CN114179847A - 一种纯电控的轨道车辆轮盘式电磁制动器 - Google Patents

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CN114179847A CN202111627132.3A CN202111627132A CN114179847A CN 114179847 A CN114179847 A CN 114179847A CN 202111627132 A CN202111627132 A CN 202111627132A CN 114179847 A CN114179847 A CN 114179847A
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丛培城
段洪亮
马飞甩
刘曦
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    • B61H5/00—Applications or arrangements of brakes with substantially radial braking surfaces pressed together in axial direction, e.g. disc brakes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60T—VEHICLE BRAKE CONTROL SYSTEMS OR PARTS THEREOF; BRAKE CONTROL SYSTEMS OR PARTS THEREOF, IN GENERAL; ARRANGEMENT OF BRAKING ELEMENTS ON VEHICLES IN GENERAL; PORTABLE DEVICES FOR PREVENTING UNWANTED MOVEMENT OF VEHICLES; VEHICLE MODIFICATIONS TO FACILITATE COOLING OF BRAKES
    • B60T13/00—Transmitting braking action from initiating means to ultimate brake actuator with power assistance or drive; Brake systems incorporating such transmitting means, e.g. air-pressure brake systems
    • B60T13/74—Transmitting braking action from initiating means to ultimate brake actuator with power assistance or drive; Brake systems incorporating such transmitting means, e.g. air-pressure brake systems with electrical assistance or drive
    • B60T13/741—Transmitting braking action from initiating means to ultimate brake actuator with power assistance or drive; Brake systems incorporating such transmitting means, e.g. air-pressure brake systems with electrical assistance or drive acting on an ultimate actuator

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Abstract

一种纯电控的轨道车辆轮盘式电磁制动器，包括闸瓦、连杆和固定在车辆转向架上的轴承，闸瓦通过柔性连接安装在连杆的一端，所述的连杆的另一端连接一驱动连杆的电磁驱动机构。采用电磁力作为动力施加制动，电磁制动器接收到制动系统的电子制动单元发送的表示制动力大小的电流值(或电压)信号后，产生动作，实现电子控制单元控制的制动效果。无传统制动系统电‑气(液)转换和迟滞环节，因此能快速响应制动指令。制动力传输不需要传播介质，各车制动力施加的一致性、同步性能更佳。系统工艺简单，无需考虑管路连接，工艺要求更低，无需考虑密封性，因此，维护成本低。可靠性更高，新型电磁制动器连接简单，仅仅通过硬线连接，即可实施制动功能。

Description

一种纯电控的轨道车辆轮盘式电磁制动器
技术领域
本发明涉及轨道交通制动系统技术，尤其是涉及一种新型的纯电控的轨道交通车辆电磁制动器。
背景技术
传统的轨道交通车辆的摩擦制动一般采用压缩空气或液压装置作为动力源，采用闸片制动、盘型制动或轨道电磁制动方式，将列车的动能转换为热能，以达到列车减速或停车的目的。
列车采用压缩空气(或液压装置)作为制动系统动力源方案，需配备空气压缩机模块(或液压泵)、风缸(或液压储能罐)、空气处理模块、气路(液压)控制转换元件、管路等。这种方案具有以下缺点：
1、控制精度低，响应速度慢
压缩空气(或液压油)，是一种粘性流体。一般受到环境温度、湿度、洁净度等因素的影响。因此，控制精度差，控制迟滞。
2、对介质质量要求高
1)气动元件对气密性要求高，因此，对空气质量要求较高，增加空气处理成本。如果洁净度、湿度控制不当，还可能导致系统失能，进而引发严重后果。同时，气动元件的加工精度、生产环境等因素，都具有严格的要求，增加生产和维护成本。
2)液压元件对液压介质(液压油)的要求高，如液压介质存在气泡、水分或其他杂质等会严重影响系统性能，甚至导致严重后果。
3、设备繁多，系统复杂
一般由空气压缩机(液压泵)、空气干燥器(塔)、空气滤清器(液压过滤器)、储风缸(液压储能罐)、中继阀、分配法、单向阀、各类球阀等组成。各类阀件、模块之间通过管路连接，管路气密性对系统性能有很大的影响。
4、增加列车重量，影响车辆轴重
由于设备(或元件)较多，设备质量和体积较大，增加列车簧上质量和簧间质量，不利于提高列车的动力学性能。
发明内容
本发明的目地是提供一种新型的基于纯电控的轨道交通车辆轮盘式电磁制动器，以解决上述轨道交通车辆传统制动系统存在的缺陷。
为实现上述发明目的，本发明提供一种纯电控的轨道车辆轮盘式电磁制动器，包括闸瓦、连杆和固定在车辆转向架上的轴承，闸瓦通过柔性连接安装在连杆的一端，其特征在于：所述的连杆的另一端连接一驱动连杆的电磁驱动机构。
优选的，所述的电磁驱动机构主要由第一线圈组和第二线圈组及第一弹簧和第一磁铁构成，所述的第一线圈组固定安装在所述连杆上，且其中的两块磁铁同极相对，所述的第二线圈组固定安装在所述车辆转向架上，所述的第一磁铁固定安装在连杆上，所述的第一弹簧两端分别固定安装在第一磁铁和第二线圈组上。
优选的，所述的电磁驱动机构主要由第三线圈组、第二弹簧、第二弹簧安装架构成，所述的第三线圈组固定安装在所述连杆上，且其中的两块磁铁异极相对，所述的第二弹簧两端分别固定在第二弹簧安装架和闸瓦上，第二弹簧安装架安装在车辆转向架上。
优选的，所述的电磁驱动机构主要由第一线圈、第二线圈和第二线圈安装架构成，所述第一线圈柔性安装在所述连杆上，所述第二线圈通过第二线圈安装架固定安装在所述车辆转向架上，所述第一线圈和第二线圈中的磁铁异形磁极相对。
优选的，所述的电磁驱动机构主要由第三线圈、第三线圈安装架、第二磁铁构成，所述第三线圈通过第三线圈安装架上固定安装在所述车辆转向架上，第二磁铁柔性安装在连杆上。
优选的，所述的第一磁铁和连杆之间设一与第一磁铁相适应的且与连杆同材质的接触面。
本发明的积极效果如下：
1、采用电磁力作为动力施加制动，电磁制动器接收到制动系统的电子制动单元发送的表示制动力大小的电流值(或电压)信号后，产生动作，实现电子控制单元控制的制动效果。无传统制动系统电-气(液)转换和迟滞环节，因此能快速响应制动指令。由于新型电磁制动器响应迅速，输出的制动力跟随性能好，因此，使用时，可以通过电子制动单元平滑输出制动力大小，保证车辆制动冲击率小于冲击极限。在需要相同的平均制动力的条件下，新型纯电控制的电磁制动器输出的实际制动力将远低于传统的制动器输出的制动力。
2、制动力传输不需要传播介质，各车制动力施加的一致性、同步性能更佳。系统工艺简单，无需考虑管路连接，工艺要求更低，无需考虑密封性，因此，维护成本低。可靠性更高，新型电磁制动器连接简单，仅仅通过硬线连接，即可实施制动功能。
3、结构简单，对车辆的设计、生产、制造周期的缩短具有重要意义。
附图说明
图1是第一种轮盘式电磁制动器结构及工作原理图；
图2是第二种轮盘式电磁制动器结构及工作原理图；
图3是第三种轮盘式电磁制动器结构及工作原理图；
图4是第四种轮盘式电磁制动器结构及工作原理图；
图5是本发明电磁制动器的控制原理图；
图6是本发明电磁制动器与传统制动器制动力-时间响应曲线对比图。
具体实施方式
下面通过附图对本发明四种轮盘式电磁制动器结构原理进行详细说明，其中的横向为车宽方向，纵向为车辆行驶方向。
参照图1，第一种轮盘式电磁制动器配备2组电磁线圈，第一线圈组5、第二线圈组9、轴承3、连杆4、接触面6、第一磁铁7、第一弹簧8，1是车轮，2是闸瓦，所述的第一线圈组5固定安装在所述连杆4上，且其中的两块磁铁同极相对，所述的第二线圈组9固定安装在所述车辆转向架上，同时第二线圈两端又各自通过第一弹簧8与所述的第一磁铁7连接，第一磁铁7通过接触面6与连杆4固定连接，连接牢固稳定，所述的接触面6与第一磁铁相适应且与连杆同材质。
控制方案如下：
常用制动控制：第一线圈组5用于常用制动施加及缓解控制。施加时，第一线圈组得电产生互斥力，推动第一线圈级连接的连杆4运动，进而带动闸瓦2压紧车轮轮盘1，车轮轮盘1两侧闸瓦2抱紧车轮上安装的制动盘摩擦面产生摩擦力。常用制动缓解时，减小第一线圈组5的电压或电流，第一线圈组5之间的互斥力减小，进而推动连杆4运动，带动闸瓦2运动远离车轮轮盘1，减小制动力。
紧急制动及停放制动控制：通过第二线圈组9实现，采用失电施加制动的安全机制，第二线圈组9常得电，使第一磁铁7压缩第一弹簧8，第一磁铁7远离连杆4上安装的接触面6，不对闸瓦2产生推力，以防止对常用制动产生影响。制动施加时，第二线圈组9失电，第一弹簧8复位时推动第一磁铁7运动，压紧连杆4上安装的接触面6，进而推动连杆4运动，带动闸瓦2压紧车轮上安装的制动盘摩擦面产生摩擦力。
参照图2，第二种轮盘式电磁制动器，该电磁制动器基于图1第一种轮盘式电磁制动器方案实现，区别在于只保留有一个第三线圈组12，第三线圈组12中的两块磁铁异形磁极相对，得电时产生吸引力而非互斥力，所述的第二弹簧10两端分别固定在第二弹簧安装架11和闸瓦2上，第二弹簧安装架11安装在车辆转向架上。
控制方案如下：
常用制动控制：第三线圈组12常得电产生吸引力，带动第三线圈组连接的连杆4运动，进而带动闸瓦2远离车轮轮盘1，缓解制动。常用制动施加时，减小第三线圈组12的电压或电流，第三线圈组之间的吸引力减小，第二弹簧10复位进而推动连杆4运动，带动闸瓦2运动压紧车轮轮盘1产生摩擦力。
参照图3，第三种轮盘制动器，该制动器基于图2第二种轮盘制动器方案实现，区别在于省略了弹簧和弹簧安装架，并且第一线圈13和第二线圈14横向安装，且两个线圈中的磁铁磁极异形相对，所述第一线圈13柔性安装在所述连杆4上，所述第二线圈14通过第二线圈安装架15固定安装在所述车辆转向架上。
控制方案如下：
第一线圈13和第二线圈14得电时产生吸引力，带动可移动的第一线圈13向右运动，进而带动连杆4转动，闸瓦2压紧制动盘，产生摩擦力。常用制动施加时，增加线圈组1的电压或电流，线圈组1之间的吸引力增加，带动闸片运动压紧车轮轮盘1产生摩擦力。
参照图4，第四种轮盘制动器，该制动器基于图3第三种轮盘制动器方案实现，区别在于第一线圈替换为第二磁铁16，所述第三线圈17通过第三线圈安装架18固定安装在所述车辆转向架上。
制动方案如下：
在第三线圈17得电时产生吸引力，带动可移动的第二磁铁16向右运动，进而带动连杆4转动，闸瓦2压紧车轮轮盘1产生摩擦力。
参照图5，是本发明的控制原理图，电子制动控制单元(EBCU)接收列车控制单元的指令(网络指令或硬线指令)，计算列车所需制动力并分配到各车，各车EBCU根据分配的制动力，计算各轴制动力，并推算出各电磁制动器所需励磁电流，从而输出磁铁的控制信号(励磁电流)；电磁制动器中的磁铁根据控制信号动作，推动闸瓦运动，对车轮轮盘产生正压力，转化为轮轨摩擦力，达到减速或停车的目的。
参照图6，本发明电磁制动器无传统制动系统空走时间，因此能快速响应制动指令。由于新型电磁制动器响应迅速，输出的制动力跟随性能好，因此，可以通过电子制动单元平滑输出制动力大小，保证车辆制动系统的冲击率小于冲击极限。在需要相同的平均制动力的条件下，新型纯电控制的电磁制动器输出的实际制动力将远低于传统的制动器输出的制动力。

Claims (6)

1.一种纯电控的轨道车辆轮盘式电磁制动器，包括闸瓦、连杆和固定在车辆转向架上的轴承，闸瓦通过柔性连接安装在连杆的一端，其特征在于：所述的连杆的另一端连接一驱动连杆的电磁驱动机构。
2.根据权利要求1所述的一种纯电控的轨道车辆轮盘式电磁制动器，其特征在于：所述的电磁驱动机构主要由第一线圈组和第二线圈组及第一弹簧和第一磁铁构成，所述的第一线圈组固定安装在所述连杆上，且其中的两块磁铁同极相对，所述的第二线圈组固定安装在所述车辆转向架上，所述的第一磁铁固定安装在连杆上，所述的第一弹簧两端分别固定安装在第一磁铁和第二线圈组上。
3.根据权利要求1所述的一种纯电控的轨道车辆轮盘式电磁制动器，其特征在于：所述的电磁驱动机构主要由第三线圈组、第二弹簧、第二弹簧安装架构成，所述的第三线圈组固定安装在所述连杆上，且其中的两块磁铁异极相对，所述的第二弹簧两端分别固定在第二弹簧安装架和闸瓦上，第二弹簧安装架安装在车辆转向架上。
4.根据权利要求1所述的一种纯电控的轨道车辆轮盘式电磁制动器，其特征在于：所述的电磁驱动机构主要由第一线圈、第二线圈和第二线圈安装架构成，所述第一线圈柔性安装在所述连杆上，所述第二线圈通过第二线圈安装架固定安装在所述车辆转向架上，所述第一线圈和第二线圈中的磁铁异形磁极相对。
5.根据权利要求1所述的一种纯电控的轨道车辆轮盘式电磁制动器，其特征在于：所述的电磁驱动机构主要由第三线圈、第三线圈安装架、第二磁铁构成，所述第三线圈通过第三线圈安装架上固定安装在所述车辆转向架上，第二磁铁柔性安装在连杆上。
6.根据权利要求1所述的一种纯电控的轨道车辆轮盘式电磁制动器，其特征在于：所述的第一磁铁和连杆之间设一与第一磁铁相适应的且与连杆同材质的接触面。
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Citations (4)

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GB190003461A (en) * 1900-02-21 1901-01-19 Westinghouse Brake & Signal Improvements in Electro-magnetic Brakes.
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