一种中低速磁浮车辆的空气弹簧六点支撑控制系统

摘要

本发明公开了一种中低速磁浮车辆的空气弹簧六点支撑控制系统，属于中低速磁浮车辆减震技术领域，其目的在于提供一种中低速磁浮车辆的空气弹簧六点支撑控制系统，通过采用六点支撑分组控制的方式提高中低速磁浮车辆的曲线通过性能。其包括设置在车厢底部的20个空气弹簧，20个空气弹簧分两列沿车厢长度方向设置；其特征在于：每列的10个空气弹簧均以3‑4‑3的方式划分为三组；还包括沿车厢长度方向设置的空气主管路，空气主管路的左侧、右侧均沿空气主管路的长度方向依次设置有三组空气支管路，每组空气支管路均与空气主管路连通，每组空气支管路与对应组的所有空气弹簧连通。

说明书

技术领域

本发明属于中低速磁浮车辆减震技术领域，涉及中低速磁浮车辆中空气弹簧系统的具体控制。

背景技术

中低速磁浮车辆具有加速快、运行平稳、噪声小、爬坡能力强等诸多优点，近年来在我国得到快速发展。2016年5月，中国首条中低速磁浮交通商业线—长沙磁浮快线成功开通运营；2017年底，北京地铁S1线开通运营；国内还有多个城市正在规划建设多条中低速磁浮线路。由此可见，中低速磁浮交通在我国已经进入规模化工程应用的初期阶段，中低速磁浮车辆的运行安全性和平稳性成为所面临的主要任务。

车辆的二系悬挂系统连接着车体和悬浮走行部，极大影响着车辆的运行安全性和平稳性，而空气弹簧系统是二系悬挂系统中最重要的部件。空气弹簧系统在轮轨车辆中的应用较为成熟，传统的轮轨车辆(比如说高速动车组)每节车一般配置2个转向架，每转向架左、右侧各设置1个空气弹簧，整节车共设置4个空气弹簧。为了实现对这4个空气弹簧的控制，现有的轮轨车辆基本上都是采用四点支撑的方式实现对4个空气弹簧进行控制，即对4个空气弹簧一一进行控制。但是，在中低速磁浮车辆中，空气弹簧的应用就大为不同。在中低速磁浮车辆中，中低速磁浮车辆的每单节车下都设置有20个空气弹簧。为了实现同一单节车下20个空气弹簧的控制，现有的中低速磁浮车辆更多地是沿用传统的轮轨车辆的成熟做法，即也是采用四点支撑的方式对空气弹簧进行控制，即将20个空气弹簧分成左右两列，每列10个空气弹簧以5-5方式分成2组，然后再采用四点支撑的方式实现对4组空气弹簧进行控制。

在传统的轮轨车辆中通过四点支撑控制4个空气弹簧时，尤其是在当车辆通过曲线时以及通过曲线后，空气弹簧可使得车辆更加平稳通过曲线，使车辆通过曲线后能尽快恢复平衡位置。而在中低速磁浮列车中，所采用的单侧5-5的四点支撑方式将会存在多个空气弹簧经由同一组气路进行控制，因而其曲线通过性能将明显减弱，即传统轮轨车辆的四点支撑控制方式无法适用于中低速磁浮车辆的20个空气弹簧。因此，探索一种适合中低速磁浮车辆空气弹簧系统的控制方式是有必要的。

发明内容

本发明的目的在于：为了解决传统轮轨车辆的空气弹簧分组支撑控制方式无法适用于中低速磁浮车辆的空气弹簧系统的问题，主要是因为中低速磁浮车辆采用传统轮轨车辆的空气弹簧四点分组支撑控制方式后其曲线通过性能较差的技术问题，提供一种中低速磁浮车辆的空气弹簧六点支撑控制系统，通过采用六点支撑分组控制的方式提高中低速磁浮车辆的曲线通过性能。

本发明采用的技术方案如下：

一种中低速磁浮车辆的空气弹簧六点支撑控制系统，包括设置在车厢底部的20个空气弹簧，20个空气弹簧分两列沿车厢长度方向设置；每列的10个空气弹簧均以3-4-3的方式划分为三组；还包括沿车厢长度方向设置的空气主管路，空气主管路的左侧、右侧均沿空气主管路的长度方向依次设置有三组空气支管路，每组空气支管路均与空气主管路连通，每组空气支管路与对应组的所有空气弹簧连通。

其中，20个空气弹簧中每列空气弹簧均以3-4-3的方式划分为左一弹簧组包括②④⑥、左二弹簧组包括⑧⑩左三弹簧组包括右一弹簧组①③⑤、右二弹簧组⑦⑨右三弹簧组在分别与左一弹簧组、右一弹簧组相对应的空气支管路的前两个空气弹簧之间的管路上沿空气支管路的输气方向依次设置有高度传感器和高度控制阀，在分别与左二弹簧组、右二弹簧组相对应的空气支管路的中间两个空气弹簧之间的管路上沿空气支管路的输气方向依次设置有高度传感器和高度控制阀，在分别与左三弹簧组、右三弹簧组相对应的空气支管路的后两个空气弹簧之间的管路上沿空气支管路的输气方向依次设置有高度传感器和高度控制阀。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

本发明中，采用六点支撑方式，在已经成熟的传统轮轨车辆空气弹簧控制方式的基础上，可充分利用现有部件，实现对中低速磁浮车辆每单节车20个空气弹簧的控制，充分利用现有的成熟技术，使中低速磁浮车辆的运行可靠性更高，研发成本更低；此外，在相同仿真工况下，本申请创新性地采用的六点支撑方式能使中低速磁浮车辆具有更好地曲线通过性能。

附图说明

图1是本发明的空气弹簧分组控制示意图；

图2是本发明进行数值仿真实验时用于对比的其余4种空气弹簧分组控制示意图；

图3是本发明进行数值仿真实验时车辆通过曲线时车体垂向位移的计算结果对比图；

图4是本发明进行数值仿真实验时车辆通过曲线时电磁铁悬浮间隙的计算结果对比图；

图5是本发明进行数值仿真实验时车辆通过曲线时空气弹簧垂向力的计算结果对比图；

图6是本发明进行数值仿真实验时车辆通过曲线时电磁悬浮力的计算结果对比图；

图中标记：1-右一弹簧组、2-右二弹簧组、3-右三弹簧组、4-左三弹簧组、5-左二弹簧组、6-左一弹簧组、7-高度传感器、8-高度控制阀、9-空气支管路、10-悬浮架、11-总供风风缸、12-空气主管路。①-右1位空气弹簧、②-左1位空气弹簧、③-右2位空气弹簧、④-左2位空气弹簧、⑤-右3位空气弹簧、⑥-左3位空气弹簧、⑦-右4位空气弹簧、⑧-左4位空气弹簧、⑨-右5位空气弹簧、⑩-左5位空气弹簧、-右6位空气弹簧、-左6位空气弹簧、-右7位空气弹簧、-左7位空气弹簧、-右8位空气弹簧、-左8位空气弹簧、-右9位空气弹簧、-左9位空气弹簧、-右10位空气弹簧、-左10位空气弹簧。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

一种中低速磁浮车辆的空气弹簧六点支撑控制系统，包括20个空气弹簧、6个高度传感器7、6个高度控制阀8、总供风风缸11、以及用于连接总供风风缸11与空气弹簧的空气管路。每单节车车厢底部的20个空气弹簧分成两列，并一左一右地设置单节车车厢底部，每列共10个空气弹簧，同一列的10个空气弹簧沿单节车车厢的长度方向设置。每一列的10组空气弹簧以3-4-3的方式划分为三组，即左1位空气弹簧②、左2位空气弹簧④、左3位空气弹簧⑥划分为左一弹簧组6，左4位空气弹簧⑧、左5位空气弹簧⑩、左6位空气弹簧左7位空气弹簧划分为左二弹簧组5，左8位空气弹簧左9位空气弹簧左10位空气弹簧划分为左三弹簧组4；右1位空气弹簧①、右2位空气弹簧③、右3位空气弹簧⑤划分为右一弹簧组1，右4位空气弹簧⑦、右5位空气弹簧⑨、右6位空气弹簧右7位空气弹簧划分为右二弹簧组2，右8位空气弹簧右9位空气弹簧右10位空气弹簧划分为右三弹簧组3。另外，还设置有空气主管路12，空气主管路12安装在单节车车厢底部并沿车厢长度方向设置，该空气主管路12的左侧对应左一弹簧组6、左二弹簧组5、左三弹簧组4的位置处分别设置有三组空气支管路9，每组空气支管路9均与空气主管路12连通，且每组空气支管路9与对应弹簧组内的空气弹簧连通；该空气主管路12的右侧对应右一弹簧组1、右二弹簧组2、右三弹簧组3的位置处分别设置有三组空气支管路9，每组空气支管路9均与空气主管路12连通，且每组空气支管路9与对应弹簧组内的空气弹簧连通。在每单节车车厢底部还设置有总供风风缸11，该总供风风缸11与空气主管路12的进气端连通。

另外，20个空气弹簧是通过5个悬浮架10设置在单节车的车厢底部，其中该5个悬浮架10沿单节车车厢的长度方向均匀设置。其中，左1位空气弹簧②、左2位空气弹簧④、右1位空气弹簧①、右2位空气弹簧③分别安装在第1个悬浮架10的四个角落处，左3位空气弹簧⑥、左4位空气弹簧⑧、右3位空气弹簧⑤、右4位空气弹簧⑦分别安装在第2个悬浮架10的四个角落处，左5位空气弹簧⑩、左6位空气弹簧右5位空气弹簧⑨、右6位空气弹簧分别安装在第3个悬浮架10的四个角落处，左7位空气弹簧左8位空气弹簧右7位空气弹簧右8位空气弹簧分别安装在第4个悬浮架10的四个角落处，左9位空气弹簧左10位空气弹簧右9位空气弹簧右10位空气弹簧分别安装在第5个悬浮架10的四个角落处。

为了实现对每组空气支管路9进行控制，因而在每组空气支管路9上均需设置高度传感器7和高度控制阀8。

其中，与左一弹簧组6相对应的空气支管路9中，该空气支管路9上的高度传感器7和高度控制阀8依次设置在位于左1位空气弹簧②、左2位空气弹簧④之间的管路上；与右一弹簧组1相对应的空气支管路9中，该空气支管路9上的高度传感器7和高度控制阀8依次设置在位于右1位空气弹簧①、右2位空气弹簧③之间的管路上；与左二弹簧组5相对应的空气支管路9中，该空气支管路9上的高度传感器7和高度控制阀8依次设置在位于左5位空气弹簧⑩、左6位空气弹簧之间的管路上；与右二弹簧组2相对应的空气支管路9中，该空气支管路9上的高度传感器7和高度控制阀8依次设置在位于右5位空气弹簧⑨、右6位空气弹簧之间的管路上；与左三弹簧组4相对应的空气支管路9中，该空气支管路9上的高度传感器7和高度控制阀8依次设置在位于左9位空气弹簧左10位空气弹簧之间的管路上；与右三弹簧组3相对应的空气支管路9中，该空气支管路9上的高度传感器7和高度控制阀8依次设置在位于右9位空气弹簧右10位空气弹簧之间的管路上。

本申请采用数值仿真实验的方式，针对中低速磁浮车辆单节车20个空气弹簧的5种控制方式进行了仿真分析，其中包括本申请所涉及的六点支撑分组控制方式以及其余4种不同的控制方式。其余4种控制方式分别为：(1)十二点支撑方式，即将单节车下20个空气弹簧分为左右两列，每列以1-2-2-2-2-1方式分组，左侧②空气弹簧为一组，左侧④⑥空气弹簧为一组，左侧⑧⑩空气弹簧为一组，左侧空气弹簧为一组，左侧空气弹簧为一组，左侧空气弹簧为一组，右侧①空气弹簧为一组，右侧③⑤空气弹簧为一组，右侧⑦⑨空气弹簧为一组，右侧空气弹簧为一组，右侧空气弹簧为一组，右侧空气弹簧为一组，每组空气弹簧采用一套高度控制阀8和高度传感器7进行控制，整个空气弹簧系统共有12套独立高度控制阀8和高度传感器7；(2)五点支撑方式，即将单节车下20个空气弹簧分为5组进行控制，即左侧②④⑥空气弹簧为一组，左侧⑧⑩空气弹簧为一组，右侧①③⑤空气弹簧为一组，右侧⑦⑨空气弹簧为一组，剩下的空气弹簧为一组，每组空气弹簧采用一套高度控制阀8和高度传感器7进行控制，整个空气弹簧系统共有5套独立的高度控制阀8和高度传感器7；(3)以悬浮架10为单元的四点支撑方式，前三个悬浮架10上单侧6个空气弹簧使用同一个高度阀，即左侧②④⑥⑧空气弹簧为一组，右侧①③⑤⑦空气弹簧为一组；后两个转向架上单侧4个空气弹簧使用同一个高度阀，即左侧⑩空气弹簧为一组，右侧⑨空气弹簧为一组，整个空气弹簧系统共4套独立高度控制阀8和高度传感器7；(4)以滑台为单位的四点支撑方式，单侧前5个空气弹簧和后5个空气弹簧分别使用同一个高度阀，即左侧②④⑥⑧⑩空气弹簧为一组，左侧空气弹簧为一组，右侧①③⑤⑦⑨空气弹簧为一组,右侧空气弹簧为一组，整个空气弹簧系统共4套独立高度控制阀8和高度传感器7。在相同仿真工况下，采用软件对包括本申请在内的5种不同的中低速磁浮车辆空气弹簧控制方式进行数值仿真实验，对比车辆通过曲线时的悬浮架10和电磁铁的动态响应，由结果可知本申请所涉及的六点支撑分组控制方式可以使车辆具有更好的曲线通过性能。

实施例1

如图3所示，在中低速磁浮车辆的单节车车厢上采用本申请的六点支撑后，采用数值仿真实验方式，在车辆在通过曲线时，由于离心力的作用，车体会产生一定的垂向和横向位移，对比5种不同的空气弹簧支撑方式，采用本申请涉及的空气弹簧六点支撑控制方式使得车辆在通过曲线后，车体可以更快恢复至平衡位置，从而提高了中低速磁浮车辆的曲线通过性能。

实施例2

如图4所示，在中低速磁浮车辆的单节车车厢上采用本申请的六点支撑后，采用数值仿真实验方式，在车辆在通过曲线时，由于离心力和线路超高的共同作用，悬浮间隙会产生一定的变化，对比5种不同的空气弹簧支撑方式，采用本申请涉及的空气弹簧六点支撑控制方式，中低速磁浮车辆悬浮间隙的变化更为平缓，从而提高了中低速磁浮车辆的运行平稳性和曲线通过性能。

实施例3

如附图6所示，在中低速磁浮车辆的单节车车厢上采用本申请的六点支撑后，采用数值仿真实验方式，在车辆在通过曲线时，悬浮电磁力会随着悬浮间隙的变化而变化，对比5种不同的空气弹簧支撑方式，采用本申请涉及的空气弹簧六点支撑控制方式，中低速磁浮车辆悬浮电磁力的变化更为平缓，从而提高了中低速磁浮车辆的运行平稳性和曲线通过性能。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。