CN104164806B - 一种中低速磁浮列车用f型钢轨及悬浮和推进系统结构 - Google Patents

一种中低速磁浮列车用f型钢轨及悬浮和推进系统结构 Download PDF

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Abstract

本发明涉及磁浮列车轨道领域。本发明的中低速磁浮列车轨道用F型钢轨，包括F型钢(1)、铝感应板(3)和紧固螺栓(4)，所述F型钢(1)的下表面分别设有外磁极腿(5)和内磁极腿(6)，所述F型钢轨还包括感应铁芯(2)；所述F型钢(1)横断面为F形，上表面(7)是一个平面；所述铝感应板(3)设于感应铁芯(2)上方，与感应铁芯(2)采用同一组紧固螺栓(4)安装在F型钢(1)的上表面(7)上。本发明的中低速磁浮列车轨道用悬浮和推进系统结构，包括上述的F型钢轨，还包括磁浮列车的U型磁铁。本发明可以降低中低速磁浮列车的运行能耗，提高能源利用效率，节能减排。

Description

一种中低速磁浮列车用F型钢轨及悬浮和推进系统结构
技术领域
本发明涉及磁浮列车轨道领域，具体地，涉及一种中低速磁浮列车用F型钢轨及悬浮和推进系统结构。
背景技术
早在20世纪70年代美国、德国和日本等国家即进入磁浮列车的应用研究，中低速磁浮的研究主要是德国和日本，70年代后期日本从德国引进中低速磁浮轨道交通专利技术，德国就转向主要研究高速磁浮。日本经过近40多年的研究，使中低速磁浮轨道交通技术有了新的发展，并建成名古屋8.9km运营线。我国20世纪90年代开始进行磁浮轨道交通技术的研究，先后有中科院、铁科院、西南交大、国防科大等开始进行磁浮列车的研究工作，1992年磁浮列车关键技术研究列入“八五”国家重点科技攻关计划，取得阶段性研究结果，并于1995年首次成功实现了实验室内全尺寸单转向架的载人运行。2002年到2012年，我国先后建成国防科大200米、唐山1500米、上海1700米、株洲1600米的中低速磁浮试验线，列车试验速度达到80-120公里/小时。
中国专利CN200820174074.7公开了一种中低速磁悬浮列车轨道用热轧F型异型钢的形状，直接通过热轧的方法生产。该异型钢的横断面为F形，表面是一个平台面，异型钢平台面的一侧设有一个倾斜伸出段，该倾斜伸出段的中心线与槽底平面的法线方向间有一个夹角，异型钢的中部设有一个垂直伸出段，垂直伸出段的中心线垂直于槽底平面，与倾斜伸出段相对的平台面的另一侧设有一个平行于槽底平面的水平伸出段，各拐角处为圆弧形。这种设计是为了保证该产品能够直接通过热轧的方法生产而不需焊接和机械加工。
中国专利CN01126937.5公开了一种磁悬浮列车用高性能软磁钢，其成分C：0.010～0.070％，Si：1.0～2.0％，Mn：0.30～0.80％，P：≤0.020％，S：≤0.01％，AlT：0.02～0.090％，Cr：0.60～1.0％，Cu：0.20～0.60％，Ti：≤0.008％，N：≤0.01％，Ni：≤0.8％，Ca：≤100ppm，其余为铁和不可避免的夹杂。钢板正火温度控制在930-970，冷却速度控制在0.5-2/s之间，当钢板温度≤650时，钢板自然空冷到室温。该专利所生产薄钢板是用于高速磁浮列车定子绕组的叠片钢，成分复杂，生产过程控制复杂，生产成本高。
现有的中低速磁悬浮列车轨道用F型钢和国内已经建成的几条试验线主要是由莱钢集团采用Q235B钢生产和供应。F型钢轨两磁极腿与对应的悬浮U型磁铁的两个铁芯磁极形成中低速磁浮列车的悬浮系统，F型钢轨与其上面的感应铁芯作为整体由热轧工艺生产,感应铁芯上面安装有感应铝板做为直线电机的转子，与车上的直线电机定子线圈组成推动动力系统；悬浮系统电磁铁采用直流电产生不变磁场，F型钢轨宜采用硬磁性材料更有利于提高悬浮性能，目前采用的Q235B钢属于一般的软磁性材料，显然不能更好地满足磁浮列车采用硬磁材料节能的要求；F型钢轨上表面的感应铁芯做为直线电机的转子与感应铝板配合，直线电机采用的是三向交流电，在定子中产生交变的磁场，同时在F型钢上表面产生异步交变的感应磁场，交变的感应磁场需要软磁性能更好的材料，由于目前F型钢轨采用整体由热轧工艺生产，只能采用同一钢种Q235B钢，Q235B钢也不是软磁性能最好的材料，显然不能更好地满足磁浮列车直线电机高性能软磁材料节能的要求；目前采用整体直接热轧生产的F型钢其材质无法同时满足集硬磁性和软磁性于一体的节能技术要求。
发明内容
本发明的目的是，针对上述问题，为解决现有F型钢轨采用同一Q235B材质无法同时满足集硬磁性和软磁性于一体的节能技术要求，提出改进现有F型钢组成结构及其Q235B材质等技术方案。
本发明的中低速磁浮列车用F型钢轨，包括F型钢1、铝感应板3和紧固螺栓4，所述F型钢1的下表面分别设有外磁极腿5和内磁极腿6，本发明所述F型钢轨还包括感应铁芯2；
所述F型钢1横断面为F形，上表面7是一个平面；所述铝感应板3设于感应铁芯2上方，与感应铁芯2采用同一组紧固螺栓4安装在F型钢的上表面7上，组成直线电机的转子结构。
本发明所述的感应铁芯2为软磁钢，所述软磁钢的化学成分组成，优选地，按重量百分比为：C：0.005％～0.15％，Mn：0.25％～0.60％，Si：0.30％～1.0％，Re:0.003％～0.006％，P与S均小于0.025％，其余为Fe和微量杂质。本发明软磁钢成分控制简单、易于生产、生产成本低，稀土Re的加入进一步提高了钢的磁性能。采用软磁钢感应铁芯2比目前F型钢整体材质采用Q235B钢达到同样的推力下减少励磁电流15％～20％。
作为上述技术方案的一种改进，所述F型钢轨的F型钢1的材质和感应铁芯2的材质均为30号钢到75号钢中的一种，所述F型钢1和感应铁芯2合为一个整体采用整体式热轧工艺生产而成。进一步优选地，所述F型钢1的材质和感应铁芯2的材质均为40号、45号或50号钢中的一种，悬浮力提高15％以上，而直线电机的励磁电流增加小于0.5％。
根据本发明所述的F型钢轨，其中，所述F型钢1的材质为30号钢到75号钢中的一种。采用热轧工艺生产而成。进一步优选的，所述F型钢1的材质为40号、45号或50号钢中的一种。
本发明的中低速磁浮列车悬浮和推进系统结构，包括上述的中低速磁浮列车用F型钢轨，还包括磁浮列车的U型磁铁；
所述F型钢的外磁极腿5和内磁极腿6分别与磁浮列车的U型磁铁的两个铁芯磁极8上下相对设置，在U型磁铁的线圈9接通电源形成电流后产生磁场，产生悬浮力。
根据本发明的悬浮和推进系统，所述F型钢1的材质和铁芯磁极8的材质均为30号钢到75号钢中的一种。进一步优选地，所述F型钢1的材质和铁芯磁极8的材质均为40号、45号或50号钢中的一种，悬浮力提高15％以上。最优选地，所述F型钢1的材质和铁芯磁极8的材质均为45号钢，与原F型钢和铁芯磁极全部采用Q235B钢相比，悬浮力提高15％以上。
本发明提供一种提高F型钢轨以及悬浮和推进系统电磁性能的技术方案，在磁浮轨道中与悬浮电磁铁配合主要起悬浮作用的F型钢部分采用30号到75号钢钢材料制造，做为直线电机转子部分钢板采用本发明的软磁钢感应铁芯材料制造，采用螺栓把铝感应板和软磁钢感应铁芯与F型钢紧固，以降低中低速磁浮列车的运行能耗，提高能源利用效率，节能减排。
附图说明
图1是本发明的中低速磁浮列车悬浮和推进系统结构(含F型钢轨)示意图。
图2是现有的中低速磁浮列车悬浮和推进系统结构(含F型钢轨)示意图。
附图标记
1、F型钢2、感应铁芯3、铝感应板
4、紧固螺栓5、外磁极腿6、内磁极腿
7、上表面8、铁芯磁极9、线圈
具体实施方式
下面以具体实施方式来对本发明进行详细描述：
如图1所示，本发明的中低速磁浮列车轨道用F型钢轨，包括F型钢1、铝感应板3和紧固螺栓4，所述F型钢1的下表面分别设有外磁极腿5和内磁极腿6，本发明所述F型钢轨还包括感应铁芯2；所述F型钢1横断面为F形，上表面7是一个平面；所述铝感应板3设于感应铁芯2上方，与感应铁芯2采用同一组紧固螺栓4安装在F型钢的上表面7上。
本发明的中低速磁浮列车轨道悬浮和推进系统结构，包括上述的中低速磁浮列车用F型钢轨，还包括磁浮列车的U型磁铁；所述F型钢的外磁极腿5和内磁极腿6分别与磁浮列车的U型磁铁的两个铁芯磁极8上下相对设置，在U型磁铁的线圈9接通电源形成电流后产生磁场，产生悬浮力。
实施例1
当磁悬浮间隙为8mm、电磁铁电流为30A条件下，以图2所示的现有F型钢轨(不含感应铁芯2)为对照组：F型钢1的材质和磁浮列车的U型磁铁的铁芯磁极8的材质均为Q235B钢的组合一磁悬浮力测量数值为基数100。
根据图1所示本发明的F型钢轨(含感应铁芯2)，分别设置，组合二：F型钢1的材质和铁芯磁极8的材质均为45#钢；
组合三：F型钢1的材质为45#钢和铁芯磁极8的材质为Q235B钢；
组合四：F型钢1材质为Q235B钢和铁芯磁极8的材质为45#钢；
测定组合一～四F型轨道的悬浮力以及励磁电流在试验室单轨道试验装置上进行，结果如下：
组合二F型钢1材质和铁芯磁极8材质均为45#钢时，悬浮力提高了15％以上；组合三F型钢1材质为45#钢和铁芯磁极8材质Q235B钢，悬浮力提高了8％以上；组合四F型钢1材质为Q235B钢和铁芯磁极8材质45#钢悬浮力提高了7％以上。实验结果以F型钢1材质和铁芯磁极8材质均为45#钢时节能15％以上效果为最佳。
实施例2
当磁悬浮间隙为8mm、电磁铁电流为30A条件下，以图2所示的现有F型钢轨为对照组：F型钢1的材质和感应铁芯2的材质均为Q235B钢组合励磁电流和悬浮力测量数值为基数100。根据图1所示本发明的F型钢1和感应铁芯2的材质同时采用45号钢，并且合为一个整体采用整体式热轧工艺生产而成，作为组合五，测定组合F型轨道的励磁电流和悬浮力在试验室单轨道试验装置上进行，结果如下：
组合五采用感应铁芯2比目前F型钢整体材质采用Q235B钢达到同样的推力下励磁电流增加不到0.5％，悬浮力提高了15％以上，节能效果明显。
实施例3
当磁悬浮间隙为8mm、电磁铁电流为30A条件下，以图2所示的现有F型钢轨为对照组：F型钢1的材质和感应铁芯2的材质均为Q235B钢组合励磁电流和磁悬浮力测量数值为基数100。根据图1所示本发明的F型钢1的材质为45号钢、感应铁芯2采用本发明的软磁钢作为组合六，软磁钢化学成分组成，按重量百分比满足以下范围：C：0.005％～0.15％，Mn：0.25％～0.60％，Si：0.30％～1.0％，Re:0.003％～0.006％，P与S均小于0.025％，其余为Fe和微量杂质。
测定组合F型轨道的励磁电流和悬浮力在试验室单轨道试验装置上进行，结果如下：
组合五采用软磁钢感应铁芯2比目前F型钢整体材质采用Q235B钢达到同样的推力下减少励磁电流15％～20％，悬浮力提高了15％以上，节能效果更佳。
当然，本发明还可以有多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员可根据本发明的公开做出各种相应的改变和变型，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (6)

1.一种中低速磁浮列车轨道用F型钢轨，包括F型钢(1)、铝感应板(3)和紧固螺栓(4)，所述F型钢(1)的下表面分别设有外磁极腿(5)和内磁极腿(6)，其特征在于，所述F型钢轨还包括感应铁芯(2)；
所述F型钢(1)横断面为F形，上表面(7)是一个平面；所述铝感应板(3)设于感应铁芯(2)上方，与感应铁芯(2)采用同一组紧固螺栓(4)安装在F型钢(1)的上表面(7)上。
2.根据权利要求1所述的F型钢轨，其特征在于，所述感应铁芯(2)为软磁钢，所述软磁钢的化学成分组成，按重量百分比为：C：0.005％～0.15％，Mn：0.25％～0.60％，Si：0.30％～1.0％，Re:0.003％～0.006％，P与S均小于0.025％，其余为Fe和微量杂质。
3.根据权利要求1所述的F型钢轨，其特征在于，所述F型钢(1)的材质与感应铁芯(2)的材质均为30号钢到75号钢中的一种，所述F型钢(1)和感应铁芯(2)合为一个整体采用整体式热轧工艺生产而成。
4.一种中低速磁浮列车轨道用悬浮和推进系统结构，其特征在于，包括权利要求1-3中任一所述的F型钢轨，还包括磁浮列车的U型磁铁；
所述F型钢的外磁极腿(5)和内磁极腿(6)分别与磁浮列车的U型磁铁的两个铁芯磁极(8)上下相对设置。
5.根据权利要求4所述的悬浮和推进系统结构，其特征在于，所述F型钢(1)的材质与铁芯磁极(8)的材质均为30号钢到75号钢中的一种。
6.根据权利要求5所述的悬浮和推进系统结构，其特征在于，所述F型钢(1)的材质与铁芯磁极(8)的材质均为40号、45号或50号钢中的一种。
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