CN109855890A - 一种单电磁铁悬浮试验装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及磁浮列车单电磁铁悬浮试验技术领域，更具体地说是一种单电磁铁悬浮试验装置，具有模拟地面支撑及模拟轨道梁支撑刚度的基座系统、位于基座系统上方模拟轨道梁的轨道梁系统、控制及产生悬浮电磁力的悬浮系统、连接轨道梁系统和悬浮系统的转臂系统；能够通过改变弹簧的位置改变模拟桥梁的支撑刚度，通过改变配重片的数量改变模拟桥梁的质量，由此研究悬浮控制算法和桥梁刚度、质量之间的关系；能够在实验室的条件下实现“悬浮控制——变刚度变质量桥梁——悬浮电磁铁耦合振动环境”，为磁浮列车悬浮控制技术研究、轨道梁参数选择提供了科学的研究手段。
Description
技术领域
本发明涉及磁浮列车单电磁铁悬浮试验技术领域，更具体地说涉及一种单电磁铁悬浮试验装置，能够模拟EMS型磁浮列车所使用的悬浮电磁铁和轨道梁机械结构耦合振动环境。
背景技术
随着磁浮列车行业的快速发展，我国众多学者对磁浮列车的关键技术——悬浮控制技术展开了研究，由于国内磁浮线路限制，直接在磁浮列车上开展悬浮控制技术的研究是不现实的。目前国内外还没有可实现这种模拟“悬浮控制——变刚度变质量桥梁——悬浮电磁铁耦合振动环境”的试验装置，因此在磁浮列车的研制和实际应用过程中，经常会遇到磁浮列车悬浮稳定性差的问题，一般的解决办法是增大桥梁的刚度和质量，但是这样一来就使得桥梁的建设成本显著提升。如何设计一种可以在实验室实现，能够实现“悬浮控制——变刚度变质量桥梁——悬浮电磁铁耦合振动环境”的试验装置就尤为重要。
发明内容
本发明主要解决的技术问题是：提供一种单电磁铁悬浮试验装置，该装置能够通过改变弹簧的位置改变模拟桥梁的支撑刚度，通过改变配重片的数量改变模拟桥梁的质量，由此研究悬浮控制算法和桥梁刚度、质量之间的关系；能够在实验室的条件下实现“悬浮控制——变刚度变质量桥梁——悬浮电磁铁耦合振动环境”，为磁浮列车悬浮控制技术研究、轨道梁参数选择提供了科学的研究手段。
为解决上述技术问题，本发明涉及磁浮列车单电磁铁悬浮试验技术领域，更具体地说是一种单电磁铁悬浮试验装置，其包括模拟轨道梁的轨道梁系统、控制及产生悬浮电磁力的悬浮系统、连接轨道梁系统和悬浮系统的转臂系统和模拟地面支撑及轨道梁支撑刚度的基座系统，轨道梁系统包括支撑柱、轨道板、桥梁板、配重片、悬浮电磁铁支架和桥梁板轴承座，悬浮系统包括间隙传感器、悬浮电磁铁、间隙传感器安装座和悬浮电磁铁安装座，转臂系统包括转臂、转臂轴承座、转臂轴承和转臂支架，基座系统包括基座、基座轴承座、基座轴承、下滑槽体、上滑槽体、上弹簧安装座、下弹簧安装座和弹簧。
在本发明的较佳实施例中，上述下滑槽体固定连接在基座上表面，上滑槽体固定连接在桥梁板下表面，弹簧固定连接在上弹簧安装座和下弹簧安装座之间，上弹簧安装座安装在上滑槽体，下弹簧安装座安装在下滑槽体，弹簧通过上弹簧安装座和下弹簧安装座在上滑槽体和下滑槽体之间滑动，以改变模拟轨道梁支撑刚度，且弹簧至少有两个。
在本发明的较佳实施例中，上述轨道梁系统相对于基座系统可转动，基座系统和轨道梁系统通过基座轴承座、桥梁板轴承座和基座轴承连接在一起，且基座轴承至少设有两个。
在本发明的较佳实施例中，上述配重片固定连接在桥梁板上，且配重片至少有一个，通过增加或减少配重片的数量模拟不同质量的轨道梁。
在本发明的较佳实施例中，上述悬浮电磁铁支架固定连接在桥梁板上，且悬浮电磁铁支架具有不同的高度等级，通过更换不同高度的悬浮电磁铁支架调节不通电状态下悬浮电磁铁上表面到轨道板下表面的距离；
在本发明的较佳实施例中，上述支撑柱下端和桥梁板固定连接，支撑柱上端和轨道板固定连接，且支撑柱的数量至少有4个；
在本发明的较佳实施例中，上述转臂系统相对于轨道梁系统可转动，转臂支架固定安装在桥梁板上，转臂轴承座固定连接在转臂支架上，转臂通过转臂轴承和转臂轴承座连接在一起，转臂轴承座设有两个。
在本发明的较佳实施例中，上述间隙传感器通过间隙传感器安装座固定连接在转臂上，悬浮电磁铁通过悬浮电磁铁安装座固定连接在转臂上，通过间隙传感器测量悬浮电磁铁上表面到轨道板下表面的距离。
本发明的工作过程为，磁浮列车悬浮架的一个悬浮电磁铁通过悬浮控制系统产生电磁悬浮力吸引轨道板并将转臂系统右端悬浮，模拟了单悬浮电磁铁悬浮的过程，轨道板与配重片的质量及弹簧支撑的刚度，模拟轨道梁的质量与梁的一阶或二阶垂弯振动频率特性，当悬浮间隙发生变化悬浮电磁力主动调整时，会引起轨道梁系统的振动，通过本装置可以研究悬浮电磁铁静悬工况下悬浮控制、不同特性轨道梁和悬浮电磁铁的耦合振动特性。
本发明的有益效果为：
本发明通过轨道梁系统模拟轨道梁，通过悬浮系统模拟控制及产生悬浮电磁力，通过转臂系统连接轨道梁系统和悬浮系统，通过基座系统模拟地面支撑及轨道梁支撑刚度，通过轨道梁系统相对于基座系统可转动，转臂系统相对于轨道梁系统可转动，形成用于单悬浮的结构，利用磁浮列车悬浮架的一个悬浮电磁铁，通过悬浮系统产生电磁悬浮力，吸引轨道梁系统并将转臂系统一端悬浮，模拟了单悬浮电磁铁悬浮的过程；该装置能够通过改变弹簧的位置改变模拟桥梁的支撑刚度，通过改变配重片的数量改变模拟桥梁的质量，由此研究悬浮控制算法和桥梁刚度、质量之间的关系，在实验室的条件下实现“悬浮控制——变刚度变质量桥梁——悬浮电磁铁耦合振动环境”，达到了单悬浮实验的效果，模拟EMS 型磁浮列车的耦合振动环境，为磁浮列车悬浮控制技术研究、轨道梁参数选择提供了科学的研究手段。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定。
图1为本发明单电磁铁悬浮试验装置的立体图。
图2为本发明单电磁铁悬浮试验装置的主视图。
图3为本发明单电磁铁悬浮试验装置的侧视图。
图中：1-轨道梁系统；11-支撑柱；12-轨道板；13-桥梁板；14-配重片；15-悬浮电磁铁支架；16-桥梁板轴承座；2-悬浮系统；21-间隙传感器；22-悬浮电磁铁；23-间隙传感器安装座；24-悬浮电磁铁安装座；3-转臂系统；31-转臂；32-转臂轴承座；33-转臂轴承；34- 转臂支架；4-基座系统；41-基座；42-基座轴承座；43-基座轴承；44-下滑槽体；45-上滑槽体；46-上弹簧安装座；47-下弹簧安装座；48-弹簧。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
第一实施例
以2个弹簧48置于最右端、1个配重片14为例说明本实施方式。
结合图1、图2、图3所示的一种单电磁铁悬浮试验装置，包括模拟轨道梁的轨道梁系统1、控制及产生悬浮电磁力的悬浮系统2、连接轨道梁系统1和悬浮系统2的转臂系统3和模拟地面支撑及轨道梁支撑刚度的基座系统4，轨道梁系统1的一端连接至基座系统4且相对于基座系统4可转动，转臂系统3的一端连接至轨道梁系统1且相对于轨道梁系统1可转动，转臂系统3位于轨道梁系统1上方，轨道梁系统1位于基座系统4的上方，悬浮系统2安装于转臂系统3；磁浮列车悬浮架的一个悬浮电磁铁22，通过悬浮系统2产生电磁悬浮力，吸引轨道梁系统1并将转臂系统3一端悬浮，模拟了单悬浮电磁铁22悬浮的过程。
请参照图2，轨道梁系统1包括支撑柱11、轨道板12、桥梁板13、配重片14、悬浮电磁铁支架15和桥梁板轴承座16，轨道梁系统1相对于基座系统4可转动，基座系统4 和轨道梁系统1通过基座轴承座42、桥梁板轴承座16和基座轴承43连接在一起，且基座轴承43至少设有两个；轨道板12设置于桥梁板13的上方，且两者相互平行，轨道板12 和桥梁板13通过支撑柱11连接，支撑柱11的数量设置有4个，支撑柱11的下端和桥梁板13的顶面固定连接，支撑柱11的下端设置有螺纹，桥梁板13的顶面的一端设置有4 个两两相对的螺纹孔，该螺纹孔为桥梁板13的顶面向内凹设形成，支撑柱11的下端通过该螺纹孔与桥梁板13顶面螺纹配合，支撑柱11上端和轨道板12固定连接，支撑柱11的上端设置有销孔，轨道板12设置有连通两面的通孔，支撑柱11的销孔位置和轨道板12 的通孔位置相对，轨道板12共设有4个通孔，销钉通过通孔钉入销孔内，销钉将支撑柱 11和轨道板12相互固定；配重片14固定连接在桥梁板13上，且配重片14至少有一个，通过增加或减少配重片14的数量模拟不同质量的轨道梁，配重片14位于桥梁板13的一端，配重片14的顶部向内凹设有钉孔，配重片14的底部向外凸设有凸起钉，与该凸起钉相对位置的桥梁板13凹设有钉孔，配重片14通过凸起钉插入桥梁板13的钉孔后与桥梁板13相互固定，使用不同数量的配重片14时，将另一配重片14的底部通过凸起钉插入配重片14的方式进行增加数量；悬浮电磁铁支架15固定连接在桥梁板13上，其位于桥梁板13和转臂31之间，悬浮电磁铁支架15设置为环形框状，悬浮电磁铁支架15的框底部板设置有连通两面的螺钉孔，与该悬浮电磁铁支架15的相对位置设置有螺钉孔，螺钉通过螺钉孔将悬浮电磁铁支架15与桥梁板13相互固定，悬浮电磁铁支架15具有不同的高度等级，通过更换不同高度的悬浮电磁铁支架15调节不通电状态下悬浮电磁铁22上表面到轨道板12下表面的距离；桥梁板轴承座16固定焊接至桥梁板13的底部，共有2个桥梁板轴承座16，其与配重片14分别位于桥梁板13的两端，桥梁板轴承座16设置有轴承孔，基座轴承43插入该轴承孔内与桥梁板轴承座16连接。
请参照图3，悬浮系统2包括间隙传感器21、悬浮电磁铁22、间隙传感器安装座23和悬浮电磁铁安装座24，间隙传感器21通过间隙传感器安装座23固定连接在转臂31上，悬浮电磁铁22通过悬浮电磁铁安装座24固定连接在转臂31上，通过间隙传感器21测量悬浮电磁铁22上表面到轨道板12下表面的距离，本实施方式中悬浮电磁铁22上表面到轨道板12下表面的距离为20mm；悬浮电磁铁安装座24共设置有两个，该两个悬浮电磁铁安装座24间隔设置于转臂31一端的顶面，悬浮电磁铁安装座24呈L形，悬浮电磁铁安装座24的底部通过设置销孔的方式与转臂31设置的销孔相对，销钉通过该销孔将悬浮电磁铁安装座24固定，两个悬浮电磁铁安装座24之间具有间隔，悬浮电磁铁22正好卡在两个悬浮电磁铁安装座24之间，悬浮电磁铁22的底部与转臂31的顶面接触，悬浮电磁铁22的顶部与轨道板12的底部之间具有间隔空间，间隙传感器21的一端位于该间隔空间；间隙传感器安装座23设置有两个，该两个间隙传感器安装座23通过螺钉固定于转臂31的顶面，其中间隙传感器安装座23与悬浮电磁铁22传感器安装座之间具有间隔，间隙传感器21的底端卡在两个间隙传感器安装座23之间且通过螺栓固定连接至转臂31，间隙传感器21的两一端弯曲伸入悬浮电磁铁22的顶部与轨道板12的底部之间的间隔空间。
转臂系统3包括转臂31、转臂轴承座32、转臂轴承33和转臂支架34，转臂系统3相对于轨道梁系统1可转动，转臂支架34固定安装在桥梁板13上，转臂轴承座32固定连接在转臂支架34上，转臂31通过转臂轴承33和转臂轴承座32连接在一起，转臂轴承座 32设有两个；转臂31的一端靠于悬浮电磁铁支架15上方，转臂31的另一端通过转臂轴承座32和转臂轴承33与转臂支架34转动连接，转臂31设置有连通其两侧的轴承孔，转臂轴承33通过该轴承孔与转臂31固定焊接，转臂31的两端通过轴承孔后插入转臂轴承座32的轴承孔，共有两个转臂轴承座32，转臂31插入转臂轴承座32后，转臂轴承座32 将转臂31的两端卡住，转臂轴承座32的底端固定焊接至转臂支架34，转臂支架34为中空的方钢，其两端朝向桥梁板13的两侧，转臂支架34的底部与桥梁板13的顶部一端通过焊接固定。
基座系统4包括基座41、基座轴承座42、基座轴承43、下滑槽体44、上滑槽体45、上弹簧安装座46、下弹簧安装座47和弹簧48，基座41为基座系统4的底部部件，其起到支撑和稳固的作用，基座41的底面放置于地面，基座41的顶部一端设置有两个基座轴承座42，该两个基座轴承座42相互间隔，基座41的顶部另一端靠近配重片14，基座轴承座42的底端设置有两个螺纹孔，与该螺纹孔相对的基座41顶面向内设置有螺纹孔，螺钉通过螺纹孔将基座轴承座42与基座41相互固定，上滑槽体45与下滑槽体44分别相对设置于桥梁板13的底部和基座41的顶部，上滑槽体45的一端与桥梁板13的一端平齐，其另一端朝基座轴承座42的方向延伸，下滑槽体44的一端与基座41的一端平齐，其另一端朝基座轴承座42的方向延伸，上滑槽体45和下滑槽体44相互平行设置；上弹簧安装座46安装在上滑槽体45，下弹簧安装座47安装在下滑槽体44，弹簧48通过上弹簧安装座46和下弹簧安装座47在上滑槽体45和下滑槽体44之间滑动，以改变模拟轨道梁支撑刚度，弹簧48设置有两个且相互间隔，下滑槽体44固定焊接在基座41上表面，共有两个下滑槽体44，其相互平行且间隔连接在基座41上表面，下滑槽体44呈长条状，下滑槽体44的顶部向内凹设有凹槽，该凹槽从下滑槽体44的一端延伸至另一端，上滑槽体45 固定焊接在桥梁板13下表面，上滑槽体45共设有两个，其相互平行且间隔连接在桥梁板 13的下表面，上滑槽体45呈长条状，上滑槽体45的底部向内凹设有凹槽，该凹槽从上滑槽体45的一端延伸至另一端；下弹簧安装座47的顶部两侧分别向外凸设有凸起块，该两个凸起块分别卡入两个下滑槽体44的底部凹槽内，上弹簧安装座46的底部两侧分别向外凸设有凸起块，该两个凸起块分别卡入两个上滑槽体45的顶部凹槽内，上弹簧安装座46 沿下滑槽体44的凹槽相对于桥梁板13可滑动，下弹簧安装座47沿上滑槽体45的凹槽相对于基座41可滑动；弹簧48固定连接在上弹簧安装座46和下弹簧安装座47之间，弹簧 48的顶端固定卡入下弹簧安装座47的底部，弹簧48的底端固定卡入上弹簧安装座46的顶部，弹簧48置于下滑槽体44最右端，这样可以模拟轨道梁最大支撑刚度。
本发明的工作过程为：磁浮列车悬浮架的一个悬浮电磁铁22通过悬浮控制系统产生电磁悬浮力，吸引轨道板12并将转臂系统3的一端悬浮，模拟了单悬浮电磁铁22悬浮的过程，轨道板12与配重片14的质量及弹簧48支撑的刚度，模拟轨道梁的质量与梁的一阶或二阶垂弯振动频率特性，当悬浮间隙发生变化悬浮电磁力主动调整时，会引起轨道梁系统1的振动，通过本装置可以研究悬浮电磁铁22静悬工况下悬浮控制、不同特性轨道梁和悬浮电磁铁22的耦合振动特性。
综上所述，本发明通过轨道梁系统模拟轨道梁，通过悬浮系统模拟控制及产生悬浮电磁力，通过转臂系统连接轨道梁系统和悬浮系统，通过基座系统模拟地面支撑及轨道梁支撑刚度，通过轨道梁系统相对于基座系统可转动，转臂系统相对于轨道梁系统可转动，形成用于单悬浮的结构，利用磁浮列车悬浮架的一个悬浮电磁铁，通过悬浮系统产生电磁悬浮力，吸引轨道梁系统并将转臂系统一端悬浮，模拟了单悬浮电磁铁悬浮的过程；该装置能够通过改变弹簧的位置改变模拟桥梁的支撑刚度，通过改变配重片的数量改变模拟桥梁的质量，由此研究悬浮控制算法和桥梁刚度、质量之间的关系，在实验室的条件下实现“悬浮控制——变刚度变质量桥梁——悬浮电磁铁耦合振动环境”，达到了单悬浮实验的效果，模拟EMS型磁浮列车的耦合振动环境，为磁浮列车悬浮控制技术研究、轨道梁参数选择提供了科学的研究手段。
本说明书描述了本发明的实施例的示例，并不意味着这些实施例说明并描述了本发明的所有可能形式。本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。
Claims (8)
1.一种单电磁铁悬浮试验装置，其特征在于，包括模拟轨道梁的轨道梁系统(1)、控制及产生悬浮电磁力的悬浮系统(2)、连接轨道梁系统(1)和悬浮系统(2)的转臂系统(3)和模拟地面支撑及轨道梁支撑刚度的基座系统(4)，轨道梁系统(1)包括支撑柱(11)、轨道板(12)、桥梁板(13)、配重片(14)、悬浮电磁铁支架(15)和桥梁板轴承座(16)，悬浮系统(2)包括间隙传感器(21)、悬浮电磁铁(22)、间隙传感器安装座(23)和悬浮电磁铁安装座(24)，转臂系统(3)包括转臂(31)、转臂轴承座(32)、转臂轴承(33)和转臂支架(34)，基座系统(4)包括基座(41)、基座轴承座(42)、基座轴承(43)、下滑槽体(44)、上滑槽体(45)、上弹簧安装座(46)、下弹簧安装座(47)和弹簧(48)。
2.根据权利要求1所述的单电磁铁悬浮试验装置，其特征在于：所述下滑槽体(44)固定连接在基座(41)上表面，上滑槽体(45)固定连接在桥梁板(13)下表面，弹簧(48)固定连接在上弹簧安装座(46)和下弹簧安装座(47)之间，上弹簧安装座(46)安装在上滑槽体(45)，下弹簧安装座(47)安装在下滑槽体(44)，弹簧(48)通过上弹簧安装座(46)和下弹簧安装座(47)在上滑槽体(45)和下滑槽体(44)之间滑动，以改变模拟轨道梁支撑刚度，且弹簧(48)至少有两个。
3.根据权利要求1所述的单电磁铁悬浮试验装置，其特征在于：所述轨道梁系统(1)相对于基座系统(4)可转动，所述基座系统(4)和轨道梁系统(1)通过基座轴承座(42)、桥梁板轴承座(16)和基座轴承(43)连接在一起，且基座轴承(43)至少设有两个。
4.根据权利要求1所述的单电磁铁悬浮试验装置，其特征在于：所述配重片(14)固定连接在桥梁板(13)上，且配重片(14)至少有一个，通过增加或减少配重片(14)的数量模拟不同质量的轨道梁。
5.根据权利要求1所述的单电磁铁悬浮试验装置，其特征在于：所述悬浮电磁铁支架(15)固定连接在桥梁板(13)上，且悬浮电磁铁支架(15)具有不同的高度等级，通过更换不同高度的悬浮电磁铁支架(15)调节不通电状态下悬浮电磁铁(22)上表面到轨道板(12)下表面的距离。
6.根据权利要求1所述的单电磁铁悬浮试验装置，其特征在于：所述支撑柱(11)下端和桥梁板(13)固定连接，支撑柱(11)上端和轨道板(12)固定连接，且支撑柱(11)的数量至少有4个。
7.根据权利要求1所述的单电磁铁悬浮试验装置，其特征在于：所述转臂系统(3)相对于轨道梁系统(1)可转动，所述转臂支架(34)固定安装在桥梁板(13)上，转臂轴承座(32)固定连接在转臂支架(34)上，转臂(31)通过转臂轴承(33)和转臂轴承座(32)连接在一起，转臂轴承座(32)设有两个。
8.根据权利要求1所述的单电磁铁悬浮试验装置，其特征在于：所述间隙传感器(21)通过间隙传感器安装座(23)固定连接在转臂(31)上，悬浮电磁铁(22)通过悬浮电磁铁安装座(24)固定连接在转臂(31)上，通过间隙传感器(21)测量悬浮电磁铁(22)上表面到轨道板(12)下表面的距离。
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