一种多功能悬浮导向原理性试验装置的制作方法

本实用新型涉及磁浮原理性试验领域，特别涉及悬浮导向原理性试验装置。

背景技术：

悬浮技术与导向技术是磁浮列车的基础技术与核心技术，悬浮与导向的好坏直接关系到列车能否实现安全运行，具有重要的研究意义。开展磁浮列车悬浮技术、导向技术的研究通常需要在等比例的转向架上进行，或者需要真实的试验列车与试验线路，前期资金投入、人力投入都相当大，且需要多部门协同作业，试验周期长，难以在短时间得到好的试验效果。

因此，为了提高研发效率、缩短研制周期，需要开发一种全新的多功能悬浮导向原理性试验装置。

技术实现要素：

本实用新型目的是为了大幅缩短试验条件准备周期，提供一种全新的多功能悬浮导向原理性试验装置，其可以模拟列车运行过程中的不同工况，并可对悬浮技术、导向技术的核心控制算法开展专门研究，从而提高研发效率、缩短研制周期，为后续开展磁浮列车的车辆级调试奠定基础。

为解决上述技术问题，本实用新型采用下述技术方案：

一种多功能悬浮导向原理性试验装置，包括：试验台骨架以及安装在所述试验台骨架上的间隙传感器、电磁铁、导轨和加速度传感器，所述试验台骨架用于承载整个试验装置的重量，所述电磁铁配置成再通电后与所述导轨之间产生电磁吸力并构成闭合磁回路，所述间隙传感器配置成测量电磁铁与导轨之间的悬浮间隙，所述加速度传感器配置成测量导轨的运动加速度。

进一步地，所述试验装置包括转动支架，所述转动支架设置成可绕着转动轴转动，所述导轨固定在所述转动支架上，当所述转动支架转动时带动所述导轨远离或靠近所述电磁铁。

进一步地，所述试验装置包括两组悬浮导向试验机构，每组所述悬浮导向试验机构包括：一组呈上下布置的所述电磁铁、一组呈上下布置的所述导轨、一组所述间隙传感器、一组所述加速度传感器、一组安装支架、一组所述转动支架、一组间隙传感器支架、一组法兰盘.

进一步地，所述法兰盘固定在所述试验台骨架上并且开孔用于可转动地安装所述转动轴，所述电磁铁固定在所述安装支架上，所述间隙传感器安装在所述间隙传感器支架上，所述间隙传感器支架固定在所述安装支架上，所述加速度传感器安装在导轨上。

进一步地，每组呈上下布置的电磁铁包含4个电磁铁，更具体地，上下各设置2个。

进一步地，每组呈上下布置的导轨包含4个导轨，更具体地，上下各设置2个。

进一步地，每组间隙传感器包含4个所述间隙传感器，在靠近转动轴的位置上下各设置1个，在远离转动轴的位置上下各设置1个。

进一步地，每组加速度传感器包含4个所述加速度传感器，在靠近转动轴的位置上下各设置1个，在远离转动轴的位置上下各设置1个。

进一步地，所述试验装置包括多根柔性连杆，所述柔性连杆用于连接或断开两组悬浮导向试验机构。

进一步地，所述试验装置包括吊钩，所述吊钩固定在柔性连杆上，砝码可挂在吊钩上，更具体地，所述试验装置可通过增加或减少砝码的方式改变悬浮质量，模拟列车载重的波动。

进一步地，所述安装支架上设有柔性衬垫，用于当导轨转动时防止转动支架与电磁铁发生刚性碰撞。

进一步地，所述转动轴是可拆卸地安装在所述法兰盘的孔中。

进一步地，所述试验装置包括手柄，所述手柄设置于所述转动支架上。

进一步地，所述手柄用于转动所述转动支架并带动导轨、施加载荷和/或测电磁吸力。

进一步地，所述试验装置包括电源和驱动与控制单元，所述电源用于给所述电磁铁、间隙传感器、驱动与控制单元供电，更具体地，所述驱动与控制单元内置电流传感器，用于测量电磁铁的电流。驱动与控制单元用于控制电磁铁的电压或电流。

本实用新型通过设计一种多功能悬浮导向原理性试验装置，通过不同的配置，实现了多方面的效果。本实用新型装置可以开展单点悬浮技术研究、单点导向技术研究及四点悬浮研究，每一项可拆分成多个独立的试验装置实现。同时可以模拟磁浮列车运行工况，开展搭接结构的悬浮技术研究、抗干扰研究等。该试验装置操作简单、功能齐全、维护方便、生产周期短、制造成本低，可快速满足常导电磁吸力型磁浮列车悬浮技术、导向技术原理性研究需求，为后续在磁浮列车上开展车辆级调试奠定基础。

附图说明

本实用新型的以上技术内容以及下面的具体实施方式在结合附图阅读时会得到更好的理解。需要说明的是，附图仅作为所请求保护的技术方案的示例。在附图中，相同的附图标记代表相同或类似的元素。

图1是本实用新型多功能悬浮导向原理性试验装置的主视图；

图2是本实用新型多功能悬浮导向原理性试验装置的三维轴侧图；

图3是本实用新型多功能悬浮导向原理性试验装置的俯视图。

其中，附图标记说明如下：

1试验台骨架

2传感器

3电磁铁

4手柄

5砝码

6转动支架

7电源

8驱动与控制单元

9柔性连杆

10安装支架

11转动轴

12导轨

13柔性衬垫

14吊钩

15加速度传感器

16间隙传感器支架

17法兰盘

具体实施方式

以下在具体实施方式中叙述本实用新型的详细特征以及优点，其内容足以使本领域技术人员了解本实用新型的技术内容并据以实施，且根据本说明书、权利要求及附图，本领域技术人员可轻易地理解本实用新型相关的目的及优点。

如图1、2和3所示的多功能悬浮导向原理性试验装置，包括试验台骨架1、两组悬浮导向试验机构、柔性连杆9、电源7和驱动与控制单元8。

所述试验台骨架1用于承载整个试验装置的重量，应具备一定的结构强度，为其余部件提供安装固定接口。

悬浮导向试验机构为具有悬浮功能、导向功能的机构，两组悬浮导向试验机构完全相同。每组所述悬浮导向试验机构包括间隙传感器2、加速度传感器15、电磁铁3、转动支架6、间隙传感器支架16、法兰盘17、安装支架10和导轨12。其中，每组转动支架共2个，所述转动支架6可绕着转动轴11转动。每组导轨12共4个，分别固定在所述转动支架6上，当所述转动支架6转动时带动所述导轨12远离或靠近电磁铁3。每组所述悬浮导向试验机构包含4个呈上下布置的所述电磁铁3，所述电磁铁3用于通电后与导轨12之间产生电磁吸力。每组所述悬浮导向试验机构包括一组间隙传感器2，所述间隙传感器2用于测量电磁铁3与导轨12之间的悬浮间隙，每组传感器2共4个，在靠近转动轴11的位置上下各设置1个，在远离转动轴11的位置上下各设置1个，间隙传感器2安装在间隙传感器支架16上，间隙传感器支架16固定在安装支架10上。每组加速度传感器15包含4个所述加速度传感器15，在靠近转动轴11的位置上下各设置1个，在远离转动轴11的位置上下各设置1个，加速度传感器15安装在导轨12上。每组安装支架10共2个，所述安装支架10上设有4个柔性衬垫13，用于当导轨12转动时，可防止转动支架6与电磁铁3发生刚性碰撞，起到缓冲作用，保护部件不受损坏。每组法兰盘17包含1个法兰盘17，固定在试验台骨架1上，法兰盘17上开孔用于转动轴11的转动。转动轴11可拆地安装在法兰盘17的孔中。

所述柔性连杆9用于连接或断开两组悬浮导向试验机构，所述柔性连杆9共有3根，可以选择其他数量的柔性连杆9，柔性连杆9可以为各种结构的柔性件连接，也可以为柔性材料，如橡胶弹簧。柔性连杆9连接后可实现搭接结构的悬浮技术研究，断开后两组机构相互独立，任意一组机构可实现单点悬浮技术或单点导向技术研究。

所述电源7用于给所述电磁铁3、间隙传感器2、驱动与控制单元8供电，所述驱动与控制单元8内置电流传感器，用于测量电磁铁的电流。驱动与控制单元8用于执行内部控制算法，根据设定的悬浮高度、电磁铁电流、间隙传感器2反馈的悬浮间隙和加速度传感器15的反馈信息，实时计算控制输出量，从而控制电磁铁3的电压或电流。

每组试验机构可进一步包括手柄4，所述手柄4设置于所述转动支架6上，所述手柄4用于转动所述转动支架6并带动导轨12、施加载荷和/或测电磁吸力。

所述试验装置可进一步包括吊钩14，所述吊钩14固定在柔性连杆9上，砝码5可挂在吊钩14上，所述试验装置可通过增加或减少砝码的方式改变悬浮质量，模拟列车载重的波动。

所述柔性连杆9，柔性衬垫13和吊钩14可以是柔性的，也可以是刚性的。

所述电磁铁3、间隙传感器2、柔性衬垫13为固定不动的部件，安装固定在安装支架10上，安装支架10安装固定在试验台骨架1上。所述导轨12、所述柔性连杆9、所述转动支架6、所述手柄4、所述吊钩14、所述砝码5、加速度传感器15为可绕着转动轴11转动的运动部件，其中砝码5挂在吊钩14上，吊钩14固定在柔性连杆9上，柔性连杆9、手柄4、导轨12均安装固定在转动支架6上，转动支架6可绕着转动轴11在上下电磁铁3之间转动。

本实用新型试验装置的电磁铁3为固定部件，导轨12为运动部件，与磁浮列车的工作原理类似，但安装方式刚好相反。电磁铁3、传感器2与导轨12面向对应，电磁铁3与导轨12均为导磁材料(如纯铁dt4)，电磁铁3通电后与导轨12构成闭合的磁回路。安装支架10与转动支架6均为非导磁材料(如铝合金)，上下导轨12之间预留一定间隙，合理配置电磁铁的n、s极性，以减少电磁泄漏，同时防止各电磁回路之间的电磁串扰。

通过采用上述多功能悬浮导向原理性试验装置，可以开展多功能悬浮导向原理性试验，试验方法如下：

试验装置实现单点悬浮技术研究时：单点悬浮系统包括1个电磁铁3、1个间隙传感器2、1个加速度传感器15、电源7、驱动与控制单元8。试验装置共有8个单点悬浮系统，由于试验装置为电磁吸力型，因此正向放置与倒装放置各4个单点悬浮系统。拆卸柔性连杆9后，任选一个上部的单点悬浮系统，即可开展单点悬浮技术研究：间隙传感器2实时测量电磁铁3与导轨12之间的悬浮间隙，加速度传感器15用于测量导轨运动的加速度，加速度信号与间隙信号一起反馈给驱动与控制单元8，驱动与控制单元8根据内部控制算法，计算得到输出量控制电磁铁3的电压(或电流)大小，从而改变电磁铁3吸力大小，使导轨12的悬浮间隙稳定在设定高度位置。

试验装置实现单点导向技术研究时：单点导向系统包括2个电磁铁3、2个间隙传感器2、2个加速度传感器15、电源7、驱动与控制单元8。试验装置共有4个单点导向系统，图示位置放置时为带自重的导向系统，将平台左侧面或背面置于底面安装放置时，为无静差的导向系统。拆卸柔性连杆9后，任选一个单点导向系统，即可开展单点导向技术研究：间隙传感器2测量上、下电磁铁3与上、下导轨12之间的导向间隙，加速度传感器15用于测量导轨运动的加速度，加速度信号与间隙信号一起反馈给驱动与控制单元8，驱动与控制单元8根据内部控制算法，计算得到输出量控制电磁铁3的电压(或电流)大小，从而改变电磁铁3吸力大小，使导轨12的导向间隙稳定在设定位置，或者保持两侧的导向间隙相等。

试验装置模拟单转向架悬浮工况实现四点悬浮技术研究时：通过柔性连杆9将两组悬浮、导向机构进行连接，使两组机构实现联动。拆卸两组机构的转动轴11，使得整个活动导轨部分(包含导轨12、转动支架6、柔性连杆9、加速度传感器15、吊钩14、手柄4、砝码5)由转动自由度转变为竖直方向的移动自由度。通过对上部4个单点悬浮系统进行控制，即可实现整个活动导轨部分的四点悬浮。

试验装置模拟磁浮列车上的搭接冗余原理实现搭接结构的悬浮技术研究时：在单点悬浮的基础上，通过柔性连杆9将两组悬浮、导向机构进行连接，在两组悬浮、导向机构各选一个上部单点悬浮系统，两个悬浮点控制两组导轨12、柔性连杆9机构悬浮工作，模拟搭接结构的悬浮。当任意一个悬浮点失效(如间隙传感器2失效、电磁铁3失效、驱动与控制单元8失效等)，剩余的一个悬浮点应仍然保持两组活动导轨部分稳定悬浮，实现搭接冗余控制。

在进行上述单点悬浮技术研究、单点导向悬浮技术研究、四点悬浮技术研究或搭接结构的悬浮技术研究时，可在当前研究使用的任一间隙传感器2处安装多个间隙传感器2或在当前研究使用的任一加速度传感器15处安装多个加速度传感器15，多个传感器可以在控制的时候做冗余备份，只要各点位上的间隙传感器2没全坏、且各点位上的加速度传感器15不全坏则故障不会影响正常试验，从而提高了系统的可靠性。

试验装置还可模拟磁浮列车上的各种突发干扰、甚至更严苛的干扰，实现抗干扰研究。以单点悬浮研究为例，在系统工作的任意阶段，可通过增加或减少砝码5的方式改变悬浮质量，来模拟列车载重的波动，可通过手柄4施加外部干扰力的方式来模拟列车颠簸或侧向风等干扰引起的波动。

这里基于的术语和表述方式只是用于描述，本实用新型并不应局限于这些术语和表述。使用这些术语和表述并不意味着排除任何示意和描述(或其中部分)的等效特征，应认识到可能存在的各种修改也应包含在权利要求范围内。其他修改、变化和替换也可能存在。相应的，权利要求应视为覆盖所有这些等效物。

同样，需要指出的是，虽然本实用新型已参照当前的具体实施例来描述，但是本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本实用新型，在没有脱离本实用新型精神的情况下还可做出各种等效的变化或替换，因此，只要在本实用新型的实质精神范围内对上述实施例的变化、变型都将落在本实用新型的权利要求书的范围内。