[發明專利]一種磁懸浮車輛走行單元的防滾解耦機構

有效

• 申請號: 201210506619.0
• 申請日: 2012-12-03
• 公開（公告）號: CN102941858A
• 公開（公告）日: 2013-02-27
• 發明（設計）人: 劉耀宗;鄧文熙;黎利華;龔樸;李杰;張錕
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍國防科學技術大學
• 主分類號: B61F5/00
• 分類號: B61F5/00;B61F11/00
• 代理公司: 國防科技大學專利服務中心 43202
• 代理人: 郭敏

技術領域

本發明涉及一種磁懸浮車輛走行單元的防滾解耦機構。

背景技術

磁懸浮列車的線路軌道是由兩條具有確定截面和一定相對位置關系的F軌組成的空間曲面，線路軌道的中心線是一條空間曲線。磁懸浮軌道的平曲線段（即彎道）通常由兩段緩和曲線和中間的一段圓弧曲線組成，緩和曲線是為了實現直線與圓弧曲線之間的過渡。在圓弧曲線上，磁懸浮軌道外軌相對內軌通常設計有一定的超高，即軌道截線與水平面之間有一定的橫坡角。橫坡角根據彎道的設計車速確定，彎道車速越高，彎道半徑越小，橫坡角越大。在緩和曲線上，橫坡角從0逐漸過渡到圓弧曲線上的橫坡角，一個走行單元跨度下的內外軌始終不共面，不共面程度取決于緩和曲線段的橫坡角變化率。橫坡角變化率由緩和曲線的里程與圓弧曲線的橫坡角共同決定。橫坡角變化率越大，緩和曲線越急。

《中山大學學報（自然科學版）》47卷增刊2中論文“低速城軌磁浮車輛的耦合動力學仿真研究”公布了一種中低速磁懸浮車輛走行單元的三維結構簡圖，如圖1所示，目前中低速磁懸浮車輛走行單元的防滾解耦機構由兩片上防滾梁42、兩片下防滾梁43、兩根左吊桿50和兩根右吊桿51組成，連接左懸浮模塊10和右懸浮模塊11形成一個走行單元。所述的左懸浮模塊10和右懸浮模塊11結構一樣，均由承載托臂12、縱梁13、電磁鐵14、牽引直線電機15組成，可實現懸浮、導向、推進等功能并支撐車體。左懸浮模塊10的前、后端各安裝了一片上防滾梁42，右懸浮模塊11的前、后端各安裝了一片下防滾梁43，四片防滾梁的外形結構相同，每片防滾梁僅能相對懸浮模塊繞垂向轉動。前端的上防滾梁42和下防滾梁43之間通過前端的左吊桿50和右吊桿51及兩端的球鉸連接，后端的上防滾梁42和下防滾梁43之間通過后端的左吊桿50和右吊桿51及兩端的球鉸連接。

磁懸浮車輛行進時，電磁鐵跟蹤軌道，防滾解耦機構必須能夠允許左右模塊相對俯仰轉動才能適應緩和曲線，即防滾解耦機構須具有解耦能力。在一定的走行單元跨度下，緩和曲線橫坡角的變化率決定了對走行單元解耦能力的要求，緩和曲線越急，對走行單元的解耦能力要求越高。另一方面，懸浮模塊承載車體重量，有相對于軌道側滾的運動趨勢，懸浮模塊側滾時會改變懸浮模塊與軌道間的最小間隙，側滾較大時會導致懸浮模塊碰撞軌道，造成故障，甚至引發事故。因此，防滾解耦機構還須具備能夠約束側滾的能力，即防滾能力。

為實現左、右懸浮模塊相對俯仰解耦，現有走行單元防滾解耦機構前、后部的上、下防滾梁間的垂向距離都必須改變，垂向距離變化量取決于吊桿的長度，而吊桿長度則受限于走行單元的高度。將左、右懸浮模塊之間的俯仰角與吊桿長度之比定義為解耦率，解耦率表達了防滾解耦機構產生單位垂向變形能夠實現的模塊俯仰角度，反映了防滾解耦機構的解耦能力。顯然，前端防滾梁與后端防滾梁之間的縱向距離越小，解耦率越大。現有防滾解耦機構設置在懸浮模塊的前、后兩端，它們之間的縱向距離較大，因此在相同的走行單元高度限制下，其俯仰解耦能力較小，進而限制了走行單元用于更小的彎道半徑或更快的彎道車速。

另一方面，為了約束懸浮模塊繞軌道的側滾運動，防滾解耦機構須約束上、下防滾梁之間的垂向距離變化，這與解耦的要求相矛盾。因此，現有走行單元的防滾解耦機構，在設計時需要犧牲部分防滾性能來實現解耦，從而造成懸浮模塊存在一定的側滾角度，這會減小懸浮模塊與軌道之間的最小間隙。為避免懸浮模塊與軌道發生碰撞，就需要增大懸浮模塊與軌道間的設計間隙。磁懸浮車輛的懸浮和牽引都是通過懸浮模塊上安裝的電磁鐵和牽引直線電機與軌道間的電磁力來實現的，間隙增大會降低懸浮和牽引效率，增大能耗。

綜上所述，現有走行單元防滾解耦機構存在以下不足：一、現有防滾解耦機構安裝在模塊的前、后兩端，導致其解耦率小；由于受到走行單元高度的限制，其解耦能力有限，進而限制了走行單元用于更小的彎道半徑和最高的彎道車速。二、現有防滾解耦機構的防滾能力和解耦能力是相互關聯、相互制約的，解耦能力提高會帶來防滾能力降低，反之亦然。這導致設計時需要進行一定折中，為滿足解耦能力必須犧牲一定的防滾能力而容許模塊有一定側滾角，進而增大模塊與軌道之間的設計間隙，降低了懸浮和牽引效率，增大了能耗。

發明內容

本發明要解決的技術問題是提供一種磁懸浮車輛走行單元的防滾解耦機構，顯著減小防滾和解耦之間的相互影響，提高走行單元的防滾能力和解耦能力，使得走行單元在總體尺寸不變的條件下能適應更急的緩和曲線和更高的彎道車速，提高磁懸浮車輛走行單元的彎道通過能力；并能減小懸浮模塊與軌道之間的設計間隙，提高懸浮和牽引效率，降低能耗。