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★ 行業(yè)需求

相比傳統(tǒng)輪軌交通制式，磁浮列車具有非接觸運行，具有運行噪聲低、行車振動小、爬坡能力強、應用速度域廣等特點，是一種頗具發(fā)展?jié)摿Φ男滦统鞘熊壍澜煌ㄖ剖?。中低速磁浮交通作為新型軌道交通，其系統(tǒng)更環(huán)保、更安全、更綠色，具有廣泛的市場適用性，中低速磁浮交通在日本、韓國和中國已實現(xiàn)了商業(yè)應用，當前我國亦有多個城市正在建設、規(guī)劃中低速磁浮線路。國務院辦公廳關于進一步加強城市軌道交通規(guī)劃建設管理的意見（國辦發(fā)〔2018〕52號）指出，對城市軌道交通系統(tǒng)應嚴格建設申報條件，綜合投資建設成本較低、施工周期短、對環(huán)境友好的中低速磁浮交通制式迎來重大發(fā)展機遇。電磁型磁浮列車與線纜之間存在特殊的耦合振動問題，嚴重時將導致懸浮失效，引發(fā)安全隱患。為緩解車線耦合振動現(xiàn)象，通常以加大橋梁質量和剛度的方式來解決這一問題，但無疑增加了線路的建設成本，不利于中低速磁浮交通的推廣應用。因此，在當前中低速磁浮車輛技術的基礎上，研發(fā)（懸掛）中置式磁浮列車，進一步提升中低速磁浮額的線路適應性，符合軌道交通綠色發(fā)展要求，具有巨大的應用前景。

★ 共性關鍵技術

（懸掛）中置式磁浮列車，由于具有技術優(yōu)勢，以及當前較為成熟的加工工藝、建設周期等優(yōu)勢，在中低速域的城市軌道交通和高速域的城際交通等領域具有廣闊的應用前景。但是電磁型磁浮列車與軌道之間需要通過懸浮控制系統(tǒng)維持額定的小間隙，該間隙約為8~10mm，車輛與線路間易發(fā)生車線耦合振動現(xiàn)象。列車—控制—線路是機電耦合的復雜非線性系統(tǒng)，列車運行穩(wěn)定性受到車速、軌道不平順、線路類型、車輛自身結構等的綜合影響，面臨安全可靠、控制靈活、節(jié)能增效等共性關鍵技術問題。對于電磁型磁浮車輛最困難的問題是以合理的低成本有效地抑制車輛與柔性軌道梁之間的相互作用，國內外學者在優(yōu)化懸浮控制策略方面做出了重大努力，但仍不能夠在降低軌道梁成本方面做出大的貢獻。傳統(tǒng)輪軌車輛轉向架對車輛與軌道之間的動態(tài)作用有很大的影響，基于以上研究，磁浮車輛的懸浮架也對車線耦合起著重要作用。因此，基于對懸浮架動力作用機理的研究成果，可設計一種新型懸浮架，實現(xiàn)車輛與軌道梁之間的低動態(tài)相互作用，為軌道梁的低成本應用提供新的解決方案，為磁浮交通提供廣闊的發(fā)展前景。為此，工程中心團隊在國家科技支撐計劃、國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學基金等項目資助下，針對中低速磁浮列車長期存在的車線耦合振動及牽引效率較低的問題，系統(tǒng)、全面地開展了（懸掛）中置式懸浮架、直線電機等方面的核心技術研究，取得的技術突破如下：

（1）提出了“低動力作用懸浮架”設計理念與方法

針對電磁懸浮磁浮列車獨特的主動控制支撐方式，從系統(tǒng)振動能量的觀點，闡明了懸浮架動力作用的機理。為緩解車軌耦合振動，首次提出了懸浮架低動力作用設計理念和方法。低動力作用懸浮架的研究成果被《Handbook of Railway Vehicle Dynamics》（Second Edition）引用。對懸浮模塊受力情況和懸浮系統(tǒng)克服空簧做功進行了對比分析，研究懸浮架與軌道的動態(tài)作用力內部機理。相關研究成果發(fā)表SCI、EI論文15余篇。

（2）發(fā)明并研制了（懸掛）中置式懸浮架

研制了（懸掛）中置式懸浮架，其結構原理顯著區(qū)別于既有懸浮架。優(yōu)化了懸浮架的承載方式，實現(xiàn)了車軌低動力作用。顯著增大了電機安裝空間，減小了電機端部效應，提升了牽引效能。（懸掛）中置式懸浮架將目前中低速磁浮的應用速度由100km/h提升至超過160km/h。（懸掛）中置式懸浮架比既有懸浮架在曲線通過、牽引爬坡、懸浮承載、軌道適應性、輕量化、運營維護、制造成本等性能指標上更有優(yōu)勢，可進一步提高磁浮車輛的市場競爭力。

（3）提出了懸浮架動力作用試驗評估方法，發(fā)明并研制了系列試驗裝備

針對目前磁浮列車性能試驗方法和手段的不足，基于相似理論和動力學仿真分析，提出了低動力作用懸浮架的臺架評估方法。發(fā)明并研制了單懸浮架機電耦合振動試驗臺、直線電機試驗臺等系列試驗裝備，可實現(xiàn)電磁型懸浮架關鍵技術性能的實驗室驗證。相關研究成果授權發(fā)明專利6項。

★ 工程應用及行業(yè)影響

面向城市軌道交通車輛綠色、快捷的發(fā)展需求，研發(fā)團隊突破了懸浮架承載方式、直線電機效能、車線耦合振動現(xiàn)象顯著、軌道梁剛度限制嚴格等的關鍵性能指標的技術瓶頸，設計開發(fā)了完整的懸浮架試驗方案，基于相似理論和動力學仿真，提出了低動力作用懸浮架的臺架評估方法，可實現(xiàn)電磁型懸浮架關鍵技術性能指標的實驗室驗證，對懸浮架性能進行了全面的掌握和性能驗證，克服了當前磁浮列車簡化的單點試驗、整車調試試驗成本較高及周期較長的不足，填補了電磁型磁浮列車關鍵技術研究中的空白，為進行懸浮控制系統(tǒng)設計、懸浮架結構設計、懸浮架強度研究和疲勞壽命分析、直線電機牽引效能提升、軌道梁選型及輕量化設計等提供了科學的試驗手段。

研發(fā)的（懸掛）中置式懸浮架的相關研究成果已成功應用于大連機車公司時速160km、中鐵高新工業(yè)公司時速200km的磁浮工程列車和工程樣車，且于2017年在1.73km試驗線上達到了121km/h的試驗速度，由多名院士、專家組成的評審組認為“新一代中低速磁浮車輛綜合技術先進，懸浮架技術國際領先”。標志著（懸掛）中置式磁浮列車具有較好的牽引能力，可滿足城市和市域中等運量運輸需求，具有技術先進性和實施推廣價值。通過對不同懸浮架制式的試驗車輛進行完整的線路試驗和長期的跟蹤觀測，在相同的線路工況下，（懸掛）中置式懸浮架在車線耦合、曲線通過、鋼梁和道岔上的長時間靜懸浮等性能指標上比既有懸浮架更優(yōu)優(yōu)勢，可降低磁浮列車對軌道梁的剛度要求，有效減少線路的綜合投資建設成本。

為充分發(fā)揮電磁型磁浮列車的應用潛力，實現(xiàn)低動力作用是推動系統(tǒng)健康、快速發(fā)展的關鍵。（懸掛）中置式磁浮列車技術源于國家磁浮交通的行業(yè)需求和科技創(chuàng)新需求，且同時面向中低速域和高速域應用的共性問題，旨在提升電磁型磁浮列車的懸浮穩(wěn)定性、降低車線耦合振動、改善列車的運行穩(wěn)定性和乘坐舒適性、降低系統(tǒng)的綜合建設成本，促進磁浮交通的推廣。目前，我國多項政策文件明確指出支持中低速磁浮等新制式軌道交通的應用，多個城市正掀起電磁型磁浮列車應用及建設熱潮，而（懸掛）中置式磁浮列車具有廣泛的適用性，可以預期未來將具有廣闊的應用前景，（懸掛）中置式磁浮交通市場規(guī)?？捎^。

圖10 時速160km（懸掛）中置式磁浮列車

圖11 時速200km（懸掛）中置式磁浮列車