[發明專利]一種基于雙傳感器的低速磁浮軌道不平順檢測方法

有效

• 申請號: 201410145479.8
• 申請日: 2014-04-11
• 公開（公告）號: CN103991463A
• 公開（公告）日: 2014-08-20
• 發明（設計）人: 董金文;張昆侖
• 申請（專利權）人: 西南交通大學
• 主分類號: B61K9/08
• 分類號: B61K9/08;B60L13/06
• 代理公司: 成都信博專利代理有限責任公司 51200
• 代理人: 張澎

技術領域

本發明涉及中低速磁浮列車系統軌道檢測以及中低速磁浮列車懸浮控制檢測技術。

背景技術

1.中低速磁浮列車懸浮系統介紹

在中低速磁浮列車中，懸浮系統采用電磁吸力懸浮的形式，電磁吸力懸浮系統本身不能自穩，需要采用閉環反饋控制使系統穩定。中低速磁浮列車懸浮系統通常有控制電源、氣隙檢測傳感器、懸浮控制器、懸浮斬波電路、懸浮電磁鐵以及軌道等部分組成。氣隙傳感器對懸浮氣隙進行檢測，懸浮控制器根據氣隙值計算出需要調整的電磁鐵電流目標值，通過懸浮斬波電路對懸浮電磁鐵電流進行實現。

在中低速磁浮列車中懸浮電磁鐵采用U型電磁鐵結構，其兩個側板與底鐵構成U型導磁磁路，U型槽中纏繞電磁鐵線圈。懸浮軌道為形軌道，其中橫向伸出部分與軌枕連接固定，兩段豎直部分在U型電磁鐵側板正上方。軌道豎直部分與電磁鐵側板通過懸浮氣隙形成閉合磁路。電磁鐵側板與軌道豎直部分的寬度均為28mm。采用28mm是考慮電磁鐵發生側向偏移時，電磁鐵與軌道之間可以產生使電磁鐵重新對正的導向力，這種導向力使得系統在左右方向上自穩。側板寬度大不利于導向力的產生，寬度小垂向電磁吸力小。

2、線路不平順

在軌道交通系統中軌道不平順是指軌道幾何形狀、尺寸和空間位置的偏差，按照方向可以分為垂向和橫向兩種。對于中低速磁浮列車系統來說，垂向軌道不平順是影響系統的關鍵因素。垂向的軌道不平順在中低速磁浮列車系統中不僅僅是產生系統振動影響車輛舒適型，而且常常會造成懸浮系統失穩，產生嚴重后果和危害。

軌道不平順首先是由于線路和線路鋪設等產生的。與線路相關的不平順與傳統的輪軌交通系統軌道不平順產生的原因是基本相同的。但對于中低速磁浮列車來說，垂向不平順對系統的影響遠大于輪軌系統，這是因為車輛懸浮系統是一個通過閉環修正而實現的穩定系統，豎直方向上軌道的不平順會通過氣隙傳感器反映到氣隙檢測值中，這種不平順可以等效為一個系統輸入擾動。對于懸浮控制系統來說，其閉環反饋控制是基于懸浮氣隙的反饋控制，為了保證懸浮氣隙穩定，系統對懸浮氣隙的變化非常敏感，氣隙檢測值中的軌道不平順值通過控制器和電磁鐵可能會產生很大的系統輸出變化。系統輸出可能會使懸浮系統發生振動甚至失穩。所以磁浮列車要求軌道緩和漸變，突變的軌道往往使得系統失穩。

在中低速磁浮列車中，線路帶來的不平順主要有周期性軌道不平順、隨機不平順和局部不平順。

周期不平順主要是由軌道接縫產生的，氣隙傳感器通過軌道接縫時會出現極大值，其產生的周期與軌道長度和列車運行速度有關。這種不平順幅值比較大，但是變化比較慢，通過多個傳感器的切換可以有效的解決過縫問題。

隨機不平順，是由線路鋪設、維護、磨損等原因造成的，這種不平順在任何地方都會產生，其幅值通過工程質量對其控制。這種不平順通過懸浮控制系統會產生隨機振動，由于幅值有限，并不會引起系統失穩的問題。

局部不平順，是在特定地點產生的軌道不平順，這種不平順的產生可能是軌道設計或者鋪設時結構不合理，比如緩和曲線突變，超高突變，線路出現折線或者拐點等原因，也可能是局部軌道松動、軌道損壞或者軌道有制造缺陷等造成的。

對于這三種軌道不平順，目前只對周期性不平順通過懸浮控制軟件進行處理。隨機不平順應該通過工程質量的控制對其不平順的幅值進行控制。局部不平順應該通過檢測手段進行檢測并且加以消除。

3、檢測面不平順

中低速磁浮列車軌道不平順除了與輪軌系統相同的線路不平順外，還有由于檢測面造成的不平順。檢測面不平順是中低速磁浮列車系統特有的一種軌道不平順，它主要是由于軌道形狀誤差造成。

電磁鐵與軌道之間的距離一般不超過20mm，所以氣隙傳感器需要檢測的氣隙范圍在0～20mm左右。考慮氣隙傳感器檢測死區以及保護探頭等原因，實際中檢測面到傳感器探頭的距離在4～24mm左右。氣隙傳感器主要采用電渦流傳感器，其探頭尺寸以及檢測面的大小受到檢測范圍的影響，目前最小尺寸的懸浮傳感器探頭在35mm左右。顯然由于懸浮側板只有28mm寬，氣隙傳感器不可能直接檢測電磁鐵懸浮面與軌道懸浮面之間的距離。工程中通常將氣隙傳感器安裝在電磁鐵端部，軌道豎直部分之間的水平底面作為檢測面，傳感器探頭與檢測面距離近似認為電磁鐵的懸浮氣隙。當然這樣懸浮氣隙檢測值與實際氣隙可能會存在一定的誤差。