本發明涉及一種磁懸浮軌道交通系統。

背景技術：

已有的磁懸浮軌道交通系統有兩種形式：德國的常導磁吸型(EMS)系統和日本的超導磁斥型(EDS)系統。常導磁吸型(EMS)系統是利用常規的電磁鐵與一般鐵性物資相吸引的原理，將列車吸附上來懸浮運行；超導磁斥型(EDS)系統則是利用超導的磁懸浮原理，使車輪和鋼軌之間產生相互排斥力，使列車懸浮運行。以上兩種磁懸浮系統都是由懸浮系統、推進系統和導向系統組成。以上兩種磁懸浮系統有一個共同的特點，就是懸浮系統和推進系統均為電磁力，投資費用高昂，運行費用高昂，因而不是每個地方都適宜實施的，不能用作廣大百姓通用性的交通工具。已有的磁懸浮軌道交通系統最大的問題是：依靠電磁力將整個列車抬起，需要太多的電能，不但浪費，而且如果采用火力發電，用電越多，環境污染越多。

技術實現要素：

本發明的目的在于發明一種實施容易，運行費用低廉，適于頻繁停站，便于平民乘坐的磁懸浮軌道交通系統。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：一種液壓永磁磁懸浮軌道交通系統，由車廂、懸浮系統、推進系統和導向系統組成，其特征是：懸浮系統是在車廂底部安裝兩排懸浮磁鐵，在兩根導軌上安裝兩排懸浮磁鐵，利用永久磁鐵同極相斥原理，在車廂懸浮磁鐵與導軌懸浮磁鐵之間產生相互排斥的力，使車廂懸浮于導軌之上運行；推力系統是利用液壓系統產生的推力推動磁性無桿活塞液壓缸中的無桿活塞，無桿活塞上設置有活塞磁鐵，無桿活塞液壓缸缸體外側設置有安裝在車廂上的車廂滑塊，車廂滑塊上設置有滑塊磁鐵，活塞磁鐵與滑塊磁鐵均為永久磁鐵，利用永久磁鐵異極相吸原理，在活塞磁鐵與滑塊磁鐵之間產生相互吸引的力，當液壓系統驅動無桿活塞運行時，便帶動車廂滑塊，從而帶動車廂運行；磁性無桿活塞液壓缸缸體用非導磁材料制作，可以連接延長。利用液壓系統控制整個系統車廂的運行、停站、速度快慢、站間距離或將車輛調出修理等。磁性無桿活塞液壓缸缸體穩固的安裝在地基上，地基可以是地面、高架橋，也可以是地下任何可以安裝導軌的場合。

本發明的有益效果是，一種液壓永磁磁懸浮軌道交通系統可用于城市軌道交通，也可用于農村、企業、風景區、大型物流庫房等許多場合，特別是城市軌道交通增添了一位可運行于鬧市區、造價較低廉、建造速度快、運行費用低、節約能源、居民乘坐就相當于BRT那么方便的城市軌道交通新成員——液壓永磁磁懸浮軌道交通系統，對城市鬧市區交通擁擠堵塞、等車難問題可起到一定緩解作用。

液壓永磁磁懸浮軌道交通系統車輛運行速度和站距可根據需要調整，可單車輛雙線路往返運行，也可3、4輛車廂掛靠形成小列車單線路大載客量區間運行，經過特殊設計也可實現環形運行，各車輛運行到站可絕對準確，可以確保準時到站，因此她將是一種緩解城市中心位置交通堵塞的有效工具。

本發明采用的是一種永磁互斥型懸浮系統，是利用永久磁鐵同極相斥原理，使車廂懸浮于導軌之上運行，無須巨大的電能將車廂浮起，因此，本發明的軌道交通系統是一種十分節能的軌道交通系統。

附圖說明

下面結合附圖和實施例對本發明作進一步說明。

圖1是本發明的一種液壓永磁磁懸浮軌道交通系統實施例結構系統示意圖。

圖1中，1車廂；2、導軌；3、磁性無桿活塞液壓缸；4、液壓控制系統。

圖2是圖1的B-B剖視圖，表達本發明的一種液壓永磁磁懸浮軌道交通系統的懸浮系統——永磁相斥型懸浮系統原理示意圖。

圖2中，1、車廂；12、車廂懸浮磁鐵；2、導軌；21、導軌懸浮磁鐵安裝體；22、導軌懸浮磁鐵。

圖3是圖1的C-C剖視圖，表達本發明的一種液壓永磁磁懸浮軌道交通系統推進系統——利用液壓系統的執行機構磁性無桿液壓缸可以輕易獲得巨大推力和行程以及可以靈活控制的特點，配合永久磁鐵異極相吸原理對車廂進行推進的原理示意圖。

圖3中，車廂；11、車廂懸浮磁鐵安裝體；12、車廂懸浮磁鐵；13、車廂懸浮磁鐵安裝體滾輪；3、磁性無桿活塞液壓缸；31、無桿活塞；32、活塞磁鐵安裝體；33、活塞磁鐵；34、活塞磁鐵滾輪；35、磁性無桿活塞液壓缸缸體；4、液壓控制系統。

圖4和圖5是圖1中的A-A視圖，表達的是本發明一種液壓永磁相斥型磁懸浮城市軌道交通系統的原理結構示意圖。一般情況下，圖4的結構與圖6、圖8和圖9的線路系統使用，圖5的結構與圖7的線路系統使用。

圖4和圖5中，1、車廂；11、車廂懸浮磁鐵安裝體；12、車廂懸浮磁鐵；13、車廂懸浮磁鐵安裝體滾輪；14、車廂懸浮限位及輔助導向件；15、車廂懸浮限位滾輪；16、車廂輔助導向滾輪；17、車廂滑塊；18、車廂滑塊磁鐵；19、車廂滑塊滾輪；2、導軌；21、導軌懸浮磁鐵安裝體；22、導軌懸浮磁鐵；3、磁性無桿活塞液壓缸；33、活塞磁鐵。

圖6、圖7、圖8和圖9是本發明一種液壓永磁磁懸浮軌道交通系統的線路設置示意圖，其中，圖6是一種單軌多車廂直達快車運行線路示意圖；圖7是一種換軌雙向運行線路示意圖；圖8是一種環行運行線路示意圖；圖9是一種雙環行對開運行線路示意圖。

圖6、圖7、圖8和圖9中，1車廂；2、導軌；3、磁性無桿活塞液壓缸；4、液壓控制系統。

具體實施方式

下面就本液壓永磁磁懸浮軌道交通系統的實施，按車廂、導軌、磁性無桿活塞液壓缸、液壓控制系統和線路設計與控制加以說明，以上五部分，在功能方面互相關聯，在設計、生產、安裝調試和維護互相工作中，既有分工又有合作，相互影響。

1)要實施一套液壓永磁磁懸浮軌道交通系統，首先要明確線路、客流量(包括高峰客流量、低峰客流量和正常客流量)，由此決定運行車輛(每節乘坐多少人，幾節組合，或者什么情況下組合)、站間距離、行車速度、停車時間等。

2)模擬原理試驗及初步設計

A)根據車廂結構重量和載荷，計算出所選擇的強力磁鐵與強力磁鐵之間所需的推力和吸力。

B)測試出所選用的強力磁鐵與強力磁鐵之間所能產生的推力和吸力，要采取屏蔽措施，既保護附近鐵磁體不受影響，又可以提高磁鐵之間的相互吸引力和排斥力。

C)得出磁鐵的形狀、尺寸、安裝關系與磁通量之間的變化關系。

得出：乘坐多少人的車廂箱體重量，車廂重量加乘客的總總量，用此種磁鐵，采用什么形狀和尺寸，采用怎樣的布置方式，需要多少磁鐵能將車廂和乘客懸浮起來。要考慮到各種因素。

D)得出：乘客少，懸浮力不變，有多大的剩余懸浮力，用以設計懸浮距離限制件的結構、強度和剛度。

根據以上技術參數，可以設計導軌上懸浮磁鐵的形狀、尺寸和布置方式，設計車廂上懸浮磁鐵的形狀、尺寸和布置方式。

設計時注意，增加懸浮磁鐵之間對應方向的面積，有利于使車廂懸浮磁鐵和導軌懸浮磁鐵之間保持更大“接觸”面積，有利于提高排斥力。

參考技術參數：銣鐵硼磁鐵吸力約可吸起它本身質量640倍的其他鐵磁物體。(廠家不同，差距很大)

一般認為磁極能夠產生磁場。磁鐵吸引力的大小與磁鐵所產生的磁場強度和磁極強度成正比：F＝mH，其中m為磁極強度，H為磁場強度，而磁極所產生的磁場強度與距離r的3次方成反比。所以，液壓永磁磁懸浮軌道交通系統使用永久磁鐵可控制到很小的間隙，而且可以基本穩定不變。

E)計算并模擬測試出：車廂重量加乘客的總總量在懸浮情況下需要多大的力可以推進其前進。要考慮到各種因素。

F)根據以上技術參數，設計液壓控制系統和磁性無桿活塞液壓缸的活塞。

G)設計出：車廂重量加乘客的總總量在懸浮情況下，活塞磁鐵和車廂滑塊磁鐵的大小、形狀和相互位置關系，確定活塞磁鐵和車廂滑塊磁鐵的設計和安裝方式。

有了以上技術參數，就可以進行車廂、導軌、磁性無桿活塞液壓缸、液壓控制系統的設計了。

3)設計車廂和導軌時要注意：

首先確定導軌的寬度，再確定兩排導軌懸浮磁鐵的寬度，再確定車廂上兩排懸浮磁鐵的安裝寬度方向的位置和結構；

第二，確定導軌懸浮磁鐵與懸浮磁鐵之間的距離，即陣列方式，這里主要是為了保證車廂磁鐵與導軌磁鐵總的“接觸”面積。

導軌上懸浮磁鐵的形狀、尺寸和密度，車廂上懸浮磁鐵的形狀、尺寸和密度，要求無論車廂運行到什么地方，要確保車廂懸浮磁鐵和導軌懸浮磁鐵的“接觸”(有間隙)面積，確保“排斥力”。

4)液壓系統的設計要綜合考慮推力和速度(由液壓系統的流量決定)，這兩個技術參數要求能隨時輕易設定改變(當然須有專人負責)。

注意：一般情況下，最好各站點距離相等；每個站點需要設置一套小泵、油管接頭、閥門，以便調整兩輛車廂之間的距離。

如果要求達到和公交汽車那樣隨意快慢運行，需每個站點設置一位液壓系統操作人員；如果列車均站、均速、準點運行，則在總站控制即可。

如果站點距離不等，也可設計成各站點與站點之間運行時間相等，即運行在距離較長的站點之間的車廂，其運行速度要按比例提高運行速度，在相同時間之內到站。這一點，對液壓系統來說，很容易做到。

液壓控制系統要確保車輛掉頭的要求。圖8和圖9的線路需要將無桿活塞設計成可轉彎，其實，街道沒有筆直的，軌道交通系統線路本身就需要能拐彎。當然，開發一套新產品總有一些新零配件的開發，這樣的設計，一般具備設計研發能力的工程師應該可以完成。

5)全部工作完成，最好作小規模系統模擬運行試驗。

不同的單位，不同的要求，可根據自己的具體情況設計。

下面我們從結構上分析一下液壓永磁磁懸浮軌道交通系統中的懸浮系統、推進系統和導向系統。

懸浮系統采用的是一種永磁互斥型懸浮系統。

液壓永磁磁懸浮軌道交通系統中的懸浮系統由安裝在軌道上的兩排永久磁鐵導軌懸浮磁鐵(22)產生主動懸浮推力，由安裝在車廂底部的車廂懸浮磁鐵(12)產生被動懸浮推力，兩個推力相互作用，將車廂推起懸浮為超低摩擦運動創造條件。由于永久磁鐵無法單獨控制車廂的準確懸浮高度，因此需要車廂懸浮限位及輔助導向件(14)和車廂懸浮限位滾輪(15)來對車廂的懸浮高度加以限制。大家知道，永磁場的磁場強度隨距離的增加成立方衰減關系，導軌懸浮磁鐵與車廂懸浮磁鐵的距離控制的越小，相互推力就越大，而且距離相差很小，推力就會變化很大，所以，導軌懸浮磁鐵與車廂懸浮磁鐵的距離應該控制在一個最優距離，這個距離應該通過試驗確定。由于車廂懸浮限位及輔助導向件(14)和車廂懸浮限位滾輪(15)可以準確地限定車廂的懸浮高度，所以可以達到控制的目的。為了調整間隙的方便，車廂懸浮限位滾輪(15)在車廂懸浮限位及輔助導向件(14)上的安裝形式，應該設計成可調節式的。

液壓永磁磁懸浮軌道交通系統中的推進系統是利用液壓系統可以產生巨大推力和進行靈活控制的特點與永久磁鐵異極相吸原理相結合的結構。

推進系統的核心是磁性無桿活塞液壓缸(3)和缸體外側連接車廂沿著缸體外表面運動的車廂滑塊(17)、車廂滑塊磁發鐵(18)和車廂滑塊滾輪(19)，它是利用永久磁鐵異極相吸原理。

我們知道，車廂被懸浮起來以后，就沒有什么摩擦力，如果用于普通城市軌道交通，運行速度也不很快，運行中空氣阻力也很小，因此，本液壓永磁磁懸浮軌道交通系統中的一節裝載百人車廂僅需很小的力就可推動，一條線路的交通車廂一般只要一套液壓系統的動力就足夠驅動全部車輛。但是，液壓系統需設計成在各站點之間可獨立控制。

液壓系統的工作壓力和磁性無桿活塞液壓缸中的活塞面積決定液壓系統提供的推力，也就是帶動列車車廂前進動力，這個動力需要通過磁性無桿活塞液壓缸中活塞磁鐵(33)和車廂滑塊磁鐵(18)之間異極相吸的相互吸引力傳遞到車廂上帶動車廂前進。從永久磁鐵異極相吸的磁力線分布我們可以知道活塞磁鐵(33)和車廂滑塊磁鐵(18)之間的磁場強度狀態，永久磁鐵之間的吸引力以正方向為最大，所以活塞磁鐵的形狀和它在液壓缸中的安裝方向和位置，應通過設計和試驗決定，以求獲得最佳效果；車廂滑塊磁鐵(18)的設計、安裝方法也一樣。

活塞磁鐵(33)和車廂滑塊磁鐵(18)之間的間隙對磁場的衰減設計同樣十分重要，這里通過活塞磁鐵滾輪(34)和車廂滑塊滾輪(19)對活塞磁鐵(33)和車廂滑塊磁鐵(18)之間的間隙進行控制，以確保活塞磁鐵在油缸內壁和車廂滑塊在油缸外側運行暢通。

液壓永磁磁懸浮軌道交通系統中的導向系統主要是利用永久磁鐵異極相吸且“各向自動發力”的原理，因為懸浮磁鐵之間不會干擾導向，車廂的導向，主要是由磁性無桿活塞液壓缸的活塞磁鐵決定，它的運行軌跡就決定了車廂的運行線路；另外在車廂上設置有車廂懸浮限位及輔助導向件(14)和車廂輔助導向滾輪(16)進行機械輔助導向。

磁性無桿活塞液壓缸中活塞磁鐵(33)和車廂滑塊磁鐵(18)之間異極相吸的相互吸引力不但能將車廂推動前行，而且它還有一個作用，就是通過車廂滑塊將車廂的運行軌跡牢牢地限制在與磁性無桿活塞液壓缸中活塞磁鐵運行的軌跡上。我們可以做一個實驗，兩塊磁鐵一極相吸時，如果你要將它們拉開，它們 之間的吸力將阻止你拉開；如果你要將其中一塊磁鐵向另一塊磁鐵的左邊拉動，它們之間的吸力將阻止你向左邊拉動；如果你要向右邊拉動，它們又將阻止你向右邊拉動；同樣，它們還會將阻止你向上和向下拉動，我們稱之為永久磁鐵異極相吸“各向自動發力”的原理，液壓永磁磁懸浮軌道交通系統中的導向系統主要就是利用這個原理。所以，活塞磁鐵的運行軌跡就決定了車廂的運行線路。

在車廂上設置車廂懸浮限位及輔助導向件(14)和車廂輔助導向滾輪(16)進行機械輔助導向的設計屬于常規機械設計，在此不多闡述。

圖6、圖7、圖8和圖9是本發明一種液壓永磁磁懸浮軌道交通系統的線路設置示意圖，其中，圖6是一種單軌多車廂直達快車運行線路示意圖；圖7是一種換軌雙向運行線路示意圖；圖8是一種環行運行線路示意圖；圖9是一種雙環行對開運行線路示意圖。

圖6和圖7中，1車廂；2、導軌；3、磁性無桿活塞液壓缸；4、液壓控制系統。

圖6是一種單軌多車廂直達快車運行線路示意圖。這種線路一般用于城市中心區客流量大的某段線路，每天上下班時間或節假日客流量很大，用以快速疏通客流。此線路可幾節車廂掛在一起，大載客量直達或只停很少的站。液壓系統很好控制。此線路缺點：單車運行，效率低。

圖7是一種換軌雙向運行線路示意圖。

車輛到終點站不掉頭，采取倒車的形式換軌運行，實現雙向連續運行。

此線路特點：可實現全線路雙向連續運行，效率高，運輸量大。

設計要點：換軌方式，液壓系統及相關附件設計。具體零部件設計的內容，在此不多敘述。

圖8是一種環行運行線路示意圖；圖9是一種雙環行對開運行線路示意圖。

此線路可用于大型環路運行或雙向對開環路運行。

設計要點：液壓系統及相關附件設計，即可轉彎磁性無桿活塞液壓缸設計，包括無桿活塞和活塞磁鐵。具體零部件設計的內容，在此不多敘述。

圖7、圖8和圖9線路中，液壓系統及零部件非標設計需要一定開發思維，但具備一定開發經驗的一般工程師都可以完成此工作。

應該指出，到目前為止，磁懸浮列車都是單軌運行，原軌去原軌回，不能換軌運行，因此一條線上只是單車運行，就像圖6所示，軌道越長，浪費越大；本發明圖7的線路形式可使液壓磁懸車廂換軌運行，圖8和圖9可環路運行，這樣，一條線路可以同時運行許多車廂，就像公交車一樣，使之適應平民軌道交通的需要。

本發明主要針對城市軌道交通系統，也可用于其它需要的地區和場合。