直线机电运载体系的工作原理

1 直线电机运载系统的工作原理近年来，由于科学技术的发展和进步，出现

了各种各样的城市轨道交通形式，包括地铁、轻轨、单轨以及磁悬浮交通系统等。
在城市轨道交通系统中，以直线电机作为驱动方式是轨道交通发展的新方向之
一。
　　直线电机是把传统电机的定子和转子这两个圆筒展开成板状，并相对合在
一起。固定在转向架的一次线圈通过交流电流，产生移动磁场，通过相互作用，
使固定在整体道床上的二次感应板（展开的转子）产生磁场，通过磁力实现车
辆的运行和制动，其基本原理如所示。
　　直线电机运载系统的车体和感应板之间存在均匀分布的垂向磁吸力，使整
体道床中部受到一个垂直向上的吸力作用，该力通过系统内部反作用到钢轨上，
使得轴重有一个增量。这个垂直向上的吸力必将对无碴轨道产生影响，使其受力
变形规律不同于传统的无碴轨道，下面利用

ANSYS 建立的有限元模型对此影

响规律进行分析。
　　

2 有限元模型的建立利用 ANSYS 有限元软件，建立无碴轨道空间模型，分

别研究两种状态下整体道床的受力变形规律：（

1）考虑转子与定子间均匀分

布的垂向吸力；（

2）不考虑此垂向吸力。

　　对比分析这两种情况下的无碴轨道受力变形的异同。无碴轨道包括钢轨、扣
件、感应板、整体道床和基床等几个部分，模型建立时，可根据各组成部分的几
何形状和材料特性等图形拓扑，对轨道结构进行适当的简化。
　　钢轨作为一个等截面的细长结构，采用梁单元进行模拟；钢轨与道床之间
的扣件，采用纵向非线性弹簧单元和垂向、横向线性弹簧单元模拟；弹性支承块
和整体道床部分，由于结构形状比较规则，可选用三维实体单元来模拟，建模
时将其视为一种均匀材料；道床以下结构简化为一层线性弹簧。
　　

3 主要研究参数的选定 3. 1 线路基本状况仿真计算模型采用 60 kg/m 钢

轨、弹性支承块式整体道床、单趾弹簧扣件，轨道结构参数见。
　　

3. 2 荷载类型车辆静轴重 100 kN，直线电机系统牵引时，垂向吸力在转

子与定子间均匀分布，每一个电机处为

50 kN.

　　使得每个轴重增加

25 kN，因此直线电机(振动电机保养的重要性)系统每

个轴重该力通过系统内部反作用到钢轨上时，为

125 kN.直线电机牵引系统动

载系数取

3，无磁吸力时设计轴重为 300 kN，有磁吸力时设计轴重为 375 

kN，车辆轴距分布。本文为使结果具有可比性，在考虑磁吸力与不考虑磁吸力
两种状态下，以同一车辆的荷载为例进行计算。
　　

4 计算对比分析通过 ANSYS 的后处理程序，可以获得整体道床的位移和应

力云图。以同一个转向架上两轴对称作用于整体道床中部为例，计算结果如所示
从图中可以明显地看出，最大拉应力和最大位移值都出现在轮对的作用处，分
别为

0. 565M Pa 和 0. 343 mm.

　　通常配筋设计所需的弯矩和剪力不能由

ANSYS 直接得到，但如果利用

APDL 语言进行后处理的二次开发，就可以十分简便地得到多个截面的弯矩和
剪力值。将两种情况下（考虑磁吸力影响与不考虑磁吸力影响）的位移、弯矩、应
力和剪力结果分析如下。
　　

4. 1 位移如所示，无论沿轨道纵向还是横向，在磁吸力的作用下，整体道