一种线路自适应的高温超导制式磁悬浮走行部结构

技术领域

本发明涉及磁悬浮车辆技术领域，尤其涉及一种线路自适应的高温超导制式磁悬浮走行部结构。

背景技术

走行部，又名磁浮架，是磁悬浮列车的关键组成部分，对于列车的安全性，平稳性、舒适性影响较为关键。在磁悬浮列车领域比较成熟的走行部有常导制式磁悬浮走行部和低温超导制式高速磁悬浮走行部，但由于高温超导制式磁悬浮列车与常导制式磁悬浮列车的悬浮原理不同，因此走行部的结构也存在本质上的区别。

磁浮架受力复杂，主要受到悬浮模块的钉扎力(悬浮与导向)、电机牵引与制动力、电机法向电磁力与横向纠偏力、涡流制动力、机械紧急制动力、相对位移产生的悬挂力等多种力的作用。在各类线路上运行时，走行部构架与线路之间的相对位置关系也较为复杂，因此，对列车运行过程中的安全性、平稳性和舒适性提出了较高的要求。目前，现有的高温超导制式走行部结构在设计时采用了简化方案，未考虑线路曲线变化、磁轨不平顺以及直线电机激励对其的影响，若走行部构架设计为纯刚性，则走行部对线路的适应能力较差，构架零部件之间的运动解耦和刚度补充不足。

直线电机作为磁悬浮列车的牵引模块，在高速运行的高温超导制式列车上，大多采用长定子牵引和制动设计方案。直线电机向磁浮架施加牵引制动力、法向力和纠偏力，电机动子与定子的相对位置直接决定二者之间力的关系，气隙变化不仅导致牵引力变化，还伴随横向和垂向的振荡激励。悬浮列车在运行过程中，受到线路不平顺的影响，电机动子与定子的相对位置随线路和二者相对位置关系时刻发生变化，导致三个方向的力发生变化，由于电机需要和磁浮架连接在一起，电机产生的振荡会传递到磁浮架上。同时，由于线路不平顺等因素，磁浮架的振动激励也会传递至直线电机动子处，产生因气隙变化而导致的磁场力变化，进一步恶化磁浮架的运行性能，因此减少自电机动子向磁浮架传递的振动，是保证列车平稳运行的重要工作之一。

杜瓦(Dewar)是实现高温超导列车悬浮和无源自稳定运行的关键零部件。杜瓦主要由超导块材和外围的真空层结构组成，在真空层外侧，还有机械连接结构、抽真空接口和冷却介质(液氮等)进出口等。在工程实践中，需要实现杜瓦的便携拆装，并便于进行悬浮过程的工艺操作(包括抽真空、灌装冷却介质、实现超导悬浮等)。

发明内容

本发明提供了一种线路自适应的高温超导制式磁悬浮走行部结构，解决现有高温超导磁悬浮走行部对线路变化适应能力差的缺陷。

一种线路自适应的高温超导制式磁悬浮走行部结构，包括：走行部构架、设置在走行部构架上的牵引拉杆模块、吊杆模块、阻尼器模块、直线电机动子以及杜瓦组件；

走行部构架包括纵梁、横梁与辅梁，纵梁与横梁之间通过横纵梁连接模块活动连接，横梁与辅梁之间通过横辅梁连接模块活动连接，纵梁内部设有液氮管道；

直线电机动子通过牵引拉杆模块及吊杆模块连接在横梁上，直线电机动子与辅梁之间设置有阻尼器模块。

采用上述技术方案的有益效果：走行部构架的各主体部件之间通过活动式连接，便于适应磁轨的曲线变化以及不平顺变化，增加列车运行过程中的安全性、平稳性和乘客的舒适性；采用直线电机动子牵引和制动设计方案，动子与走行部构架之间设置了阻尼器模块，降低了直线电机工作过程中产生的振荡对构架的影响。

进一步地，上述纵梁为箱形结构，其内侧壁上设有弧形的导向槽，导向槽的延伸方向与纵梁的长轴线方向垂直。

进一步地，上述横纵梁连接模块包括横纵梁主连接件、第一横纵梁弹性元件、横纵梁副连接件、横纵梁销轴与第二横纵梁弹性元件，横纵梁主连接件通过盖板卡接在纵梁的内部，横纵梁主连接件与横纵梁副连接件上均设有销座并通过横纵梁销轴转动连接；第一横纵梁弹性元件设置在横纵梁主连接件与横纵梁副连接件之间，第二横纵梁弹性元件设置在横纵梁主连接件与纵梁之间；横纵梁副连接件与横梁之间通过横梁垫片连接。

进一步地，上述横辅梁连接模块包括横辅梁连接件、横辅梁弹性元件与横辅梁销轴，横辅梁连接件通过横辅梁销轴与横梁铰接，横辅梁弹性元件设置在横辅梁连接件与横梁之间；横辅梁连接件通过辅梁垫片与辅梁连接。

进一步地，上述牵引拉杆模块包括拉杆销轴、拉杆安装座与牵引拉杆，拉杆安装座安装在直线电机动子上，牵引拉杆一端通过拉杆销轴与拉杆安装座连接，另一端也通过拉杆销轴与横梁上的拉杆安装座连接。

进一步地，上述吊杆模块包括吊杆销轴、吊杆与吊杆安装座，吊杆安装座分别设置在横梁的侧面以及直线电机动子上，吊杆通过吊杆销轴与吊杆安装座铰接。

进一步地，上述阻尼器模块包括阻尼器安装座、阻尼器销轴与阻尼杆，阻尼器安装座分别设置在直线电机动子上及辅梁的内侧面，阻尼杆的两端通过阻尼器销轴与阻尼器安装座铰接。

进一步地，上述杜瓦组件包括压板、杜瓦安装座与杜瓦，杜瓦安装座上设有销轴，通过销轴与纵梁连接，杜瓦安装座一侧为平面，另一侧面上设有与杜瓦连接的限位结构，通过限位结构及压板与杜瓦连接；杜瓦包括用于盛装液氮的容器本体与设置在容器本体内部的超导块材，容器本体上设有液氮出气口、液氮灌装口与抽真空接口，液氮灌装口上安装有管接头，管接头上连接有软管，软管与液氮管道连通，超导块材外侧设有隔热层。

采用上述技术方案的有益效果：杜瓦组件设置在纵梁的下方，通过软管与纵梁内部的液氮管道相连，缩短了杜瓦的安装行程，提高了安装效率。

进一步地，上述液氮出气口处设有用于检测杜瓦内液氮体积的传感器，液氮灌装口上设有开关，开关与传感器通信连接。

进一步地，上述第一横纵梁弹性元件、第二横纵梁弹性元件与横辅梁弹性元件分别包括橡胶堆、螺旋弹簧、蝶形弹簧、弹簧片。

本发明具有以下有益效果：

(1)本发明的走行部结构在纵梁与横梁之间设置横纵梁连接模块，在横梁与辅梁之间设置横辅梁连接模块，使纵梁、横梁和辅梁的整体构架在保证一定刚度的情况下进行一定程度上解耦，既满足了走行部构架在运行时可以快速适应线路变换和不平顺，又保证了列车安全运行的基本要求。

(2)本发明走行部结构的电机动子与走行部构架之间采用悬挂设计，缓解了电机动子与构架之间的垂向、横向力耦合导致的构架随电机振动而振动的问题，降低了电机振荡对磁浮架的振动作用，同时也弱化了磁浮架因线路不平顺对电机气隙的影响。

(3)本发明走行部结构基于杜瓦的装配过程与悬浮工艺流程，在磁浮架底部设计了一种便捷拆装的杜瓦安装座，缩短了杜瓦的安装行程，提高了安装效率，优化了安装工艺，满足一定的人机工程学。

附图说明

图1为本发明走行部的主轴测视图；

图2为本发明走行部的正视示意图；

图3为本发明走行部的侧视示意图；

图4为本发明走行部的俯视示意图；

图5为本发明的走行部轴测视图；

图6为图4中A处放大图；

图7为图4中B处放大图；

图8为本发明中横纵梁主连接件的结构示意图；

图9为本发明中横纵梁副连接件与横辅梁连接件的结构示意图；

图10为本发明的走行部纵向运动时对弯曲磁轨适应性变化的示意图；

图11为本发明的走行部经过左右侧高度不一致的轨道时的示意图；

图12为本发明中直线电机的悬挂动子示意图；

图13为本发明中杜瓦组件外侧安装结构示意图；

图14为本发明中杜瓦组件内侧安装结构示意图；

图15为本发明中杜瓦的结构示意图；

图16为本发明中杜瓦的正视示意图；

图17为本发明中杜瓦安装座的结构示意图；

图18为本发明中杜瓦与杜瓦安装座连接的流程图。

图中：101-纵梁；102-横梁；103-辅梁；104-横纵梁连接模块；1041-横纵梁主连接件；1042-第一横纵梁弹性元件；1043-横纵梁副连接件；1044-横纵梁销轴；1045-第二横纵梁弹性元件；1046-盖板；105-横辅梁连接模块；1051-横辅梁连接件；1052-横辅梁弹性元件；1053-横辅梁销轴；106-横梁垫片；107-辅梁垫片；201-牵引拉杆模块；2011-拉杆销轴；2012-拉杆安装座；2013-牵引拉杆；202-吊杆模块；2021-吊杆；2022-吊杆销轴；2023-吊杆安装座；203-阻尼器模块；2031-阻尼器安装座；2032-阻尼器销轴；2033-阻尼杆；204-直线电机动子；301-压板；302-杜瓦安装座；303-液氮管道；304-管接头；305-杜瓦；3051-液氮出气口；3052-液氮灌装口；3053-燕尾槽；3054-抽真空接口；306-软管。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

参考图1至图5，本发明提供了一种线路自适应的高温超导制式磁悬浮走行部结构，包括：走行部构架、设置在走行部构架上的牵引拉杆模块201、吊杆模块202、阻尼器模块203、直线电机动子204以及杜瓦组件；直线电机动子204通过牵引拉杆模块201及吊杆模块202连接在横梁102上，直线电机动子204与辅梁103之间设置有阻尼器模块203。

走行部构架包括两根平行布置的纵梁101、两根平行布置的横梁102与两根平行布置的辅梁103，纵梁101与辅梁103平行，辅梁103设置在纵梁101的内侧；横梁102与纵梁101垂直并通过横纵梁连接模块104活动连接，使两根纵梁101在其轴向上和法向上可以解耦并进行相对运动；辅梁103与横梁102垂直设置且辅梁103位于两根横梁102的内侧并通过横辅梁连接模块105活动连接，使辅梁103与横梁102可实现水平面上的相对转动，以提高列车对曲线磁轨的适应能力。

纵梁101为长柱状箱形结构，其内侧壁上设有弧形的导向槽，导向槽的延伸方向与纵梁101的长轴线方向垂直，下内壁上设有液氮管的安装槽，安装槽沿纵梁101轴向延伸且内部固定有液氮管道303，用于输送液氮；纵梁101底壁外侧上设有用于连接杜瓦组件的销孔。

参考图5、图6、图8与图9，横纵梁连接模块104包括横纵梁主连接件1041、第一横纵梁弹性元件1042、横纵梁副连接件1043、横纵梁销轴1044与第二横纵梁弹性元件1045；横纵梁主连接件1041由一块平板、一个两侧开口的箱体以及两个带孔销座构成，箱体与销座固定在平板的两侧面，两销座对称设置在平板的侧面上；横纵梁副连接件1043由一块带有螺纹孔的平板和一个销座构成，销座固定在平板的中部，螺纹孔靠近平板的四个角分布。通过横纵梁连接模块104连接纵梁101与横梁102时，横纵梁副连接件1043的销座与横纵梁主连接件1041上的两销座相对向布置且三个销座的销孔位于同一直线上，通过一根横纵梁销轴1044形成转动连接；横纵梁主连接件1041与横纵梁副连接件1043相对的侧面上设置有第一横纵梁弹性元件1042，使纵梁101与横梁102可以进行水平面上的相对转动，在过弯曲磁轨时，左右两侧的纵梁101位置发生相对移动以适应过弯能力，同时销轴连接方式也保证了纵梁101与横梁102的连接刚度。横纵梁主连接件1041上的箱体位于纵梁101中空内部并通过盖板1046对箱体进行限位，盖板1046固定在箱体开口侧面上且其尺寸大于箱体的尺寸；横纵梁主连接件1041的上下两侧面分别设置有第二横纵梁弹性元件1045，使第二横纵梁弹性元件1045可以沿导向槽上下滑动，从而使纵梁101与横梁102可以在磁轨法向方向上发生相对运动，当走行部构件在经过具有高度变化的磁轨时，第二横纵梁弹性元件1045用于减轻纵梁101振动对其他构件的影响。横纵梁副连接件1043的平板通过横梁垫片106与横梁102固定连接，横梁垫片106与平板螺纹连接，横梁垫片106焊接在横梁102的端面。

参考图5、图7与图9，横辅梁连接模块105包括横辅梁连接件1051、横辅梁弹性元件1052与横辅梁销轴1053，横辅梁连接件1051的结构与横纵梁副连接件1043的结构相同，也包含一块带螺纹孔的平板，平板上固定一个带孔销座；横梁102的外壁上及辅梁103的端面均固定有横辅梁连接件1051，两个横辅梁连接件1051的销座相对设置，并通过一根横辅梁销轴1053形成转动连接，横辅梁弹性元件1052固定在两横辅梁连接件1051的平板上，使辅梁103与横梁102可以在水平面上进行相对移动，提高构架适应线路变换时的协调性。横辅梁连接件1051通过辅梁垫片107与辅梁103连接，辅梁垫片107与平板螺纹连接，辅梁垫片107的另一面焊接在辅梁103的端面上。

参考图10与图11，横辅梁连接件1051、横纵梁主连接件1041上的销轴回转中心均位于同一条直线，走行部的纵梁101、横梁102、辅梁103可构成平行四边形结构，纵梁101和横梁102可绕横纵梁销轴1044轴向运动，横梁102和辅梁103可绕横辅梁销轴1053轴向运动，保证走行部的纵向运动。

第一横纵梁弹性元件1042、第二横纵梁弹性元件1045与横辅梁弹性元件1052可以从橡胶堆、螺旋弹簧、蝶形弹簧、弹簧片等提供直线运动刚度的元件，帮助各与之相连的部件进行复位和完成转动。

参考图12，牵引拉杆模块201包括拉杆销轴2011、拉杆安装座2012与牵引拉杆2013，拉杆安装座2012为销座，销座上设有拉杆销轴2011，四个拉杆安装座2012分别对称安装固定在直线电机动子204的上表面中部位置与横梁102外侧面的中部位置，牵引拉杆2013的两端连接有圆筒状的销环，销环与销座相适配，通过拉杆安装座2012与牵引拉杆2013将直线电机动子204悬挂设置在横梁102的下方，为列车提供牵引力和制动力的同时保证直线电机的纵向刚度。

吊杆模块202包括吊杆2021、吊杆销轴2022与吊杆安装座2023，八个吊杆安装座2023分别固定在横梁102的外侧面以及直线电机动子204上，同一侧的吊杆安装座2023以牵引拉杆2013为中心轴对称布置，横梁102上的吊杆安装座2023与直线电机动子204上的吊杆安装座2023相互垂直设置，即吊杆安装座2023两端孔轴线互相垂直；吊杆安装座2023为销座，销座上设有吊杆销轴2022，吊杆2021两端的橡胶圆环套接在吊杆销轴2022上且与直线电机动子204相垂直，通过吊杆2021将直线电机动子204与走行部架构整体解耦，同时吊杆2021承受直线电机动子204在垂向上的力。

阻尼器模块203包括阻尼器安装座2031、阻尼器销轴2032与阻尼杆2033，阻尼器安装座2031上设有阻尼器销轴2032，四个阻尼器安装座2031安装在辅梁103的内侧面上，四个阻尼器安装座2031安装在直线电机动子204的上表面，以牵引拉杆2013为中心轴对称布置；阻尼杆2033的两端也连接有橡胶圆环，橡胶圆环与阻尼器销轴2032转动连接，使阻尼杆2033可绕阻尼器销轴2032转动，阻尼杆2033与水平面呈45度夹角，以降低直线电机动子204对行走部架构的横向和垂向的振动影响，提高列车运行的安全性和平稳性。阻尼器模块203还可以从液压阻尼杆、电流变阻尼器、磁流变阻尼器、摩擦阻尼器、变阻尼气弹簧、涡流变阻尼器中任选一种。

参考图13至图18，杜瓦组件包括压板301、杜瓦安装座302与杜瓦305，杜瓦305的顶板上设有燕尾槽3053，杜瓦安装座302上设有销孔，该销孔的尺寸与纵梁101底壁的销孔尺寸一致，通过插销将杜瓦安装座302固定在纵梁101下方，限制杜瓦安装座302的移动，杜瓦安装座302上侧面为平面，下侧面上设有限位结构，该限位结构与燕尾槽3053相适配，使杜瓦305连接在杜瓦安装座302上，燕尾槽3053结构缩短了杜瓦305的安装行程，提高了安装和液氮传输的效率，杜瓦305连接在杜瓦安装座302后再通过两块压板301对杜瓦305限位，确保杜瓦305固定在杜瓦安装座302上不会发生移动。

杜瓦安装座302仅通过燕尾槽3053对杜瓦305进行限位，但仍可以在一个水平方向上平移移动，方便杜瓦305的安装，针对该水平方向，在一侧通过一块第一压板限制，该第一压板与杜瓦安装座302固定连接而不与杜瓦305连接，仅限制杜瓦305在水平方向上的位移；在另一侧同样通过第二压板限制，但该第二压板同时与杜瓦安装座302及杜瓦305固定连接，当需要拆下杜瓦305进行检修时，取下第一压板后取出杜瓦305，而第二压板继续与杜瓦安装座302保持固联关系，第一压板与第二压板均相同，均表示压板301，仅代表安装位置和连接方式不同。

杜瓦305包括容器本体与设置在本体内部的超导块材，容器本体呈箱形结构，用于盛装液氮，液氮用于对超导块材降温，超导块材与容器本体之间设有隔热层，隔热层设置在超导块材外围，当向容器本体内灌装液氮前，先通过抽真空接口3054对容器本体的隔热层外进行抽真空，隔断外界热量向超导块材传递，超导块材始终处于液氮的包裹之内，抽真空接口3054设置在容器本体的侧壁上。

杜瓦305的安装过程为：杜瓦安装座302内侧的压板301与杜瓦安装座302紧固连接，杜瓦305内侧的燕尾槽3053与杜瓦安装座302的中心对齐，将杜瓦305与杜瓦安装座302紧贴，从杜瓦305外侧将杜瓦305沿杜瓦安装座302上的燕尾槽3053推入，直到与杜瓦安装座302内侧的压板301接触，再将杜瓦安装座302外侧的压板301与杜瓦安装座302相连，此处的内侧与外侧是相对于纵梁101在磁轨的内侧与外侧。

杜瓦305的顶板上设有液氮出气口3051与液氮灌装口3052，液氮出气口3051与液氮灌装口3052位于两个燕尾槽3053结构之间，液氮出气口3051与液氮灌装口3052上均安装有管接头304，管接头304上连接有软管306，液氮灌装口3052的软管306与液氮管道303连通，向杜瓦305内充入液氮，为走行部提供悬浮与导向力，液氮管道303的外侧设有保温层。液氮出气口3051用于排出气化后的氮气，待超导块材冷却到超导态之后，杜瓦305随走行部构架从场冷高度下降到悬浮高度形成钉扎悬浮。

液氮出气口3051处设有用于检测杜瓦305内液氮体积的传感器，此处的传感器为超声波液位传感器，该传感器为已有技术设备，其工作原理不再赘述；液氮灌装口3052上设有电磁开关，电磁开关与超声波液位传感器通信连接，当超声波液位传感器检测到杜瓦305内的液氮体积下降一定程度后，向电磁开关发射信息并指令电磁开关打开，将液氮管道303中的液氮补充至杜瓦305中，保证整个走行部架构可以始终悬浮；设置该电磁开关与传感器确保了多个杜瓦305间补充液氮的独立性，在单个杜瓦305灌装液氮完成而其他杜瓦305还未灌满时关闭该灌装口，解决了杜瓦过度灌装导致的浪费问题，提高了液氮灌装效率，同时使杜瓦305抽真空更便捷，也便于杜瓦拆装与维护。

本发明的高温超导制式磁悬浮走行部结构在保证列车安全运行的前提下，提升了走行部过曲线路能力，同时对于高度变化的线路适用性更好，降低了直线电机的气隙及振荡作用对走行部构架的影响。

以上所述仅为本发明的较优实施例，该实施例不代表本发明的所有可能形式，本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种变形与改进，这些变形与改进仍然在本发明的保护范围内。