CN103944349B - 双环外桶复式同步涡流制动机 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种双环外桶复式同步涡流制动机，制动盘安装在轮轴上，轮轴位于制动盘一端上套装有空心轴，空心轴上套装有定子磁轭，定子磁轭上套装有外涡流圆桶，外涡流圆桶一端安装在制动盘的内环止口内，另一端与旋转端盖相连，旋转端盖套装在定子磁轭上，外涡流圆桶与定子磁轭之间设置有磁极铁芯，磁极铁芯安装在定子磁轭上，磁极铁芯上安装有励磁线圈。本发明特点是：保留原有制动盘上摩擦片制动原理，可实现目的停车，同时采用外桶式涡流制动原理，可控性、同步性、快速性极佳，可混编，可实现智能控制，消除恶性事故，采用机电磁一体化设计，散热性好，编组数量可随列车速度增加而增加，完全能实现低速下目的停车、高速下扩大编组提高运能的目的。
Description
技术领域
本发明涉及制动机领域，具体涉及一种双环外桶复式同步涡流制动机。
背景技术
提高列车运行速度和牵引重量是提高铁路运输能力、实现铁路运输现代化的重要内容，列车的运行可分为三个阶段：1、起步阶段，2、正常运行阶段，3、制动阶段，起步阶段列车的速度从零开始加速到正常运行阶段，这需要约十几分钟甚至更长的时间，但这段时间里事故的发生率不高，正常阶段列车基本处于匀速运行，各个车厢之间所受的外力极小不会破坏车辆，除非意外否则此阶段不会发生恶性事故，而在制动阶段，特别是紧急刹车急减速运行时，列车的运行状况十分恶劣，是恶性事故频发阶段，传统的制动机均为摩擦制动，它的制动介质为空气，空气的传递速度慢，制动中存在着充气、放气等因素，导致各车厢之间的制动机不同步，因此在这段时间会出现足以破坏车辆的两大力：压缩力和拉伸力，产生压缩力的主要原因是：制动波的传播速度慢，造成各车厢之间出现不同步制动，从而在列车中部产生压缩力，产生拉伸力的主要原因是由于各车厢之间单位制动力不等，从而在车钩之间产生拉伸力，压缩力与拉伸力的存在是产生恶性事故的根源，而传统的制动机却又永远无法消除这两个力。
现有制动机主要有四大类:普通摩擦制动机、盘形制动机、内桶涡流制动机、盘形涡流制动机。
普通摩擦制动机采用接触摩擦制动原理，因此存在可控性差、同步性差、速度性差等问题，从而引发的制动事故相对较多，而且其散热性差，不能智能控制，不能混编，编组的数量会因速度的提升而降低，列车运能不能明显提高，盘形制动机是摩擦制动机的改进型，其所用的摩擦片被德国的一家企业——科贝尔公司在苏州的外资企业所垄断，这种摩擦片在使用中摩耗大、费用高；内桶涡流制动机和盘形涡流制动机均采用涡流制动原理，因此其可控性、同步性、速度性好，不易发生制动事故，但其无法实现目的停车，很难实现智能控制，而且不能混编，编组数量不能提升，列车运能无法提高，如图1所示，内桶涡流制动机因其结构原因，外定子、内转子、涡流圆桶产生的热量无法通畅的散去，温升较高，用在小的动能系统还可，无法用在大动能的列车制动当中，而盘形涡流制动机其制动力矩较小，消耗的励磁功率却很大，其在高速下用来限速还可，担当不起在制动中的主导作用。
传统的制动机设计理念是机电分家的设计理念，即设计时机电互不融通，相互无关，这样就不能实现在低速下能目的停车，在高速下又能扩大编组提高运能。
发明内容
本发明的目的在于克服上述不足问题，提供一种双环外桶复式同步涡流制动机。
本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：双环外桶复式同步涡流制动机，制动盘安装在轮轴上，所述轮轴位于制动盘一端上套装有空心轴，所述空心轴上套装有定子磁轭，所述定子磁轭上套装有外涡流圆桶，所述外涡流圆桶一端安装在制动盘的内环止口内，另一端与旋转端盖相连，所述旋转端盖套装在定子磁轭上，所述外涡流圆桶与定子磁轭之间设置有磁极铁芯，所述磁极铁芯安装在定子磁轭上，所述磁极铁芯上安装有励磁线圈。
所述制动盘两端为对称结构，位于制动盘两端的轮轴上的结构对称。
所述励磁线圈与定子磁轭之间安装绝缘垫圈。
所述空心轴与定子磁轭之间留有间隙。
所述磁极铁芯与外涡流圆桶之间留有间隙。
所述定子磁轭与旋转端盖之间安装有外轴承。
所述定子磁轭两端均安装有内轴承，所述内轴承安装在定子磁轭与空心轴之间的轴承室内。
所述轮轴与空心轴通过键连接。
本发明的特点是：保留原有制动盘上摩擦片制动原理，可实现目的停车，同时采用外桶式涡流制动原理，可控性、同步性、快速性极佳，可以混编，可实现智能控制，消除恶性事故，采用机电磁一体化设计，散热性能好，编组的数量可以随着列车速度的增加而增加，完全能够实现低速下目的停车、高速下扩大编组提高运能的目的。
附图说明
图1是现有内桶涡流制动机结构图；
图2是涡流制动原理图；
图3是本发明的结构示意图；
图4是图3的A-A向剖视图；
图5是本发明使用示意图。
其中：1、制动盘 2、外涡流圆桶 3、励磁线圈 4、磁极铁芯 5、绝缘垫圈 6、定子磁轭 7、空心轴 8、轮轴 9、键 10、旋转端盖 11、外轴承 12、内轴承 13、内环止口。
具体实施方式
如图2-5所示，本发明是保留原有制动盘1上摩擦片制动原理以实现目的停车的基础上设计的双环外桶复式同步涡流制动机，制动盘1安装在轮轴8上，所述制动盘1两端为对称结构，位于制动盘1两端的轮轴8上的结构对称，从而消除两侧产生的剪切力，位于制动盘1两端的轮轴8上均套装有空心轴7，所述轮轴8与空心轴7通过键9连接，所述空心轴7上套装有定子磁轭6，所述定子磁轭6两端均安装有内轴承12，所述内轴承12安装在定子磁轭6与空心轴7之间的轴承室内，通过内轴承12使所述空心轴7与定子磁轭6之间留有间隙，所述定子磁轭6上套装有外涡流圆桶2，所述外涡流圆桶2一端安装在制动盘1的内环止口13内，另一端与旋转端盖10相连，通过内环止口13保证制动盘1两端的外涡流圆桶2在制动盘1上的精度、同心度以及牢固度，所述旋转端盖10套装在定子磁轭6上，所述定子磁轭6与旋转端盖10之间安装有外轴承11，所述外涡流圆桶2与定子磁轭6之间设置有磁极铁芯4，所述磁极铁芯4安装在定子磁轭6上，所述磁极铁芯4与外涡流圆桶2之间留有间隙，所述磁极铁芯4上安装有励磁线圈3，所述励磁线圈3与定子磁轭6之间安装绝缘垫圈5。
工作时：轮轴8、制动盘1、外涡流圆桶2、旋转端盖10、外轴承11的外胚同步旋转，构成外转子；轮轴8、键9、空心轴7、内轴承12的内胚同步旋转，构成内转轴空心轴装置；定子磁轭6、磁极铁芯4、励磁线圈3、内轴承12外胚、外轴承11内胚保持静止不转，构成定子。
当运动的列车需要制动停止时：本发明通电后，磁极铁芯4N极-定子磁轭6-磁极铁芯4S极-磁极铁芯4 S极与外涡流圆桶2的间隙-外涡流圆桶2-外涡流圆桶2与磁极铁芯4N极的间隙-磁极铁芯4N极形成闭合磁路（或反向闭合磁路），会在外涡流圆桶2上产生涡流，这样产生的涡流电磁力使得列车停止。
本发明的设计依据：
制动力矩MZ的估算：
制动力矩MZ与粘着力F粘有直接关系，根据我国铁道部铁科院提出的粘着系数的计算公式：ψ=0.1+1.4/（V+10），ψ是速度的函数，如下表：
取m=65x103千克，ψ为250公里/小时的粘着系数
F粘=m·g·ψ=65x103 x9.8x0.100=63.7x103牛=6.5x103公斤力
每根轴的平均粘着力为1/4F粘
F轴=1/4F粘=/1/4x6.5 x103=1.625x103公斤力
设车轮直径为d=912mm，则半径r=456mm，
每轴的制动力矩MZ= F轴·r=1.625 x103 x0.456=741公斤力米/轴
制动开始时去每轴的涡流制动机的制动力矩为740公斤米为设计依据，所以制动开始时只要MZ≤741公斤米即可，取每台本发明的MZ ，=370公斤米即可，
最大制动率P， Zmax=2 MZ ，·Ωmax=740x153.5=556.4kw 式中Ωmax=w
动能估算：
车重为65x103千克，制动初速为V0=250公里/小时≈70米/秒，
车轮直径为d=912mm，则半径r=456mm，
w0=V0/r=70/0.156=153.5弧度/秒=πn0/30
n0=30w0/π=30x153.5/3.14=1466.6转/分钟
车厢动能：T0=0.5mV0 2+0.5J0w0 2≈159.25 x106焦耳 （此处忽略0.5J0w0 2）
考虑到0.5J0w0 2的影响，取车厢的总动能为170 x106焦耳
一节车厢产生的总动能换算成热能Q=总动能/4186=170 x106/4186=40600大卡，这些热量大约可使400公斤水从0℃上升到100℃，可使1000公斤钢从0℃上升到369℃；
减速度a的估算：
每个车厢共4个轴，共使用8个本发明
∑F制=8x MZ ，/r=8x370/0.456=6491.2公斤力
a=∑F制/（G/g）=9.8x6491.2/（65 x103）=-0.978米/秒2≈-1米/秒2
制动时间的估算：
t=- V0 /a≈70秒
制动距离的估算：
S= V0·t+0.5at2=70x70-0.5x1x702=2450米<2500米（2500米为规定制动距离）。
由上可得，本发明在控制系统的控制下，可使车辆按照粘着系数变化的规律进行制动，就可使制动时间和制动距离进一步减少和缩短，而且制动过程中不受压缩力和拉伸力的影响，可在安全系数下扩大编组。
散热问题：由上述计算可以看出，这样大的热能必须在70秒内散去70-80%才有可能用在大动能的列车上，本发明采用机电磁一体化设计，将三种散热方法（对流、传导、辐射）同时发挥到淋漓尽致于一体，能够同步协同、共同一致面对环温进行散热，减少了热量的积累，保证正常运行，延长使用寿命。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.双环外桶复式同步涡流制动机，其特征在于：制动盘（1）安装在轮轴（8）上，所述轮轴（8）位于制动盘（1）一端上套装有空心轴（7），所述空心轴（7）上套装有定子磁轭（6），所述定子磁轭（6）上套装有外涡流圆桶（2），所述外涡流圆桶（2）一端安装在制动盘（1）的内环止口（13）内，另一端与旋转端盖（10）相连，所述旋转端盖（10）套装在定子磁轭（6）上，所述定子磁轭（6）与旋转端盖（10）之间安装有外轴承（11），所述定子磁轭（6）两端均安装有内轴承（12），所述内轴承（12）安装在定子磁轭（6）与空心轴（7）之间的轴承室内，所述外涡流圆桶（2）与定子磁轭（6）之间设置有磁极铁芯（4），所述磁极铁芯（4）安装在定子磁轭（6）上，所述磁极铁芯（4）上安装有励磁线圈（3）；轮轴（8）、制动盘（1）、外涡流圆桶（2）、旋转端盖（10）、外轴承（11）的外胚同步旋转，构成外转子；轮轴（8）、空心轴（7）、内轴承（12）的内胚同步旋转，构成内转轴空心轴装置；定子磁轭（6）、磁极铁芯（4）、励磁线圈（3）、内轴承（12）外胚、外轴承（11）内胚保持静止不转，构成定子。
2.如权利要求1所述的双环外桶复式同步涡流制动机，其特征在于：所述制动盘（1）两端为对称结构，位于制动盘（1）两端的轮轴（8）上的结构对称。
3.如权利要求1或2所述的双环外桶复式同步涡流制动机，其特征在于：所述励磁线圈（3）与定子磁轭（6）之间安装绝缘垫圈（5）。
4.如权利要求1或2所述的双环外桶复式同步涡流制动机，其特征在于：所述空心轴（7）与定子磁轭（6）之间留有间隙。
5.如权利要求1或2所述的双环外桶复式同步涡流制动机，其特征在于：所述磁极铁芯（4）与外涡流圆桶（2）之间留有间隙。
6.如权利要求1或2所述的双环外桶复式同步涡流制动机，其特征在于：所述轮轴（8）与空心轴（7）通过键（9）连接。
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