專利名稱：車輛渦流制動(dòng)實(shí)驗(yàn)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬機(jī)電技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種高速軌道交通系統(tǒng)的渦流制動(dòng)實(shí)驗(yàn)裝置。
目前上海引進(jìn)的全世界首條商業(yè)運(yùn)行的磁懸浮線路上所行駛的是德國進(jìn)口的TR08高速磁懸浮列車。該車所裝載的安全控制裝置的關(guān)鍵部分是渦流制動(dòng)裝置。
如何驗(yàn)證渦流制動(dòng)技術(shù)原理的有效性、驗(yàn)證渦流制動(dòng)設(shè)備制造技術(shù)的可行性，驗(yàn)證車載設(shè)備的可用性、可靠性，以及驗(yàn)證車載檢測(cè)控制系統(tǒng)的可用性與可靠性、車載勵(lì)磁電源的可用性與可靠性、測(cè)試技術(shù)與儀器的可行性等就成為渦流制動(dòng)裝置國產(chǎn)化過程中所要解決的基礎(chǔ)技術(shù)問題。
根據(jù)專利查新證明，目前國內(nèi)僅有一套用于研究輪軌系統(tǒng)列車的渦流制動(dòng)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，但是該系統(tǒng)的制動(dòng)輪直徑是1100mm，最大線速度僅為250km/h，最大轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為166kN.m.s2，最大制動(dòng)力4.66kN，制動(dòng)磁極固定安裝。國外類似的渦流制動(dòng)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)有運(yùn)行速度大于300km/h的轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)臺(tái)，但是其渦流制動(dòng)磁極是采用固定安裝方式。它們都無法模擬TR系列磁懸浮列車渦流制動(dòng)裝置特有的運(yùn)行模式。
本發(fā)明設(shè)計(jì)的車輛渦流制動(dòng)實(shí)驗(yàn)裝置，由機(jī)械系統(tǒng)、車載電源模擬裝置、可控交直流勵(lì)磁電源、交流傳動(dòng)控制裝置、測(cè)試機(jī)構(gòu)、計(jì)算機(jī)檢測(cè)與控制系統(tǒng)組成，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。其中，機(jī)構(gòu)系統(tǒng)部分由安裝基座、變頻交流異步電機(jī)、旋轉(zhuǎn)軌道輪裝置(軌道測(cè)試輪)、慣性輪裝置、磁極安裝支撐裝置、彈性阻尼器、磁吸力和渦流制動(dòng)力傳感器、轉(zhuǎn)速傳感器和連接機(jī)構(gòu)組成，其結(jié)構(gòu)如

圖1所示。其中，旋轉(zhuǎn)軌道輪(測(cè)試輪)6通過支撐結(jié)構(gòu)7安裝于基座1上，慣性輪9通過支撐結(jié)構(gòu)10安裝于基座1上，慣性輪軸11通過聯(lián)軸器12與軌道輪軸8連接，制動(dòng)磁極4設(shè)置于磁極安裝支撐裝置3內(nèi)，旋轉(zhuǎn)軌道輪6的側(cè)緣位于兩邊對(duì)稱設(shè)置的制動(dòng)磁極4中。異步電機(jī)2安裝于基座1上，電機(jī)輸出軸通過皮帶與慣性輪軸11連接。
本發(fā)明中，制動(dòng)磁極4在支撐裝置3中成扇形分布，每側(cè)可以為4-8個(gè)。制動(dòng)力(磁吸力)測(cè)量傳感器14通過安裝支座13與基座1固定。支撐裝置3的中心通過徑向軸承支撐在軌道輪(測(cè)試輪)6的主軸8的軸套上。見圖3所示。支撐裝置3可以圍繞測(cè)試輪軸8的軸套旋轉(zhuǎn)。
本發(fā)明中，電磁機(jī)構(gòu)行程控制與電磁吸力測(cè)量機(jī)構(gòu)15設(shè)置于制動(dòng)磁極4的對(duì)應(yīng)位置，成扇形分布，見圖4所示。該控制測(cè)量機(jī)構(gòu)15由電磁鐵鐵芯16、電磁鐵繞組17、磁軛18、電磁吸力傳感器19、阻尼彈簧21、行程控制擋板22依次連接組成，其結(jié)構(gòu)見圖5所示。
其中，每一側(cè)的制動(dòng)磁極4與磁軛18構(gòu)成單元，該單元通過支撐軸承安裝在支撐裝置3中，以減少電磁單元運(yùn)動(dòng)時(shí)的摩擦力。行程控制機(jī)構(gòu)安裝和限制套筒20是支撐裝置3的一部分。當(dāng)電磁單元中有勵(lì)磁電流時(shí)，電磁機(jī)構(gòu)單元可以克服彈簧21的彈性阻尼發(fā)生位移，該位移的行程大小可以通過行程控制擋板22進(jìn)行調(diào)節(jié)。
在進(jìn)行渦流制動(dòng)實(shí)驗(yàn)時(shí)，渦流制動(dòng)力可以通過圖6所示的切線原理進(jìn)行分離測(cè)量，而電磁吸力的大小可以通過電磁吸力傳感器19獲取，電磁單元的行程的大小在實(shí)驗(yàn)之間通過調(diào)節(jié)行程控制擋板22獲取。
本發(fā)明工作過程如下當(dāng)需要啟動(dòng)實(shí)驗(yàn)裝置時(shí)，傳動(dòng)控制裝置驅(qū)動(dòng)變頻交流異步電機(jī)2，驅(qū)動(dòng)慣性輪9，通過聯(lián)軸器12驅(qū)動(dòng)測(cè)試軌道輪6，當(dāng)測(cè)試輪達(dá)到規(guī)定的轉(zhuǎn)速時(shí)，切除傳動(dòng)控制裝置輸出，然后啟動(dòng)交直流勵(lì)磁電源向電磁單元提供勵(lì)磁，由于勵(lì)磁電源作用和電磁單元與測(cè)試輪上的感應(yīng)板之間的高速相對(duì)運(yùn)動(dòng)，一方面產(chǎn)生渦流制動(dòng)力，同時(shí)產(chǎn)生電磁吸力。渦流制動(dòng)力對(duì)測(cè)試輪6和慣性輪9產(chǎn)生制動(dòng)作用，其制動(dòng)力的大小通過渦流制動(dòng)力分離測(cè)量傳感器14由計(jì)算機(jī)記錄處理。而電磁吸力則使得電磁單元(當(dāng)電磁吸力足夠大時(shí))克服彈簧的彈性阻尼發(fā)生位移。電磁吸力的大小通過電磁吸力傳感器19由計(jì)算機(jī)記錄處理。在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程中，計(jì)算機(jī)同時(shí)記錄軌道輪的速度、勵(lì)磁電流的大小和頻率(當(dāng)勵(lì)磁輸出為交流勵(lì)磁時(shí))、制動(dòng)力和電磁吸力等。
在實(shí)驗(yàn)之前計(jì)算機(jī)首先將所有的傳感器的輸出清零。在實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，計(jì)算機(jī)將所有的記錄信息進(jìn)行數(shù)據(jù)庫管理、各種所需的同步分析處理，包括圖形及報(bào)表顯示打印等。
本發(fā)明的技術(shù)特點(diǎn)是以旋轉(zhuǎn)方式模擬直線運(yùn)動(dòng)、以軌道運(yùn)動(dòng)代替車輛運(yùn)動(dòng)所形成的相對(duì)運(yùn)動(dòng)機(jī)理，以大慣性模擬車輛運(yùn)行、以350km/h的最大線速度運(yùn)行、大的渦流制動(dòng)力、大的磁吸力、制動(dòng)磁極根據(jù)磁吸力大小產(chǎn)生位移模擬列車的安全制動(dòng)工況。
磁極采取側(cè)面布置方式，分別布置在測(cè)試軌道輪的兩側(cè)。這樣布置的目的是一方面與磁懸浮列車的結(jié)構(gòu)相似，因?yàn)榇艖腋×熊嚨臏u流制動(dòng)磁極也是分別布置在列車下部的兩側(cè)，在發(fā)生制動(dòng)作用時(shí)，磁極分別向內(nèi)側(cè)移動(dòng)抱緊導(dǎo)向軌而發(fā)生摩擦；另一方面，可以模擬在制動(dòng)作用產(chǎn)生時(shí)，渦流制動(dòng)磁極與導(dǎo)向軌之間因磁吸力導(dǎo)致的間隙變化。
本發(fā)明通過部件的模塊化結(jié)構(gòu)，以實(shí)現(xiàn)通用性、可更換性?？梢杂糜隍?yàn)證渦流制動(dòng)技術(shù)原理的有效性、驗(yàn)證渦流制動(dòng)設(shè)備制造技術(shù)的可行性，驗(yàn)證車載設(shè)備的可用性、可靠性，以及驗(yàn)證車載檢測(cè)控制系統(tǒng)的可用性與可靠性、車載勵(lì)磁電源的可用性與可靠性、測(cè)試技術(shù)與儀器的可行性等。
圖2為裝置組成框圖。
圖3為電磁結(jié)構(gòu)與支撐結(jié)構(gòu)關(guān)系圖。
圖4為力的測(cè)量關(guān)系圖。
圖5為電磁結(jié)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)與測(cè)量示意圖。
圖6為制動(dòng)力測(cè)量分離原理圖。
圖中標(biāo)號(hào)1為機(jī)械結(jié)構(gòu)的基座；2為變頻交流異步電機(jī)；3為磁極安裝支撐裝置；4為制動(dòng)磁極；5為軸承端蓋；6為旋轉(zhuǎn)軌道輪(又稱測(cè)試輪)；7為旋轉(zhuǎn)軌道輪支撐結(jié)構(gòu)；8為軌道輪軸；9為慣性輪；10為慣性輪支撐結(jié)構(gòu)；11為慣性輪軸，12為聯(lián)軸器；13為制動(dòng)力傳感器安裝支座；14為制動(dòng)力測(cè)量傳感器；15為電磁機(jī)構(gòu)行程控制與電磁吸力測(cè)量機(jī)構(gòu)；16為電磁鐵鐵芯；17為電磁鐵繞組；18為磁軛；19為電磁吸力傳感器；20為行程控制機(jī)構(gòu)安裝和限制套筒；21為彈簧；22為行程控制擋板；23為彈簧預(yù)緊機(jī)構(gòu)及安裝端蓋。
實(shí)施例中，軌道測(cè)試輪的直徑為1380mm，厚度是200mm；慣性輪的直徑是1215mm，厚度是150mm。轉(zhuǎn)速約為1470轉(zhuǎn)/分，軌道輪測(cè)試的外緣線速度是350km/h。軌道輪測(cè)試由輪體和感應(yīng)板(磁懸浮線路上的導(dǎo)向軌模擬板)組成。磁極安裝支撐裝置3上安裝有12個(gè)磁極、12個(gè)阻尼彈簧、10個(gè)磁吸力傳感器。另外還有四個(gè)制動(dòng)力傳感器。
最大轉(zhuǎn)動(dòng)慣量∑J實(shí)際＝J軌道輪+2J慣性輪+J零＝934.34N·m·s2。磁極鐵心尺寸長(zhǎng)190×高250×厚90mm；磁鐵繞組為350匝，安匝數(shù)為110×350×2×6。每個(gè)電磁鐵外形尺寸260mm×204mm；鐵心為90×150mm。最大垂直磁吸力每側(cè)大于25kN，在300km/h時(shí)最大制動(dòng)力每側(cè)大于4.5kN。裝置的輸入電源為3相380伏50Hz。相控整流電源的輸出為直流440V，最大輸出電流500A。單臺(tái)勵(lì)磁電源的直流輸出為120A，最大輸出150A；單臺(tái)勵(lì)磁電源的交流輸出為120A，最大輸出為150A，頻率為2~10Hz；單臺(tái)勵(lì)磁電源容量不小于50kW，共四臺(tái)。4臺(tái)勵(lì)磁電流是直流勵(lì)磁輸出和交流勵(lì)磁輸出隨時(shí)可控切換、輸出電流幅值和頻率可控。
(1)以1380mm直徑的軌道輪6的旋轉(zhuǎn)方式模擬直線運(yùn)動(dòng)和以軌道運(yùn)動(dòng)代替車輛運(yùn)動(dòng)所形成的相對(duì)運(yùn)動(dòng)機(jī)理(參見圖2)，以960.35kN.m.s2的大轉(zhuǎn)動(dòng)慣量模擬車輛運(yùn)行，達(dá)到350km/h的最大線速度運(yùn)行，最大的渦流制動(dòng)力達(dá)到9.0kN，單側(cè)最大磁吸力為25kN。應(yīng)用在磁懸浮列車的渦流制動(dòng)技術(shù)研究，而且以這種結(jié)構(gòu)形式所形成的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)規(guī)模在國內(nèi)是唯一的。
(2)12個(gè)磁極4在軌道輪6兩側(cè)布置，結(jié)合彈簧阻尼21連接實(shí)現(xiàn)制動(dòng)磁極根據(jù)磁吸力大小產(chǎn)生位移模擬列車的安全制動(dòng)工況，渦流制動(dòng)磁極的布置方式參見圖3的模塊4(這是其中的一個(gè))，彈簧與磁極的布置位置參見圖4的模塊15，彈簧與磁極的連接方式參見圖5。
(3)以圓形結(jié)構(gòu)中的切線原理設(shè)計(jì)的特殊的渦流制動(dòng)力測(cè)量分離技術(shù)，是本系統(tǒng)的技術(shù)特點(diǎn)之一。制動(dòng)力測(cè)量分離原理參見圖5，制動(dòng)力的測(cè)量傳感器的布置參見圖4中部結(jié)構(gòu)。
具體實(shí)施過程以二次成型法建造一個(gè)深2m的鋼筋混凝土基座，將機(jī)械裝置的鑄鐵基座1通過12個(gè)φ36長(zhǎng)1m的螺絲固定在鋼筋混凝土基座上；慣性輪9通過高速軸承與基座10安裝在基座1上；測(cè)試輪6通過高速軸承與基座7安裝在基座1上；慣性輪軸11通過聯(lián)軸器12與測(cè)試輪軸8連接；交流電機(jī)2通過皮帶與慣性輪連接。
每一側(cè)的制動(dòng)磁極與磁軛通過鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)成單元，該單元(示意圖參見圖5)通過支撐軸承安裝在扇形結(jié)構(gòu)的支撐裝置3的內(nèi)部，支撐軸承的作用是減少電磁單元運(yùn)動(dòng)時(shí)的摩擦力，其中行程控制機(jī)構(gòu)安裝和限制套筒是扇形結(jié)構(gòu)3的一部分。扇形結(jié)構(gòu)3的中心通過徑向軸承支撐在測(cè)試輪6的主軸8的軸套上。
本發(fā)明中扇形結(jié)構(gòu)可以圍繞測(cè)試輪軸9的軸套旋轉(zhuǎn)。當(dāng)電磁單元中有勵(lì)磁電流時(shí)，電磁機(jī)構(gòu)單元可以克服彈簧21的彈性阻尼發(fā)生位移，該位移的行程大小可以通過行程控制擋板22進(jìn)行調(diào)節(jié)。
電氣裝置的組成和檢測(cè)控制信號(hào)的結(jié)構(gòu)參見圖2。
權(quán)利要求
1.一種車輛渦流制動(dòng)實(shí)驗(yàn)裝置，由機(jī)械系統(tǒng)、車載電源模擬裝置、可控交直流勵(lì)磁電源、交流傳動(dòng)控制裝置、測(cè)試機(jī)構(gòu)、計(jì)算機(jī)檢測(cè)與控制系統(tǒng)組成，其特征在于機(jī)構(gòu)系統(tǒng)部分由安裝基座、變頻交流異步電機(jī)、旋轉(zhuǎn)軌道輪裝置、慣性輪裝置、磁極安裝支撐裝置、彈性阻尼器、磁吸力和渦流制動(dòng)力傳感器、轉(zhuǎn)速傳感器和連接機(jī)構(gòu)組成，旋轉(zhuǎn)軌道輪(6)通過支撐結(jié)構(gòu)(7)安裝于基座(1)上，慣性輪(9)通過支撐結(jié)構(gòu)(10)安裝于基座(1)上，慣性輪軸(11)通過聯(lián)軸器(12)與軌道輪軸(8)連接，制動(dòng)磁極(4)設(shè)置于磁極安裝支撐裝置(3)內(nèi)，旋轉(zhuǎn)軌道輪(6)的側(cè)緣位于兩邊對(duì)稱設(shè)置的制動(dòng)磁極(4)中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于制動(dòng)磁極(4)在支撐裝置(3)中成扇形分布，每側(cè)為4-8個(gè)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于支撐裝置(3)的中心通過徑向軸承支撐在測(cè)試輪(6)的主軸(8)的軸套上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于電磁機(jī)構(gòu)行程控制與電磁吸力測(cè)量機(jī)構(gòu)(15)設(shè)置于制動(dòng)磁極(14)的對(duì)應(yīng)位置，成扇形分布，該控制測(cè)量機(jī)構(gòu)(15)由電磁鐵鐵芯(16)、電磁鐵繞組(17)、磁軛(18)、電磁吸力傳感器(19)、阻尼彈簧(21)、行程控制擋板(22)依次連接組成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于裝置的輸入電源為3相380伏50Hz；相控整流電源的輸出為直流440V，最大輸出電流500A；四臺(tái)勵(lì)磁電源是直流勵(lì)磁輸出和交流勵(lì)磁隨時(shí)可控切換、輸出電流幅值與頻率可控；單臺(tái)勵(lì)磁電源，其直流輸出為120A，最大輸出150A，其交流輸出為120A，最大輸出為150A，頻率為2~10Hz，電源容量不小于50kW。
全文摘要
本發(fā)明涉及磁懸浮列車和輪軌系統(tǒng)高速列車的安全控制技術(shù)，具體涉及高速軌道交通系統(tǒng)的渦流制動(dòng)實(shí)驗(yàn)裝置。本發(fā)明裝置包括基座、旋轉(zhuǎn)軌道、電磁裝置、勵(lì)磁電源、車載電源模擬裝置、計(jì)算機(jī)測(cè)量與控制裝置、傳動(dòng)裝置等組成。在旋轉(zhuǎn)軌道高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，通過勵(lì)磁電源的作用，由多點(diǎn)分布的測(cè)量傳感器檢測(cè)渦流制動(dòng)與電磁吸力的作用狀態(tài)，獲取渦流制動(dòng)的工作狀態(tài)。本發(fā)明功能完善，可以模擬和驗(yàn)證渦流制動(dòng)完整的工作過程與狀態(tài)，以及驗(yàn)證渦流制動(dòng)各個(gè)功能部件的工作過程，實(shí)現(xiàn)特性驗(yàn)證。
文檔編號(hào)B60L7/00GK1476999SQ0312935
公開日2004年2月25日 申請(qǐng)日期2003年6月19日 優(yōu)先權(quán)日2003年6月19日
發(fā)明者郭其一, 朱龍駒, 朱仙福, 劉進(jìn)華, 應(yīng)之丁, 艾正武 申請(qǐng)人:同濟(jì)大學(xué), 株洲九方制動(dòng)設(shè)備有限公司