橋梁合并簡(jiǎn)化成簡(jiǎn)支梁考慮，忽略F軌、軌枕和扣件等具體、關(guān)鍵軌道系統(tǒng)構(gòu)件對(duì)磁浮車輛的影響。建立更加精確的軌道模型，對(duì)軌道各構(gòu)件進(jìn)行全面的力學(xué)分析，是磁浮軌道設(shè)計(jì)研究必不可少的環(huán)節(jié)。

株洲中低速磁浮試運(yùn)線建立了包括F軌、H型鋼軌枕、軌道梁的3層結(jié)構(gòu)及層間連接件的細(xì)致有限元模型，如圖1所示。該模型可用于計(jì)算軌道結(jié)構(gòu)整體及各部件(含連接件)的應(yīng)力與變形分析。

圖1　中低速磁浮軌道結(jié)構(gòu)有限元模型

1.2F型導(dǎo)軌受力與變形分析

F型導(dǎo)軌由F型鋼和感應(yīng)板組成，是承受磁浮車輛懸浮力、導(dǎo)向力及牽引力的基礎(chǔ)構(gòu)件。導(dǎo)軌主要受到3類列車荷載：正常懸浮荷載、列車靜止?fàn)顟B(tài)滑撬荷載和列車滑輪支撐狀態(tài)載荷，也是軌道結(jié)構(gòu)受到的主要荷載；細(xì)致的結(jié)構(gòu)受力分析還需要考慮導(dǎo)軌受到的溫度荷載、基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)受到的地震荷載等。對(duì)導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)進(jìn)行強(qiáng)度校核及變形分析時(shí)，一般采用主力+附加力，附加力主要有：制動(dòng)力、牽引力及橫向?qū)蛄?。圖2為F型導(dǎo)軌的受力分析示意。

圖2　F型導(dǎo)軌受力分析示意

根據(jù)工程應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，控制F型導(dǎo)軌強(qiáng)度及其與軌枕連接件的主要因素是F型導(dǎo)軌受到彎矩作用后，導(dǎo)軌外端下傾引起的內(nèi)外磁極面位差；根據(jù)中低速磁浮車輛系統(tǒng)技術(shù)要求，F(xiàn)軌內(nèi)外磁極面相對(duì)位置變化量一般不得超過0.5 mm。因此，應(yīng)考慮多種荷載綜合情況下，F(xiàn)型導(dǎo)軌變形引起的內(nèi)外磁極面垂向位移差。

圖3所示為株洲中低速磁浮試運(yùn)線標(biāo)準(zhǔn)懸浮荷載作用下F軌內(nèi)、外側(cè)磁極面的垂向位移沿線路方向的分布曲線?？梢?，由于簡(jiǎn)支梁跨中撓度最大，在20 m簡(jiǎn)支軌道梁跨中(7～12號(hào)軌枕位置處)F軌垂向位移較梁端大得多；但F軌內(nèi)、外磁極面垂向位移差隨縱向位置的變化比較小，均小于0.5 mm。

圖3　標(biāo)準(zhǔn)懸浮荷載作用下F軌垂向位移沿線路方向分布

1.3軌枕結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

軌枕是用來連接F軌，使F軌與梁體之間保持相對(duì)位置固定并傳遞荷載的基礎(chǔ)構(gòu)件。株洲中低速磁浮試運(yùn)線采用H型鋼軌枕，軌枕結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要包括軌枕強(qiáng)度檢算、軌枕截面尺寸優(yōu)化以及合理軌枕間距的設(shè)置。

對(duì)H型鋼軌枕進(jìn)行強(qiáng)度檢算，主要應(yīng)校核軌枕截面慣性矩及板厚能否滿足使用要求?？梢赃x擇一個(gè)軌枕跨度內(nèi)的軌排結(jié)構(gòu)(圖4)，考慮軌道結(jié)構(gòu)受到的磁浮列車荷載，通過計(jì)算獲得軌枕受到的力和力矩，即可對(duì)軌枕結(jié)構(gòu)強(qiáng)度進(jìn)行初步的校核，從而優(yōu)化軌枕截面尺寸。細(xì)致的強(qiáng)度校核需要結(jié)合圖1所示軌道結(jié)構(gòu)有限元模型進(jìn)行分析。

圖4　一個(gè)軌枕跨度軌排結(jié)構(gòu)模型及H型鋼軌枕受力示意

一般而言，磁浮軌道鋼軌枕結(jié)構(gòu)的應(yīng)力水平遠(yuǎn)低于其材料的容許應(yīng)力極限，比較容易滿足其結(jié)構(gòu)耐久性要求。株洲中低速磁浮試運(yùn)線通過計(jì)算分析，將H型鋼軌枕高度由230 mm降低為220 mm，軌排結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和剛度可滿足設(shè)計(jì)要求。

軌枕間距的設(shè)置主要受F軌變形及其螺栓連接件強(qiáng)度的限制，并考慮軌枕等效剛度要求。目前中低速磁浮交通標(biāo)準(zhǔn)軌枕間距一般在1～1.4 m，其中1.4 m間距主要根據(jù)工藝專業(yè)要求用于庫線檢查坑地段。株洲中低速磁浮試運(yùn)線比較分析了正線軌枕間距分別為1.2 m和1 m時(shí)軌道結(jié)構(gòu)的變形與應(yīng)力，考慮本線動(dòng)荷載系數(shù)，選取1.3倍標(biāo)準(zhǔn)懸浮荷載為計(jì)算工況，最大統(tǒng)計(jì)值列于表1。由表1可知，兩種軌枕間距下F軌兩磁極面垂向變位均小于0.5 mm；軌枕間距為1 m時(shí)軌排結(jié)構(gòu)的整體受力情況及F軌變形控制要明顯優(yōu)于間距為1.2 m的軌排結(jié)構(gòu)。

表1　兩種軌枕間距的軌道結(jié)構(gòu)響應(yīng)統(tǒng)計(jì)值

1.4導(dǎo)軌連接螺栓優(yōu)化

中低速磁浮交通軌排由F型導(dǎo)軌、軌枕及緊固件等組成，導(dǎo)軌與軌枕通過4根高強(qiáng)螺栓連接，為了保證連接可靠，參考國內(nèi)外導(dǎo)軌連接件設(shè)計(jì)方案，株洲中低速磁浮試運(yùn)線計(jì)算分析了導(dǎo)軌連接螺栓采用傳統(tǒng)的M16螺栓、M20螺栓兩種不同螺栓規(guī)格條件下的F軌變形與螺栓應(yīng)力，分別見圖5、圖6。

圖5　F軌內(nèi)外磁極垂向相對(duì)位移比較

圖6　M16螺栓和M20螺栓拉應(yīng)力比較

圖7　中低速磁浮車輛垂向動(dòng)力學(xué)模型

分析表明，在標(biāo)準(zhǔn)列車懸浮荷載作用下，導(dǎo)軌連接螺栓采用M20螺栓較一般M16螺栓時(shí)F型導(dǎo)軌兩磁極面的垂向位移差和螺栓應(yīng)力均有明顯減小，較大提高了軌道平順狀態(tài)和結(jié)構(gòu)安全性。

2中低速磁浮軌道結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)

中低速磁浮交通系統(tǒng)由于采取列車有源主動(dòng)控制方式，其實(shí)質(zhì)是一個(gè)相對(duì)不穩(wěn)定的系統(tǒng)，磁浮列車與軌道、橋梁之間耦合振動(dòng)顯著，靜懸失穩(wěn)、車軌共振是國內(nèi)外中低速磁浮試驗(yàn)和工程應(yīng)用中都有出現(xiàn)的振動(dòng)問題，它有可能導(dǎo)致磁軌接觸，引起過大的軌道梁振動(dòng)，從而影響列車的安全運(yùn)行。車軌耦合振動(dòng)與懸浮系統(tǒng)、控制算法、車輛結(jié)構(gòu)、軌道結(jié)構(gòu)等因素都是相關(guān)的，磁浮軌道結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)[7-10]的目的在于考慮懸浮系統(tǒng)對(duì)軌道結(jié)構(gòu)提出的動(dòng)力學(xué)要求，評(píng)估列車通過時(shí)懸浮間隙變化情況以及軌道結(jié)構(gòu)的振動(dòng)水平。

2.1中低速磁浮車輛-軌道耦合動(dòng)力學(xué)仿真

根據(jù)株洲中低速磁浮試運(yùn)線列車的基本結(jié)構(gòu)，建立了考慮一節(jié)車體的中低速磁浮車輛垂向動(dòng)力學(xué)模型，如圖7所示；針對(duì)軌排結(jié)構(gòu)中的部分連接件進(jìn)行適當(dāng)簡(jiǎn)化，建立考慮F軌-軌枕-軌道梁3層結(jié)構(gòu)的中低速磁浮軌道動(dòng)力學(xué)模型，通過兩者間的數(shù)據(jù)交換建立起中低速磁浮車輛-軌道耦合模型，實(shí)現(xiàn)中低速磁浮車輛-軌道結(jié)構(gòu)耦合動(dòng)力學(xué)仿真分析。

2.2軌道振動(dòng)特性初步研究

根據(jù)建立的中低速磁浮車輛與軌道耦合振動(dòng)分析模型，計(jì)算了中低速磁浮車輛以不同速度通過時(shí)軌道結(jié)構(gòu)的動(dòng)力響應(yīng)。圖8、圖9分別為一節(jié)車輛以40 km/h速度通過時(shí)F軌振動(dòng)位移與加速度的動(dòng)態(tài)響應(yīng)。從圖中計(jì)算結(jié)果可以看出，中低速磁浮車輛進(jìn)出簡(jiǎn)支軌道梁時(shí)動(dòng)力沖擊較為明顯。

圖8　車速40 km/h時(shí)跨中處F軌振動(dòng)位移時(shí)程曲線

圖9　車速40 km/h時(shí)跨中處F軌振動(dòng)加速度時(shí)程曲線

中低速磁浮車輛以不同速度通過時(shí)F型導(dǎo)軌的動(dòng)態(tài)響應(yīng)如表2所示，表明隨著行車速度的提高，導(dǎo)軌豎向振動(dòng)位移和加速度幅值都不斷增大，車輛對(duì)軌道結(jié)構(gòu)的動(dòng)力作用有顯著的增加。

表2　不同車速下跨中F軌豎向振動(dòng)位移及加速度幅值

3扣件系統(tǒng)技術(shù)研究與設(shè)計(jì)

扣件系統(tǒng)是軌道結(jié)構(gòu)的重要部件，H型鋼軌枕采用扣件系統(tǒng)與承軌臺(tái)牢固連接，以保持軌排在下部基礎(chǔ)上的正確位置，承受和傳遞列車重力、導(dǎo)向力、驅(qū)動(dòng)力與制動(dòng)力；扣件是軌道彈性和調(diào)整能力的唯一提供者，其結(jié)構(gòu)形式和性能對(duì)于中低速磁浮軌道結(jié)構(gòu)的運(yùn)用有重要影響。扣件技術(shù)是中低速磁浮軌道的關(guān)鍵技術(shù)。

根據(jù)中低速磁浮車軌相互作用特點(diǎn)，區(qū)別于鐵路輪軌系統(tǒng)對(duì)扣件的一般要求，對(duì)于中低速磁浮軌道扣件還應(yīng)具有以下特點(diǎn)：

(1)與鐵路鋼軌扣件不同，中低速磁浮軌道扣件采用軌枕扣件，扣件設(shè)置在軌枕與道床之間，軌排整體調(diào)整，一組中低速磁浮扣件需要具有多維調(diào)節(jié)功能才能實(shí)現(xiàn)和保證軌道系統(tǒng)的高精度；

(2)中低速磁浮車輛懸浮控制系統(tǒng)對(duì)于軌道的作用是對(duì)軌排產(chǎn)生上下兩個(gè)方向的高頻周期性振動(dòng)，而非單一的受壓或受拉工作狀態(tài)。

國內(nèi)外既有中低速磁浮運(yùn)營線、試驗(yàn)線軌道扣件結(jié)構(gòu)形式較為一致，主要部件有彈性墊板、鐵墊板、鋪軌輔助螺栓、錨固螺栓，均為不分開式緊固方式，調(diào)整能力有限；株洲中低速磁浮試運(yùn)線通過系統(tǒng)總結(jié)分析既有扣件系統(tǒng)應(yīng)用情況，并充分考慮中低速磁浮軌道動(dòng)力特性、磁軌相互作用及磁浮系統(tǒng)穩(wěn)定性特點(diǎn)，創(chuàng)新設(shè)計(jì)研發(fā)了三維可調(diào)扣件——CF型中低速磁浮軌道彈性分開式扣件(圖10)。

圖10　株洲中低速磁浮試運(yùn)線軌道扣件

CF型中低速磁浮軌道扣件主要特點(diǎn)：采用彈性分開式結(jié)構(gòu)，在H型鋼軌枕及鐵墊板之間設(shè)置連接板；通過在H型鋼軌枕底板設(shè)置沿線路方向的長(zhǎng)圓孔實(shí)現(xiàn)縱向伸縮，通過在軌枕及連接板下設(shè)調(diào)高墊板實(shí)現(xiàn)豎向調(diào)高，通過在連接板上設(shè)垂直線路方向的長(zhǎng)圓孔實(shí)現(xiàn)連接板及其以上軌排結(jié)構(gòu)相對(duì)于鐵墊板(承軌臺(tái))的橫向調(diào)整，實(shí)現(xiàn)了軌排的三維調(diào)整；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上實(shí)現(xiàn)了軌道雙向減振，減小對(duì)下部基礎(chǔ)和扣壓件的雙重沖擊作用，符合中低速磁浮軌道系統(tǒng)受力特性。

4感應(yīng)板綜合受力分析與變形仿真

感應(yīng)板一般采用鋁質(zhì)材料，分段布置安裝在F軌的腹板上部基面上，作為直線電機(jī)地面?zhèn)鹊摹稗D(zhuǎn)子”部分為車輛提供驅(qū)動(dòng)力，兩者之間應(yīng)有足夠的連接強(qiáng)度和平整度要求[11]。株洲中低速磁浮試運(yùn)線感應(yīng)板設(shè)計(jì)采用側(cè)面銷釘和頂面沉頭螺釘來實(shí)現(xiàn)與F軌的機(jī)械連接，如圖11所示；按照軌排結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)要求及實(shí)際組裝條件，對(duì)感應(yīng)板的幾種典型布置形式進(jìn)行理論受力分析及有限元仿真，研究了在溫度力和電磁感應(yīng)力作用下感應(yīng)板的綜合受力變形情況及連接、布置方案優(yōu)化。

圖11　感應(yīng)板與F軌裝配示意

在機(jī)械連接條件下，線路縱向每相鄰2組銷釘之間一段感應(yīng)板的受力狀態(tài)可以簡(jiǎn)化為兩端鉸支的梁，按照梁彎曲變形計(jì)算，同時(shí)考慮與F軌膨脹率以及連接方式的協(xié)調(diào)關(guān)系；根據(jù)感應(yīng)板在極端工況下的受力狀態(tài)及連接件的布置方案，進(jìn)一步開展銷釘和沉頭螺釘?shù)氖芰Ψ治鲂：撕团c感應(yīng)板接觸區(qū)域的受力變形情況計(jì)算。

為了更準(zhǔn)確的反應(yīng)實(shí)際工作中感應(yīng)板的變形，試運(yùn)線采用ANSYS-Workbench軟件對(duì)感應(yīng)板和F軌進(jìn)行了熱—結(jié)構(gòu)耦合分析。圖12、圖13分別為一段直線降溫和曲線升溫狀態(tài)下的感應(yīng)板總體變形趨勢(shì)圖。

圖12　直線2.8 m段感應(yīng)板總體變形趨勢(shì)圖(降溫)

圖13　R150 m曲線-2 m段感應(yīng)板總體變形趨勢(shì)圖(升溫)

通過對(duì)單段不同銷釘位置布置的感應(yīng)板裝配體進(jìn)行有限元計(jì)算，得出了升溫時(shí)上拱的最大的位移變形量發(fā)生在2組銷釘之間，可按照感應(yīng)板表面平整度要求考核其變形量；降溫時(shí)，感應(yīng)板向內(nèi)緊縮，在此狀態(tài)下的溫度力可能會(huì)使感應(yīng)板產(chǎn)生斷裂，應(yīng)合理設(shè)置初始組裝溫度，降溫幅度宜為升溫幅度的1/2。

5綜合鋪軌設(shè)計(jì)

中低速磁浮軌道以軌排為單元整體鋪裝，軌排的設(shè)計(jì)由下部基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)、線路平縱斷面條件以及兩端接頭形式等因素確定，因此，每一段軌排均與其設(shè)計(jì)里程一一對(duì)應(yīng)，尤其曲線段F軌應(yīng)按照車輛系統(tǒng)精度要求擬合線路參數(shù)。開展綜合鋪軌設(shè)計(jì)是保證中低速磁浮交通工程建設(shè)的關(guān)鍵技術(shù)保障。

株洲中低速磁浮試運(yùn)線針對(duì)性開發(fā)了中低速磁浮軌排綜合設(shè)計(jì)與鋪軌軟件，通過建立空間幾何計(jì)算模型，可根據(jù)軌排配置要求計(jì)算軌排布置數(shù)據(jù)并繪制軌排布置一覽圖(圖14)，進(jìn)行軌排各控制點(diǎn)三維空間坐標(biāo)計(jì)算并生成廠家軌排加工、制造及現(xiàn)場(chǎng)施工調(diào)試所需要的全部信息和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

圖14　軌排布置示意

6有待進(jìn)一步研究的問題

中低速磁浮交通作為一種新型城市軌道交通制式已經(jīng)進(jìn)入商業(yè)化運(yùn)營示范線建設(shè)推廣階段，但還有許多理論和工程問題有待進(jìn)一步的研究。

(1)新型軌道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與試驗(yàn)研究。目前的工程應(yīng)用中，電磁懸浮系統(tǒng)誘發(fā)的中低速磁浮車輛與軌道結(jié)構(gòu)共振是常見問題，從軌道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的角度來看，增加線路上部結(jié)構(gòu)的剛度和整體性，從而減少中低頻軌道結(jié)構(gòu)模態(tài)，是有可能減少車輛與軌道發(fā)生耦合共振的幾率的。

(2)大跨橋上軌道伸縮調(diào)節(jié)器技術(shù)研究。目前國內(nèi)外試驗(yàn)線跨度均較小，現(xiàn)有一般軌排接頭形式無法滿足運(yùn)營線跨越較大跨度河谷與城市主要道路的應(yīng)用需求，應(yīng)設(shè)計(jì)、研究適合于大跨橋上使用的軌道伸縮調(diào)節(jié)器，提高中低速磁浮交通的系統(tǒng)適應(yīng)性。

(3)道岔系統(tǒng)振動(dòng)控制技術(shù)研究。由于關(guān)節(jié)型道岔鋼梁結(jié)構(gòu)[12]、剛度和質(zhì)量等因素影響，岔區(qū)靜懸失穩(wěn)、車軌共振是國內(nèi)外中低速磁浮試驗(yàn)和工程應(yīng)用中都有出現(xiàn)的振動(dòng)問題；它有可能導(dǎo)致磁軌接觸，引起過大的道岔振動(dòng)。深入研究解決中低速磁浮列車-道岔耦合振動(dòng)控制技術(shù)，優(yōu)化改進(jìn)道岔設(shè)計(jì)對(duì)于運(yùn)營線的安全運(yùn)行具有重要的意義。

7結(jié)論

通過對(duì)株洲中低速磁浮試運(yùn)線軌道結(jié)構(gòu)的研究與應(yīng)用，已初步形成了中低速磁浮交通軌道系統(tǒng)的設(shè)計(jì)理論體系和設(shè)計(jì)方法，其主要成果如下。

(1)研究明確了中低速磁浮軌道結(jié)構(gòu)靜、動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)方法，初步建立了中低速磁浮軌道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法體系。

(2)建立了包括F軌、鋼枕、軌道梁的三層結(jié)構(gòu)及層間連接件的細(xì)致有限元模型，以及中低速磁浮車軌垂向耦合動(dòng)力作用模型，通過綜合分析軌道結(jié)構(gòu)的靜、動(dòng)力學(xué)響應(yīng)，可依據(jù)相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范和車輛技術(shù)條件開展中低速磁浮軌道結(jié)構(gòu)性能評(píng)估與結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)。

(3)研究提出了中低速磁浮軌道扣件系統(tǒng)技術(shù)要求和技術(shù)關(guān)鍵，設(shè)計(jì)開發(fā)了中低速磁浮軌道彈性分開式扣件。

(4)開展了在溫度力和電磁感應(yīng)力作用下感應(yīng)板綜合受力變形分析及其與F軌連接、布置方案研究，給出了分段、機(jī)械連接推薦方案和組裝溫度設(shè)計(jì)指導(dǎo)意見。

(5)開發(fā)了中低速磁浮交通綜合鋪軌設(shè)計(jì)軟件，可通過軟件完成中低速磁浮交通工程全線軌排分段、布置、連接型式設(shè)計(jì)以及軌排各控制點(diǎn)三維空間坐標(biāo)計(jì)算，實(shí)現(xiàn)軌排設(shè)計(jì)、制造、施工與養(yǎng)護(hù)維修的一體化。

(6)為適應(yīng)中低速磁浮交通運(yùn)營線建設(shè)需求，至少應(yīng)在如下幾方面進(jìn)一步開展軌道技術(shù)研究：新型軌道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與試驗(yàn)研究、大跨橋上軌道伸縮調(diào)節(jié)器技術(shù)研究以及道岔系統(tǒng)振動(dòng)控制技術(shù)研究。

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Research on Key Technologies in Track Design of Zhuzhou Medium and Low Speed Maglev Transit Test Line

CAI Wen-feng， XU Xi-jiang， WU Cheng-jin， YANG Ping

(China Railway Eryuan Engineering Group Co.， Ltd.， Chengdu 610031， China)

Abstract：In view of the fact that few systematic and detailed studies have every been done of the medium and low speed maglev track structure， this paper addresses the static-dynamic design method， the design of rail fastenings， the analysis of comprehensive stress deformation of the inductive plate， the integrated track-laying design associated with the engineering design of the medium and low speed maglev track based on the requirements for experimental verification platform and the practices of the construction and operation of Zhuzhou medium and low speed maglev transit test line. Meanwhile， the paper also presents some problems remained for the instruction of medium and low speed maglev operation line in order to provide references for the design of similar projects.

Key words：Medium and low speed maglev transit; Track; Design; Key technology

中圖分類號(hào)：U237

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

DOI:10.13238/j.issn.1004-2954.2015.06.010

文章編號(hào)：1004-2954(2015)06-0040-05

作者簡(jiǎn)介：蔡文鋒(1984—)，男，工程師，2008年畢業(yè)于西南交通大學(xué)，工學(xué)碩士，E-mail：cwf973@163.com。

基金項(xiàng)目：中鐵二院科學(xué)技術(shù)研究計(jì)劃項(xiàng)目(11272006)

收稿日期：2014-09-15； 修回日期：2014-10-14