★ 行业需求

相比传统轮轨交通制式，磁浮列车具有非接触运行，具有运行噪声低、行车振动小、爬坡能力强、应用速度域广等特点，是一种颇具发展潜力的新型城市轨道交通制式。中低速磁浮交通作为新型轨道交通，其系统更环保、更安全、更绿色，具有广泛的市场适用性，中低速磁浮交通在日本、韩国和中国已实现了商业应用，当前我国亦有多个城市正在建设、规划中低速磁浮线路。国务院办公厅关于进一步加强城市轨道交通规划建设管理的意见（国办发〔2018〕52号）指出，对城市轨道交通系统应严格建设申报条件，综合投资建设成本较低、施工周期短、对环境友好的中低速磁浮交通制式迎来重大发展机遇。电磁型磁浮列车与线缆之间存在特殊的耦合振动问题，严重时将导致悬浮失效，引发安全隐患。为缓解车线耦合振动现象，通常以加大桥梁质量和刚度的方式来解决这一问题，但无疑增加了线路的建设成本，不利于中低速磁浮交通的推广应用。因此，在当前中低速磁浮车辆技术的基础上，研发（悬挂）中置式磁浮列车，进一步提升中低速磁浮额的线路适应性，符合轨道交通绿色发展要求，具有巨大的应用前景。

★ 共性关键技术

（悬挂）中置式磁浮列车，由于具有技术优势，以及当前较为成熟的加工工艺、建设周期等优势，在中低速域的城市轨道交通和高速域的城际交通等领域具有广阔的应用前景。但是电磁型磁浮列车与轨道之间需要通过悬浮控制系统维持额定的小间隙，该间隙约为8~10mm，车辆与线路间易发生车线耦合振动现象。列车—控制—线路是机电耦合的复杂非线性系统，列车运行稳定性受到车速、轨道不平顺、线路类型、车辆自身结构等的综合影响，面临安全可靠、控制灵活、节能增效等共性关键技术问题。对于电磁型磁浮车辆最困难的问题是以合理的低成本有效地抑制车辆与柔性轨道梁之间的相互作用，国内外学者在优化悬浮控制策略方面做出了重大努力，但仍不能够在降低轨道梁成本方面做出大的贡献。传统轮轨车辆转向架对车辆与轨道之间的动态作用有很大的影响，基于以上研究，磁浮车辆的悬浮架也对车线耦合起着重要作用。因此，基于对悬浮架动力作用机理的研究成果，可设计一种新型悬浮架，实现车辆与轨道梁之间的低动态相互作用，为轨道梁的低成本应用提供新的解决方案，为磁浮交通提供广阔的发展前景。为此，工程中心团队在国家科技支撑计划、国家重点研发计划、国家自然科学基金等项目资助下，针对中低速磁浮列车长期存在的车线耦合振动及牵引效率较低的问题，系统、全面地开展了（悬挂）中置式悬浮架、直线电机等方面的核心技术研究，取得的技术突破如下：

（1）提出了“低动力作用悬浮架”设计理念与方法

针对电磁悬浮磁浮列车独特的主动控制支撑方式，从系统振动能量的观点，阐明了悬浮架动力作用的机理。为缓解车轨耦合振动，首次提出了悬浮架低动力作用设计理念和方法。低动力作用悬浮架的研究成果被《Handbook of Railway Vehicle Dynamics》（Second Edition）引用。对悬浮模块受力情况和悬浮系统克服空簧做功进行了对比分析，研究悬浮架与轨道的动态作用力内部机理。相关研究成果发表SCI、EI论文15余篇。

（2）发明并研制了（悬挂）中置式悬浮架

研制了（悬挂）中置式悬浮架，其结构原理显著区别于既有悬浮架。优化了悬浮架的承载方式，实现了车轨低动力作用。显著增大了电机安装空间，减小了电机端部效应，提升了牵引效能。（悬挂）中置式悬浮架将目前中低速磁浮的应用速度由100km/h提升至超过160km/h。（悬挂）中置式悬浮架比既有悬浮架在曲线通过、牵引爬坡、悬浮承载、轨道适应性、轻量化、运营维护、制造成本等性能指标上更有优势，可进一步提高磁浮车辆的市场竞争力。

（3）提出了悬浮架动力作用试验评估方法，发明并研制了系列试验装备

针对目前磁浮列车性能试验方法和手段的不足，基于相似理论和动力学仿真分析，提出了低动力作用悬浮架的台架评估方法。发明并研制了单悬浮架机电耦合振动试验台、直线电机试验台等系列试验装备，可实现电磁型悬浮架关键技术性能的实验室验证。相关研究成果授权发明专利6项。

★ 工程应用及行业影响

面向城市轨道交通车辆绿色、快捷的发展需求，研发团队突破了悬浮架承载方式、直线电机效能、车线耦合振动现象显著、轨道梁刚度限制严格等的关键性能指标的技术瓶颈，设计开发了完整的悬浮架试验方案，基于相似理论和动力学仿真，提出了低动力作用悬浮架的台架评估方法，可实现电磁型悬浮架关键技术性能指标的实验室验证，对悬浮架性能进行了全面的掌握和性能验证，克服了当前磁浮列车简化的单点试验、整车调试试验成本较高及周期较长的不足，填补了电磁型磁浮列车关键技术研究中的空白，为进行悬浮控制系统设计、悬浮架结构设计、悬浮架强度研究和疲劳寿命分析、直线电机牵引效能提升、轨道梁选型及轻量化设计等提供了科学的试验手段。

研发的（悬挂）中置式悬浮架的相关研究成果已成功应用于大连机车公司时速160km、中铁高新工业公司时速200km的磁浮工程列车和工程样车，且于2017年在1.73km试验线上达到了121km/h的试验速度，由多名院士、专家组成的评审组认为“新一代中低速磁浮车辆综合技术先进，悬浮架技术国际领先”。标志着（悬挂）中置式磁浮列车具有较好的牵引能力，可满足城市和市域中等运量运输需求，具有技术先进性和实施推广价值。通过对不同悬浮架制式的试验车辆进行完整的线路试验和长期的跟踪观测，在相同的线路工况下，（悬挂）中置式悬浮架在车线耦合、曲线通过、钢梁和道岔上的长时间静悬浮等性能指标上比既有悬浮架更优优势，可降低磁浮列车对轨道梁的刚度要求，有效减少线路的综合投资建设成本。

为充分发挥电磁型磁浮列车的应用潜力，实现低动力作用是推动系统健康、快速发展的关键。（悬挂）中置式磁浮列车技术源于国家磁浮交通的行业需求和科技创新需求，且同时面向中低速域和高速域应用的共性问题，旨在提升电磁型磁浮列车的悬浮稳定性、降低车线耦合振动、改善列车的运行稳定性和乘坐舒适性、降低系统的综合建设成本，促进磁浮交通的推广。目前，我国多项政策文件明确指出支持中低速磁浮等新制式轨道交通的应用，多个城市正掀起电磁型磁浮列车应用及建设热潮，而（悬挂）中置式磁浮列车具有广泛的适用性，可以预期未来将具有广阔的应用前景，（悬挂）中置式磁浮交通市场规模可观。

图10 时速160km（悬挂）中置式磁浮列车

图11 时速200km（悬挂）中置式磁浮列车