CN1302945C - 吊轨永磁双吸平衡补偿式悬浮路－车系统 - Google Patents

吊轨永磁双吸平衡补偿式悬浮路－车系统 Download PDF

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Abstract

一种吊轨永磁双吸平衡补偿式悬浮路-车系统，由轨道和磁悬浮车辆组成，轨道由钢筋混凝土浇铸的龙门柱和与龙门柱一体浇铸的倒T形门梁组成龙门架；混凝土浇铸的工字梁，其端头搭接在倒T形门梁上，工字梁的下方固定有吊轨，该吊轨为一呈ㄇ型的钢制弓枕，弓枕内上方设置有导磁板轨，弓枕内两侧各设置有导磁翼轨，该导磁翼轨的中间有一凹槽为导向轨；磁悬浮车辆为一体制成，上部为悬浮动力舱，下部为车厢；悬浮动力舱镶嵌在弓枕内，其外顶部的顶磁基板上设有顶永磁；舱体外部两侧的翼磁基上各安装有翼永磁，每侧翼永磁为上下二个；悬浮动力舱内部安装有一组动力机构，安装在悬浮动力舱内的中部；两组导向定滑轮，安装在悬浮动力舱内的两端。

Description

吊轨永磁双吸平衡补偿式悬浮路-车系统
技术领域
本发明涉及一种使用悬挂永磁悬浮式路-车运输系统，具体地说，涉及一种高架吊轨，列车在吊轨下方，采用永磁双吸平衡补偿式悬浮技术的路-车系统。
背景技术
磁悬浮技术被喻为二十一世纪交通领域的绿色革命，近年来取得了长足进展。如德国的TR系列“常导”型电磁悬浮列车，采用直线电机驱动，时速可达450km/h。这种电磁悬浮列车需要将路基高架，再将车体底部环抱在轨道的上方，以避免车体脱轨或倾覆。日本MLX系列“超导”型磁悬浮列车需要使用低温超导线圈，借以产生强大的磁场力，列车在U型槽内行走，槽的侧壁间隔安装“8”字型导电环，既有导向作用，更是借以对列车产生浮力的感应线圈，时速可达550km/h。中国GKC06系列“永磁”型悬浮列车采用永磁补偿式悬浮技术，直线电机驱动，时速可达1080km/h。这些技术参见《磁悬浮铁路系统与技术》(中国科学与技术出版社2003.11)；《管道真空永磁补偿式悬浮列车-高架路-站系统》(中国专利号：ZL00105737.5)。
德国TR与日本MLX系列磁悬浮列车技术均属于“卧轨式”布局，列车运行重心高，稳定性差；采用电磁及超导永磁悬浮结构，直线电机驱动造价高。上海采用的德国TR系列技术每公里造价3亿人民币，日本MLX技术更是高达6.8亿人民币，昂贵的投资限制技术的推广。中国GKC06磁悬浮技术虽然在稳定重心，降低造价，节约耗能方面有重大突破，但沿途需铺设造价较高的钕铁硼轨磁。
发明内容
本发明的目的在于提供一种吊轨永磁双吸平衡补偿式悬浮路-车系统，本发明不需要铺设钕铁硼轨磁，造价低廉，运力强大，时速在600km/h，具有广泛适应性与作业兼容性。
本发明提出的吊轨永磁双吸平衡补偿式悬浮路-车系统，由轨道和磁悬浮车辆二部分组成，其中：
轨道部分，由钢筋混凝土浇铸的龙门柱和与龙门柱一体浇铸的倒T形门梁组成龙门架；用混凝土浇铸而成的工字梁，其端头搭接在倒T形门梁上，工字梁的下方固定有吊轨，该吊轨为一呈“ㄇ”型的钢制弓枕，弓枕内上方设置有导磁板轨，弓枕内两侧各设置有导磁翼轨，该导磁翼轨的中间有一凹槽为导向轨；
磁悬浮车辆部分，上部为悬浮动力舱，下部为车厢一体制成；悬浮动力舱镶嵌在弓枕内，其外顶部的顶磁基板上设有顶永磁；舱体外部两侧的翼磁基上各安装有翼永磁，每侧翼永磁为上下二个，中间有一间隙，其中之一是N极，另一是S极；悬浮动力舱内部安装有一组动力机构，由驱动轮-驱动电机-车载电源-逆变控制系统组成，安装在悬浮动力舱内的中部；两组导向定滑轮，安装在悬浮动力舱内的两端；
舱体外上方的顶永磁与弓枕内上方的导磁板轨相距20-160mm，相对应形成与重力方向相反的悬浮力；舱体外两侧的翼永磁与弓枕两侧的导磁翼轨相距5-35mm，相对应形成上下平衡吸悬浮力；
由上述组成的车辆在行驶时，受到悬浮力和上下平衡力的双重作用呈悬浮状，该导向定滑轮与驱动轮为同一水平面并均与弓枕两侧的导向轨接触，将车辆控制在两条导磁翼轨中间。
所述工字梁端头与倒T形门梁之间设有温度缝。
所述工字梁中部设有通风孔。
所述导磁板轨和导磁翼轨为铁磁性钢板制成。
所述顶磁基板的两侧外端设有滑靴。
所述车厢为客舱或货舱。
所述车厢为合金或玻璃钢制成，并具有流线形。
附图说明
图1为本发明外部形状侧视图。
图2为图1中沿A-A剖面示意图。
图3为本发明吊轨的剖面示意图。
图4为本发明磁悬浮车辆的剖面示意图。
图5为图1中沿B-B剖面示意图，显示了本发明磁悬浮车辆与轨道的结合关系。
图6为图1中沿C-C剖面示意图。
具体实施方式
以下所述的内容是结合附图对本发明作的详细描述，而不应被理解为是对本发明的限定。
请先参阅图1，是本发明的侧面整体效果示意图，从图中可以看出本发明由轨道和磁悬浮车辆二部分组成，其中：
列车头1呈流线性，流面向下；车门2、车窗4、行李舱车门3与蒙皮5之间，以及列车各节连接缝6之间为平整光滑接触，以减少运行中风的阻力。整个列车15悬吊在轨道上，地面为绿化草坪13，列车底部距地面草坪13约6米。
请结合图2和图3，吊轨7在列车上方，固定在工字梁8的下方。工字梁8由预应力钢筋混凝土制成，其中部设有通风孔9，以减少风的压力。工字梁8的端头10搭接在倒T型门梁11上。工字梁8端头10与倒T形门梁11之间设有温度缝，并用螺栓固定连接。倒T型门梁11与其之下的龙门柱12为混凝土一体浇铸形成龙门架14。龙门架14的中央固定两条吊轨7，这种复线架设技术将使单向发车的时间缩短，提高动力。吊轨7为一“ㄇ”型钢制弓枕16，弓枕16内上方用螺栓固定有铁磁性钢板制成的导磁板轨17，弓枕16内两侧各用螺栓固定有导磁翼轨18，该导磁翼轨18的中间有一凹槽，为导向轨28。
请结合参阅图4和图5，分别为本发明的磁悬浮车辆的剖面示意图和磁悬浮车辆与轨道相连接的剖面示意图。本发明磁悬浮车辆为合金或玻璃钢一体制成，由上部动力舱和下部客舱两部分组成，下部也可以是货舱，也可以分成客舱20和货舱21。磁悬浮动力舱19镶嵌在弓枕16内，磁悬浮动力舱19内部安装有一组动力机构，该动力机构中由驱动轮29与驱动电机31同轴相连，固定在轮梁30上。上述动力机构安装在悬浮动力舱19的中部。
在悬浮动力舱19的外顶部安置有顶永磁22，该顶永磁22通过顶磁基板23用螺栓固定在动力舱19的环形龙骨24上。该顶磁基板23的两端下方为滑靴26。在悬浮动力舱19两侧安置有翼永磁25，两侧的翼永磁25分为上下二个，其中之一是N极，另一是S极。该翼永磁25通过翼磁基27用螺栓固定在磁悬浮动力舱19的环形龙骨24上。
磁悬浮动力舱19上的顶永磁22与弓枕16内上方的导磁板轨17两者之间保留有20-160mm的气隙，对应形成与重力方向相反的悬浮力。动力舱19两侧的翼永磁25与弓枕16内两侧的导磁翼轨18相对应，两者之间保留有5-35mm的气隙，形成上下平衡的悬浮力，将列车控制在预定高度上。
当翼永磁25和导磁翼轨18两者水平高度相同时，即列车顶永磁22和导磁板轨17之间的吸悬浮力与列车重力大小相等而方向相反时，则翼永磁25与导磁翼轨18之间没有平等于重力方向作用力，此高度为平衡点高度；当翼永磁25高度大于导磁翼轨18高度时，也就是在平衡点高度之上时，即列车的重力小于顶永磁22与导磁板轨17之间的悬浮力时，则翼永磁25与导磁翼轨18作用力垂直向下，与顶永磁22与导磁板轨17之间的作用力方向相反；当翼永磁22高度小于导磁翼轨18高度时，也就是在平衡点高度之下时，即列车的重力大于顶永磁22与导磁板轨17之间的悬浮力时，则翼永磁25与导磁翼轨18作用力垂直向上，与顶永磁22与导磁板轨17之间的作用力方向相同。简言之，顶永磁22与其上方的导磁板轨17相对应形成吸悬浮机构，对列车形成向上的吸悬浮力；翼永磁22与导磁翼轨18相对应形成上下平衡吸悬浮力，两个力协同工作，从而形成了“双吸平衡补偿式悬浮”，将列车控制在预定高度上。如果悬浮力失效，车辆依然可依靠滑靴26在导磁翼轨18顶端滑行，以确保安全。
传统的电动机车其两端均安装有驱动轮，在机车往复运动时，该驱动轮起到动力、导向和支撑车体作用。但每增加一组驱动轮的成本是很高的，并且又增加了车体的自身重量，重量越重，消耗的动能又相应增加。本发明改变了这一传统电力机车的动力和导向机构，在机车中部安装动力机构，两端采用定滑轮作为导向机构。这样可以大幅度的降低机车制造成本和机车的重量。
本发明在悬浮动力舱两端各安装有一组导向定滑轮32，固定在轮梁30上。该导向定滑轮32与驱动轮29为同一水平面并均与弓枕16内两侧的导向轨28接触，控制悬浮动力舱19的左右自由度，将机车控制在两条导磁翼轨中央。本发明的磁悬浮车辆在行驶时，该车辆受到吸悬浮力和上下平衡吸力的双重作用呈悬浮状，驱动电机31带动驱动轮29驱动车辆运动，车辆的导向由定滑轮32控制。
请参阅图6，为图1沿C-C线的剖面图，从图6中可以理解导向定滑轮32与弓枕16内两侧导向轨28的接触。该磁悬浮动力舱19还装置有车载电源33和逆变控制系统34，由于车载电源和逆变控制系统为目前电力机车所通用的装置，且不是本发明的讨论重点，因此附图中没有详细标出。
本发明的磁悬浮路-车运输系统与现有技术相比有如下优点：
造价低，相当于德国TR系列的1/4；
节能，相当于德国TR系列的70％；
运力大，相当于德国TR系列的5倍，即可客运又可货运；
列车自重轻，0.8吨/米；而德国TR系列为2.2吨/米，日本MLX系列的相关指标与德国TR系列相当。

Claims (7)

1.一种吊轨永磁双吸平衡补偿式悬浮路-车系统，由轨道和磁悬浮车辆两部分组成，其中：
轨道部分，由钢筋混凝土浇铸的龙门柱和与龙门柱一体浇铸的倒T形门梁组成龙门架；用混凝土浇铸而成的工字梁，其端头搭接在倒T形门梁上，工字梁的下方固定有吊轨，该吊轨为一呈ㄇ型的钢制弓枕，弓枕内上方设置有导磁板轨，弓枕内两侧各设置有导磁翼轨，该导磁翼轨的中间有一凹槽为导向轨；
磁悬浮车辆部分，上部为悬浮动力舱，下部为车厢一体制成；悬浮动力舱镶嵌在弓枕内，其外顶部的顶磁基板上设有顶永磁；舱体外部两侧的翼磁基上各安装有翼永磁，每侧翼永磁为上下二个，中间有一间隙，其中之一是N极，另一是S极；悬浮动力舱内部安装有一组动力机构，由驱动轮-驱动电机-车载电源-逆变控制系统组成，安装在悬浮动力舱内的中部；两组导向定滑轮，安装在悬浮动力舱内的两端；
舱体外上方的顶永磁与弓枕内上方的导磁板轨相距20-160mm，相对应形成与重力方向相反的悬浮力；舱体外两侧的翼永磁与弓枕两侧的导磁翼轨相距5-35mm，相对应形成上下平衡吸悬浮力；
由上述组成的车辆在行驶时，受到悬浮力和上下平衡力的双重作用呈悬浮状，该导向定滑轮与驱动轮为同一水平面并均与弓枕两侧的导向轨接触，将车辆控制在两条导磁翼轨中间。
2.如权利要求1所述的吊轨永磁双吸平衡补偿式悬浮路-车系统，其特征在于，所述工字梁端头与倒T形门梁之间设有温度缝。
3.如权利要求1所述的吊轨永磁双吸平衡补偿式悬浮路-车系统，其特征在于，所述工字梁中部设有通风孔。
4.如权利要求1所述的吊轨永磁双吸平衡补偿式悬浮路-车系统，其特征在于，所述导磁板轨和导磁翼轨为铁磁性钢板制成。
5.如权利要求1所述的吊轨永磁双吸平衡补偿式悬浮路-车系统，其特征在于，所述顶磁基板的两侧外端设有滑靴。
6.如权利要求1所述的吊轨永磁双吸平衡补偿式悬浮路-车系统，其特征在于，所述车厢为客舱或货舱。
7.如权利要求1或6所述的吊轨永磁双吸平衡补偿式悬浮路-车系统，其特征在于，所述车厢为合金或玻璃钢制成，并具有流线形。
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