一种磁浮线路运行状态模拟装置及其模拟方法与流程

1.本发明涉及模拟装置技术领域，具体而言，涉及一种磁浮线路运行状态模拟装置及其模拟方法。


背景技术：

2.现有的用于模拟高温超导钉扎磁悬浮列车在真实线路的磁场不平顺中的运动情况的模拟装置是借助大质量、不平顺的的旋转磁轨装置与固定的杜瓦之间的相对运动来模拟的。该模拟装置存在体积大，模拟运行速度较低的问题。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于提供一种磁浮线路运行状态模拟装置及其模拟方法，以改善上述问题。为了实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：
4.第一方面，本技术实施例提供了一种磁浮线路运行状态模拟装置，包括：车体悬浮导向机构、移动机构和磁轨波动模拟机构，所述车体悬浮导向机构为检测模拟的列车单个杜瓦的受力大小的机构；所述移动机构用于移动所述车体悬浮导向机构；所述磁轨波动模拟机构设置在所述车体悬浮导向机构的下方，且用于向所述车体悬浮导向机构施加变力，所述变力为用于模拟真实的线路轨道向所述列车单个杜瓦施加的不断变化的电磁力。
5.优选地，所述磁轨波动模拟机构包括永磁轨道和变磁机构，所述变磁机构用于改变所述永磁轨道的磁场。
6.优选地，所述变磁机构包括第一变磁机构和第二变磁机构，所述第一变磁机构用于改变所述永磁轨道上方的磁感线密度，所述第二变磁机构用于改变所述永磁轨道两侧的磁感线密度。
7.优选地，所述第一变磁机构包括多个励磁条，所述多个励磁条设置在所述永磁轨道的顶部，所述励磁条包括一个线圈支架和多个绕组单元，所述多个绕组单元沿所述线圈支架的轴向方向首尾叠加连接。
8.优选地，所述第二变磁机构包括两个励磁条，所述两个励磁条分别设置在所述永磁轨道的两侧壁上，所述励磁条包括一个线圈支架和多个绕组单元，所述多个绕组单元沿所述线圈支架的轴向方向首尾叠加连接。
9.优选地，所述车体悬浮导向机构包括试验杜瓦、多个超导块、固定板和测力架，所述试验杜瓦设置在所述磁轨波动模拟机构的上方，所述多个超导块设置在所述试验杜瓦的腔内，且沿所述试验杜瓦的轴向方向均匀分布在所述试验杜瓦的内腔底部，所述固定板设置在所述试验杜瓦的顶部，所述测力架设置在所述固定板的上方，且所述测力架的四个端角分别通过连接销与所述固定板的四个端角连接，所述连接销上设置有应变式力传感器。
10.优选地，所述固定板可拆卸式设置在所述试验杜瓦的顶部，所述试验杜瓦的侧壁上设置有多个加速度传感器。
11.优选地，所述移动机构包括纵移机构、横移机构、竖移机构和支撑架，所述纵移机
构上设置有横移机构，且所述纵移机构用于带动所述横移机构纵向移动，所述横移机构上设置有竖移机构，且所述横移机构用于带动所述竖移机构横向移动，所述竖移机构上设置有支撑架，且所述竖移机构用于带动所述支撑架向上移动或向下移动，所述支撑架远离所述竖移机构的一端与所述车体悬浮导向机构固定连接。
12.优选地，所述纵移机构包括纵向轨道和纵向电机，所述横移机构包括横向轨道和横向电机，所述竖移机构包括竖直轨道和竖直电机，所述纵向轨道的端部设置有所述纵向电机，所述纵向轨道上滑动设置有所述横向轨道，所述横向轨道的底部与所述纵向电机的输出轴连接，所述横向轨道与所述纵向轨道相垂直，所述横向轨道的上滑动设置有所述竖直轨道，所述竖直轨道的底部与所述横向电机的输出端连接，所述竖直轨道的顶部设置有所述竖直电机，所述竖直轨道上设置有所述支撑架，竖直电机的输出轴与所述支撑架的一端连接。
13.第二方面，本技术实施例提供了一种基于所述磁浮线路运行状态模拟装置的模拟方法，包括以下步骤：
14.向所述试验杜瓦中添加液氮，使得超导块在磁场中冷却至超导态，使所述试验杜瓦悬浮在所述永磁轨道的上方；
15.向每个所述励磁条中的多个绕组单元通入预设的波动电流段，使所述试验杜瓦产生用于模拟列车单个杜瓦高速运行时的振动，同时，接收设置在所述试验杜瓦侧壁上的多个所述加速度传感器发送的的动态加速度监测数据，所述波动电流段为一段随时间变化而不断变化大小和方向的电流，所述动态加速度监测数据为所述加速度传感器检测到的加速度数值；
16.经过第一预设时间段后，停止接收所述动态加速度监测数据，所述第一预设时间段为所述波动电流段通入所述绕组单元的时长；
17.控制所述移动机构移动所述固定板至所述试验杜瓦的顶部，然后将所述试验杜瓦的顶部与所述固定板固定连接；
18.向每个所述励磁条中的多个绕组单元再次通入所述预设的波动电流段，使所述试验杜瓦承受的变力，同时，接收多个设置在所述连接销上的所述应变式力传感器上传的静态受力监测数据，所述变力为模拟列车高速运行时磁轨对所述列车单个杜瓦施加的的不断变化的磁力，所述静态受力监测数据为每个所述应变式力传感器检测到的拉力或压力的数值。
19.本发明的有益效果为：
20.本发明通过在所述试验杜瓦的下方设置所述磁轨波动模拟机构，代替传统的大质量的旋转机械装置，同时通过调整通入所述磁轨波动模拟机构的电流大小、方向和变化频率，进而模拟不同前进速度的磁悬浮列车的运行颠簸受力情况。
21.本发明的其他特征和优点将在随后的说明书阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明实施例了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
22.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附
图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
23.图1为本发明实施例所述的一种磁浮线路运行状态模拟装置的结构示意图；
24.图2为本发明实施例所述的磁轨波动模拟机构的结构示意图。
25.图中标记：1-底座，2-磁轨波动模拟机构，21-永磁轨道，22-励磁条，221-线圈支架，222-绕组单元，3-试验杜瓦，31-超导块，4-固定板，5-测力架，6-支撑架，71-竖直电机，72-竖直滑轨，73-横向电机，74-横向滑轨，75-纵向电机，76-纵向滑轨，8-连接销。
具体实施方式
26.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
27.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
28.实施例1
29.如图1所示，本实施例提供了一种磁浮线路运行状态模拟装置，
30.车体悬浮导向机构，所述车体悬浮导向机构为检测模拟的列车单个杜瓦的受力大小的机构；
31.本实施中所述车体悬浮导向机构可以为如图1所示的由试验杜瓦3、设置在所述试验杜瓦3上的固定板4和设置在所述4上方的测力架组成，所述固定板4的四个端角和测力架5的四个端角通过连接销连接，且连接销上设置有相应的应变式力传感器。
32.所述应变式力传感器用于检测所述试验杜瓦3四个端角的受力情况，进而间接性地计算模拟出所述试验杜瓦3的振动波动情况。
33.移动机构，所述移动机构用于移动所述车体悬浮导向机构；
34.所述移动机构可以为如图1所示的由竖直电机71、竖直滑轨72、横向电机73、横向滑轨74、纵向电机75、纵向滑轨76组成的六向移动机构，再通过图1中的支撑架6与所述车体悬浮导向机构中的测力架5固定连接；
35.其中所述竖直电机71和竖直滑轨72组成上下移动机构，用于带动所述支撑架6上下移动，进而带动所述车体悬浮导向机构上移或下移；
36.其中所述横向电机73和横向滑轨74组成横移机构，用于带动所述上下移动机构在水平面上的左右横移，进而带动所述车体悬浮导向机构在水平位置的左右移动；
37.其中所述纵向电机75和纵向滑轨76构成纵移机构，用于带动所述横移机构在水平位置的前后移动，进而带动所述车体悬浮导向机构在水平位置的前后移动；
38.在模拟实验时，所述移动机构通过所述纵移机构、上下移动机构和横移机构调节所述车体悬浮导向机构的位置，使其达到预定模拟实验预定位置。
39.相较于通过移动所述磁轨波动模拟机构2，来实现对所述车体悬浮导向机构的移动，该方法更加方便，且调节范围更加广阔。
40.磁轨波动模拟机构2，所述磁轨波动模拟机构2设置在所述车体悬浮导向机构的下方，且用于向所述车体悬浮导向机构施加变力，所述变力为用于模拟真实的线路轨道向所述列车单个杜瓦施加的不断变化的电磁力。
41.其中如图2所示，所述磁轨波动模拟机构2可以由所述永磁轨道21和多个励磁条22组成；
42.其中所述永磁轨道21可以为如图2所述由五根方条型的永磁体拼接组成，所述多个励磁条22分别设置在所述永磁轨道21的上表面和两侧，其中优选地，在所述永磁轨道21的顶部设置两个所述励磁条22，在所述永磁轨道21的两侧分别设置一个，用于改变所述永磁轨道21的固定磁场强度，进而达到模拟高速磁悬浮列车在真实的线路运行时的线路磁场不平顺的情况；
43.优选地，所述改变所述永磁轨道21的固定磁场强度的具体方式可以为：励磁条22包括线圈支架221和设置在所述线圈支架221上的多组绕组单元，每组所述绕组单元分别被独立控制，在进行模拟实验室时，通过控制通入设置在所述永磁轨道21顶部的两个所述励磁条22中的所述绕组单元222里的电流方向和大小进而改变所述永磁轨道21上方的磁场强度，进而改变所述永磁轨道21对所述车体悬浮导向机构的电磁力大小，同时由于所述线圈支架221上设置有多组所述绕组单元，且多个所述绕组单元222相互独立，进而可以让所述车体悬浮导向机构的不同部位收到不同大小的电磁力，进而模拟模拟所述磁悬浮列车在高速行驶时由于磁轨道路的磁场强度不平顺而导致的列车车体振动的情况。
44.优选地，所述移动机构和所述磁轨波动模拟机构2均设置特定的底座1上，且所述移动机构位于所述磁轨波动模拟机构2的一侧。
45.本发明通过在所述试验杜瓦的下方设置所述磁轨波动模拟机构，代替传统的大质量的旋转机械装置，同时通过调整通入所述磁轨波动模拟机构的电流大小、方向和变化频率，进而模拟不同前进速度的磁悬浮列车的运行颠簸受力情况。
46.在本公开的一种具体实施方式中，所述磁轨波动模拟机构2包括永磁轨道21和变磁机构，所述变磁机构用于改变所述永磁轨道21的磁场。
47.其中永磁轨道21如图2所述由五根方条型的永磁体拼接组成，所述多个励磁条22分别设置在所述永磁轨道21的上表面和两侧，用于改变所述永磁轨道21的固定磁场强度，进而达到模拟高速磁悬浮列车在真实的线路运行时的线路磁场不平顺的情况；
48.其中具体实现方式为：所述励磁条22包括线圈支架221和设置在所述线圈支架221上的多组绕组单元，每组所述绕组单元分别被独立控制，在进行模拟实验室时，通过控制通入设置在所述永磁轨道21顶部的两个所述励磁条22中的所述绕组单元222里的电流方向和大小进而改变所述永磁轨道21上方的磁场强度，进而改变所述永磁轨道21对所述车体悬浮导向机构的电磁力大小，同时由于所述线圈支架221上设置有多组所述绕组单元，且多个所述绕组单元222相互独立，进而可以让所述车体悬浮导向机构的不同部位受到不同大小的电磁力，进而模拟所述磁悬浮列车单个杜瓦在高速行驶时在磁轨磁场不平顺激扰下振动的
情况。
49.优选地，所述磁轨波动模拟机构2放置在容器中，所述容器内放置有大量用于冷却所述磁轨波动模拟机构2的绝缘冷却液；
50.在本公开的一种具体实施方式中，所述变磁机构包括第一变磁机构和第二变磁机构，所述第一变磁机构用于改变所述永磁轨道21上方的磁感线密度，所述第二变磁机构用于改变所述永磁轨道21两侧的磁感线密度。
51.在本公开的一种具体实施方式中，所述第一变磁机构包括多个励磁条22，所述多个励磁条22设置在所述永磁轨道21的顶部，所述励磁条22包括一个线圈支架和多个绕组单元，所述多个绕组单元沿所述线圈支架的轴向方向首尾叠加连接。
52.在本实施中通过控制通入设置在所述永磁轨道21顶部的两个所述励磁条22中的所述绕组单元222里的电流方向和大小进而改变所述永磁轨道21上方的磁场强度，进而改变所述永磁轨道21对所述车体悬浮导向机构的电磁力大小，同时由于所述线圈支架221上设置有多组所述绕组单元，且多个所述绕组单元222相互独立，进而可以让所述车体悬浮导向机构的不同部位受到不同大小的电磁力，其中所述第一变磁机构即设置在所述永磁轨道21顶部的所述励磁条22，主要作用为改变所述车体悬浮导向机构的竖直方向的受力大小；
53.在本公开的一种具体实施方式中，所述第二变磁机构包括两个励磁条22，所述两个励磁条22分别设置在所述永磁轨道21的两侧壁上，所述励磁条22包括一个线圈支架和多个绕组单元，所述多个绕组单元沿所述线圈支架的轴向方向首尾叠加连接。
54.在本实施例中，所述第二变磁机构中的所述励磁条22用于改变所述永磁轨道21两侧的磁场强度，进而使模拟效果更加贴近于现实，在现实中，列车的上下起伏会改变列车底部与所述轨道的距离，此时不仅列车底部中间的磁场强度会变化，列车底部的两边的磁场强度也会随之变化，而在本实施例所公布的模拟方式中，由于所述固定板4的活动量较小，且所述第一变磁机构设置在所述永磁轨道21的顶部的中间，进而当所述永磁轨道21的中上部的磁场强度发生变化时，所述永磁轨道21两侧的轨道磁场强度并没有发生对应的强度变化，进而使模拟失真，而第二变磁机构的作用就是使所述永磁轨道21两侧的轨道磁场强度也跟着所述永磁轨道21的中上部的磁场强度发生变化，是模拟效果更佳贴近现实。
55.在本公开的一种具体实施方式中，所述车体悬浮导向机构包括试验杜瓦3、多个超导块32、固定板4和测力架5，所述试验杜瓦3设置在所述磁轨波动模拟机构2的上方，所述多个超导块32设置在所述试验杜瓦3的腔内，且沿所述试验杜瓦3的轴向方向均匀分布在所述试验杜瓦3的内腔底部，所述固定板4设置在所述试验杜瓦3的顶部，所述测力架5设置在所述固定板4的上方，且所述测力架5的四个端角分别通过连接销8与所述固定板4的四个端角连接，所述连接销8上设置有应变式力传感器。
56.所述超导块32在液氮中冷却后可在磁场中稳定悬浮，使所述试验杜瓦3悬浮于所述永磁轨道21上，所述连接销8上的应变式力传感器用于检测所述试验杜瓦3的四个端角的实时受力大小，进而计算出破坏力拒。
57.在本公开的一种具体实施方式中，所述固定板4可拆卸式设置在所述试验杜瓦3的顶部，所述试验杜瓦3的侧壁上设置有多个加速度传感器。
58.本实施公开了一种动态的测试方式，即所述固定板4可拆卸式设置在所述试验杜瓦3的顶部，当移除所述固定板4时，所述试验杜瓦3可以产生正常振动位移，通过设置在所
述试验杜瓦3的侧壁上的加速度传感器得到动态振动模拟数值，通过对所述试验杜瓦3进行静态模拟和动态模拟，得到不同特征的模拟数据，结合所述不同特征的模拟数据能够更加精准地分析所述试验杜瓦3的动态运行特征综合评估数据，所述静态模拟即为当所述固定板4与所述试验杜瓦3连接时进行的模拟实验。
59.在本公开的一种具体实施方式中，所述移动机构包括纵移机构、横移机构、竖移机构和支撑架6，所述纵移机构上设置有横移机构，且所述纵移机构用于带动所述横移机构纵向移动，所述横移机构上设置有竖移机构，且所述横移机构用于带动所述竖移机构横向移动，所述竖移机构上设置有支撑架6，且所述竖移机构用于带动所述支撑架6向上移动或向下移动，所述支撑架6远离所述竖移机构的一端与所述车体悬浮导向机构固定连接。
60.在模拟实验时，所述移动机构通过所述纵移机构、上下移动机构和横移机构调节所述车体悬浮导向机构的位置，使其达到预定模拟实验预定位置。
61.相较于通过移动所述磁轨波动模拟机构2，来实现对所述车体悬浮导向机构的移动，该方法更加方便，且调节范围更加广阔。
62.在本公开的一种具体实施方式中，如图1所示，优选地，所述纵移机构包括纵向轨道76和纵向电机75，所述横移机构包括横向轨道74和横向电机73，所述竖移机构包括竖直轨道72和竖直电机71，所述纵向轨道76的端部设置有所述纵向电机75，所述纵向轨道76上滑动设置有所述横向轨道74，所述横向轨道74的底部与所述纵向电机75的输出轴连接，所述横向轨道74与所述纵向轨道76相垂直，所述横向轨道74的上滑动设置有所述竖直轨道72，所述竖直轨道72的底部与所述横向电机73的输出端连接，所述竖直轨道72的顶部设置有所述竖直电机71，所述竖直轨道72上设置有所述支撑架6，竖直电机71的输出轴与所述支撑架6的一端连接。
63.实施例2
64.基于上述实施例所述的一种磁浮线路运行状态模拟装置，本实施例提供了一种基于所述磁浮线路运行状态模拟装置的模拟方法，该方法包括以下步骤：
65.步骤s1.初始时刻利用所述移动机构将所述试验杜瓦3固定在某一高度处，向所述试验杜瓦3中添加液氮，使杜瓦中的的多个所述超导块31进入到超导态，使所述试验杜瓦3悬浮在所述永磁轨道21的上方；，然后将移动机构与所述试验杜瓦3分离。应当注意的是：此时所述试验杜瓦3的顶部与所述固定板4彼此分开，所述试验杜瓦3能够在所述永磁轨道21的上方自由活动；
66.步骤s2.向每个所述励磁条22中的多个绕组单元222通入预设的波动电流段，使所述试验杜瓦3产生用于模拟列车单个杜瓦高速运行时的振动，同时，接收设置在所述试验杜瓦3侧壁上的多个所述加速度传感器发送的的动态加速度监测数据，所述波动电流段为一段随时间变化而不断变化大小和方向的电流，所述动态加速度监测数据为所述加速度传感器检测到的加速度数值，通过所述动态加速度监测数据可以研究列车在高速运行时的运行姿态以及所述列车单个杜瓦各处的振幅和振动频率等；
67.步骤s3.经过第一预设时间段后，停止接收所述动态加速度监测数据，此时所述试验杜瓦3静止悬浮在所述永磁轨道21的上方，所述第一预设时间段为所述波动电流段通入所述绕组单元222的时长；
68.步骤s4.控制所述移动机构移动所述固定板4至所述试验杜瓦3的顶部，然后将所
述试验杜瓦3的顶部与所述固定板4固定连接，使所述试验杜瓦3在接下来的实验步骤中与所述永磁轨道21的相对位置保持不变；
69.步骤s5.向每个所述励磁条22中的多个绕组单元222通入所述预设的波动电流段，使所述试验杜瓦3承受的变力，同时，接收多个设置在所述连接销8上的所述应变式力传感器上传的静态受力监测数据，所述变力为模拟列车高速运行时磁轨对所述列车单个杜瓦施加的的不断变化的磁力，所述静态受力监测数据为所述每个所述应变式力传感器检测到的拉力或压力的数值，所述静态受力监测数据用于模拟列车单个杜瓦在高速运行时，由于磁轨的磁场不平顺导致列车单个杜瓦各位置的受力不同，进而检测出列车单个杜瓦各处的疲劳特性。
70.步骤s6.在模拟实验结束后，通过结合分析所述静态受力监测数据和动态加速度监测数据，能够更加全面地得到所述列车在高速运行时的各项运行数据。
71.以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
72.以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。