高温超导磁悬浮列车整备系统、方法及钢轨顶高计算方法与流程

1.本发明涉及磁悬浮列车技术领域，具体而言，涉及一种高温超导磁悬浮列车整备系统及方法。


背景技术：

2.高温超导磁悬浮轨道利用在外磁场中高温超导体独有的强磁通钉扎能力，独特的钉扎特性使超导体能随外磁场变化感应出阻碍这种变化的超导强电流，这种电磁相互作用在宏观上实现了悬浮体的自悬浮与导向，不需要主动控制就能实现悬浮和导向，且运行方向零磁阻，车体正常悬浮高度约6-14mm，为实现高温超导独特的钉扎特性，需要将高温超导磁悬浮列车提升至场冷高度（30-45mm）下灌注液氮对悬浮杜瓦进行冷却。现有的高温超导磁悬浮列车整备系统通常采用千斤顶在车下原位顶升，但是在工程中列车长达几百米，重量几百吨，在大规模站场中实现几百吨同时毫米级升降，往往导致车辆偏转，且经济性较差。因此亟需一种高温超导磁悬浮列车整备系统、方法及钢轨顶高计算方法，满足车辆由正常运行高度过渡至场冷高度，在车辆段内各区域内运转流畅，在车辆上线行驶过程中悬浮高度不随载重变化而改变，同时具有良好的经济性。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于提供一种高温超导磁悬浮列车整备系统、方法及钢轨顶高计算方法，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：第一方面，本技术提供了一种高温超导磁悬浮列车整备系统，包括：过渡轨道系统、整备轨道系统和液氮灌注机构，所述过渡预压轨道系统包括第一轨道板和固定设置在所述第一轨道板上的第一电机定子、第一磁轨和第一钢轨，所述第一电机定子设置于所述第一轨道板上，所述第一钢轨对称设置在所述第一电机定子的两侧，所述第一磁轨对称设置在所述第一钢轨的外侧，所述第一钢轨为顶高按照预设的变化率逐渐升高的结构，所述整备轨道系统设置在所述过渡轨道系统上所述第一钢轨最高处的端部，所述整备轨道系统与所述过渡轨道系统固定连接，所述液氮灌注机构固定设置在所述整备轨道系统的侧面。
4.第二方面，本技术提供了一种高温超导磁悬浮列车整备方法，包括：获取第一控制命令，所述第一控制命令包括控制磁悬浮列车系统进行整备作业的命令；响应于所述第一控制命令，发送第二控制命令，所述第二控制命令包括对杜瓦机构进行冷却的命令，电机定子机构通电后与动子作用产生电磁力驱动所述磁悬浮列车系统经过所述过渡轨道系统驶入所述整备轨道系统；检测所述磁悬浮列车系统与第一预设停车点的距离，当所述磁悬浮列车系统到达所述第一预设停车点时发送第三控制命令，所述第三控制命令包括启动液氮灌注机构的命令，所述液氮灌注机构向杜瓦机构中注入液氮进行冷却；检测到所述杜瓦机构完成冷却后，发送第四控制命令，所述第四控制命令包括对所述磁悬浮列车系统进行预压的命令，所述电机定子机构通电后与动子作用产生电磁力驱
动所述磁悬浮列车系统从所述整备轨道系统出发经过所述过渡轨道系统驶入所述预压系统；检测所述磁悬浮列车系统与第二预设停车点的距离，当所述磁悬浮列车系统到达所述第二预设停车点时发送第五控制命令，所述第五控制命令包括启动预压机构的命令，所述预压机构通过驱动所述连杆将所述磁悬浮列车系统进行下压完成对所述磁悬浮列车系统的预压。
5.第三方面，本技术提供了一种高温超导磁悬浮列车整备系统的钢轨顶高计算方法，包括：获取第一信息，所述第一信息包括单节列车悬浮架个数、单个悬浮架长度、电机极距、杜瓦竖向容许加速度和场冷高度；根据所述杜瓦竖向容许加速度计算得到顶高变化钢轨的斜坡坡度范围，并基于工程实施可行性计算得到斜坡坡度；根据所述斜坡坡度、单节列车悬浮架个数、单个悬浮架长度、电机极距和场冷高度计算得到钢轨的斜坡长度和竖曲线切线长；根据所述斜坡长度和竖曲线切线长得到钢轨顶高。
6.本发明的有益效果为：一、本发明通过设置过渡轨道系统，列车通过自身前行即可实现由正常运行高度过渡至场冷高度，不需要设置垂直提升机构，提高了系统的稳定性和经济性。
7.二、本发明通过在过渡轨道系统中使用钢轨和轮对的行驶，可自动对中车体，防止磁悬浮列车系统中线偏移，实现同步高精度升降，提高了系统的安全性和可靠性。
8.三、本发明通过设置预压轨道系统，在车辆空载的悬浮状态下，预加载一定荷载，使悬浮高度由空载悬浮高度减小，提高其悬浮力，高温超导磁浮技术其独有的钉扎特性，使列车在该悬浮高度状态锁定，悬浮高度将不随列车的装载载重改变。
9.四、本发明通过设置钢轨道岔系统，相对现有磁浮道岔，可减小道岔长度、减轻道岔结构重量、减小道岔控制系统、节约道岔区域用地、节省投资，在车辆段内使用钢轨和轮对的行驶，提高了系统的安全性和可靠性。
10.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
11.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。
12.图1为所述高温超导磁悬浮列车整备系统的线路示意图；图2为所述过渡轨道系统的截面图；图3为所述第一钢轨的结构示意图；图4为所述整备轨道系统的截面图；
图5为所述钢轨道岔系统的截面图；图6为所述预压轨道系统的截面图。
13.图中标记：1、磁悬浮列车系统；11、车体；12、磁悬浮列车悬浮架；13、动子机构；14、杜瓦机构；15、辅助行走机构；2、过渡轨道系统；21、第一轨道板；22、第一电机定子；23、第一磁轨；24、第一钢轨；241、斜坡段；242、曲线段；3、整备轨道系统； 31、第二轨道板；32、第二电机定子；33、第二磁轨；34、第二钢轨；35、液氮灌注机构；4、预压轨道系统；41、预压机构；411、连杆；412、驱动机构；413、缓冲垫；42、预压轨道；5、钢轨道岔系统；51、第三轨道板；52、第三电机定子；53、第三钢轨。
具体实施方式
14.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。
15.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。
16.实施例1：如图1、图2和图4所示，本实施例提供了一种高温超导磁悬浮列车整备系统，它包括了过渡轨道系统2、整备轨道系统3和液氮灌注机构35，过渡预压轨道系统4包括第一轨道板21和固定设置在第一轨道板21上的第一电机定子22、第一磁轨23和第一钢轨24，第一电机定子22设置于第一轨道板21上，第一钢轨24对称设置在第一电机定子22的两侧，第一磁轨23对称设置在第一钢轨24的外侧，第一钢轨24为顶高按照预设的变化率逐渐升高的结构，整备轨道系统3设置在过渡轨道系统2上第一钢轨24最高处的端部，整备轨道系统3与过渡轨道系统2固定连接，液氮灌注机构35固定设置在整备轨道系统3的侧面。需要说明的是，在本实施例中，磁悬浮列车系统1通过辅助行走机构15在在过渡轨道系统2上行驶，由于铺设有顶高变化的第一钢轨24，磁悬浮列车系统1逐渐上升，使得安装在车体11上的杜瓦机构14与第一磁轨23的距离逐渐变大，在完全行驶至整备轨道系统3时达到场冷高度，最后通过液氮灌注机构35对杜瓦机构14进行冷却完成整备。其中第一磁轨23与杜瓦机构14利用超导体的抗磁性提供静态悬浮力，采用第一电机定子22与悬浮架上的动子机构13提供牵引和制动力。以上论述针对磁浮列车在每个系统段内作业过程，具体实施根据作业流程可调整其作业顺序。在另一些实施例中，第一电机定子22采用顶高变化的结构，高度变化率与第一钢轨24的变化率相同，这样的设计可以让动子机构13与第一电机定子22的间隙与工作段保持一致，进而产生的牵引力和制动力也保持一致。
17.优选的，如图3所示第一钢轨24包括斜坡段241和分别设置在斜坡段241两端部的两个曲线段242，斜坡段241的长度大于两个磁悬浮列车悬浮架12的长度，两个曲线段242为
竖曲线线形。需要说明的是，在本实施例中斜坡段241的设置使得磁悬浮列车系统1在过渡轨道系统2上行驶时稳定上升，斜坡段241的长度大于两个磁悬浮列车悬浮架12的长度可以避免列车在上坡时对磁悬浮列车悬浮架12上的杜瓦机构14的悬浮性能产生影响，两端的竖曲线段242的设置是为了避免列车瞬时冲击作用破坏杜瓦机构14。
18.优选的，如图5所示，图5示出了钢轨道岔系统5的截面图，整备轨道系统3还包括钢轨道岔系统5，钢轨道岔系统5包括第三轨道板51、第三电机定子52和第三钢轨53，第三轨道板51的两端部分别与第一轨道板21和第二轨道板31固定连接，第三电机定子52的两端部分别与第一电机定子22和第二电机定子32固定连接，第三钢轨53的两端部分别与第一钢轨24和第二钢轨34固定连接。需要说明的是，在本实施例中钢轨道岔系统5使得磁悬浮列车系统1能够变轨行驶，进而使得整备轨道系统3可以同时对多个磁悬浮列车系统1进行维护。现有磁浮道岔技术采用挠曲梁、平移梁等方法，挠曲梁将改变磁轨磁体间隙，影响磁场纵向分布，对悬浮能力存在影响。利用成熟的轮轨道岔改造为本实施例中的钢轨道岔系统，相对现有磁浮道岔，不需要铺设永磁轨道，可减小道岔长度、减轻道岔结构重量、减小道岔控制系统、节约道岔区域用地、节省投资，在车辆段内使用钢轨和轮对的行驶，提高了系统的安全性和可靠性。
19.优选的，如图1和图6所示，高温超导磁悬浮列车整备系统还包括预压轨道系统4，预压轨道系统4固定设置在过渡轨道系统2上远离整备轨道系统3的一端部，预压轨道系统4包括用于将车体11进行下压的预压机构41和用于磁悬浮列车系统1悬浮行驶的预压轨道42。需要说明的是，在本实施例中，磁悬浮列车系统1通过整备后行驶至预压轨道系统4，通过预压机构41将车体11进行下压完成对磁悬浮列车系统1的预载过程。高温超导磁浮技术其独有的钉扎特性，在自重作用下由场冷高度下降至一定高度达到悬浮状态，该状态的悬浮高度提供的悬浮力与车重达到平衡状态，随着乘客及其他物品进入车体，其载重的变化将影响悬浮高度的变化。磁悬浮列车系统1进入正常运行线路前对其进行预压处理，可以减小后续因载重变化而对悬浮平衡性的影响，实现磁悬浮列车系统1的稳定行驶。
20.优选的，如图6所示，预压机构41对称设置在预压轨道42的两侧面，预压机构41包括连杆411和用于驱动连杆411伸缩与升降的驱动机构412，一般状态下，连杆411之间的距离小于磁悬浮列车悬浮架12的宽度。在本实施例中，预压状态下，连杆411在驱动机构412的作用下伸出至磁悬浮列车悬浮架12上方间隙，然后在驱动机构412的驱动下，向下移动，压低车体11 2-5mm。随后退出连杆411，磁悬浮列车系统1驶出。
21.优选的，预压机构41包括缓冲垫413，缓冲垫413设置在所述连杆411与所述磁悬浮列车悬浮架12的接触部位。这样的设计可以在预压过程中提供缓冲，避免车体11在下压过程中结构出现损坏。
22.优选的，第一钢轨24为顶高变化的t型钢轨。t型钢轨为常用的轨道结构，具有经济性，且可以使得车体11在行驶中自动对中。
23.实施例2相应于上面的高温超导磁悬浮列车整备系统实施例，本实施例提供了一种高温超导磁悬浮列车整备方法，包括：获取第一控制命令，第一控制命令包括控制磁悬浮列车系统1进行整备作业的命令。
24.需要说明的是，在磁悬浮列车长时间运行后，需要及时进行整备以保证运行的平稳性和安全性。
25.响应于第一控制命令，发送第二控制命令，第二控制命令包括对杜瓦机构14进行冷却的命令，动子机构13通电后与磁轨作用产生电磁力驱动磁悬浮列车系统1经过过渡轨道系统2驶入整备轨道系统3。
26.需要说明的是，在本步骤中，磁悬浮列车系统1逐渐上升，使得安装在车体11上的杜瓦机构14与第一磁轨23的距离逐渐变大，在完全行驶至整备轨道系统3时达到场冷高度。
27.检测磁悬浮列车系统1与第一预设停车点的距离，当磁悬浮列车系统1到达第一预设停车点时发送第三控制命令，第三控制命令包括启动液氮灌注机构35的命令，液氮灌注机构35向杜瓦机构14中注入液氮进行冷却。
28.需要说明的是，在本步骤中，磁悬浮列车系统1在场冷高度通过液氮灌注机构35向杜瓦机构14中注入液氮进行冷却，提高列车运行的悬浮导向性能、可靠性与安全性。
29.检测到杜瓦机构14完成冷却后，发送第四控制命令，第四控制命令包括对磁悬浮列车系统1进行预压的命令，动子机构13通电后与电机定子作用产生电磁力驱动磁悬浮列车系统1从整备轨道系统3出发经过过渡轨道系统2驶入预压系统。
30.需要说明的是，在本步骤中，磁悬浮列车系统1在经过冷却杜瓦机构14后还需要进行预压过程才能驶入正常运行线路。
31.检测磁悬浮列车系统1与第二预设停车点的距离，当磁悬浮列车系统1到达第二预设停车点时发送第五控制命令，第五控制命令包括启动预压机构41的命令，预压机构41通过驱动连杆411将磁悬浮列车系统1进行下压完成对磁悬浮列车系统1的预压。
32.需要说明的是，在本步骤中，磁悬浮列车系统1通过整备后行驶至预压轨道系统4，通过预压机构41将车体11进行下压完成对磁悬浮列车系统1的预载，提升磁悬浮列车系统1的运行平稳性。
33.实施例3本实施例提供了一种高温超导磁悬浮列车整备系统的钢轨顶高计算方法，包括：获取第一信息，第一信息包括单节列车悬浮架个数、单个悬浮架长度、电机极距、杜瓦竖向容许加速度和场冷高度。
34.需要说明的是，在本步骤中通过获取磁悬浮列车相关参数和技术标准进行存储和上传，便于后续计算。
35.根据杜瓦竖向容许加速度计算得到顶高变化钢轨的斜坡坡度范围，并基于工程实施可行性计算得到斜坡坡度。
36.需要说明的是，实验过程中杜瓦机构在磁场中高度变化应控制速度，避免瞬时冲击造成杜瓦机构破坏，杜瓦机构的竖向加速度不大于1m/s2。通过近似计算和工程控制精度标准可以得出坡度范围小于等于0.005。公式如下：其中g为重力加速度，α为坡度角，在工程中1
‰
为可控精度。
37.根据斜坡坡度、单节列车悬浮架个数、单个悬浮架长度、电机极距和场冷高度计算得到钢轨的斜坡长度和竖曲线切线长。
38.需要说明的是，本步骤中考虑实际运营过程中，线路条件、悬浮能力根据总体需求
确定以及避免瞬时冲击，钢轨的设计为两端为竖曲线，中间为斜坡段的线性。各部分计算公式如下：式如下：式如下：要求使用调整值，让满足公式， ；同时满足；其中为钢轨长度，为竖曲线切线长，为斜坡长度，r为竖曲线半径，为坡度差，为调整值，为单节列车悬浮架个数，为单个悬浮架长度，为自然整数，为电机极距，为场冷高度。
39.根据斜坡长度和竖曲线切线长得到钢轨顶高。
40.需要说明的是，本步骤中结合钢轨各部分的计算结果，得到钢轨的设计参数。
41.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。