专利名称：一种磁浮列车机电耦合振动试验装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及磁浮列车单悬浮架试验技术领域，尤其是一种磁浮列车机电耦合振动 试验装置，能够模拟高速、低速磁浮列车以及不同轨距磁浮列车单悬浮架的悬浮控制-轨 道梁-悬浮架机械结构耦合振动环境。
背景技术：
磁浮列车的悬浮控制系统是一项关键技术，由于悬浮控制与弹性轨道梁和车辆机 械结构之间存在相互作用力，因此轨道梁的力学特性、悬浮架结构的力学特性对磁浮列车 的悬浮控制效果存在显著影响。目前国内外还没有可实现这种模拟“悬浮控制-弹性桥 梁_悬浮架机构耦合振动环境”的试验装置，因此在磁浮列车的实际应用和研制过程中，经 常会遇到磁浮列车的悬浮稳定性问题，为尽可能缓解这一问题，在工程中又往往将轨道梁 做的非常大，导致建设成本的大幅度提高，不利于磁浮列车的运用推广。目前磁浮列车的悬 浮试验要么采用简化模型进行单点的悬浮控制研究，要么就是采用整车的实际调试研究， 前者的研究过于简单，没有针对性，不能反映复杂的“悬浮控制_弹性桥梁_悬浮架机构耦 合振动环境”，后者属于既成事实下的试验，不能达到最佳效果。因此这两种试验方法均不 理想也不尽合理。
发明内容
本发明要解决的技术问题是为了解决上述存在的缺点与不足，提供一种磁浮列 车耦合振动试验装置，可以模拟磁浮列车复杂的“悬浮控制_弹性桥梁_悬浮架机构耦合振 动环境”，为进行磁浮列车悬浮控制系统设计、轨道梁选型、悬浮架机械结构设计提供了科 学实验手段。本发明解决其技术问题所采用的技术方案是一种磁浮列车机电耦合振动试验装 置，采用两级支撑平台方式，由液压激振系统、模拟地面支撑的一级平台、位于一级平台上 方模拟轨道梁的二级平台和连接一级平台与二级平台的轨道梁刚度调节系统组成。轨道梁 刚度调节系统与其支撑的二级平台形成模拟磁浮列车轨道梁特性，液压激振系统对一级平 台施加激励可以模拟地面几何不平顺。进一步，所述的液压激振系统包括支撑一级平台的液压作动器、数据采集器、速度 计、加速度计、油温计、油压计和自动检测报警装置，液压作动器至少有4个，液压作动器下 端通过T型安装座与置于地面上的地面安装基础平台连接，液压作动器上端通过安装座与 一级平台连接。液压作动器由计算机控制，能够科学、准确的控制动作器运行工况，同时具 有载荷、位移、油温、油压及误差等参数自动检测及故障报警等多重保护功能，并具有时间 历程数据采集和数据处理功能，通过在液压激振系统上装位移、速度和加速度的传感器，方 便测量关键部件的力、速度和加速度。所述的轨道梁刚度调节系统包括固定在一级平台上用于支撑二级平台的钢弹簧 组，钢弹簧组通过弹簧安装座固定于一级平台的上方，钢弹簧组中有四个钢弹簧的弹簧安装座顶面高于其他弹簧安装座顶面，四个高的弹簧安装座位于一级平台上侧外围作为二级 平台的垂向限位止档。通过改变钢弹簧组的弹簧数量实现支撑刚度的调节，解决实际中做 不到的模拟不同轨道梁刚度特性及垂向弯曲振动频率特性。所述的一级平台下部设置有防止一级平台水平位移的辅助系统，辅助系统包括水 平布置的2根横向拉杆和1根纵向拉杆，每根拉杆的一端通过关节轴承连接在一级平台的 下部，另一端通过关节轴承与地面固定点连接。所述的二级平台由纵梁、横梁和底板焊接成中空厢式凹形结构，通过在凹形结构 中增加或减少标准质量块来实现轨道梁质量的调节。所述的二级平台的纵梁和/或横梁上 开设有减重孔。降低二级平台的质量。所述的一级平台为工字钢焊接而成的中空框架结构，中空框架结构的上表面、下 表面和侧面开有减重孔。降低一级平台的质量。本发明的工作过程为，磁浮列车的一个悬浮架通过悬浮控制系统的电磁力，悬浮 于二级平台。二级平台的质量及其钢弹簧支承的刚度，模拟轨道梁的质量与梁的一阶或二 阶垂向弯曲振动频率特性。当悬浮间隙发生变化，悬浮电磁力主动调整时，也会引起该二级 平台的振动，而二级平台的振动特性与轨道梁的特性一致。二级平台又通过钢弹簧支承于 一级平台上的，相当于实际线路的几何支撑，液压激振系统可根据需要对一级平台施加垂 直方向激励，以模拟线路的几何不平顺。在列车运行中，几何不平顺的存在使悬浮间隙不可 能恒定不变，因此悬浮控制系统就将不断主动调整，以保持悬浮间隙，这种主动调整对轨道 梁也是一种激励，使轨道梁也发生振动，因此通过本发明的试验装置就形成了磁浮列车复 杂的“悬浮控制-弹性桥梁-悬浮架机械结构耦合振动环境”。当液压不能给一级平台施加 激励时，则本试验装置模拟的是磁浮列出的静悬工况，可以研究在不同轨道梁上列车的静 悬稳定性问题。本发明的有益效果是，本发明的一种磁浮列车机电耦合振动试验装置，克服了 当前磁浮列车简化的单点试验或整车调试试验的不足，实现了磁浮列车复杂的“悬浮控 制-弹性桥梁-悬浮架机构耦合振动环境”的实验室模拟，弥补了国内外磁浮列车关键技术 研究中的空白，为进行磁浮列车悬浮控制系统设计、轨道梁特性、悬浮架机械结构设计提供 了科学试验手段。本发明采用两级支撑平台方式，合理模拟了存在线路几何不平顺激励时、 或者静态悬浮时，轨道梁与悬浮控制的耦合作用；调整二级平台质量及支撑钢弹簧数量，可 以实现对各种轨道梁特性的模拟，而在实际线路中做不到这一点；通过轨道梁的跨度、质 量、刚度及挠度的关系，可实现轨道梁不同跨度、挠度的模拟，而在实际中也很难做到这一 点；本试验装置结构简单、自重轻、模拟效果好，并能同时满足高速、中低速磁浮列车以及不 同轨距的磁浮列车单悬浮架的试验要求。
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。图1是本发明的立体结构示意图；图2是本发明的主视图；图3是图2的左视图。图中1、一级平台，2、二级平台，3、轨道梁刚度调节系统，31、钢弹簧组，4、液压激振系统，41、液压作动器，42、T型安装座，43、安装座，5、地面安装基础平台，61、横向拉杆，62、 纵向拉杆，7、轨排，8、F型轨道。
具体实施例方式现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以 示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。以低速磁浮列车的F轨、一级平台14点液压支撑、二级平台2最多4X5个钢弹簧 支撑为例。如图1、图2、图3所示的一种磁浮列车机电耦合振动试验装置，主要由液压激振系 统4、模拟地面支撑的一级平台1、位于一级平台1上方模拟轨道梁质量的二级平台2、由可 数量可调整的钢弹簧构成的轨道梁刚度调节系统3和一级平台1的防水平位移辅助系统组 成。二级平台2与钢弹簧支撑形成弹簧_质量系统模拟轨道梁特性，通过改变钢弹簧数量 实现支撑刚度的调节。液压激振系统4由4个液压作动器41、数据采集器、速度计、加速度计、油温计、油 压计和自动检测故障报警装置组成，4个液压作动器41下端通过T型安装座42与地面安装 基础平台5连接，上端通过安装座43与一级平台1连接。液压作动器41由计算机控制，液 压激振系统4上装有位移、速度、加速度传感器，方便测量关键部件的力、速度及加速度。计 算机的控制系统的软硬件具有完全开放性，可以实现二次开发。一级平台1是由工字钢焊接而成的中空框架结构。一级平台1下平面的四个角处 固定有与液压作动器41连接的安装座，上平面布置4X 5个螺旋钢弹簧安装座，其中四个角 位置的钢弹簧安装座顶面高于其他位置的钢弹簧安装座，高的钢弹簧安装座作为二级平台 2的垂向限位止档，防止试验过程中二级平台2因钢弹簧断裂等意外情况跌落。在一级平台 1上、下表面和横梁、纵梁上开有减重孔，尽可能降低一级平台1的质量。一级平台1下部适当位置水平布置有2根横向拉杆61和1根纵向拉杆62，每根 拉杆的一端通过关节轴承与一级平台1下部连接看，另一端通过关节轴承与地面固定点连 接，形成防止一级平台1水平位移的辅助系统。二级平台2是由纵梁、横梁和底板焊接而成的凹形中空结构。纵梁由两根槽钢对 口焊接而成，横梁由工字钢与纵梁焊接，二级平台2下表面设置有与一级平台1相对应的螺 旋钢弹簧安装座，两纵梁的外表面预留有高速磁浮轨道安装孔和中低速磁浮轨道安装孔， 满足高速、低速磁浮列车以及不同轨距磁浮列车轨道的安装要求，适应不同类型磁浮列车 的试验。中低速磁浮列车的轨道系统包括轨排7和F型轨道8，轨排7安装于二级平台2上 部，轨排7与安装平台之间布置有橡胶垫和垂向支撑结构，可以实现轨道和轨道安装平台 的弹性连接，两根F型轨道梁直接安装在轨排7上，试验时，悬浮架悬浮于F型轨道8上。二级平台2的横梁、纵梁上设计开有减重孔，在凹形中空结构的底面有螺栓孔，以 备在加上标准质量块时，质量块能通过螺栓与二级平台2固连。二级平台2合理模拟了轨 道梁与悬浮控制间的动态耦合作用，通过匹配平台质量和改变支撑刚度，可以模拟各种不 同的轨道梁特性，也可模拟梁的各种跨距和挠度比。本发明能够满足高速、低速磁浮列车和不同轨距磁浮列车单悬浮架的机电耦合振动要求。可以实现磁浮列车复杂的“悬浮控制_弹性桥梁_悬浮架机械结构耦合振动环境” 的试验室模拟。高速磁浮列车时，高速磁浮的导轨直接安装二级平台2的左、右纵梁上，试验时， 悬浮架直接悬浮于导轨磁极面。以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完 全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术 性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。
权利要求
一种磁浮列车机电耦合振动试验装置，其特征在于具有模拟地面支撑的一级平台(1)、位于一级平台(1)上方模拟轨道梁的二级平台(2)和连接一级平台(1)与二级平台(2)的轨道梁刚度调节系统(3)，轨道梁刚度调节系统(3)与其支撑的二级平台(2)形成模拟磁浮列车轨道梁特性，一级平台(1)的下方固定有对一级平台(1)施加激励以模拟轨道地面几何不平顺的液压激振系统(4)。
2.根据权利要求1所述的一种磁浮列车机电耦合振动试验装置，其特征在于所述的 液压激振系统(4)包括支撑一级平台(1)的液压作动器(41)、数据采集器、速度计、加速度 计、油温计、油压计和自动检测报警装置，液压作动器(41)至少有4个，液压作动器(41)下 端通过T型安装座(42)与置于地面上的地面安装基础平台(5)连接，液压作动器(41)上 端通过安装座(43)与一级平台(1)连接。
3.根据权利要求1所述的一种磁浮列车机电耦合振动试验装置，其特征在于所述的 轨道梁刚度调节系统(3)包括固定在一级平台(1)上用于支撑二级平台(2)的钢弹簧组 (31)，钢弹簧组(31)通过弹簧安装座固定于一级平台(1)的上方，钢弹簧组(31)中有四 个钢弹簧的弹簧安装座顶面高于其他弹簧安装座顶面，四个高的弹簧安装座位于一级平台 (1)上侧外围作为二级平台(2)的垂向限位止档。
4.根据权利要求1所述的一种磁浮列车机电耦合振动试验装置，其特征在于所述的 一级平台(1)下部设置有防止一级平台(1)水平位移的辅助系统，辅助系统包括水平布置 的2根横向拉杆(61)和1根纵向拉杆(62)，每根拉杆的一端通过关节轴承连接在一级平台 (1)的下部，另一端通过关节轴承与地面固定点连接。
5.根据权利要求1所述的一种磁浮列车机电耦合振动试验装置，其特征在于所述的 二级平台(2)由纵梁、横梁和底板焊接成中空厢式凹形结构，通过在凹形结构中增加或减 少标准质量块来实现轨道梁质量的调节。
6.根据权利要求5所述的一种磁浮列车机电耦合振动试验装置，其特征在于所述的 二级平台(2)的纵梁和/或横梁上开设有减重孔。
7.根据权利要求1所述的一种磁浮列车机电耦合振动试验装置，其特征在于所述的 一级平台(1)为工字钢焊接而成的中空框架结构，中空框架结构的上表面、下表面和侧面 开有减重孔。
全文摘要
本发明涉及磁浮列车单悬浮架试验技术领域，尤其是一种磁浮列车机电耦合振动试验装置，具有模拟地面支撑的一级平台、位于一级平台上方模拟轨道梁的二级平台和连接一级平台与二级平台的轨道梁刚度调节系统，轨道梁刚度调节系统与其支撑的二级平台形成模拟磁浮列车轨道梁特性，一级平台的下方固定有对一级平台施加激励以模拟轨道地面几何不平顺的液压激振系统。克服了当前磁浮列车简化的单点试验或整车调试试验的不足，实现了磁浮列车复杂的“悬浮控制-弹性桥梁-悬浮架机构耦合振动环境”的实验室模拟，弥补了国内外磁浮列车关键技术研究中的空白，为进行磁浮列车悬浮控制系统设计、轨道梁特性、悬浮架机械结构设计提供了科学试验手段。
文档编号G01M7/02GK101995322SQ20101050977
公开日2011年3月30日 申请日期2010年10月18日 优先权日2010年10月18日
发明者梁鑫, 罗世辉, 马卫华 申请人:常州西南交通大学轨道交通研究院;西南交通大学
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