CN100336690C - 一种新型的磁悬浮列车空气悬架高度控制装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种磁悬浮列车空气悬架高度控制装置，包括高度传感器、空气弹簧，该装置还包括两摆动杆和转动杆构成的三杆式结构，所述摆动杆的一端通过杆端铰和转动杆连接到一起，所述摆动杆的另一端通过杆端铰连接到装于一参考面上的两个固定支座上，转动杆的中点通过铰支座连接到另一个参考面上；在转动杆和铰支座上安装有用于拾取高度变化信号的传感器，所述传感器通过控制装置和执行机构调节高度；装于摆动杆杆端的传感器用来拾取相反方向的高度变化信号；转动杆上设有用来张紧摆动杆的扭簧。该装置的各高度控制点始终处于同一平面上，它可改善磁悬浮列车机械解耦性能和运行稳定性，降低磁悬浮列车对轨道精度的要求，使高度控制仅对高度的变化作出反应。
Description
技术领域
本发明涉及一种常导磁悬浮列车装置，尤其是一种磁悬浮列车空气悬架高度控制装置。
背景技术
磁悬浮列车沿轨道行进时，电磁铁必须跟踪轨道，走形机构两侧的电磁铁为直线形式，在直道上组成一平行四边形，弯道上为一扇形，过渡曲线上为一挠曲面。因此走形机构必须具有一定的自由度，它决定了磁悬浮列车的弯道和过渡曲线的通过能力，也直接决定了列车的机械解耦特性。由于车厢底面为一刚性平面，走形机构的挠曲变化使其与车厢底面之间的相对高度在列车运行中不断改变，而走形机构和车厢底面之间一般用空气悬架隔离，这就造成了如下问题：
1)走形机构和车厢底面之间高度的变化，在各点的空气弹簧之间的高度是不一致的，它不是由于重量变化引起的。
2)它不能由高度控制装置补偿，引起高度控制装置布置的困难。
3)由于高度的变化在各点之间不一致，使得走形机构受力不一致，增加了悬浮控制的压力。
4)降低了车辆运行中的稳定性。
5)走形机构的扭转(这是跟踪轨道所必需的)也引起高度控制装置的反应和调节。
6)提高了对线路的要求。
目前中、低速和高速磁悬浮列车空气悬架的高度控制装置均用成品，一个高度控制装置仅能控制A、B两点之间的相对高度H(图1)，而且装置的两端只能分别安装于两个有相对运动的构件上，如：采用线性电位计，A位于车厢底面上，B位于转向架上，当A、B两点的相对高度H变化时，电位计可移动端C点移动产生输出电位的改变，从而拾取了高度变化的信号。很显然A、B两点的水平距离不能太远。
由于空气悬架的高度控制装置的结构特征，使其布置有所不同。
中、低速磁悬浮列车动态防滚梁结构决定它只能采用四点矩形高度控制，其结构和工作原理如图5所示，高度传感器在转向架上的安装可以分别装于两个模块2′a、2′b上，如果要安装于两模块中间，则只能装于防滚梁1′上，由于防滚梁1′在车辆运行时是动态变化的，而且运行和停车时的状态也不一样，这个变化将叠加到车厢底面和转向架之间的高度变化上，所以高度传感器只能装于转向架两侧的两个模块2′a、2′b上。当车厢底面3′相对于走形机构2′的间距由于重量的变化而加大或减小时，按四点布置的高度传感器4′、4′a、4′b、4′c给出高度变化信号，控制4个空气弹簧5′、5′a、5′b、5′c的高度，使车厢底面3′和走形机构2′的相对距离保持不变。当列车通过缓和曲线时，走形机构的两个单元2′a、2′b分别发生绕x轴的转动，但转动方向相反，这造成4个气弹簧和高度控制阀在走形机构一侧不共面，这也就引起此时高度控制的困难。
高速磁悬浮列车适宜采用两点一线高度控制，其具体结构和工作原理如图6所示。走形机构1″由前后两个单元1″a、1″b组成，车厢底面2″通过4个摇枕5″、5″a、5″b、5″c与空气弹簧8″、8″a、8″b、8″c与走形机构1″连接，当车厢底面2″相对于走形机构1″的间距由于重量的变化而加大或减小时，按两点布置的高度传感器3″、3″a给出高度变化信号，控制4个空气弹簧8″、8″a、8″b、8″c的高度，使车厢底面2″和走形机构1″的相对距离保持不变。但当车厢底面2″绕轴线4″转动时，呈两点一线布置的高度传感器3″、3″a不能检测到高度的变化，此时必须由附加的防滚装置来解决此问题，如由摇枕5″和防滚阻尼弹簧6″一起组成防滚装置。
在载荷不均匀和线路变化的情况下，中、低速磁悬浮列车动态防滚梁结构可能形成四点不共面，不能控制沿对角线的滚动；高速磁悬浮列车的两点一线高度控制结构不能控制沿中轴线的滚动，必须附加额外的车厢防滚机构。
由此可知，空气悬架的高度控制是当前磁悬浮列车走形机构必须解决的技术问题。一个好的空气悬架的高度控制装置将使磁悬浮列车整车性能得到极大的改善。当然其他车辆的空气悬架高度控制也面临同样问题。
发明内容
本发明的目的是要解决上述问题，提出一种磁悬浮列车空气悬架高度控制装置，该装置的各高度控制点始终处于同一平面上，它可改善磁悬浮列车机械解耦性能和运行稳定性，降低磁悬浮列车对轨道精度的要求，使高度控制仅对高度的变化作出反应。
本发明的目的是这样实现的：一种磁悬浮列车空气悬架高度控制装置，包括传感器、空气弹簧，其特征在于：该装置还包括两摆动杆和转动杆构成的三杆式结构，所述摆动杆的一端分别通过第二、第三杆端铰和转动杆连接到一起，所述摆动杆的另一端则分别通过第一、第四杆端铰连接到装于一参考面上的两个固定铰支座上，转动杆的中点通过铰支座连接到另一个参考面上；在转动杆和铰支座上安装有用于拾取高度变化信号的第一传感器，所述第一传感器通过高度控制装置和执行机构调节高度；装于摆动杆杆端的第二传感器用来拾取相反方向的高度变化信号；转动杆上设有用来张紧摆动杆的扭簧。
所述的磁悬浮列车空气悬架高度控制装置，其特征在于：两摆动杆的相对长度是可变的，转动杆中点的位置是可移动的，第一传感器可安装于两参考面之间水平方向的任意位置上。
所述的磁悬浮列车空气悬架高度控制装置，其特征在于：在中或低速磁悬浮列车上的三点式高度控制方式中，所述的高度控制装置中的两固定铰支座分别装于转向架的两个模块的一端上，转动杆的铰支座装于车厢底面的中间，第一传感器形成一个高度控制点；第三、第四传感器按传统的传感器测量高度的安装方式分别装于转向架的另一端。
所述的磁悬浮列车空气悬架高度控制装置，其特征在于：该装置既可用于单转向架简单车辆，也可用于多转向架组成的整车。
所述的磁悬浮列车空气悬架高度控制装置，其特征在于：以转动杆端部为一参考点，铰支座为一参考点，并在所述参考点安装多个传感器，可以同时测量由于参考面相对垂直距离变化Δ而引起的上述两参考点的相对水平位移Δ1，和垂直位移Δ2，以及转动杆的转动量。
所述的磁悬浮列车空气悬架高度控制装置，其特征在于：摆动杆采用张紧钢丝或刚性杆制成。
本发明的一种新型磁悬浮列车空气悬架高度控制装置，根据三点决定一个平面的原理，布置三个高度控制装置，它们分别位于三角形的三个顶点上，因此，该装置的各高度控制点始终处于同一平面上，也就是说是等高的。
由于高度控制装置的一个点必须位于走形机构的中轴线上，而中、低速磁悬浮列车走形机构的防滚梁(图5中1′)在运行中是动态的，所以中轴线(图5中6′)无安装点，而本发明的磁悬浮列车空气悬架高度控制装置就可解决此问题。
本发明的三杆式[包括两摆动杆7、8，(可采用张紧钢丝)，中心转动杆6]高度控制装置结构(如图2)，将高度变化Δ转换为转动和相差90度方向的两个平动Δ1、Δ2，好处是：可采用旋转式或平动式高度传感器，也可联合采用两种装置而无需增加额外的结构，有利于高度传感器的布置，也便于设置高度控制冗余；
本发明通过改变摆动杆的相对长度，可移动转动杆转动中心点位置，使高度传感器可安装于两直线之间的任意位置上，好处是：可灵活布置高度传感器，解决了仅能在一点布置时受结构限制的难题；
本发明的三点式高度控制形式，可包括单走型机构和多走型机构整车，好处是：各高度控制点始终处于同一平面上，它可改善磁悬浮列车机械解耦性能和运行稳定性，降低磁悬浮列车对轨道精度的要求，使高度控制仅对高度的变化作出反应；
本发明的双传感器共点高度控制，好处是：增加一个高度控制备份，可以实现安全冗余结构。
附图说明
图1是传统的传感器测量高度的安装方式；
图2、3是依据本发明提出的磁悬浮列车空气悬架高度控制装置的原理图；
图4是本发明装置中高度检测点偏左侧安装的示意图；
图5是目前在中、低速磁悬浮列车上四点式高度控制结构的示意图；
图6是现有的高速磁悬浮列车的两点式高度控制结构的示意图。
图7是本发明磁悬浮列车空气悬架高度控制装置布置在中、低速磁悬浮列车上的示意图；
具体实施方式
依据本发明提出的磁悬浮列车空气悬架高度控制装置的原理如图2、3所示，装置由两根摆动杆(8，8a)、一根转动杆(7)、第一、第二、第三和第四杆端铰(9，9a，9b，9c)、一个转动杆铰支座(10)、两个摆动杆支座(11，11a)、一个扭转弹簧(5)组成。两摆动杆支座(11，11a)固定于空气悬架的一参考面(22)(如转向架的两个单元)的A、B两点处，转动杆铰支座(10)固定于车厢底面(3)的C点处，当两个面的相对距离发生变化时，由于L不变，转动杆(7)将绕C转动，这引起摆动杆(8、8a)摆动，(图中实线和虚线分别表示两个面(22、3)的相对距离发生变化前、后时摆动杆的位置)，进而推动第一传感器(4)给出调节信号，图2、3给出了当车厢底面(3)降低Δ时，转动杆(7)的第二、第三杆端铰(9a或9b)沿水平、垂直方向的变化量Δ1、Δ2，传感器拾取的就是这两个量，图示传感器拾取的是Δ1。由于该控制装置可以给出过C点的直线(6)与过B和A点直线(222)间距离的变化，故可以用它来实现两直线(3、222)距离的控制(说明：两直线间的距离可用直线上两点的距离控制(不含转动))，通过调节转动杆(7)的长度还可改变高度控制装置的灵敏度。由于车厢底面(3)相对于参考面(22)升高或降低都使转动杆(7)向同一方向转动，故第一传感器(4)不能区别相反方向的高度变化，为了测知车厢底面是降低或升高，可以在第一、第四杆端铰9或9c处布置一旋转式传感器，即第二传感器(12)。扭转弹簧(5)是用来张紧摆动杆(8，8a)的。
只要改变两摆动杆(8、8a)的相对长度，则可移动C点的位置，使高度传感器可安装于两参考面(22，33)公垂面上之间的任意位置上，图4所示为将测量点(C)向左边移动的示例。当两个参考面(22，33)的相对距离发生变化时，由于L不变，转动杆(7)将绕C转动，这引起摆动杆(8、8a)摆动，进而推动第一传感器(4)给出调节信号，同样可以实现拾取高度控制信号的目的。
有了上面的空气悬架高度控制装置，就可以在磁悬浮列车上采用三点式高度控制了。
本发明的三点式高度控制装置(如图7)通过调节空气悬架的高度来调节车厢底面和走形机构之间的高度，但对走形机构的扭转不敏感。
本发明的新型磁悬浮列车三点式空气悬架高度控制装置，包括三个高度控制传感器，即第一传感器4、第三传感器4a、第四传感器4b，两根摆动杆(8、8a)，一根转动杆(7)，一个转动杆固定铰支座(10)，两个摆动杆固定铰支座(11、11a)，四个杆端铰，即第一、第二、第三、第四杆端铰(9、9a、9b、9c)。
图2、3是按三点方式布置在中、低速磁悬浮列车上的该装置示意图，车厢底面(3)下部为一个走形机构。用于控制高度的第三、第四传感器(4a、4b)直接安装于走形机构的两个模块(2a、2b)的前段，用于控制高度的第一传感器(4)通过高度控制装置安装于后部的中央。由三点控制的平面保持车厢和走形机构(转向架)(2)的距离不变。后部高度控制装置的两个摆动杆固定铰支座(11、11a)分别安装于走形机构的两个模块(2a、2b)上，两摆动杆(8、8a)一端通过第二、第三杆端铰(9a、9b)分别连接到转动杆(7)的两端，另一端通过第一、第四杆端铰(9、9c)分别连接到两摆动杆固定铰支座(11、11a)上，转动杆7中心连接到转动杆固定铰支座(10)上，转动杆固定铰支座(10)连接到车厢底面(3)上。用于高度控制的第一传感器(4)可以是电位计型，也可以是机械式高度阀型。如果是旋转电位计型或高度阀型可直接将转轴安装于转动杆(7)的中心铰上；如果是直线电位计型，可将一端与转动杆(7)一个端部连接，另一端与车厢底面(3)连接。
当磁悬浮列车车厢底面(3)与走形机构(转向架2)之间的后部距离发生变化时，转动杆(7)转动，带动用于高度控制的第一传感器(4)发出控制信号，调整空气弹簧(5，5c)的气量，使距离回复到调定值；车厢底面(3)与走形机构(转向架2)之间的前部距离的变化由第三、第四传感器(4a、4b)和空气弹簧(5a、5b)控制。当走形机构两模块(2a、2b)作俯仰运动时(绕x轴转动)时，由于杆端关节轴承的作用，转动杆(7)不动作。运行时防滚梁(1′)运动，无法将高度控制传感器安装于其上，这一问题也得到了解决，高度控制传感器通过高度控制装置可安装于走形机构中轴线(13)的任一位置上。这样就真正实现了三点高度控制，而又改善了走形机构的解耦性能。
此外，可以在后控制点同时安装两个用于高度控制的第一传感器(4)[如：转动杆7的第二、第三杆端铰(9a，9b)各装一个]，控制同一点，提高控制的可靠性。
本发明对于多个走形机构组成的一节磁悬浮列车也是同样有效的。
Claims (6)
1.一种磁悬浮列车空气悬架高度控制装置，包括传感器、空气弹簧，其特征在于：该装置还包括两摆动杆(8，8a)和转动杆(7)构成的三杆式结构，所述摆动杆(8，8a)的一端分别通过第二、第三杆端铰(9a，9b)和转动杆(7)连接到一起，所述摆动杆(8，8a)的另一端则分别通过第一、第四杆端铰(9，9c)连接到装于一参考面(22)上的两个固定铰支座(11，11a)上，转动杆(7)的中点通过铰支座(10)连接到另一个参考面(33)上；在转动杆(7)和铰支座(10)上安装有用于拾取高度变化信号的第一传感器(4)，所述第一传感器(4)通过高度控制装置和执行机构调节高度；装于摆动杆(8，8a)杆端的第二传感器(12)用来拾取相反方向的高度变化信号；转动杆(7)上设有用来张紧摆动杆的扭簧(5)。
2.根据权利要求1所述的磁悬浮列车空气悬架高度控制装置，其特征在于：两摆动杆(8，8a)的相对长度是可变的，转动杆(7)中点的位置是可移动的，第一传感器(4)可安装于所述两参考面(22，33)之间水平方向的任意位置上。
3.根据权利要求1所述的磁悬浮列车空气悬架高度控制装置，其特征在于：在中或低速磁悬浮列车上的三点式高度控制方式中，所述的高度控制装置中的两固定铰支座(11，11a)分别装于转向架(2)的两个模块(2a，2b)的一端上，转动杆(7)的铰支座(10)装于车厢底面(3)的中间，第一传感器(4)形成一个高度控制点；第三、第四传感器(4a、4b)分别装于转向架的另一端。
4.根据权利要求3所述的磁悬浮列车空气悬架高度控制装置，其特征在于：该装置既可用于单转向架简单车辆，也可用于多转向架组成的整车。
5.根据权利要求1所述的磁悬浮列车空气悬架高度控制装置，其特征在于：以转动杆(7)端部为一参考点，铰支座(10)为一参考点，并在所述参考点安装多个传感器，可以同时测量由于参考面(22，33)相对垂直距离变化Δ而引起的上述两参考点的相对水平位移Δ1，和垂直位移Δ2，以及转动杆(7)的旋转量。
6.根据权利要求1所述的磁悬浮列车空气悬架高度控制装置，其特征在于：摆动杆(8，8a)采用张紧钢丝或刚性杆制成。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CX01 | Expiry of patent term | ||
| CX01 | Expiry of patent term |
Granted publication date: 20070912 |