CN102815227A - 轨道交通拖车磁悬浮技术 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种轨道交通被拖动车辆的磁悬浮技术。是一种装在拖车上的永磁体薄片与通用轨道的下平面产生向上的吸引力去抵消车体及负载向下的重力，解决车辆因重力产生的摩擦阻力间题的技术。把与通用轨道上平面宽度相等的永磁体薄片的N或S极全部朝上固定在与轴端相连与柱塞一体的铁板上，并使永磁体的上平面与轨道的下平面保持适当距离，使之产生向上的吸引力直接作用在车轴上并产生悬浮力。根据车辆及负载的变化，连杆机构自动改变永磁体与轨道下平面的距离，从而适时的改变了车辆的悬浮力，使之与车辆产生的重力始终保持动态平衡，可使运力提高数倍。

Description

轨道交通拖车磁悬浮技术

技术领域

本发明涉及一种拖车磁悬浮技术。尤其是涉及一种轨道交通装在被拖动车辆上的永磁体薄片与轨道下平面产生的垂直地面向上的吸引力去抵消车体及负载的重力的磁悬浮技术。

背景技术

目前，轨道交通磁悬浮技术只有超导磁悬浮一种。我们国家高速铁路的制造和安装水平相当高，误差只有0.1毫米。本发明只要求轨道外展的内平面光华、平整，现存的轨道技术完全满足要求。因此，本发明的磁悬浮技术具有广阔的应用前景。车辆运输阻力主要有车辆的重力产生的摩擦和空气对车体的摩擦两种因素。磁悬浮技术和真空管技术能够解决这两种阻力问题。但是，超导磁悬浮技术造价太高。以北京S1线为例，每公里造价6亿人民币。而我发明的磁悬浮技术只对现有的轨道改变形状和在客货车体上加装永磁体薄片即可，成本很低。如果在现有的铁轨外侧口朝外铺设10毫米厚，槽帮和槽底均为20厘米的槽钢固定在旧轨道外侧或全部更换为本发明的通用轨道，每公里比原来的轨道多用钢约90吨，造价不到50万人民币。每公里造价相差一千多倍，但运力却可提高数倍。在这之前我已申请了控制方法与这次不同的发明专利，申请号是201010169340.9并于2012年1月3日和6月3日分别提交了内容与这次相同的意见陈述书，因超范围和超时限均未被接受，故又重新申请该发明专利。

发明内容

本发明的技术方案是：首先，根据需要将轨道的上平面向外延展适当宽度，把同一侧轨道下的永磁体薄片以N极全部朝上或S极全部朝上固定在与承重轴的轴端相连的与柱塞一体的钢板上，并使永磁体的上平面与通用轨道的下平面保持适当距离的结构。由此产生的垂直地面向上的吸引力通过承载梁直接作用在承重车轴上。使车辆产生向上的悬浮力去克服由重力产生的摩擦阻力。并根据车辆负载的变化，由取样棒固定在车厢和杠杆上、锥度相同的楔形连动滑块固定在杠杆上及槽形滑道中，分别插在柱塞上面和底上的锥度都相等的楔形锥体在连动滑块中间、柱塞套在柱塞中，固定在柱塞上的旋转保护轮等构成的连杆机构，使得随着重力的改变能自动改变永磁体与轨道下平面的距离，从而适时的改变了车辆的悬浮力，使之与车辆产生的重力始终保持动态平衡。为了使永磁体不与轨道下平面产生摩擦，截面是椭圆形的托桶固定在与承重轴一体的承载梁上。柱塞装在托桶内，将永磁体固定在与柱塞一体的钢板上，托桶靠轨道一侧都留有开口，用于限制永磁体上行和下行时与轨道的最小和最大距离，大大提高了本发明的实用性能。在柱塞底部弹簧的作用下，柱塞通常总是在上死点位置。在柱塞内还加装了一个柱塞，旋转保护轮的轮轴焊接在柱塞的内壁上，锥度相同的楔形锥体分别插在柱塞的上面和底上，总使保护轮与永磁体的运动方向相反，运动距离相等，因此旋转保护轮随着重力的变化使永磁体与轨道总保持一个适当的最小距离，阻止永磁体与轨道摩擦，总是在平衡点附近维持悬浮力与重力的动态平衡。为了不影响车辆转弯，分别在前后轮组的4只轮子两根轮轴的正中间加装了钢板和立轴并在立轴两端固定上下两根承重轴，在承重轴两端固定承载梁。在轮轴两端、轮子内侧再用钢板把两根轮轴固定，使轮子及连接两根轮轴的钢板在承重轴上的承载小轮中间可以绕立轴在一定范围内自由转动的结构，以及车厢用数个套管固定在承载梁上，使车厢在承载梁上只能上下运动。靠近车厢连接处的轮子内侧、轴的两端均与车厢的联接挂钩固为一体的结构，使得这时的轮组只能跟随前节车厢随着轨道的形状自由转弯。如果再加上原来靠惯性改变轮径的方法转弯效果会更好。

实验表明：永磁体与铁磁质的距离越近时其吸引力越大。使用我手上6年前的永磁体做与铁的吸引力实验，当(钕铁硼？)永磁体磁场方向完全相同，距离铁磁质5.0毫米时，其作用力的平均值为每平方厘米0.3公斤；相距4.0毫米时，永磁体与铁的吸引力均值为每平方厘米0.4公斤；距离为3.0毫米时，吸引力平均值为每平方厘米0.6公斤；距离为2.4毫米时，吸引力平均值为每平方厘米0.8公斤；距离为2.0毫米时，其吸引力平均值为每平方厘米1.0公斤，距离为1.5毫米时，吸引力均值为每平方厘米1.2公斤。如果将轨道上平面向外延展20厘米，一节车箱长按20米计算，在轨道下面20厘米宽、20米长的两条轨道下面的永磁体薄片有80000平方厘米，每平方厘米的吸引力为1.2公斤时，对这节车体将产生96吨垂直地面向上的吸引力。

本发明的有益效果是：第一是节能。如果包括车体在内99％的重力被抵消，即每节100吨重的车，现在只有1吨重了。就是说原先拉一节车的功率，现在至少可以拉90节。使运力提高数十倍。从而在达到解决客货运输运力紧张问题的同时也达到了节能减排环保的目的。第二是该技术还可以应用到货车、地铁和城市轻轨上，进一步提高客货运输能力。应用该技术真正做到多拉、快跑，用铁路完成绝大多数的客货运输任务。并根据需要，选择目前磁性最强的新的永磁体和最顺磁的铁磁质做外展轨道，相同条件的对比实验，新的好永磁体一定会比实验用的已经6年多的旧永磁体对铁磁质的吸引力和作用距离都大。第三是更安全更平稳。因为车轮的轴通过连接装置已被反扣在外展的轨道下面，加之重力与悬浮力方向相反，悬浮力总是跟随重力的改变而改变的阻尼作用，即使车速再高也会很安全、平稳。

实施例及附图说明

下面结合附图对本发明做进一步说明。

图1是从车厢尾部看过去本发明的整体结构示意图；

图2是图1的部分构件左视结构示意图；

图3是图2的部分构件左视结构示意图，相当于图1右下角部分构件的结构放大示意图；

图中：(1)是车厢，(2)是弹簧，(3)是分别固定在车厢和承载梁上的数个套管，它使车厢被绑定在承载梁上，使车厢只能在一定范围内上下运动。(4)是固定在承重轴(10)端点处的承载梁，(5)是固定在承载梁(4)上的数个椭圆形托桶，它截面的短轴靠近轨道的托桶面上有开口[如图3所示]，截面内长轴处连动滑块(17)的的两边有挡板形成的槽形滑道[此处未画出]。(6)是通用轨道。(7)是车轮。(8)是套在承重轴(10)上的承载小轮。(9)是固定两个轮轴(11)的承载钢板。(10)是承重轴。(11)是轮轴。(12)是立轴，它在连接两个轮轴的钢板的中间。(13)是连接两个轮轴(11)并固定立轴(12)的钢板。(14)是固定在承载梁(4)上的支杆。(15)是固定在车厢和杠杆上的带活接的取样棒。(16)是固定在支杆(14)支点上的杠杆。(17)是锥度都相同的楔形滑块，滑块上带滚轮。(18)是插在柱塞(21)的上面锥度都相同的数个锥体。(19)是在柱塞(22)的外表面上焊接钢板(24)的焊接点。(20)是底部弹簧。(21)是套在柱塞(22)中的柱塞，(23)是固定在钢板(24)上的永磁体，永磁体与轨道的吸引力加之底部弹簧的弹力使柱塞(22)总是被死死的定在上死点位置。(24)是固定在柱塞(22)外表面上的钢板。(25)是旋转保护轮，它的轮轴焊接在柱塞(21)的内表面上。(26)是插在柱塞(22)底上和柱塞(21)底下与锥体(18)锥度相同的数个锥体，它的作用是使保护轮的上边缘与轨道始终维持若即若离的状态。(27)是柱塞(21)内表面的焊接保护轮(25)轮轴的焊接点。(28)是连动滑块(17)上的活结。它们共同构成连杆及其控制系统。

当车辆空载时，可先通过试验或根据对弹簧(2)总的倔强系数涉及的车厢下降高度与永磁体到轨道距离的变化产生吸引力大小的计算大致确定取样棒(15)在杠杆(16)上的位置，[即确定杠杆力臂的大小]再用取样棒(15)上的活结进行微调。本例一节车厢按24吨计算，调节取样棒(15)上的活接，使取样棒带动杠杆(16)及连动滑块(17)做上下运动，[参看图2]使锥体(18)和(26)同时向左或向右运动，使柱塞(22)和(21)同时做向上和向下的运动。因此适时的改变着永磁体与轨道的距离，锥体(26)也同时适时的改变着保护轮上边缘到柱塞(22)底部的距离，限制永磁体因为吸引力的原因继续缩小与轨道的距离。[保护轮(25)及其柱塞(21)相当于支在外展轨道和柱塞(22)的底中间]当调整到轨道下平面与永磁体的距离为5.0毫米时，旋转活结(28)，恰使保护轮(10)比永磁体平面高出略小于5.0毫米，也就是保护轮与轨道刚刚要接触还没有产生作用力时，锁死(15)上的活接和活接(28)。此时车体受到的悬浮力正好是24吨。

负载时，按每节客车承载200人载重16吨计算，根据一节车厢所有弹簧(2)总的倔强系数，(比如每厘米8吨)当满载时，车厢高度下降2厘米。取样棒(15)下压杠杆(16)，带动连动滑块(17)也下降2厘米多，[下降的具体距离视杠杆力臂长短而定]由图2所示，锥体(18)和(26)都因连动滑块的挤压而向左运动，在吸引力和弹簧(20)的作用下，此时永磁体与轨道的距离应该由5.0毫米随着负载的增加逐渐缩小到3.5毫米，[由此可以计算出连动滑块(17)和锥体(18)及(26)锥度的大小]由于锥体(18)和(26)的锥度相等，当柱塞(22)带动永磁体(23)向上运动时，柱塞(21)上面的弹簧也同时压迫保护轮(25)向下运动与之相等的距离，[否则永磁体将无法缩小与轨道的距离]保护轮超过永磁体的高度也逐渐由5.0毫米缩小到3.5毫米。使此时它增加的悬浮力也刚好是16吨。如果空车重24吨，要载重66吨，永磁体与轨道的起始距离应为5.0毫米，保护轮比永磁体面应高出略小于5.0毫米。随着车的逐渐加载，连杆系统使永磁体与轨道的距离由5.0毫米逐渐变为1.8毫米，车体的悬浮力由24吨逐渐升到90吨。保护轮(25)高出永磁体平面的距离也由5.0毫米逐渐缩小到1.8毫米。必须注意，随着车体重力的变化，连杆系统使永磁体与轨道的距离也不断的变化，当悬浮力大于重力时，车体将被悬浮。多余的悬浮力将作用在保护轮(25)与轨道的下平面上，并产生摩擦阻力。相反，如果重力大于悬浮力，多余的重力也将产生摩擦阻力作用在轮轨的上面。最好的状态还是悬浮力与重力相等，也就是零重力状态。这很难做到。(保留百分之一的重力，提高运力几十倍是很好的选择)这里我们可以人为设定一个永磁体上平面到轨道下平面允许的最小距离，比如对于客车可设定这个距离是3.5毫米，此时要求使用椭圆形托桶(5)开口的外壳阻挡钢板(24)及永磁体(23)继续上行，[如图3所示]此时无论负载怎样增加，这个距离都不会小于3.5毫米了。就是说，客车上的永磁体与轨道的正常工作距离是在3.5毫米到5.0毫米之间变化。另外，为了连杆系统方便控制悬浮力的改变，可酌情考虑把钢板(24)和永磁体(23)适当分段并且在道口、道叉及急转弯处不设轨道的外展结构，防止永磁体与轨道接触。

当卸载时，车厢(1)在弹簧(2)的作用下，带动取样棒(15)向上运动。杠杆(16)的左边带动连动滑块向下运动，挤压锥体(18)(26)向右运动，迫使柱塞(22)带动永磁体(23)向下运动的同时，柱塞(21)带动保护轮(25)向上运动与之相等的距离，使保护轮始终呆在与轨道若即若离的地方。这时永磁体与轨道的距离逐渐增加，悬浮力逐渐减少，与负载时的情形刚好相反。

Claims (6)

1.轨道交通拖车磁悬浮技术的实施方法，首先，根据需要将轨道的上平面向外延展适当宽度，把同一侧轨道下的永磁体薄片以N极全部朝上或S极全部朝上固定在与承重轴的轴端相连的与柱塞一体的钢板上，并使永磁体的上平面与通用轨道的下平面保持适当距离的结构，由此产生的垂直地面向上的吸引力通过承载梁直接作用在承重车轴上，使车辆产生向上的悬浮力去克服由重力产生的摩擦阻力，并根据车辆负载的变化，由取样棒固定在车厢和杠杆上、锥度相同的楔形连动滑块固定在杠杆上及槽形滑道中，分别插在柱塞上面和底上的锥度都相等的楔形锥体在连动滑块中间，柱塞套在柱塞中，固定在柱塞上的旋转保护轮等构成的连杆机构，使得随着重力的改变能自动改变永磁体与轨道下平面的距离，从而适时的改变了车辆的悬浮力，使之与车辆产生的重力始终保持动态平衡，为了使永磁体不与轨道产生摩擦，截面是椭圆形的托桶固定在与承重轴一体的承载梁上，柱塞装在托桶内，将永磁体固定在与柱塞一体的钢板上，托桶靠轨道一侧都留有开口，用于限制永磁体上行和下行时与轨道的最小和最大距离，大大提高了本发明的实用性能，在柱塞底部弹簧的作用下，柱塞通常总是在上死点位置，在柱塞内还加装了一个柱塞，旋转保护轮的轮轴焊接在柱塞的内壁上，锥度相同的楔形锥体分别插在柱塞的上面和底上，总使保护轮与永磁体的运动方向相反，运动距离相等，因此旋转保护轮随着重力的变化使永磁体与轨道总保持一个适当的最小距离，阻止永磁体与轨道摩擦，总是在平衡点附近维持悬浮力与重力的动态平衡，为了不影响车辆转弯，分别在前后轮组的4只轮子两根轮轴的正中间加装了钢板和立轴并在立轴两端固定上下两根承重轴，在承重轴两端固定承载梁，在轮轴两端、轮子内侧再用钢板把两根轮轴固定，使轮子及连接两根轮轴的钢板在承重轴上的承载小轮中间可以绕立轴在一定范围内自由转动的结构，以及车厢用数个套管固定在承载梁上，使车厢在承载梁上只能上下运动，靠近车厢连接处的轮子内侧、轴的两端均与车厢的联接挂钩固为一体的结构，使得这时的轮组只能跟随前节车厢随着轨道的形状自由转弯。

2.根据权利要求1所述的轨道交通拖车磁悬浮技术的实施方法，其特征在于：把同一侧轨道下的永磁体薄片(23)以N极全部朝上或S极全部朝上固定在与承重轴(10)的轴端相连的与柱塞(22)一体的钢板(24)上，并使永磁体的上平面与通用轨道(6)的下平面保持适当距离的结构，使得由此产生的垂直地面向上的吸引力通过承载梁(4)直接作用在承重车轴(10)上，车辆产生向上的悬浮力去克服由重力产生的摩擦阻力。

3.根据权利要求1所述的轨道交通拖车磁悬浮技术的实施方法，其特征在于：根据车辆负载的变化，由取样棒(15)固定在车厢(1)和杠杆(16)上、锥度相同的楔形连动滑块(17)固定在杠杆(16)上及槽形滑道中，分别插在柱塞(22)上面和底上的锥度都相等的楔形锥体(18)和(26)在连动滑块(17)中间、柱塞(21)套在柱塞(22)中，固定在柱塞(21)上的旋转保护轮(25)等构成的连杆机构，使得随着重力的改变能自动改变永磁体与轨道下平面的距离，从而适时的改变了车辆的悬浮力，使之与车辆产生的重力始终保持动态平衡。

4.根据权利要求1所述的轨道交通拖车磁悬浮技术的实施方法，其特征在于：截面是椭圆形的托桶(5)固定在与承重轴(10)一体的承载梁(4)上，柱塞(22)装在托桶(5)中，托桶靠轨道一侧都留有开口的结构，用于限制永磁体上行和下行时与轨道的最小和最大距离，使得本发明的实用性能大大提高了。

5.根据权利要求1所述的轨道交通拖车磁悬浮技术的实施方法，其特征在于：在柱塞(22)内还加装了一个柱塞(21)，旋转保护轮(25)的轮轴焊接在柱塞(21)的内壁上，锥度相同的楔形锥体(18)和(26)分别插在柱塞(22)的上面和底上的结构，总使得保护轮(25)与永磁体(23)的运动方向相反，运动距离相等，因此旋转保护轮随着重力的变化使得永磁体与轨道总保持一个适当的最小距离，阻止永磁体与轨道摩擦，总是在平衡点附近维持悬浮力与重力的动态平衡。

6.根据权利要求1所述的轨道交通拖车磁悬浮技术的实施方法，其特征在于：分别在前后轮组的4只轮子(7)、两根轮轴(11)的正中间加装了钢板(13)和立轴(12)并在立轴两端固定上下两根承重轴(10)，在承重轴(10)两端固定承载梁(4)，在轮轴(11)两端、轮子(7)的内侧再用钢板(9)把两根轮轴(11)固定，使轮子(7)及连接两根轮轴(11)的钢板(9)在承重轴(10)上的承载小轮(8)中间可以绕立轴(12)在一定范围内自由转动的结构，以及车厢(1)用数个套管(3)固定在承载梁(4)上，使车厢(1)在承载梁(4)上只能上下运动，靠近车厢连接处的轮子(7)的内侧、在轴(11)的两端均与车厢的联接挂钩固为一体的结构，使得这时的轮组只能跟随前节车厢随着轨道的形状自由转弯。

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