CN1111123C - 管道真空永磁补偿式悬浮列车－高架路－站系统 - Google Patents

Abstract

管道真空永磁补偿悬浮列车—高架路—站系统的轨道为封闭式真空管道，其中的顶部装有永磁吸浮机构。车体的磁浮动力舱两翼装有永磁斥浮机构。动力舱内有动力和导向用的电磁铁。管道外部顶端安装倒T形纵向加强筋，吊置于钢筋混凝土悬索吊架下。垂直变线机构中管道的顶部设置液压升降机构。车站包括变轨区、环轨区、降压舱，降压舱两端安装真空闸。本永磁悬浮列车系统有很大的运输超载能力和作业兼容性，初期时速达1080公里，且造价低廉。

Description

管道真空永磁补偿式悬浮列车-高架路-站系统

本发明涉及一种使用悬挂式永磁悬浮列车的运输系统，具体地说，涉及一种管道真空吊轨悬浮列车-高架路-高架站系统。

铁路运输历来是国家的重要经济命脉，实现铁路运输的装备和总体技术水平是一个国家经济实力和经济发达程度的重要标志和综合表现。在当今交通技术领域中，采用磁悬浮列车的运输系统被喻为二十一世纪交通领域的绿色革命。虽然二十世纪四十年代起已有人提出采用磁悬浮方式实现车辆运行的思想，终因这涉及全新的运行技术，而且是多学科的综合技术，直至四十年后的八十年代才有实际的电磁悬浮列车问世。继续发展到今日，德国、日本等国先后取得了长足的进步。如德国的TR系列“常导”型电磁悬浮列车，采用直线电机推进，时速可达450Km/h。这种电磁悬浮列车需将路基高架，再将车体底部环抱在轨道上方，以避免车体脱轨或倾覆。八十年代日本率先推出MLX01系列“超导”型磁悬浮列车，它需使用低温超导线圈，借以产生强大的磁场，列车在U形槽内走行，槽的侧壁间隔安装“8”字形导电环，既有导向作用，更是借以对列车产生浮力的感应线圈。这些现有技术均可参见《磁悬浮列车重大技术经济问题研究报告》(磁悬浮列车技术汇编1998.8)这些现有技术的磁悬浮列车均属于“卧轨式”电磁悬浮结构，它们的共同缺点在于造价过高，其中“常导”型磁悬浮列车每公里造价约需1.5亿圆人民币，而“超导”型者更需要高达6.8亿圆人民币的昂贵投资。另外，它们的超载潜力极为有限，只有客运使用意义。更为现实的缺点在于这种“卧轨式”电磁悬浮列车与现有的各种运输系统的兼容性差。具体地说，在与机场、港口、普通轮轨铁路、公路等兼容作业问题上存在诸多技术困难。而且，以上述结构列车构成的运输属“敞开式”系统，使列车的速度难以进一步提高。

本发明的目的在于提供一种造价低廉、具有广泛适应的作业兼容性，并有较大运输超载能力的超高速永磁悬浮列车运输系统。

本发明的目的是以如下方式实现的。本发明提出一种管道真空永磁补偿式悬浮列车-高架路-站系统，由磁悬浮列车、轨道、岔路装置和车站站台组成，其特征在于：所述轨道包括封闭式管道，管道由刚性材料制成，管道内悬吊磁性轨道，并且管道内被抽成1×10-2大气压左右的真空。所述悬吊磁性轨道沿包括所述管道轴向间隔地安装着的弓形吊枕，永磁吸浮机构和永磁斥浮机构。

所述磁悬浮列车车体上部为磁浮动力舱，该动力舱外面固定安装的车吸浮永磁铁与安装在所述弓形吊枕上铁磁性平板组成永磁吸浮机构。所述弓形吊枕的弦线部分有开口，用以容纳车体上部的磁浮动力舱。所述开口两侧的平直翼面上装有枕板，枕板上安装有永磁铁平板，与磁浮动力舱两侧面垂直于车体轴线安装的、永磁材料制成的补偿翼板组成永磁斥浮机构。

所述弓形吊枕上铁磁性平板上安装的轨动力磁极与动力舱内顶部两侧安装的动力电磁铁装置组成的动力驱动机构驱动列车沿轨道行进。动力舱内的两个侧壁上还装有导向电磁铁装置。

组成磁悬浮列车端部车体的前端(即车头)制成力学椭圆弧形端面，即沿车体轴向依次向内的截面椭圆离心率逐渐增大至接近1，形成立椭圆弧形尖灭。所述磁悬浮列车的车体侧面及底部分别设置开口，分别成为供客货进出的开口。

所述管道外部顶端安装倒T型纵向加强筋，所述加强筋上间隔地设置通孔，通过钢索吊置于钢筋混凝土-悬索下，形成悬吊式上下行线路并行的管道；所述并行管道中间每隔一定距离设置真空闸及真空泵，便于维修和管道的抽空。

所述轨道的岔路机构为垂直变线结构，即在岔路区的管道部分的顶部设置液压驱动机构，可按需要调节管道内吊轨的纵向高度；与本发明磁悬浮列车配套使用的车站包括：变轨区，该区具有上述岔路机构的垂直变线结构；与所述变轨区连接的车站环轨区；和与所述车站环轨区连接的车站降压舱，降压舱的进出口端分别安装真空闸；还包括设在站台上的轨道平移车，可使磁悬浮列车移动到所需对准的站台处。

使用本发明的磁悬浮列车运输系统与现有技术相比可有如下的优点：由于本发明系统是将轨道安装于全封闭的管道内部，并将管道内部抽成真空，从而可使磁悬浮列车的运行速度达到1080Km/h以上，并能确保列车运行的高度安全性能，且有低噪声运行的效果。另外，本发明中岔路区段的垂直变线技术，能充分保证列车在变管岔路区的直线运行，大大提高了列车运行速度。特别是本发明永磁补偿悬浮运输系统中的管道为悬索吊拉方式，并且车体与轨道间也为悬吊方式，这不仅使材料的受力合理，减轻轨道和列车的重量，增大了工厂化生产程度，进一步还带来施工简单，为大大降低工程造价提供了根本的保证条件。与现有技术电磁悬浮列车线路相比，本发明系统每公里的工程预算造价只需0.7亿圆人民币，这进一步为其推广实施创造了条件。此外，本发明系统的总体结构，因其各个组成部分结构均较同类现有技术简化，特别是采用永磁补偿悬浮技术，使整个系统中列车的悬浮功耗降低至接近0千瓦/吨的水平，而现有技术的TR系列列车为1千瓦/吨。另外，如果以现有技术中TR系列和MLX系列的“卧轨式”电磁悬浮列车的运行耗能为1，则本发明“吊轨式”永磁悬浮列车系统的运行耗能仅为1/100，加之本发明设计的永磁悬浮列车自重仅为0.6吨/米(现有技术中的TR系列和MLX系列电磁悬浮列车自重分别为2.2和1.07吨/米)，这些都为本发明系统提供了充分降低运行成本的发展空间。如前所述，无论德国的TR系列抑或日本的MLX系列电磁悬浮列车都只有高票价的客运意义，但采用本发明永磁补偿悬浮列车-路-站系统，除可承担客运，还具有可达5吨/米的货运能力，从而使本系统具有真正实用的运输意义。

以下将参照附图通过对具体实施例的详细描述，将使本发明的上述结构和优点变得愈为清晰，其中：图1是本发明永磁补偿悬浮列车运输系统一种实施例所用磁悬浮列车-轨道的剖面结构示意图；图2是图1所示列车车体外部形状透视图；

图3是图2所示列车车体局部放大结构的透视图；图4表示本发明与图2磁悬浮列车配套使用的磁浮路结构透视图；图5示出本发明与图2磁悬浮列车配套使用的磁浮岔路结构的透视图；图6表示图5所示磁浮岔路的垂直变线结构的透视图；图7示出与图2所示磁悬浮列车配套使用的磁悬浮列车车站结构总体布置示意图。

磁悬浮列车车体与轨道以下参照图1以一种GKC06型管道真空永磁补偿悬浮列车-高架路-站系统为例说明本发明所用永磁悬浮列车车体3和与之配合的弓形轨道的结构。

本实施例的GKC06系统采用永磁补偿悬浮技术，实现永磁斥悬浮和永磁吸悬浮相互补偿的协同工作，从而大幅度提高列车的承载能力，并降低磁悬浮路的造价。具体地说，本实施例的磁悬浮列车车体3在一密封管道100中运行，所述管道100内部的顶部固定安装有弓形吊枕5，用以悬吊列车车体3。密封管道100的上部固定安装有倒T形纵向加强筋7和所述弓形吊轨5，从而使所述密封管道100并不承担车体、吊轨等的重量，而只起密封的作用。因此可选用包括钢板、玻璃钢、玻璃或陶瓷等刚性材料制成。所述密封管道100内侧以等间隔方式安装有圆形加强环6，用以支撑密封管道。

所述弓形吊枕5的圆弧部分与密封管道100的内壁吻合，其下部直线部分5′的中间段有开口，用以容纳车体3的磁浮动力舱，而所余平直段上装有铁磁性斥浮基板4，基板4上安装构成斥悬浮结构的平板状轨永磁体2。所述车体3的磁浮动力舱外部侧面与车体轴线垂直的两翼上安装铁磁性基板5″，所述铁磁性基板5″上安装有平板状车永磁体1，车永磁体1与轨永磁体2之间的气隙为5-15mm，二者以相同磁极的平面彼此相对，其间相互作用的斥力使磁悬浮车体3悬浮在轨道上。

永磁吸悬浮发生在磁悬浮车体3的顶部，包括安装在磁悬浮车体3顶部的宽板状车吸悬浮永磁板8，它被安装在铁磁性吸浮基板9上，而所述铁磁性吸浮基板9又被安装在升降横梁10上，升降横梁10与液压系统11固定连接。另外，在车厢顶部的吸悬浮永磁板8上方对应地设置铁磁性吸浮轨板12，该铁磁性吸浮轨板12固定安装在所述弓形吊枕5上。其中车吸悬浮永磁板8与铁磁性吸浮轨板12之间产生的吸引力使列车悬浮；其间的气隙保持在10-48mm范围。

如图1所示，在磁悬浮车体3上部的磁浮动力舱内，关于中轴线对称的两侧装有标号14表示的车动力电磁铁，与此车动力电磁铁14对应位置的上方并在铁磁性吸浮轨板12的两侧设置轨动力磁极15。所述车动力电磁铁14与轨动力磁极15之间通过传感器产生正反向磁场，以推动列车向前或向后运动。

另外，磁悬浮车体3的磁浮动力舱内两侧壁上还安装车导向电磁铁16，与车导向电磁铁16对应地，在弓形吊枕5上安装铁磁性导向轨17。车导向电磁铁16与铁磁性导向轨17间保持一定的气隙，当超出该限定值时，则由同侧安装的传感器控制车导向电磁铁16通电，并产生磁场，吸引同侧的铁磁性导向轨17，使磁悬浮车体3回到上述限定的气隙范围。磁悬浮列车图2示出本发明实施例磁悬浮列车车体外部形状透视图。磁悬浮列车的车头18的前端部分呈立椭圆弧形尖灭状，即沿车体轴向越是靠近其端部椭圆的离心率越小，也即椭圆的整体形状越趋“细长”。这种形状保证与列车相对运动的气流形成极好的层流流场，再考虑整个列车是在空气相当稀薄的封闭管道内运行，二者配合，使列车运行时所受的阻力极其微小。本实施例的车体及车头的长度均为16米，高度3.1米，最大宽度为3.2米。若以8节车体再加前后各有一车头编组，则可载客510人或载货800吨，极限超载可达1200吨/列。车体底部设置货物舱门，货物在车体内采取吊挂方式。旅客则可经从车体侧面的车门3′乘落(见图3)。永磁悬浮列车高架悬吊装置以下参照图4说明本实施例永磁补偿式悬浮列车高架悬吊装置的布置。众所周知，为适应磁悬浮列车的高速运行，应尽量保证列车的直线运行条件，为此，多采用高架轨基。与类似现有技术中所惯常采用的高架轨基不同，本实施例的超高速磁悬浮列车运行使用的圆形管道100取钢索悬吊式被悬吊于钢筋混凝土-悬索下，形成悬吊式上下行线路并行的管道。

如图4所示，通过U形悬索41及等间隔排布于其下方的多条吊拉索40使所述并行管道被悬吊在由钢筋混凝土制成的路桩43和路桩横梁42组成的龙门吊架中间，相邻吊架的间隔约100米，或依地形条件适当调整。所述吊拉索40的端部被穿入前述管道100外部的倒T形加强筋端部的通孔内，并使二者固定连接。沿管道100轴向每隔一定距离，比如数十公里，设置密封闸35及真空泵36，便于维修和管道的抽空。

所述管道100系由一节节的磁路密封管33连接而成。相邻的磁路密封管的接口处装有伸缩环34，使它们密封连接。吊轨式立体岔路岔路结构对于任何运输系统都属于最基本的设施之一。本实施例GKC06磁悬浮列车运输系统岔路结构的总体布置如图5所示。作为这部分设施的重要组成部分为图中所示的垂直变轨区46，列车可借助这个区段的设置实现变线、转弯等作业。

本实施例所用垂直变轨区46长度约100米，列车通过该区的进出口端实现升降高程为4米；由框架47实现该区的高架结构。图中所示的上部管道48和下部管道49分别供列车右转或左转用。

图6示出垂直变轨区46放大结构示意图。该变轨区内沿其轴向等间距地布置着液压升降轨道装置。轨道38固定于上方的轨升降横梁50上，而轨升降横梁50的两端套在导轨51上，可借液压升降系统53实现轨道沿纵向的垂直升降，即实现轨道的变换和对接。

垂直变轨区46同样是处于真空条件下实现轨道变换的。采用这种变轨结构，完成一次轨道变换只需2-3秒钟。磁悬浮列车的车站图7示出本发明磁悬浮列车运输系统的车站布置示意图。主要包括变轨区46、车站环轨区55、56，密封闸59、60，减压舱57、58、高架平移轨道62、轨道平移车61和客、货站区63、64。

以列车进入车站为例，可在列车减速后进入变轨区46，进而驶入与变轨区46平滑衔接的下行车站环轨区55，继而停止在下行减压舱57中。此后，关闭密封闸59，开启密封闸60，使减压舱与大气相通，列车经轨道平移车61的运载，进入客/货站区进行相应的作业。

如果列车驶离车站，则取与上述相反的过程。列车进入上行减压舱58，关闭密封闸60，实现减压舱58与上行车站环轨区56等压，再打开密封闸59，列车经环轨区56进入变轨区46后，进入干线逐渐提速运行。

所述列车在从变轨区46进入车站环轨区56或从环轨区54进入变轨区46的过程可采用类似前述的垂直变轨技术。

采用类似的结构可实现永磁悬浮列车与现有车站、站台、码头、空港等系统环节的衔接，确保本发明磁悬浮列车运输系统与各种基本运输系统的兼容。

Claims (15)

1.一种管道真空永磁补偿式悬浮列车-高架路-站系统，由磁悬浮列车、轨道、轨道岔路装置和车站站台组成，其特征在于：所述轨道包括封闭式管道，管道内有磁性吊轨道，并且管道内被抽成10-2大气压左右的真空。沿管道轴向等间隔地安装着弓形吊枕，所述弓形吊枕的弦线部分有开口；开口两侧的平直翼面上装有枕板，枕板上安装有平板状永磁铁；管道顶部有安装在所述弓形轨枕上的铁磁性吸浮轨板；所述车体顶部固定安装有磁浮动力舱，动力舱两侧装有与车体轴线垂直的翼板，该翼板为永磁材料制成，所述永磁材料的翼板与所述弓形吊枕上的枕板组成永磁斥浮机构；动力舱内的顶部两侧装有动力电磁铁装置，而动力舱内的两个侧壁上装有导向电磁铁装置；永磁补偿悬浮列车的车头制成力学椭圆弧形端面，并沿车体轴向依次向内的截面椭圆离心率逐渐增大至1；所述封闭式管道外部顶端安装倒T型纵向加强筋，其上等间隔地设置通孔，通过钢索吊置于钢筋混凝土-悬索吊架下；所述封闭式管道中间每隔一定距离设置真空闸及真空泵；所述轨道岔路机构为垂直变线结构，其中管道的顶部设置液压驱动机构，可按需要调节管道内的悬吊永磁轨道的纵向高度；所述车站包括：变轨区，与该变轨区衔接的车站环轨区，和与车站环轨区衔接的车站降压舱，降压舱的进出口端分别安装真空闸。

2.一种如权利要求1所述的管道真空永磁补偿式悬浮列车-高架路-站系统，其特征在于：所述弓形吊枕(5)的圆弧部分与密封管道(100)的内壁吻合，其下部直线部分(5′)的中间段有开口，其中容纳磁悬浮车体(3)的磁浮动力舱，而所余平直段上装有铁磁性斥浮基板(4)，基板(4)上安装构成斥悬浮结构的平板状轨永磁体(2)；所述车体(3)的磁浮动力舱内的侧面两翼安装有平板状车永磁体(1)；所述车永磁体(1)与轨永磁体(2)以相同极性的磁极平面彼此相对。

3.一种如权利要求2所述的管道真空永磁补偿式悬浮列车-高架路-站系统，其特征在于：所述车永磁体(1)与轨永磁体(2)之间的气隙为5-15mm。

4.一种如权利要求1-3任一项所述的管道真空永磁补偿式悬浮列车-高架路-站系统，其特征在于：所述磁悬浮车体(3)上部，关于中轴线对称的两侧装有标号(14)表示的车动力电磁铁，与此车动力电磁铁(14)对应位置的上方并在铁磁性吸浮轨板(12)的两侧设置轨动力磁极(15)。所述车动力电磁铁(14)与轨动力磁极(15)之间通过传感器产生正反向磁场，以推动列车向前或向后运动。

5.一种如权利要求1或2所述的管道真空永磁补偿式悬浮列车-高架路-站系统，其特征在于：所述磁悬浮车体(3)顶部安装有宽板状车吸悬浮永磁板(8)，它被安装在铁磁性吸浮基板(9)上，而所述铁磁性吸浮基板(9)又被安装在升降横梁(10)上，升降横梁(10)与液压系统(11)固定连接；车吸悬浮永磁板(8)上方对应地设置铁磁性吸浮轨板(12)，该铁磁性吸浮轨板(12)固定安装在所述弓形吊枕(5)上；所述车吸悬浮永磁板(8)与管道上的铁磁性吸浮轨板(12)形成吸浮机构。

6.一种如权利要求5所述的管道真空永磁补偿式悬浮列车-高架路-站系统，其特征在于：所述车吸悬浮永磁板(8)与管道上的铁磁性吸浮轨板(12)间的气隙保持在10-48mm范围。

7.一种如权利要求1所述的管道真空永磁补偿式悬浮列车-高架路-站系统，其特征在于：所述管道由刚性材料制成。

8.一种如权利要求7所述的管道真空永磁补偿式悬浮列车-高架路-站系统，其特征在于：所述刚性材料包括钢板、玻璃钢、玻璃或陶瓷。

9.一种如权利要求1所述的管道真空永磁补偿式悬浮列车-高架路-站系统，其特征在于：所述磁悬浮列车的车体侧面设置乘客车门，底部设置货物舱门。

10.一种如权利要求1所述的管道真空永磁补偿式悬浮列车-高架路-站系统，其特征在于：所述圆形管道(100)以钢索悬吊方式被悬吊于钢筋混凝土-悬索下，形成悬吊式上下行线路并行的管道。

11.一种如权利要求10所述的管道真空永磁补偿式悬浮列车-高架路-站系统，其特征在于：通过U形悬索(41)及等间隔排布于其下方的多条吊拉索(40)使所述并行管道被悬吊在由钢筋混凝土制成的路桩(43)和路桩横梁(42)组成的龙门吊架中间，所述吊拉索(40)的端部被穿入前述管道(100)外部的倒T形加强筋端部的通孔内，并使二者固定连接；沿管道(100)轴向间隔地设置密封闸(35)及真空泵(36)。

12.一种如权利要求11所述的管道真空永磁补偿式悬浮列车-高架路-站系统，其特征在于：所述管道(100)系由一节节的磁路密封管(33)连接而成，相邻的磁路密封管(33)的接口处装有伸缩环(34)。

13.一种如权利要求1所述的管道真空永磁补偿式悬浮列车-高架路-站系统，其特征在于：所述变轨区为垂直变线机构，垂直变轨区(46)由框架(47)实现该区的高架结构。

14.一种如权利要求13所述的管道真空永磁补偿式悬浮列车-高架路-站系统，其特征在于：所述变轨区(46)内沿其轴向等间距地布置着液压升降轨道装置，轨道(38)固定于上方的轨升降横梁(50)上，而轨升降横梁(50)的两端套在导轨(51)上，由液压升降器(53)使其间实现可滑动连接。

15.一种如权利要求1所述的管道真空永磁补偿式悬浮列车-高架路-站系统，其特征在于：所述车站还包括设在站台上的高架平移轨道(62)，该高架平移轨道上有轨道平移车(61)。