CN110182062A - 一种用于悬挂式磁浮列车的分离式单轨悬浮与驱动系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种悬挂式磁浮列车的分离式单轨悬浮与驱动系统，包括由支撑柱4悬挂支撑的独轨式悬浮路轨和运行在路轨上的列车单元以及为列车单元提供牵引动力的驱动单元。两个悬浮电磁铁通过控制电流技术实现悬浮，同时通过安装在悬浮架上的导向轮与悬浮箱梁侧壁的作用实现悬浮单元抗侧滚的功能。悬浮式磁浮列车的大部分重量由悬浮单元通过悬浮力来承担，列车的驱动由单独设置的牵引小车来实现。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、楼宇间交通等低速小运量使用情况下的客运需求，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

一种用于悬挂式磁浮列车的分离式单轨悬浮与驱动系统
技术领域
本发明涉及轨道交通技术领域，特别涉及一种用于悬挂式磁浮列车的分离式单轨悬浮与驱动系统。
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，可以有效缓解胶轮磨损的问题，将车体、载荷的重量通过悬浮方式浮在控制，列车运行的驱动力则由独立设置的驱动牵引小车提供驱动力，驱动牵引小车与悬浮系统及车体分离，不悬浮并利用胶轮与轨道的摩擦驱动运行，进而通过牵引杆带动磁浮列车运行，这样，胶轮只承担驱动牵引小车的重量，通过这种分离设计的方式可有效缓解胶轮磨耗的问题，当前，仍未有实际的悬挂式磁浮试验车和工程车，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
为解决悬挂式列车胶轮磨耗严重，更换维护量大的问题，本发明提出了一种用于悬挂式磁浮列车的分离式单轨悬浮与驱动系统，其特点是结构简单，建造难度低，建设成本低。
本发明的技术方案如下：
一种悬挂式磁浮列车的分离式单轨悬浮与驱动系统，包括由支撑柱4悬挂支撑的独轨式悬浮路轨和运行在路轨上的列车单元以及为列车单元提供牵引动力的驱动单元。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200；轨道箱梁200具有箱梁箱体202和置于箱体内侧的悬浮轨；所述箱梁箱体具有顶板和分别垂直于顶板两侧的侧板；平板悬浮轨201固联在侧板之间的顶板上；侧板内侧分别对称设置有限位梁203；限位梁的下方的侧板内侧设置有供驱动单元牵引小车701运行的牵引轨道204；所述牵引小车701由电池702供电通过牵引杆703牵引列车单元沿轨道运行。
列车单元中，车体3通过其上的二次悬挂系统5联接在悬浮架上；所述悬浮架具有悬浮纵梁104，悬浮纵梁104的横截面呈T型，包括横板和竖板；横板位于轨道箱梁200上限位梁203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104的长度方向上分别置有前后两组导向轮，导向轮通过导向轮支撑轴连接到悬浮纵梁104上，导向轮与悬挂式磁浮列车系统的轨道箱梁的内部两侧面通过弹性接触的方式来为悬浮单元提供抗侧翻力；悬浮纵梁104的横板的上方，沿其长度方向上正对平板悬浮轨201位置分别设置有前端悬浮电磁铁102和后端悬浮电磁铁103、悬浮电磁铁单元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平板悬浮轨相对高度信号。
悬浮轨固定安装在悬挂式磁浮列车系统的轨道箱梁的内部上表面正中位置，为单独的一条截面为长方形的轨道，与电磁铁一起构成磁回路。两个悬浮电磁铁通过控制电流技术实现悬浮，同时通过安装在悬浮架上的导向轮与悬浮箱梁侧壁的作用实现悬浮单元抗侧滚的功能。悬浮控制器用来实现控制电流大小的功能，悬浮传感器为悬浮控制器提供悬浮距离值，承载乘客的车体也固定在悬浮架上，悬挂式磁浮列车的大部分重量由悬浮单元通过悬浮力来承担，列车的驱动由单独设置的牵引小车来实现，牵引小车不悬浮，只承担驱动任务，并通过牵引杆带动整个列车运行。为防止牵引过程中出现牵引杆卡死的故障，牵引杆的连接采用关节轴承，可沿各个方向转动，为保证牵引小车有足够的摩擦驱动力，可将电池和列车部分装备布置在牵引小车上，以保证牵引小车有合适的重量。电池为牵引小车的驱动和悬浮单元的悬浮提供能量。
该技术方案的第一个特点是悬浮与驱动分离，第二个特点是悬浮为不完全悬浮方式，即悬浮体并不是所有方向上均为非接触式，在通过导向轮与轨道箱梁两内侧表面的接触，可以有效调整悬挂姿态，防止悬浮体侧翻，同时为了防止出现卡死故障，导向轮设计为弹性连接。
采用本发明的结构实现的悬浮与驱动系统具有结构简单，小尺寸、低成本的特点，可配备在悬挂式磁浮列车上，满足景点观光、楼宇间交通等低速小运量使用情况下的客运需求，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。
附图说明
图1是系统悬浮单元的剖面图。
图2是系统整体结构的侧视图。
图3是系统中单个悬浮电磁铁的截面示意图。
具体实施方式
本发明一种用于悬挂式磁浮列车的分离式单轨悬浮与驱动系统，主要用于景区观光，楼宇间交通等领域。
在图1和图2，各工种部件为：悬浮架100，悬浮轨201，前端悬浮电磁铁102、后端悬浮电磁铁103、导向轮105、悬浮控制器106、悬浮控制器107、悬浮传感器108、悬浮传感器109；驱动单元700包括牵引小车701、电池702、牵引杆703。
其中悬浮轨201固定安装在悬挂式磁浮列车系统的轨道箱梁的内部上表面正中位置，前端悬浮电磁铁102和后端悬浮电磁铁103固定在悬浮架100的上部两端，悬浮控制器(106和107)、悬浮传感器(108和109)、导向轮105均安装在悬浮架100上，导向轮105与悬挂式磁浮列车系统的轨道箱梁的内部两侧面通过弹性接触的方式来为悬浮单元提供抗侧翻力。悬浮控制器106根据悬浮传感器108提供的悬浮距离值来控制输入悬浮电磁铁102的电流大小，进而达到该处的重力与电磁吸力平衡实现悬浮，悬浮控制器107根据悬浮传感器109提供的悬浮距离值来控制输入悬浮电磁铁103的电流大小，进而达到该处的重力与电磁吸力平衡实现悬浮。承载乘客的车体也固定在悬浮架上，悬挂式磁浮列车的大部分重量由悬浮单元通过悬浮力来承担，列车的驱动功能由单独设置的牵引小车701来实现，牵引小车701不悬浮，只承担驱动任务，牵引小车701可沿悬挂式磁浮列车系统的轨道箱梁的下部的轨道运行，通过牵引杆703带动列车单元一起运行。电池702安装在牵引小车701上，为牵引小车驱动和悬浮单元100悬浮提供电能。
图3为悬浮电磁铁的安装和尺寸图，各个悬浮电磁铁的结构完全一样，此处以前端悬浮电磁铁102为例：截面为长方形的悬浮轨的截面尺寸为长700mm，宽25mm，悬浮轨长度为2500mm。对应的“U”型悬浮电磁铁的截面尺寸为长700mm，宽125mm，磁极宽25mm，单个电磁铁长度为1000mm，悬浮轨和悬浮电磁铁磁极的材料均为Q235，电磁铁线包1021填充铜线的截面尺寸为100mm*150mm，电磁铁中铜线的填充率选60％，选择每平方毫米最大通过1.6A电流的方式，选择悬浮距离为8mm，，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36562N，可折算为3656Kg。悬浮单元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1700Kg左右，车体总重为1100Kg左右，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2900Kg，小于3656Kg。实现驱动功能的牵引小车由于不悬浮，所以悬浮计算中不考虑牵引小车重量。
由上述分析知，悬浮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单元和车体的自重，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。
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，本发明一种用于悬挂式磁浮列车的分离式单轨悬浮与驱动系统，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悬挂式磁浮交通工具。

Claims (2)

1.一种悬挂式磁浮列车的分离式单轨悬浮与驱动系统，包括由支撑柱4悬挂支撑的独轨式悬浮路轨和运行在路轨上的列车单元以及为列车单元提供牵引动力的驱动单元，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(200)；轨道箱梁(200)具有箱梁箱体(202)和置于箱体内侧的悬浮轨；所述箱梁箱体具有顶板和分别垂直于顶板两侧的侧板；平板悬浮轨(201)固联在侧板之间的顶板上；侧板内侧分别对称设置有限位梁(203)；限位梁的下方的侧板内侧设置有供驱动单元牵引小车(701)运行的牵引轨道(204)；所述牵引小车(701)由电池(702)供电通过牵引杆(703)牵引列车单元沿轨道运行；
列车单元中，车体(3)通过其上的二次悬挂系统(5)联接在悬浮架上；所述悬浮架具有悬浮纵梁(104)，悬浮纵梁(104)的横截面呈T型，包括横板和竖板；横板位于轨道箱梁(200)限位梁(203)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(104)的长度方向上分别置有前后两组导向轮，导向轮通过导向轮支撑轴连接到悬浮纵梁(104)上，导向轮与悬挂式磁浮列车系统的轨道箱梁的内部两侧面通过弹性接触的方式来为悬浮单元提供抗侧翻力；悬浮纵梁(104)的横板的上方，沿其长度方向上正对平板悬浮轨(201)位置分别设置有前端悬浮电磁铁(102和后端悬浮电磁铁(103)、悬浮电磁铁单元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平板悬浮轨相对高度信号。
2.如权利要求1所述的悬挂式磁浮列车的分离式单轨悬浮与驱动系统，其特征在于，平板悬浮轨为布置在磁浮列车系统的轨道箱梁的内部上表面正中位置的单独导磁体轨道，其截面形状为长方形。
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