一种永磁自然悬浮转向架单侧垂直面导向结构的制作方法

本发明涉及轨道运输车辆，更具体的说是涉及一种永磁自然悬浮转向架单侧垂直面导向结构。

背景技术：

1、以下论述中“垂向”指重力加速度方向，“纵向”为前进方向，“横向”指“垂向”和“纵向”的水平方向，“侧向”指相对线路或转向架纵向中心线而言的两侧。

2、以下论述中“磁轨”指沿“纵向”两侧敷设的永磁体轨道，“磁轮”指固定安装于车辆转向架上的、与“磁轨”通过永磁体同性相斥实现自然悬浮的永磁体。

3、磁悬浮方式以非接触形式支撑物体并沿轨道运输，消除了机械摩擦，因而将其应用于轨道运输装置具有极大的吸引力。目前用于轨道客运车辆的主流磁悬浮方式有三种，分别是电磁悬浮、电动悬浮和高温超导钉扎悬浮，这3种方式实现横向稳定的措施各不相同，都需要付很高的代价，其中电磁悬浮需要电磁铁及复杂的控制系统，电动悬浮需要超导磁体及复杂的轨道悬浮导向线圈，高温超导钉扎悬浮需要在轨道外磁场中冷却置于低温保持器中的高温超导块材。3种主流磁悬浮方式保持悬浮和横向稳定所需要的复杂技术措施和成本，制约了磁悬浮在轨道运输车辆中的广泛应用。

4、现实中早已认识到永磁体之间同性相斥就可实现自然悬浮，但1842年英国物理学家恩绍就指出单靠永磁体不能使一个6自由度磁体保持稳定悬浮状态，这一特征使得轨道运输车辆采用永磁体自然悬浮非常困难。要实现永磁体自然悬浮的实用化，就必然要解决横向稳定问题，而解决该问题的途径只能是增加辅助机构，但至今在永磁体自然悬浮车辆方面的探索并没有提出令人满意的横向稳定机构。

5、早在2004年，李岭群团队就尝试采用永磁悬浮的悬挂式车辆，其匹配线路不到100米，后继未取得更多进展。近年来江西理工大学提出并实施了采用永磁自然悬浮的悬挂式磁悬浮轨道交通系统，建设有近1公里的工程试验线和全要素工程化样车，是轨道交通运输装置采用永磁自然悬浮的最新和最全面的探索，该项目中为保持车辆的横向稳定，在转向架两侧布置有机械轮导向。在永磁自然悬浮采用机械轮导向的同时，也开展了增加导向电磁铁的研究。

6、以目前工程化实施的悬挂式永磁悬浮空轨转向架为例，分析其采用的保持横向稳定的方法。该转向架由“转向架构架”及其上安装的“侧向轮”和“磁轮”，以及其他功能部件组成，如下图1所示，图中仅示意与悬浮、导向有关的功能件。

7、敷设于线路两侧的“磁轨”与“磁轮”相对应，利用永磁体同性相斥原理实现自然悬浮，但由于悬浮位置没有横向力，因此就不存在稳定平衡位置，因而采用4个“侧向轮”结构，当转向架发生侧滑时，最终可通过侧向轮达到横向平衡。

8、在此基础上，也提出了其他非接触的横向稳定方案，如电磁铁主动控制，所有技术方案的共性特征是两侧结构镜向对称。

9、现有技术中，包括永磁悬挂式空轨车辆、轮胎悬挂式空轨车辆、跨座式单轨车辆等在内的车辆形式都可统称为单轨车辆。单轨车辆在导向结构方面的共性特征是两侧导向结构镜向对称，车辆利用两侧垂直面发挥导向作用的概率相同。物理意义上，转向架在轨道梁中没有明确的平衡位置，导致线路不存在一条可描述的、明确的几何迹线，使得转向架在运行中始终趋向于该几何迹线，即转向架没有对中运行能力。因而在一个横截面上采用4个“侧向轮”结构。车辆沿轨道运行时通过侧向轮的约束，“侧向轮”结构使转向架在宏观上始终在轨道梁中运行，但轨道梁内的转向架所取平衡位置具有随机性。

10、轮胎式单车辆在轮胎支撑处尚存在滑动摩擦力，尽管其没有名义平衡位置，但不同时刻的平衡位置的变化缓慢。而永磁自然悬浮的悬浮面存在侧滑，且悬浮力越大，测滑趋势越大，导致不同转向架运行中平衡位置的变化只发生在一瞬间，这使得目前的侧向轮结构在永磁自然悬浮转向转上极易产生冲击形式的振动、噪声，冲击形式的振动也致使侧向轮可靠性更低。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种永磁自然悬浮转向架单侧垂直面导向结构，以期解决背景技术中的技术问题。

2、为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

3、一种永磁自然悬浮转向架单侧垂直面导向结构，包括：轨道、转向架构架和永磁悬浮面，所述轨道内具有安装腔，所述转向架构架通过永磁悬浮面放置在所述安装腔内，且垂向悬浮于轨道；永磁悬浮面与水平面有夹角，转向架构架的一侧设有贯穿设置的轮对，所述轮对相对转向架构架仅具有绕垂向轴的转动自由度；当转向架构架和轮对从坡度高的位置滑向坡度低的位置时，轮对先与轨道安装腔的内壁接触。

4、在一些实施例中，所述永磁悬浮面采用磁轮和磁轨构成，所述磁轮安装在转向架构架的左右两侧，所述磁轨安装在轨道的左右两侧，且左右两侧的磁轮和磁轨分别相对设置，形成永磁悬浮对，且磁轮和磁轨与水平面具有夹角。

5、在一些实施例中，所述安装腔的左右两侧壁上分别设有相向布置的支撑台，其中，左侧的支撑台用于安装左侧的磁轨，右侧的支撑台用于安装右侧的磁轨，且左侧的支撑台以及右侧的支撑台的支撑面的倾角与永磁悬浮面与水平面的夹角相等。

6、在一些实施例中，所述转向架构架具有上顶面和下底面，所述上顶面和下底面分别设置在支撑台的上下两侧，其中，左侧的磁轮设置在上顶面下部的左侧，右侧的磁轮设置在上顶面下部的右侧，且左侧的上顶面以及右侧的上顶面下部安装面的倾角与永磁悬浮面与水平面的夹角相等。

7、在一些实施例中，所述转向架构架呈士字形。

8、在一些实施例中，所述轮对包括上侧向轮、下侧向轮和转轴，所述转轴安装在转向架构架上，转轴相对转向架构架仅具有绕垂向轴的转动自由度；上侧向轮和下侧向轮安装于转轴上；三者相对转向架构架绕垂向轴的转动完全相同。

9、在一些实施例中，永磁悬浮面位于上侧向轮和下侧向轮之间。

10、本发明与现有技术相比具有的有益效果是：

11、本发明的目的是将永磁自然悬浮悬挂式空轨车辆转向架的导向结构布置在转向架一侧，借助永磁悬浮面坡度，利用永磁悬浮的侧滑特性使转向架滑向该侧，原理上形成稳定的侧向力，从物理意义上形成一条可描述的、明确的几何迹线，转向架在运行中始终趋向于该几何迹线，由此使转向架具备沿明确迹线运行的功能；由于实现了单侧导向，只需在转向架的一侧布置侧向轮，一个截面上只需要2个侧向轮，分别为上侧向轮和下侧向轮，转向架不再是横向对称结构，因此可采用大尺寸充气式侧向轮实现高速运行。本项发明使永磁自然悬浮转向架从无对中能力转变化为有对中功能，减小了侧向轮数量，提高了侧向轮的性能、可靠性和寿命。

技术特征：

1.一种永磁自然悬浮转向架单侧垂直面导向结构，其特征在于，包括：轨道、转向架构架和永磁悬浮面，所述轨道内具有安装腔，所述转向架构架通过永磁悬浮面设置在所述安装腔内，且垂向悬浮于轨道；永磁悬浮面与水平面有夹角，转向架构架在沿永磁悬浮面倾斜的一侧设有一组轮对，所述轮对相对转向架构架仅具有绕轴的转动自由度；当转向架构架和轮对从坡度高的位置滑向坡度低的位置时，轮对先与轨道安装腔的内壁接触。

2.根据权利要求1所述的一种永磁自然悬浮转向架单侧垂直面导向结构，其特征在于，所述永磁悬浮面采用磁轮和磁轨构成，所述磁轮安装在转向架构架的左右两侧，所述磁轨安装在轨道的左右两侧，左右两侧的磁轮和磁轨分别相对设置，形成斥力悬浮对，在悬浮对作用下，转向架悬浮于轨道内，由于磁轮和磁轨与水平面具有倾斜角，转向架会向轨道梁内壁倾斜。

3.根据权利要求2所述的一种永磁自然悬浮转向架单侧垂直面导向结构，其特征在于，所述安装腔的左右两侧壁上分别设有相向布置的支撑台，其中，左侧的支撑台用于安装左侧的磁轨，右侧的支撑台用于安装右侧的磁轨，且左侧的支撑台以及右侧的支撑台的支撑面的倾角与永磁悬浮面与水平面的夹角相等。

4.根据权利要求3所述的一种永磁自然悬浮转向架单侧垂直面导向结构，其特征在于，所述转向架构架具有上顶面和下底面，所述上顶面和下底面分别设置在支撑台的上下两侧，其中，左侧的磁轮设置在上顶面下部的左侧，右侧的磁轮设置在上顶面下部的右侧，且左侧的上顶面以及右侧的上顶面下部安装面的倾角与永磁悬浮面与水平面的夹角相等。

5.根据权利要求4所述的一种永磁自然悬浮转向架单侧垂直面导向结构，其特征在于，所述转向架构架呈士字形。

6.根据权利要求4所述的一种永磁自然悬浮转向架单侧垂直面导向结构，其特征在于，所述轮对包括上侧向轮、下侧向轮和转轴，所述转轴安装在转向架构架上，转轴相对转向架构架仅具有绕垂向轴的转动自由度；上侧向轮和下侧向轮安装于转轴上；三者相对转向架构架绕垂向轴的转动完全相同。

7.根据权利要求6所述的一种永磁自然悬浮转向架单侧垂直面导向结构，其特征在于，永磁悬浮面位于上侧向轮和下侧向轮之间。

技术总结
本发明公开了永磁自然悬浮转向架单侧垂直面导向结构，轨道、转向架构架和永磁悬浮面，所述轨道内具有安装腔，所述转向架构架通过永磁悬浮面设置在所述安装腔内，且垂向悬浮于轨道；永磁悬浮面与水平面有夹角，转向架构架的一侧设有轮对，所述轮对相对转向架构架仅具有绕垂向轴的转动自由度；当转向架构架安装到轨道梁内时，在永磁悬浮面侧倾的作用下，轮对从坡度高的位置滑向坡度低的位置，并始终与轨道安装腔的侧壁接触。本项发明使永磁自然悬浮转向架从无对中能力转变化为有对中功能，减小了侧向轮数量，提高了侧向轮的性能、可靠性和寿命。

技术研发人员：罗海晗
受保护的技术使用者：罗海晗
技术研发日：
技术公布日：2024/2/6