Введение к работе
Актуальность темы.
Увеличение объёмов перевозок побуждает к созданию новых технологичных и эффективных транспортных систем.
Особое место в развитии высокоскоростного наземного транспорта (ВСНТ) имеет исследование системы подвеса транспортного средства. Существующие системы подвеса обеспечивают стабилизацию поезда с линейным приводом либо за счёт применения сложной системы управления (электромагнитный подвес), либо за счёт использования дорогостоящих высокоэффективных бортовых рефрижераторных установок для охлаждения низкотемпературных сверхпроводников жидким гелием (электродинамический подвес).
На сегодняшний день одним из перспективных направлений в исследовании бесколёсного подвижного состава представляется разработка систем подвеса на базе высокоэнергетических постоянных магнитов с диамагнитной стабилизацией положения высокотемпературными сверхпроводниками. Подобные устройства обладают меньшими массогабаритными показателями по сравнению с электромагнитной подвеской, не требуют применения сложных устройств регулирования и используют азот вместо гелия для охлаждения магнитов.
Возможность применения на пассажирском подвижном составе с линейным приводом самостабилизируемых систем подвеса является одной из актуальных задач современного этапа развития высокоскоростного наземного транспорта.
Цель работы.
Разработка математической модели и исследование системы магнитного подвеса пассажирского поезда с диамагнит-
ной стабилизацией положения высокотемпературными сверхпроводниками в установившемся режиме.
Основные задачи:
выбор метода расчёта магнитной цепи;
определение параметров постоянного магнита и коэффициента собственного рассеяния полюсов;
расчёт магнитной цепи с постоянными магнитами;
разработка модели состояния высокотемпературного сверхпроводника (ВТСП) в магнитном поле;
определение потерь мощности, выделяемых в диамагнитных элементах;
составление исходных уравнений для определения полной мощности и полной энергии магнитной цепи системы подвеса;
определение параметров первичной ступени подвешивания бесколёсного поезда;
экспериментальное исследование магнитной цепи с постоянными магнитами и определение силы левитации ВТСП.
Методы исследований.
Математическая модель системы магнитного подвеса поезда с диамагнитной стабилизацией положения высокотемпературными сверхпроводниками разработана на основе решения полевой задачи, базирующейся на использовании графоаналитического метода в сочетании с методом пропорциональных величин.
Учёт влияния шунтирующих полей на решение задачи проводилось на основе построения упрощённой двухмерной полевой структуры.
При определении реакции взаимодействия диамагнетиков с магнитным полем была использована микроскопическая теория для низкотемпературных сверхпроводников применительно к высокотемпературным сверхпроводникам.
Экспериментальные исследования были выполнены на статическом стенде, позволяющем исследовать величину поля в воздушном зазоре и определять силу левитации, развиваемую диамагнетиком.
Научная новизна.
Разработана математическая модель системы подвеса поезда с линейным приводом, основу которой составляют не результаты экспериментов, что чаще всего применяется при исследовании нелинейных систем, а анализ кривых намагничивания (размагничивания) материалов магнитной цепи.
Представлена зависимость суммарной силы взаимодействия подвеса с путевым полотном, базирующаяся не на интегральных выражениях, а на определении энергетического состояния магнитной цепи при изменении воздушного зазора. Практическая ценность.
Методика расчёта магнитной цепи может быть использована при определении параметров постоянного магнита (линия возврата и коэффициент собственного рассеяния полюсов) , а так же при исследовании механических колебаний магнитного подвеса поезда.
Модель состояния ВТСП позволяет исследовать изменение потока в цепи, содержащей диамагнитные элементы, и определять силу левитации высокотемпературного сверхпроводника типа Y-Ba-Cu-O, помещённого во внешнее магнитное поле, при температуре жидкого азота (77К или -196С).
Известные параметры первичной ступени рессорного подвешивания вагона могут быть использованы при исследовании механических колебаний экипажа с исследуемой системой подвеса.
Апробация работы.
Основные положения и результаты исследований докладывались и обсуждались на второй научно-практической конференции „Ресурсосберегающие технологии на железнодорожном транспорте", г. Москва, 1999 г.
Публикации.
Основные результаты работы опубликованы в 3 статьях. Объём и структура работы.
Диссертация содержит 106 станиц основного машинописного текста, 37 рисунков, 23 таблицы и состоит из 5 разделов, списка использованной литературы (93 наименования) и 3 приложений. Общий объём диссертационной работы составляет 132 страницы.
