СТЕНД ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ СИСТЕМ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ПОДВЕСА ТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВ Советский патент 1995 года по МПК G01M17/00 B60L13/04 

Изобретение относится к области испытательных стендов транспортных средств, в частности к стендам для исследования системы тяги и электромагнитного подвеса экипажей.

Цель изобретения повышение точности.

На фиг. 1 приведена кинематическая схема одного из возможных вариантов стенда для исследований систем электромагнитного подвеса транспортного средства; на фиг.2 то же, в аксонометрической проекции.

Стенд предназначен для исследования и подъемных характеристик модели одностороннего линейного индукторного двигателя (ОЛИД), совмещающего функции тягового двигателя и устройства электромагнитного подвеса (ЭМП), а также систем управления ЭМП в статических и динамических режимах работы. Так как стенд предназначен для исследования индукторного двигателя, цилиндрическая модель путевой структуры выполнена в виде стальных шихтованных П-образной формы элементов 1, закрепленных на поверхности опорного элемента 2, вал 3 которого расположен в подшипниках 4 и сочленен с валом тарированного электродвигателя постоянного тока 5. Расстояние от цилиндрической поверхности 6 элементов 1 модели путевой структуры до оси вращения элемента 2 можно изменять при помощи прокладок 7. Электродвигатель 5 установлен на станине 8 стенда. Электромагниты 9, представляющие собой одновременно модель устройства электромагнитного подвеса, установлены на рычаге 10, который при достаточно большом плече и малых углах поворота вокруг оси 11, расположенной в подшипниках 12, обеспечивает почти прямолинейное движение электромагнитов 9 в радиальном направлении (по направлению действия подъемного усилия F_под), т. е. электромагниты 9 имеют степень свободы в этом направлении. Рычаг 10 может быть жестко закреплен упорами 13 и 14. Рычаг 10 через датчик подъемного усилия 15, выполненный в виде кольца с наклеенными тензодатчиками и установленный по направлению действия подъемного усилия, соединен с элементами 16 и 17 соответственно подрессоривания и демпфирования, которые в свою очередь соединены с рамой 18. Конструкция элементов 16 и 17 допускает возможность жесткого соединения рычага 10 с рамой 18. Рама 18 может поворачиваться относительно оси 19, расположенной в подшипниках 20. На раме 18 жестко закреплена варьируемая масса 21 в виде набора грузов, имитирующих массу тележки экипажа, а варьируемая масса 22 в виде набора грузов, имитирующих массу кузова экипажа, связана с рамой 18 (а следовательно, и с массой, имитирующей тележку) элементами 23 и 24 соответственно подрессоривания и демпфирования. Рама 18 может быть жестко закреплена на станине 8 с помощью упоров 25 и 26, а конструкция элементов 23 и 24 допускает возможность жесткого соединения рамы 18, на которой расположена масса 21 имитации тележки, с массой 22, имитирующей кузов экипажа.

Для изменения величины воздушного зазора δ между электромагнитами 9 и цилиндрической поверхностью элементов 1 на рычаге 10 установлен датчик 27 величины воздушного зазора, например индуктивного типа. В индуктивном датчике использовано изменение комплексных сопротивлений при изменении воздушного зазора между измерительной катушкой и ферромагнитной полосой путевой структуры. Плоская измерительная катушка датчика располагается параллельно путевой структуре и питается напряжением высокой частоты, стабилизированной кварцем. Датчик 27 величины воздушного зазора измеряет расстояние δ' (пропорционально зазору δ) до поверхности проводящей пластины 28, расположенной перпендикулярно направлению подъемного усилия F_под и жестко связанной со станиной 8. На элементе 2 закреплено кольцо 29, выполненное из электропроводящего материала. Кольцо можно деформировать и перемещать в радиальном направлении и тем самым менять расстояние от его цилиндрической поверхности до оси вращения элемента 2. Деформацией и смещением кольца 29 имитируются неровности пути. Конструкция крепления датчика 27 зазора позволяет переносить его в зону кольца 29 для измерения зазора δ'. Имитация неровностей пути также может достигаться изменением расстояния от цилиндрической поверхности и некоторых элементов 1 до оси вращения элементов 2 посредством прокладок 7. Для питания и управления электромагнитами 9 стенд содержит блок 30 системы питания и управления, состоящий из преобразователя напряжения, питающего электромагниты 9, и автоматического управляющего устройства, преобразующего сигналы датчика 27 в управляющие сигналы, поступающие на вход преобразователя напряжения.

Стенд может иметь элементы 31 и 32 создания механических возмущений, имитирующие внешние воздействия и вибрации при движении экипажа. Элементы 31 и 32 могут быть электромагнитными, пневматическими и др. Например, это может быть электродвигатель постоянного тока небольшой мощности с регулируемой частотой вращения, со сменным эксцентриком на свободном конце вала, установленный на массах 21 или 22. Возможно применение электромагнита переменного тока, у которого сердечник с обмоткой размещен на массах 21 или 22, а якорь расположен на станине 8 стенда.

На стенде можно проводить исследования других типов линейных двигателей, а также электромагнитного устройства подвеса, не обладающего функцией тяги. В этом случае модель путевой структуры должна иметь ферромагнитную полосу, закрепленную по периметру цилиндрического элемента 3, вращение которого осуществляется электродвигателем 5.

При необходимости (например, для компенсации сил магнитного тяжения, создаваемых устройством электромагнитного подвеса) по окружности элемента 2 могут устанавливаться несколько устройств электромагнитного подвеса.

Стенд для исследования систем электромагнитного подвеса транспортных средств работает следующим образом. В обмотки возбуждения электромагнитов 9 подается постоянный регулируемый ток от блока 30 системы питания и управления. При этом в электромагнитах 9 возникает подъемное усилие F_под, действующее в радиальном направлении к центру элемента 2. Обмотка электромагнитов 9, которая предназначена для создания бегущего магнитного поля, обесточена. В таком режиме электромагниты 9 работают только как устройство электромагнитного подвеса. Двигатель 5 вращает элемент 2 с заданной частотой вращения. Стенд допускает реверсирование элемента 2. Движение цилиндрической поверхности 6 элементов 1 путевой структуры относительно электромагнитов 9 имитирует движение электромагнитов левитирующего экипажа с заданной скоростью в реальных условиях. Датчик 27 воздушного зазора дает информацию в блок 30 системы питания и управления о расстоянии от электромагнитов 9 до цилиндрической поверхности 6 элемента 2. Датчик 15 подъемного усилия дает информацию на измерительные приборы об усилиях, действующих на электромагниты 9. Блок 10 системы питания и управления реагирует на информацию датчика 27 зазора и автоматически управляет электромагнитами 9 путем изменения величины тока возбуждения, поддерживая воздушный зазор δ постоянным, тем самым осуществляет левитацию.

При фиксированном с помощью упоров 13 и 14 положении рычага 10 стенд моделирует работу системы электромагнитного подвеса (ЭМП) на экипаже бесконечной массы и может служить для исследования продольных электродинамических усилий при фиксированных зазорах δ, устанавливаемых с помощью упоров 14 и 13. Продольные тормозные или тяговые усилия определяются пересчетом через характеристики тарированного электродвигателя 5. В этом случае измерение подъемных усилий не происходит.

При снятии ограничения в передвижении рычага 10 упорами 13 и 14, но жестком соединении рычага 10 с рамой 18, зафиксированной упорами 25 и 26, стенд моделирует работу системы электромагнитного подвеса на экипаже бесконечной массы и позволяет исследовать при фиксированных зазорах, помимо продольных электродинамических усилий, подъемные усилия, измеряемые с помощью датчика подъемного усилия 15.

При снятии жесткого соединения рычага 10 с рамой 18, зафиксированной упорами 25 и 26 рамы 18, стенд моделирует работу системы ЭМП на экипаже бесконечной массы с элементами подрессоривания 16 и демпфирования 17 и позволяет исследовать влияние на работу ЭМП параметров подрессоривания.

При снятии жесткого соединения рамы 18, но при жестком соединении массы 21 с массой 22, стенд моделирует подвешивание экипажа конечной массы с одной ступенью подвешивания и позволяет исследовать параметры элементов подрессоривания и демпфирования 16 и 17.

При снятии жесткого соединения 21 с массой 22 стенд моделирует подвешивание экипажа, состоящего из тележки и кузова и имеющего вторичное подвешивание. В этом случае моделируется реальная схема экипажа.

Элементы 31 и 32 заданных механических возмущений воздействуют на массы 21 и 22 и позволяют исследовать поведение и диапазон устойчивой работы всей системы электромагнитного подвеса экипажа при наличии случайных внешних воздействий или собственных вибраций экипажа, изменяющихся по частоте и амплитуде.

СТЕНД ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ СИСТЕМ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ПОДВЕСА ТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВ, содержащий ферромагнитные П-образные элементы модели путевой структуры, закрепленные на опорном элементе, установленном с возможностью вращения на валу электродвигателя, и электрически соединенные с системой питания, управления и датчиком зазора электромагниты модели электромагнитного подвеса, установленные с зазором по отношению к ферромагнитным П-образным элементам модели путевой структуры на станине и с возможностью перемещения в нормальном к их рабочей поверхности направлении и связанные через элементы подрессоривания и демпфирования с рамой, на которой закреплен груз, имитирующий транспортное средство, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, груз, имитирующий транспортное средство, включает в себя две варьируемые массы, связанные между собой элементами подрессоривания и демпфирования.