CN101811444B

CN101811444B - 一种混合式涡流轨道制动系统

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Publication number: CN101811444B
Application number: CN2010101540117A
Authority: CN
Inventors: 方攸同; 夏长亮; 马吉恩; 王立天; 孟亮; 姚缨英
Original assignee: Zhejiang University ZJU
Current assignee: Zhejiang University ZJU
Priority date: 2010-04-23
Filing date: 2010-04-23
Publication date: 2011-11-09
Anticipated expiration: 2030-04-23
Also published as: CN101811444A

Abstract

本发明公开了一种混合式涡流轨道制动系统。在转向架构架侧梁与制动器磁系统之间的Y形转动支点两侧，对称安装升降风缸，空气制动提放系统分别与两个升降风缸连接，两个升降风缸的活塞杆连接制动器磁系统，两个升降风缸的无杆腔接转向架构架侧梁，制动器磁系统底面的磨耗板面对钢轨。本发明通过励磁线圈的正向激励以及激励电流的调节，可以控制制动力的大小和减速过程，具有减速度主动控制的效果。通过励磁线圈的反向激励，可以减小制动器磁系统与轨道之间的磁引力，有助于制动器磁系统的提升过程，同时具有结构简单、节能、可靠、轻量化等优点，因而不但可用于高速铁路，在磁悬浮列车、城市轨道交通等领域也有广泛的应用前景。

Description

一种混合式涡流轨道制动系统

技术领域

本发明涉及一种轨道制动系统，尤其是涉及一种混合式涡流轨道制动系统。

背景技术

铁路运输能力短缺已成为制约我国经济建设发展的主要矛盾之一。高速铁路因其运输能力大、安全舒适、全天候运输、环境友好和可持续性等优势，已经成为铁路发展的基本趋势和国家现代化的基本保证。按照《中长期铁路网规划》，“十一五”期间我国高速铁路的建设里程将达到7000公里，到2020年将达到18000公里。

制动技术是高速列车的九大关键技术之一，众所周知，制动过程中制动功率与列车速度三次方成正比，与制动距离成反比。因而伴随着列车速度要求的不断提高，制动系统面临着更加严酷的考验与挑战，制动系统的可靠性和安全导向成为制约列车运行安全的重要影响因素。

目前我国的电气化列车普遍采用动力制动与摩擦制动相结合的模式。动力制动就是通过牵引电机发电状态运行将列车动能转换为电能来实现制动。这种方式节能、环保、控制性能好，但由于容量的限制、安全性的考虑和拖车制动、紧急制动、非常制动等要求，往往并不能独立满足列车制动的需要，必须由其他制动方式予以补充。George Westinghouse发明的空气制动系统以及在此基础上发展的电空、电液制动是目前采用的主要制动方式。

从原理上讲，上述系统都是粘着制动系统，也就是说，都是通过列车车轮和钢轨之间的粘着来传递制动力的，都受到粘着限制。由于制动力过大将导致粘着失效，且轮轨间滑动摩擦力远小于粘着力，因而此时制动力将急剧下降，甚至导致严重的轮对与轨道擦伤。同时由于高速列车的巨大动能要在短时间内消耗在车辆的摩擦副上，因而热限制也制约了速度的进一步提高。为了突破上述限制，近年来许多国家纷纷投入巨资研究各种非粘着制动系统。

轨道涡流系统因其磨损小、控制性能好而被公认为是最有希望的下一代高速列车制动系统。但从技术上讲，现有的铁路涡流轨道制动系统也并非完美无缺。我们知道，高速列车制动系统除了舒适性、可靠性、快速性的要求以外，还应该满足列车制动系统的一般性要求。包括(1)故障导向安全。也就是说，在发生最恶劣情况时系统应该处于制动状态而不是失效状态。(2)能够实现停放制动，以避免列车停放时溜车。现有的ICE3采用的涡流轨道制动系统在上述方面都存在缺陷。首先，虽然可以采用释压下放来保证当空气系统失效时风缸动作，但当电路失效时由于失去励磁将直接导致制动力丧失。为此，ICE3安装了大容量的镍镉电池作为后备电源，并另外安装了附加的摩擦制动系统作为冷备冗余，但涡流轨道制动系统本身的弱点已然存在，且影响了列车的轻量化。其次，当列车停放时电源切断，自然涡流制动系统不能工作。除此以外，励磁功率过大和因此导致的发热也是有待解决的难题。

因此，设计开发与高速工况相匹配的列车制动机构，并解决现有的轨道涡流制动系统中存在的问题，将为我国高速列车技术的进一步提高提供技术支持，具有重要的应用价值和现实意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种混合式涡流轨道制动系统，能够保证列车在发生最恶劣情况时系统应处于制动状态而不是制动失效，确保列车的制动能力，实现故障导向安全的效果。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

本发明是在转向架构架侧梁与制动器磁系统之间的Y形转动支点两侧，对称安装升降风缸，空气制动提放系统分别与两个升降风缸连接，两个升降风缸的活塞杆连接制动器磁系统，两个升降风缸的无杆腔接转向架构架侧梁，制动器磁系统底面的磨耗板面对钢轨。

所述的空气制动提放系统包括升降风缸、空气压缩机、主风缸、制动阀、控制阀、副风缸和紧急制动阀；空气压缩机与主风缸相连后接制动阀的入口，制动阀的一个出口分别与紧急制动阀的入口和控制阀无杆腔的入口连接，制动阀的另一个出口与大气连通；控制阀有杆腔端开有两个气口和一个排气口，两个气口分别与副风缸和升降风缸连接，排气口与大气连通。

所述的制动器磁系统包含具有多个电枢线圈，在每个电枢线圈沿钢轨方向上前后排列，在每个电枢线圈内部设有极靴，每个电枢线圈在内部和外部沿钢轨方向上紧随其后的线圈交替连接，在每个极靴上面分别安装永磁磁极，在全部永磁磁极上端安装磁轭，在每个极靴的下端均安装磨耗板。

本发明具有的有益的效果是：

通过在空气提升系统中设置副风缸和紧急制动阀，在控制阀中加装复位弹簧，实现了制动系统故障导向安全性能，极大地增加了整个制动系统的可靠性和安全性。通过励磁线圈的正向激励以及激励电流的调节，可以控制制动力的大小和减速过程，具有减速度主动控制的效果。通过励磁线圈的反向激励，可以减小制动器磁系统与轨道之间的磁引力，有助于制动器磁系统的提升过程。通过永磁体的磁引力进行粘着制动控制，可以在粘着制动过程中关闭励磁电流，从而可以极大的节约能源，减少动力损耗。因此本系统从原理上解决了原系统的两个重大技术缺陷，同时具有结构简单、节能、可靠、轻量化等优点，因而不但可用于高速铁路，在磁悬浮列车、城市轨道交通等领域也有广泛的应用前景。

附图说明

图1是混合式涡流轨道制动系统原理图。

图2是制动器缓解状态系统原理图。

图3是制动器制动状态系统原理图。

图4是制动器磁系统制动原理图。

图5是混合式励磁系统原理图。

图6是混合式励磁系统侧视图。

图中：1、制动器磁系统，2、升降风缸，3、钢轨，4、转向架构架侧梁，5、磨耗板，6、空气压缩机，7、主风缸，8、制动阀，9、制动阀，10、副风缸，11、紧急制动阀，12、永磁磁极，13、电枢线圈，14、极靴，15、磁轭。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

如图1所示，本发明在转向架构架侧梁4与制动器磁系统1之间的Y形转动支点两侧，对称安装升降风缸2，空气制动提放系统分别与两个升降风缸2连接，两个升降风缸2的活塞杆连接制动器磁系统1，两个升降风缸2的无杆腔接转向架构架侧梁4，制动器磁系统1底面的磨耗板5面对钢轨3。

如图2、图3所示，空气制动提放系统包括升降风缸2、空气压缩机6、主风缸7、制动阀8、控制阀9、副风缸10和紧急制动阀11；空气压缩机6与主风缸7相连后接制动阀8的入口，制动阀8的一个出口分别与紧急制动阀11的入口和控制阀9无杆腔的入口连接，制动阀8的另一个出口与大气连通；控制阀9有杆腔端开有两个气口和一个排气口，两个气口分别与副风缸10和升降风缸2连接，排气口与大气连通。

如图4、图5、图6所示，制动器磁系统1包含具有多个电枢线圈13，在每个电枢线圈13沿钢轨3方向上前后排列，在每个电枢线圈13内部设有极靴14，每个电枢线圈13在内部和外部沿钢轨3方向上紧随其后的线圈交替连接，在每个极靴14上面分别安装永磁磁极12，在全部永磁磁极上端安装磁轭15，在每个极靴14的下端均安装磨耗板5。

如图1所示，该混合式涡流轨道制动系统通过安装在转向架构架侧梁4上的升降风缸2的升降作用控制制动器磁系统1的升降，使控制制动器磁系统1和磨耗板5接近和远离列车的钢轨3，进而实现系统的制动和缓解。

如图2和图3所示，该制动系统通过制动器磁系统1的涡流制动实现列车高速运行的制动和控制。在制动器缓解状态时，空气提升系统中的制动阀8处于缓解位，控制阀9调节在右位机能位置，空气压缩机6工作并产生压缩空气对主风缸7和副风缸10进行充气存储，升降风缸2的上腔与大气相通，升降风缸2在内置弹簧的作用下处于上位，保持制动器磁系统1处于提升状态，与列车钢轨3分离，列车处非制动状态；在制动器制动状态时，空气提升系统中的制动阀8处于制动位，使控制阀9的左侧腔与大气相通泄压，控制阀9在右侧腔内置弹簧的作用下向左运动，控制阀9工作在左位机能位置，升降风缸2的上腔与副风缸10相通，升降风缸2在副风缸10高压气体压力作用下向下运动，使得制动器磁系统1与列车的钢轨3位置接近，并保持6-7mm空气气隙，在列车高速运行状态下，制动器磁系统1中的永磁磁极12与列车的钢轨3之间形成涡流，该涡流在列车运行方向的反方向形成制动力，阻止列车运行，产生制动。随着制动过程进行，列车速度的逐渐下降，永磁磁极12形成的涡流制动力逐渐减小，为了保证列车的等减速度，制动器磁系统1中的电枢线圈13产生辅助励磁电流进行正向激励，维持制动力水平，实现列车制动过程可动态调节。空气提升系统中在控制阀9左侧出口设置紧急制动阀11，当列车发生严重事故致使制动管道被拉断时，启动紧急制动阀11，控制阀9能够在右位内置弹簧作用下恢复右位机能，接通副风缸10和升降风缸2上腔，使升降风缸2在副风缸10高压气体压力作用下向下运动，实现列车的紧急制动，因此该制动系统具有故障导向安全的功能。

如图4、图5、图6所示，该制动系统通过制动器磁系统1的粘着摩擦制动实现列车低速运行的制动和控制。随着列车在高速运行过程中的涡流制动过程，列车速度的逐渐下降，当列车速度到达临界值满足粘着制动的要求时，制动器磁系统1在永磁磁极12磁引力的作用下与列车的钢轨3接触，转为依靠磨耗板5与钢轨3之间摩擦的磁轨制动方式，此时依靠永磁磁极12磁引力即可基本满足制动引力的要求，可以将制动器磁系统1中的电枢线圈13的辅助励磁电流调节到很小甚至关闭，实现制动过程的节能效果。

如图2、图3、图4所示，该制动系统通过制动器磁系统1的反向励磁作用实现制动器磁系统1的制动缓解和位置恢复。在制动完成制动器磁系统1恢复到缓解状态时，通过制动器磁系统1中的电枢线圈13的辅助励磁电流进行反向激励，形成与永磁磁极12反向磁场力，使制动器磁系统1与列车的钢轨3之间的磁引力大大减小，采用很小的回复力就可以提升制动器磁系统1。此时，空气提升系统调节到缓解位置，升降风缸2上腔泄压，利用升降风缸1下腔内置弹簧的作用力实现制动器磁系统1的提升，列车恢复制动缓解状态，制动过程完成。

每节列车装有两个涡流制动系统，分布在车辆中部的左右两侧，沿车体前进方向分布，与导向轨道平行，与磁悬浮牵引磁铁的位置垂直。

Claims

1.一种混合式涡流轨道制动系统，在转向架构架侧梁(4)与制动器磁系统(1)之间的Y形转动支点两侧，对称安装升降风缸(2)，空气制动提放系统分别与两个升降风缸(2)连接，两个升降风缸(2)的活塞杆连接制动器磁系统(1)，两个升降风缸(2)的无杆腔接转向架构架侧梁(4)，制动器磁系统(1)底面的磨耗板(5)面对钢轨(3)；其特征在于：

所述的空气制动提放系统包括空气压缩机(6)、主风缸(7)、制动阀(8)、控制阀(9)、副风缸(10)和紧急制动阀(11)；空气压缩机(6)与主风缸(7)相连后接制动阀(8)的入口，制动阀(8)的一个出口分别与紧急制动阀(11)的入口和控制阀(9)无杆腔的入口连接，制动阀(8)的另一个出口与大气连通；控制阀(9)有杆腔端开有两个气口和一个排气口，其中一个气口与副风缸(10)连接，另一个气口和两个升降风缸(2)连接，排气口与大气连通；

所述的制动器磁系统(1)包含具有多个电枢线圈(13)，在每个电枢线圈(13)沿钢轨(3)方向上前后排列，在每个电枢线圈(13)内部设有极靴(14)，每个电枢线圈(13)在内部和外部沿钢轨(3)方向上紧随其后的线圈交替连接，在每个极靴(14)上面分别安装永磁磁极(12)，在全部永磁磁极上端安装磁轭(15)，在制动器磁系统(1)底面的每个极靴(14)的下端安装磨耗板(5)，磨耗板(5)面对钢轨(3)。