CN113212466A - 一种混合减重的直线驱动悬挂式列车 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种混合减重的直线驱动悬挂式列车,包括铁磁材料的厢体和套装在厢体内部的两个以上的转向架,相邻的转向架通过连接平板连接;厢体顶部的内侧设置直线电机次级,连接平板的上方设置直线电机初级;所述转向架的上方纵向设置第一减重永磁体、减重电磁铁和第二减重永磁体,减重电磁铁的同一水平线上还设置气隙传感器;转向架的内部设置减重电磁铁控制器和速度传感器;转向架的下部还设置前轴和后轴,前轴和后轴的两侧均设置胶轮;转向架的下部还悬挂车体。本发明的有益效果在于,可以减小列车运行时胶轮的磨损从而延长胶轮的使用寿命;采用直线驱动代替传统的交流传动,减少了中间机械环节,使得结构简洁。
Description
技术领域
本发明涉及轨道交通技术领域,特别是一种混合减重的直线驱动悬挂式列车。
背景技术
悬挂式列车是一种车辆悬挂于轨道梁下方的城市轨道交通系统,在我国的城市轨道交通系统中应用较少。目前,我国的轨道交通发展越来越快,悬挂式列车是一个很好的发展方向,在越来越多的城市正在或将要发展悬挂式列车。
但是,悬挂式列车采用胶轮行进的方式,整车重量压于轨道上,前进方式还是通过摩擦力作用。通过广义的摩擦力定义,正压力和摩擦力的关系呈正比的关系,悬挂式列车摩擦力较大,对于胶轮的方式来说,磨损随之而来。对于传统的交流传动来说,其悬挂式列车多采用胶轮的方式,由于列车本身的重量与钢轨的摩擦力的原因,磨损较为严重。并且,采用传统的交流传动的方式,黏着要求较高,这种方式组成的系统较为复杂。
发明内容
本发明的目的是提供一种混合减重的直线驱动悬挂式列车。
实现本发明目的的技术方案为:
一种混合减重的直线驱动悬挂式列车,包括铁磁材料的厢体和套装在厢体内部的两个以上的转向架,相邻的转向架通过连接平板连接;厢体顶部的内侧设置直线电机次级,连接平板的上方设置直线电机初级;所述转向架的上方纵向设置第一减重永磁体、减重电磁铁和第二减重永磁体,减重电磁铁的同一水平线上还设置气隙传感器;转向架的内部设置减重电磁铁控制器和速度传感器;转向架的下部还设置前轴和后轴,前轴和后轴的两侧均设置胶轮;转向架的下部还悬挂车体。
本发明的有益效果在于,可以减小列车运行时胶轮的磨损从而延长胶轮的使用寿命;采用直线驱动代替传统的交流传动,减少了中间机械环节,使得结构简洁。
附图说明
图1是系统整体结构的正视视图。
图2是系统整体结构的侧视剖面图。
图3是直线电机示意图。
图4是电磁铁示意图。
图5是连接板示意图。
图中标记为:减重永磁体100,减重电磁铁101,减重永磁体控制器102,速度传感器103,电磁体气隙传感器104,直线电机初级200,直线电机次级201,直线电机控制器202,直线电机铁芯300,直线电机线绕组301,电磁体磁极400,电磁铁绕组401,厢体1,转向架2,胶轮3,车体4,轨道面5,连接板6,连接板连接点7。
具体实施方式
一种“1+2”混合减重的直线驱动方式的悬挂式列车,包括厢体和套装内部的转向架;厢体由铁磁材料构成,厢体顶端固定直线电机次级铝板,转向架上端放置减重电磁铁与减重永磁铁,在纵向即列车运行方向上相间放置减重电磁铁与减重永磁体,每组减重磁体的放置为,两个永磁体与一个电磁铁的方式,具体放置方式为永磁、电磁、永磁的分布方式,同时电磁同一水平线上放置有涡流气隙传感器。在两个转向架之间由可以自由活动的连接平板构成,在连接平板上放置直线电机初级,次级铝板与初级安装在相对应的位置。在转向架内部放置减重电磁铁控制器、速度传感器和直线电机控制器。速度传感器数据传输至直线电机控制器中,直线电机初级与次级的相互的电磁耦合,同时通过操作实现列车的直线驱动。速度传感器与气隙传感器数据直接传输至减重电磁体控制器,以便于控制减重电磁体来达到控制的减重的目的。厢体顶端由铁磁材料组成,借助减重电磁铁与减重永磁体的吸力实现悬挂式列车的减重,永磁体只是提供固定的吸力实现减重,而电磁铁的减重是可变式的减重,故此两者组合实现减重任务。
减重电磁铁与减重永磁铁混合放置,这样更加灵活的控制减重的效果,在不同的阶段实现不同的减重量。永磁体的优势在于可以以较小的体积提供远远大于本身重量吸引力,应用于悬挂式列车上时,通过永磁体部分可以抵消车体的主要减重量,由于磁场强度的大小在气隙中变化强烈,故永磁体工作在相对于电磁铁的大气隙下,同时通过加入电磁的方式使减重更加灵活。新式列车的驱动采用直线驱动的方式,进一步简化列车的机械结构。
如图1所示,减重系统包括以下的部分:减重永磁体100,减重电磁铁101,减重永磁体控制器102,速度传感器103,电磁体气隙传感器104。减重实现为分组实现减重,在纵向方向上每一组混合减重磁铁的构成为一个减重永磁体100,再依次放置减重电磁铁101和减重永磁体100。这样每一个混合减重组构成为“1+2”式的减重。减重电磁铁控制器102,速度传感器103,位于转向架内部。电磁体气隙传感器104位于与减重电磁铁101同一水平位置。
如图2所示,系统构成为减重系统与直线驱动系统,列车减重部分的空间的分布如上述,侧面图进一步的说明了其空间关系同时,表明各个部件之间的相互关系。减重电磁铁控制器102采集和收集电磁铁气隙传感器104与速度传感器103的信息。再经过减重电磁铁控制器102将控制波形传输至减重电磁铁中。同时,直线电机的空间示意图如图二所示,直线电机初级放置于转向架2之间的连接平板6上,直线电机次级铝板位于与直线电机初级相对应的位置,直线电机由于其本身为刚性体,使其位于连接平板上6,列车在其转向时可以更加灵活。通过直线电机控制器采集速度传感器103测得的速度数据,同时通过操作实现列车的速度控制,列车的运行粗略的分为加速阶段,匀速阶段,还有就是停车或者刹车时的减速阶段。通过速度传感器103分析列车的速度,并且送至控制器中,通过算法可以得到列车的加速度,故判断列车的状态。
电磁铁气隙传感器104,作用在列车运行全程中,列车的运行过程中不能一直保持直线平稳的运行,总是存在有不平顺的线路,故首先设定气隙的范围,然后使用电磁铁气隙传感器104测得减重电磁铁101上表面与厢体1顶端之间的气隙大小,当电磁铁气隙传感器104检测到气隙在设置范围内时,保持控制器(包括逆变器)输出电流不变。当气隙小于设定值范围时,适当的减少电流,增大气隙。当气隙大于设定值范围时,适当的增大电流,减小气隙。通过上述方式,在不影响列车的运行特性下,减轻车辆的重量,减少胶轮对轨道的摩擦,从而实现减少对胶轮的磨损。
系统整体结构的正视剖面如图1所示,其具体尺寸为780mm*1100mm,其板厚为15mm(除顶板厚度为25mm外),长度为30m,材料为Q235;直线电机采用异步短定子直线电机铁芯宽300mm,极距为216mm,电机极数8,电机长1800mm,每极每相槽数3,总槽数80,气隙磁密0.20T,等效气隙15mm,绕组材料为铜,铁芯选用硅钢片;电机工作气隙为6到10mm。
如图4,减重电磁铁的截面尺寸为长420mm,宽180mm,两边磁极宽30mm,中间磁极宽60mm,单个电磁铁长度为300mm,悬浮轨和悬浮铁的材料均为Q235,电磁铁线包填充铜线的截面尺寸为100mm*100mm,电磁铁中铜线的填充率选65%,选择悬浮气隙为10mm,选择每平方毫米通过的电流分别为0.3A,0.6A,1.9A,1.2A,1.5A通过有限元仿真分析得出在这些减重电流的情况下,减重电磁铁与厢体顶端之间的电磁吸力以及对应速度和距离。永磁体尺寸为:180mm*420mm,永磁铁长度为300mm,通过有限元仿真分析得出永磁铁在10mm工作距离情况如下表:
由上表可知,在实施例设计的结构尺寸下,这种‘1+2’的减重方法下,在一组磁铁的减重方式下,位于永磁体的减重力为2708N的减重力。电磁的减重力由速度传感器和气隙传感器决定。随着速度的增加,减重电磁铁的作用力大,便于有效缓解胶轮承载力,增加胶轮的使用寿命,磁铁组的工作气隙为8到10mm左右。
由上表可知,对于单个悬挂式车辆的直线驱动和电磁导向系统,其一段双侧直线电机共能够提供12250.6N的推力,
由上述分析知,采用“1+2”式的电磁混合永磁减重方法,可以灵活地根据列车运行速度进行合理减重,既保证列车正常加速运行,也有效缓解胶轮压力,增加胶轮使用寿命。
综上所述,本发明一种“1+2”混合减重方法的直线驱动方式的悬挂式列车,整个系统具有结构简单,小尺寸、低成本的特点。有利于缓解悬挂式单轨列车胶轮的磨损,同时也有利于降低系统运行的功耗,有效提高悬挂式单轨列车的性能。
Claims (1)
1.一种混合减重的直线驱动悬挂式列车,其特征在于,包括铁磁材料的厢体(1)和套装在厢体(1)内部的两个以上的转向架,相邻的转向架通过连接平板(6)连接;厢体顶部的内侧设置直线电机次级(201),连接平板(6)的上方设置直线电机初级(200);所述转向架的上方纵向设置第一减重永磁体(100)、减重电磁铁(101)和第二减重永磁体,减重电磁铁(101)的同一水平线上还设置气隙传感器(104);转向架的内部设置减重电磁铁控制器(102)和速度传感器(103);转向架的下部还设置前轴和后轴,前轴和后轴的两侧均设置胶轮(3);转向架的下部还悬挂车体(4)。
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