铁路客货拖车磁悬浮装置的制作方法

本发明涉及一种拖车磁悬浮技术。尤其是涉及一种轮轨交通通过连接构件连接在客车及货车车体上的强磁体与均布镶嵌在铁磁质外展轨道下平面内、使用尽量少的强永磁体长磁条及铁磁质外展轨道之间产生的吸引力、去抵消车体及负载重力的永磁体抱轨磁悬浮技术。

背景技术：

目前，轨道交通较常用的有超导和常导两种磁悬浮技术。但这两种技术普遍存在建造和使用维护费用极高的问题。车辆运输阻力主要有车辆的重力产生的摩擦和空气对车体的摩擦两种阻力因素。磁悬浮技术和真空管技术能够解决这两种阻力问题。2012年我发明的专利号为201210296860.5的永磁抱轨磁悬浮技术获得国家发明专利，问题是这种永磁体与外展轨道之间的安全距离过小，吸引力也较小，该技术采用在外展轨道内等距、均布镶嵌强永磁体磁条的结构更简单、在距离相同时，增加了永磁体与外展轨道之间的吸引力。也加大了永磁体与外展轨道之间的安全距离，解决了悬浮力与重力的动态平衡问题。在旧轨道外侧附加的外展轨道每公里用钢量较少，改造费用每公里包括一节车厢的改造费在内约为200万人民币。是性价比远远超过超导、常导的磁悬浮技术，该技术已申请了申请号为202020496946.2的实用新型专利。在此基础上，本发明又做了进一步的结构改进，使其结构更简单、更廉价、更实用合理。据称，青岛中车四方生产出了永磁抱轨的磁浮样车，2019年5月下线，12月对外公开。外展轨道下安装长定子线圈，通电后与它下面与车一体的永磁体相吸。使车体悬浮8毫米，时速600公里。造价每公里3亿人民币。约是超导的二分之一，常导的三分之一，造价是本发明的150倍，本发明的建造和使用费极低且免维护。

技术实现要素：

该发明的技术方案是：一种永磁体抱轨式磁悬浮装置，先把永磁体通过连接构件连接到客车及货车车体上，使永磁体n极全部朝上或s极全部朝上置于外展轨道下面，形成永磁抱轨结构，在外展轨道下平面内等距均布镶嵌尽量少而薄的强永磁体长磁条，使其与在它下面的永磁体异极相吸且随着重力的变化保持适当变化的对应距离，在铁路的空窗期集中人力同步分别拧下旧轨道螺栓上的螺母，取下压簧，抬起轨道，把固定外展轨道的底座插在轨道下面抱紧枕木，把旧轨道放在抱枕底座的缺口上，放上压簧，使槽钢形状的外展轨道的孔眼套在底座的螺栓上，拧紧全部螺栓的螺母，把承载梁的两端分别焊固在车厢两端的两个转向架的侧架上，把一端固定保护轮的钢板放在上面、一端固定永磁体的钢板放在下面分别安装在承载梁的侧面开口中，把中间带有足够长的长方形孔眼、且带有斜面的滑块置于固定保护轮的钢板和固定永磁体的钢板中间，把规格相同的滚轮分别插在滑块的斜面处并把轮轴分别固定在靠近滚轮的钢板上，把中间是钢板且带有斜孔、两端是圆柱体的取样棒固定在车体上，使取样棒自上而下依次穿过承载梁的上平面、固定保护轮的钢板、滑块中间的长方形孔眼、固定永磁体的钢板和承载梁的下平面，用轴承把取样棒分别固定在承载梁的上下平面上，再把滚轮插进取样棒的斜孔并把轮轴固定在滑块上，把限位滚轮分别固定在承载梁和承载永磁体的钢板上，把弹簧安装在承载梁和承载永磁体的钢板中间，重力的改变使取样棒只能随着车体上下运动并带动滑块左右运动，在固定永磁体的钢板下面的弹簧以及异极相吸向上力的作用下，使固定保护轮的钢板处在承载梁开口的上死点位置，滑块斜面左右运动改变了永磁体与外展轨道之间的距离，当重力增加时，滑块向右运动，永磁体与外展轨道之间的距离缩小，悬浮力增加，同理，重力减少时，滑块向左运动使悬浮力减小，实现了悬浮力与重力的动态平衡，当滑块向右运动到没有斜度的平面时，永磁体与外展轨道之间的距离不再改变，此时永磁体与外展轨道之间的最小距离为4毫米，也是本发明悬浮力的最大值，保护轮与外展轨道之间的距离为0.1毫米，当车体悬浮力大于重力时，保护轮会立即向上顶在外展轨道上，阻止车体继续向上悬浮，此时在悬浮力与重力的平衡点附近，保护轮受力很小，焊接在承载梁上的挡板及承载梁的上开口限制了固定保护轮的钢板上行，遇到外展轨道向下变形时保护轮可以带动永磁体向下运动，起到保护永磁体的作用，把磁场强度最强，磁场方向全部相同的20厘米宽的永磁体n极全部朝上或s极全部朝上使其与铁磁质外展轨道及其内的永磁体磁条异极相吸，当车厢空载时，若一节空车24吨，外展轨道下面的永磁体20厘米宽，长度20米，把永磁体与外展轨道之间的距离调整到8毫米左右，当悬浮力为每平方厘米0.3公斤，车体开始悬浮时，转动取样棒上的活结，使取样棒向上运动，通过滑块上的滚轴带动滑块向左运动，滑块向下挤固定永磁体的钢板，使永磁体与外展轨道的距离增大，吸引力下降，当车厢刚刚回落时锁死取样棒上的活结，此时车体接近零重力状态，当负载增加时，车体的高度下降，取样棒上的斜孔通过滚轴带动滑块向右运动，吸引力使永磁体与外展轨道之间的距离减小，吸引力增加，如果取样棒上的斜孔的角度为60度，若车厢满载下降最大高度是8厘米，滑块向右运动4.6厘米，也就是如果车体从空载到最大载荷使永磁体与外展轨道的距离缩小4毫米时，由长方形滑块应去掉的直角三角形的正切值最终确定长方体滑块四个斜坡的角度均为2.49度，确保永磁体的上平面与外展轨道的下平面始终保持适当变化的距离，能够使悬浮力与重力始终保持动态平衡的工作状态。

轴头在轴箱中能够前后平动是火车转向架的核心技术。在弯道上，弯道里圈的轴头在轴箱中向后平动，弯道外圈的轴头在轴箱中向前平动，使每一根轮轴与轨道都处于相互垂直状态。再加上惯性力使弯道里圈的轮径变小，弯道外圈的轮径增大，从而能够顺利流畅的转弯。一节车有前后两个轮组，每个轮组有4只轮子两根轴。每一个轮组都有一个转向架。由于转向架侧架与轴箱固为一体，该发明只在转向架侧架上焊接固定承载梁，因此加装承载梁不会影响转向架原有的转向功能。

原有轨道的宽度是1.435米，枕木长度2.5米，转向架侧架宽度是2米，其底部与轨道上平面的高度是16厘米。车厢宽度有3米和3.1米的。

实验表明，永磁体的磁场强度越大、与铁磁质的距离越近时其吸引力越大。在2010年我用6年前的钕铁硼永磁体做了与铁的吸引力实验，当永磁体磁场方向完全相同，距离铁磁质5.0毫米时，其作用力的平均值为每平方厘米0.3公斤；相距4.0毫米时，永磁体与铁的吸引力均值为每平方厘米0.4公斤；距离为3.0毫米时，吸引力平均值为每平方厘米0.6公斤；距离为2.4毫米时，吸引力平均值为每平方厘米0.8公斤；距离为2.0毫米时，其吸引力平均值为每平方厘米1.0公斤，距离为1.5毫米时，吸引力均值为每平方厘米1.2公斤。如果本例确定外展轨道和永磁体的上平面均为20厘米宽，一节车箱长度按20米计算，这两条外展轨道下面的永磁体薄片有8万平方厘米，每平方厘米的吸引力为1.2公斤时，对这节车体将产生96吨垂直地面向上的吸引悬浮力。但1.5毫米的距离太小了，若安装精度不高，容易使永磁体与外展轨道发生剐蹭。为了节约成本，通常使用的永磁体都很薄，导致磁场作用范围很小，磁力线走不了多远就回到了自己的另一个磁极。所以这次要求永磁体的厚度要大一些，磁场强度要最强的，并在外展轨道上均布镶嵌了永磁体引导磁条。目的是用尽量少的磁条把它下面永磁体的磁力线引导到外展轨道上来，达到增大永磁体与外展轨道之间的距离和增加吸引悬浮力的目的。根据高铁建设误差只有0.1毫米，运行时车上可平稳的立住硬币，本发明用保护轮限制车体向上运动的最大悬浮高度为0.1毫米，车体悬浮时永磁体与外展轨道的最小距离是3.9毫米，为了节约磁条用量，把永磁体与外展轨道之间的工作距离定在8到4毫米之间变动是不会剐蹭的，有保护轮的保护，若安装精度很高，这个距离小到2毫米也不会剐蹭。甚至外展轨道向下轻度变形也可以顺利通过，所以本发明适用于对一切轮轨交通拖车的改造，且改造过的路段不影响未改造车辆的正常运行。

可以取一小段均布镶嵌厚度1毫米宽度10毫米导引磁条的外展轨道与车体上相同的一小段20厘米宽的永磁体做距离为4到8毫米之间的吸引力试验，相距4毫米时可随着磁条数目的增减，当吸引力达到每平方厘米1.2公斤时，就确定使用这个磁条数目。距离8毫米左右当吸引力达到每平方厘米0.3公斤时，记下这个距离。并做出不同距离与吸引力关系的曲线图。

本发明的有益效果是：克服了专利号为20126860.5中的永磁体与外展轨道距离过小的缺点。简化了申请号为202020496946.2的结构。最大的效果是，只用不到每年给高铁投资一半的钱，不到4000亿人民币就能把所有高铁全部改造成磁悬浮时速600公里的超级高铁。同时把所有的普铁全部改造成磁悬浮时速300公里以上的高速客货列车，做到安全高效。保留原有车轮和新增的保护轮限制车体在规定的小范围内左右和向上运动，确保车辆不会脱轨。若外展轨道向下轻度变形，保护轮可以迫使永磁体下行，使车辆顺利通过上下坡及轨道的变形区，节能环保，拖车接近零重力运行肯定节能，永磁体没有任何电磁污染，既不用给常导线圈供电，又不用给超导制冷，一次性投资，改造完成后终身免维护。极大的降低投资成本和使用及维护费用，极大的提高了性价比。完全符合国家对铁路运输节能环保、安全高效、高速大运量绿色交通的需求。另外还可以人为的保留拖车约1％的重力，阻止车辆悬浮。(就是包括车体在内，原来100吨重的车辆现在只有约1吨重了)。如果不考虑风阻，现在拉100节每节重100吨的车，车头使用的功率与改造前拉1节这样的车所使用的功率相同！大大的节约了能源，提高了运输效率。换句话说，现在拉100节车跟改造前拉1节同样的车一样轻松。

现在普速铁路的车头都是内燃机。它的最高时速450公里。所以使用该技术的内燃机车的列车时速可以提高到300公里以上。外展轨道没有任何线圈，它受力很小，每平方厘米1公斤左右且均匀分布在外展轨道上，每节车体剩余不足1吨的微小重力对轨道和车轮的破坏力也极其微小。因此与高铁、超导和常导磁悬浮比较，它的使用维护费用极低，甚至比普速铁路的维护费用还要低，也不会有电磁污染，既节能又环保还极大地提高了运输效率。本发明适用于对一切轮轨交通的磁浮改造，当然更适于新线的磁浮建设。外展轨道内镶嵌的磁条费用要比安装常定子线圈使用和维护费用低得多。

实施例及附图说明

附图说明

下面结合附图对本发明做进一步说明。

图1是从车厢尾部看过去本发明的部分零部件的结构示意图；(对称部分未画出)

图1中：(1)是枕木，(2)是扣在枕木上的底座，(3)是压簧，(4)是螺栓，(5)是原来的旧轨道，(6)是固定在转向架侧架上的承载梁，(7)是转向架侧架，(8)是安装在承载梁(6)的侧面开口中、承载永磁体(14)的钢板，(9)是中间带有长方形孔眼、两端锥度相同的滑块，(10)是安装在承载梁(6)的侧面开口中承载保护轮的钢板，其下端的圆钢穿过钢板(8)的圆孔后固定保护轮(15)，(11)是固定在车厢底上的取样棒，(12)是拧在取样棒上的活接，(13)是车厢的底。(14)是磁场方向全部相同的永磁体，它固定在铁磁质托板(25)上。(15)是保护轮，(16)是槽钢形外展轨道，它用底座(2)上的螺栓(17)固定在枕木(1)上。(18)是轮轴固定在滑块(9)上的滚轮，它与取样棒上的斜孔(26)之间是松配合，(19)是滚轮的轴分别固定在钢板(8)和钢板(10)上、规格相同的滚轮，(20)是均布镶嵌在外展轨道(16)中的厚度1毫米、宽度10毫米的永磁体导引磁条。(21)是固定在承载梁上的轴承，用于控制取样棒(11)只能上下运动。(22)是托举钢板(8)的弹簧，(23)是固定在承载梁(6)上的限位滚轮，用于控制钢板(8)和(10)只能上下运动。(24)是轮轴固定在钢板(8)上的限位滚轮，(25)是承载永磁体(14)的铁磁质托板，(26)是取样棒上的斜孔。以上各部件共同构成悬浮力与重力始终处于动态平衡的控制系统。

当车辆空载时，首先必须解决空车的悬浮问题。在弹簧(22)和永磁体与外展轨道吸引悬浮力的共同作用下，此时钢板(10)已经处于上死点位置，即钢板(10)已经紧紧地被顶在承载梁(6)的开口上沿处，再向上已经没有空间了，此时保护轮(15)与外展轨道(16)之间的距离可以人为的通过活接(12)调整并固定在0.1毫米左右。以保护轮刚刚不剐蹭外展轨道为宜，若即若离的状态，当悬浮力小于重力时，它将永远保持这个距离不变。如果知道空车的总重量，再根据实验做出的受力曲线计算出永磁体(14)与外展轨道(16)产生的吸引悬浮力相当于空车重量时的距离(约8毫米左右)，并调整到略小于这个距离，使空车厢悬浮，旋转活接(12)，使取样棒(11)向上运动，通过滚轴(18)带动滑块(9)向左运动，向下挤钢板(8)，带动永磁体下行，悬浮力下降，当车厢刚刚回落时锁死活结(12)，此时车体接近零重力状态。当卸载时，车厢弹簧的弹力使车厢向上运动，取样棒上的斜孔(26)迫使滚轴(18)带动滑块(9)向左运动，向下挤钢板(8)并带动永磁体下行，悬浮力下降，当负载增加时，车体的高度下降，斜孔(26)通过滚轴(18)带动滑块(9)向右运动，永磁体的吸引力带动钢板(8)向上运动，使永磁体与外展轨道之间的距离减小，吸引力增加，也就是悬浮力增加。从空载到满载或从满载到空载，永磁体与外展轨道之间的距离始终保持在由吸引力实验记下的那个空载时的距离(约8毫米左右)到4毫米之间变动。维持了悬浮力与重力的动态平衡，达到了预期效果。要注意的是：高铁拖车车厢的改造方法完全与其它车厢相同，只是注意充气弹簧只需像汽车轮胎一样始终保持一定的压力即可，无需随时充气补充由负载增加使车厢降低的高度差。本发明的永磁体磁悬浮技术的最大特点是：改造不包括车头。保留被改造车厢的一切东西，使成本下降，尤其是车轮。在保护轮通过外展轨道限制了车体悬浮高度后，车轮是保障车辆不脱轨的利器。况且在接近零重力状态下，高速转动后，它的转动惯量在车速减小时甚至能够帮助做正功，保留车轮做磁悬浮利大于弊。如果托板(25)连同永磁体(14)与外展轨道的内侧面保留10厘米的距离，当弯道任意两点间的距离20米、轨道侧向弦高大于7厘米处及道岔处都不能安装外展轨道，(减速到平常速度通过)。具体情况应根据弯道处车体侧向位移多少决定安装外展轨道与否。外展轨道的两端要有上翘结构，避免永磁体出入时剐蹭。