CN110182061B - 一种基于平板形悬浮轨的独轨制悬挂式磁悬浮列车系统 - Google Patents
一种基于平板形悬浮轨的独轨制悬挂式磁悬浮列车系统 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种基于平板形悬浮轨的独轨制悬挂式磁悬浮列车系统，包括由支撑柱悬挂支撑的独轨式悬浮路轨和运行在路轨上的列车单元。悬浮架安装在轨道箱梁内，由限位梁提供高度方向上的约束，车体固定在悬浮架上。其中，支撑柱和轨道箱梁是固定部件，悬浮架和车体是移动部件。由轨道箱梁中的平板形悬浮轨和悬浮架上的圆柱型悬浮电磁铁相互作用提供悬浮吸力实现悬浮功能。整个系统具有结构简单，小尺寸、低成本的特点，可服务于景点观光、楼宇间交通等低速运行情况下的客运需求，可作为现代轨道交通制式的一种有效补充，有广阔的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及轨道交通技术领域，特别涉及一种基于平板形悬浮轨的独轨制悬挂式磁悬浮列车系统。
背景技术
悬挂式磁浮列车是一种新制式轨道交通工具，作为一种多元化的城市轨道交通系统，可服务于旅游区的观光揽胜、城市楼宇之间的立体交通、高架立交的补充交通等，凭借其自身诸多优点预计将在我国有着广阔的发展及应用前景。目前，现有的悬挂式单轨车辆为达到降噪目的，其走行轮大多采用胶轮。而走行轮本身承载车辆重力，在实际运营过程中胶轮的磨耗较为严重，进而造成系统运营维护成本增高。鉴于此，如采用磁悬浮方式实现悬挂式交通，考虑可通过三种途径优化该问题：一是通过车辆悬浮和非接触驱动的方式，使得车辆与轨道之间完全无直接的机械接触，以避免胶轮与轨道走行面发生机械冲击和磨损；二是通过悬浮减重的方式，减小胶轮与轨道之间的正压力，实现减少胶轮所受的机械冲击和摩擦阻力，达到增加胶轮的使用寿命的目的，适用于低速交通；三是通过车辆悬浮实现与轨道非接触，通过胶轮侧面接触式驱动实现走行，在这种方式下，胶轮承担驱动和导向的任务，但由于不承担车辆的自重，所以摩擦力也有效降低，起到增加胶轮寿命的作用，也适用于低速交通。当前，仍未有实际的悬挂式磁浮试验车和工程车，以色列和国内西南交大翟婉明教授团队提出的悬挂式磁浮方案均基于上述的第一种方式，研究开发多种制式的悬挂式磁浮列车，对多元化交通和未来交通模式探索均是迫切而有益的。
发明内容
基于上述的第三种思路，本发明提出了一种基于平板形悬浮轨的独轨制悬挂式磁悬浮列车系统，其特点是结构简单紧凑，建造难度低，建设成本低。
本发明的技术方案如下：一种基于平板形悬浮轨的独轨制悬挂式磁悬浮列车系统，包括由支撑柱悬挂支撑的独轨式悬浮路轨和运行在路轨上的列车单元。所述悬浮路轨具有固联于各支撑柱上并沿运行路径延伸的轨道箱梁2；轨道箱梁2具有箱梁箱体201和置于箱体内侧的悬浮轨202；所述箱梁箱体201具有顶板和分别垂直于顶板两侧的侧板；平板形的悬浮轨202固联在侧板之间顶板上；侧板内侧分别对称设置有限位梁；限位梁的下方的侧板内侧设置有导向轨。
列车单元具有车体4和悬浮架3，车体4通过其上的二次悬挂系统402联接在悬浮架3上；所述悬浮架3具有悬浮纵梁303，悬浮纵梁的横截面呈T型，包括横板和竖板；横板位于箱梁箱体201限位梁的上方且其宽度大于限位梁的中间空隙宽度；沿竖板的两侧在悬浮纵梁303的长度方向上分别置有前后两组导向轮，各组导向轮组的导向轮通过导向轮支撑轴连接到悬浮纵梁303上；旋转电机321置于竖板上；两组导向轮中至少有一组为由旋转电机321驱动的主动轮；悬浮纵梁303的横板的上方沿悬浮纵梁303的长度方向上正对平板形的悬浮轨202位置分别设置有两个悬浮电磁铁(301和302)、各悬浮电磁铁与控制其电流大小的悬浮控制器连接，各悬浮控制器接受悬浮传感器所感知的悬浮架与悬浮轨202相对高度信号。
进一步的技术方案为，所述第一悬浮电磁铁和第二悬浮电磁铁均为圆柱型悬浮电磁铁。
采用本发明的结构，可以实现一种适用于景点观光，楼宇间交通等应用领域的低速运营的交通工具，具有结构简单，尺寸小，造价低的特点。同时，轨道梁桥墩占地量小且系统路权独立，因此可有效降低工程建造的成本。
附图说明
图1是系统整体结构的三维示意图。
图2是系统整体结构的剖面图。
图3是系统整体结构的侧视图。
图4是箱梁内悬浮部件的三维示意图。
图5是圆柱型电磁铁的截面示意图。
具体实施方式
本发明一种基于平板形悬浮轨的独轨制悬挂式磁悬浮列车系统，主要用于景区观光，楼宇间交通等领域，属于小微型磁浮列车。
如图1，一种基于平板形悬浮轨的独轨制悬挂式磁悬浮列车系统，由支撑柱1、轨道箱梁2、悬浮架3、车体4这四个部分组成。支撑柱固定在地面，轨道箱梁固定在支撑柱上，悬浮架安装在轨道箱梁内，由限位梁提供高度方向上的约束。车体固定在悬浮架上。系统中，支撑柱和轨道箱梁是固定部件，悬浮架和车体是移动部件。由轨道箱梁中的平板形悬浮轨和悬浮架上的圆柱型悬浮电磁铁相互作用提供悬浮吸力实现悬浮功能。
如图2、图3和图4所示，支撑柱由立柱101、斜拉索102、地基103组成，支撑柱采用高架方式，起到承载整个系统的作用。
轨道箱梁由箱梁箱体201、悬浮轨202、限位梁203、导向轨204组成。箱梁箱体201固定在支撑柱上，具体良好导磁性能的平板形的悬浮轨202固定在箱体内部上顶面，为圆柱型悬浮电磁铁(301和302)提供磁路，限位梁布置在轨道箱梁的两侧下部位置，悬浮架未起浮时，由限位梁提供支撑，导向轨204布置在轨道箱梁的两侧中部位置，与悬浮架的导向轮320接触，提供抗侧滚力和驱动摩擦力。
悬浮架由圆柱型悬浮电磁铁(301和302)、悬浮纵梁303、导向轮支撑轴304、电池305、两个悬浮传感器(311和312)、两个悬浮控制器(313和314)、四个导向轮、旋转电机321组成。圆柱型悬浮电磁铁(301和302)固定在悬浮纵梁303的两端，其中电磁铁301接入的控制电流由悬浮控制器313提供，电磁铁302接入的控制电流由悬浮控制器314提供，两个悬浮控制器固定在悬浮纵梁303上。悬浮传感器311为悬浮控制器313提供悬浮高度值，悬浮传感器312为悬浮控制器314提供悬浮高度值，两个悬浮传感器固定在对应的悬浮电磁铁上，导向轮支撑轴304固定在悬浮纵梁上，包含有液压部件和弹簧部件推动固定其上的导向轮320压在导向轨204上，四个导向轮中的两个主动轮由旋转电机321驱动，既承担悬浮架抗横向侧滚的功能，也承担驱动车体运行的功能，悬浮控制器(313、314)根据接收到的悬浮高度，控制接入电磁铁的输入电流，实现悬浮架的悬浮功能。电池305安装在悬浮纵梁上，为系统的悬浮和驱动提供能量。
列车单元由二次悬挂系统402和车体401组成，为乘客提供乘坐空间。圆柱型悬浮电磁铁(301和302)固定在悬浮纵梁303的两端，由各自的悬浮控制器控制实现悬浮，同时相互之间通过悬浮纵梁303耦合，实现沿轨道方向的抗侧滚功能。
如图5圆柱型电磁铁301实施例的截面示意和实际尺寸图，中间铁芯331，外筒332，线包333，平板形悬浮轨的截面尺寸为300mm*30mm，圆柱型悬浮电磁铁的中间铁芯的直径为40mm，材料为Q235，电磁铁填充铜线的截面尺寸为110mm*160mm，电磁铁外筒的壁厚为20，材料为Q235。
电磁铁中铜线的填充率选60％，选择每平方毫米最大通过3A电流的方式，通过有限元仿真分析得出两个悬浮电磁铁与悬浮轨之间的电磁合力为34650N，可折算为3465Kg。悬浮架和车体的重量由悬浮电磁铁提供的电磁力来承担，其中悬浮架总重为900Kg左右，车体总重为1100Kg左右，本实施例车体设计有一个驾驶员和四个乘客的空间，载重设定为600Kg，这样，整体悬浮的重量总计为2600Kg，小于3465Kg。
由上述分析知，电磁铁能够提供满足要求的悬浮力。当悬浮控制器提供合适大小的电流，使得电磁铁产生的悬浮吸力等于悬浮架和车体的自重，就可以实现悬浮功能，悬浮控制器控制电流大小的依据来源于悬浮传感器的测量值。使用时，由地面遥控方式提供指令或车体内的驾驶员通过操纵提供运行指令，悬浮控制器控制悬浮电磁铁线包上的电流，从而改变电磁铁与悬浮轨之间的吸力，使其与整个悬浮架及车体的自重相平衡，实现悬浮功能。旋转电机驱动两个主动导向轮旋转，利用主动导向轮与导向轨之间产生的摩擦力实现系统的驱动功能。相较于传统的悬挂式列车系统，该结构下的胶轮负担小，有利于增加使用寿命，降低维护成本。
综上所述，本发明一种基于平板形悬浮轨的独轨制悬挂式磁悬浮列车系统，整个系统具有结构简单，小尺寸、低成本的特点。可服务于景点观光、楼宇间交通等低速运行情况下的客运需求。
Claims (1)
1.一种基于平板形悬浮轨的独轨制悬挂式磁悬浮列车系统，包括由支撑柱悬挂支撑的独轨式悬浮路轨和运行在路轨上的列车单元，其特征在于，所述悬浮路轨具有固联于各支撑柱上并沿运行路径延伸的轨道箱梁（2）；轨道箱梁（2）具有箱梁箱体（201）和置于箱体内侧的悬浮轨（202）；所述箱梁箱体具有顶板和分别垂直于顶板两侧的侧板；平板形的悬浮轨（202）固联在侧板之间顶板上；侧板内侧分别对称设置有限位梁；限位梁的下方的侧板内侧设置有导向轨；列车单元具有车体（4）和悬浮架（3），车体（4）通过其上的二次悬挂系统（402）联接在悬浮架（3）上；所述悬浮架（3）具有悬浮纵梁（303），悬浮纵梁（303）的横截面呈T型，包括横板和竖板；横板位于箱梁箱体（201）限位梁的上方且其宽度大于限位梁的中间空隙宽度；沿竖板的两侧在悬浮纵梁（303）的长度方向上分别置有前后两组导向轮，各组导向轮组的导向轮通过导向轮支撑轴连接到悬浮纵梁（303）上；旋转电机（321）置于竖板上；两组导向轮中至少有一组为由旋转电机（321）驱动的主动轮；悬浮纵梁（303）的横板的上方，沿悬浮纵梁（303）的长度方向上正对平板形的悬浮轨（202）位置分别设置有两个悬浮电磁铁、各悬浮电磁铁与控制其电流大小的悬浮控制器连接，各悬浮控制器接受悬浮传感器所感知的悬浮架与悬浮轨（202）相对高度信号；所述两个悬浮电磁铁均为圆柱型悬浮电磁铁；所述导向轮支撑轴上置有用于使导向轮贴导向轨表面的液压部件或弹簧部件；所述圆柱型悬浮电磁铁与平板形悬浮轨构成悬挂式磁悬浮耦合，一个列车单元配置两个圆柱型悬浮电磁铁。
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