CN116412218A - 一种适用于运动物体的磁力、液力组合制动系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种适用于运动物体的磁力、液力组合制动系统，包括容纳槽、固定部件、磁场发生器和制动部件；容纳槽用于容纳阻力液体；固定部件设置于容纳槽内部，固定部件设有固定槽；磁场发生器设置于固定槽内，用于产生磁场；制动部件与运动物体相连，制动部件内设有流道，制动部件在运动物体的带动下进行同步运动，当运动物体进入制动阶段时，制动部件行进至容纳槽内并在阻力液体中继续行进，制动部件用于在阻力液体的作用下受到与行进方向相反的流体阻力，还用于根据磁场感应出涡流，并在涡流和磁场相互作用下受到与行进方向相反的电磁力，从而实现运动物体的制动。本发明能够解决现有技术中超高速运动物体制动过载大、制动行程长的技术问题。

Description

一种适用于运动物体的磁力、液力组合制动系统

技术领域

本发明涉及高速及超高速运动物体制动技术领域，尤其涉及一种适用于运动物体的磁力、液力组合制动系统。

背景技术

在工程技术领域，运动物体的牵引与制动是不可分割的两部分。牵引过程是物体在外界牵引力作用下达到预定运动速度，同时，为避免发生高速碰撞，导致系统结构损坏，必须采用一定的制动手段，预留一定制动行程，安全可靠的停止运动物体。

一般工程上运动物体往往承担着运输、搭载设备的功能，整体质量少则几吨，多则几十甚至上百吨，运动速度从几十公里每小时到几百公里每小时，如汽车、货运列车、高铁等运输设备。以高铁为例，运动速度一般在200km/h～300km/h，质量约200吨，制动系统多采用轮盘制动，制动部件复杂、结构质量大，制动行程达几公里。

针对超高速运动物体，如火箭橇，其运动速度高达几马赫。超高速运动下制动盘与制动夹钳摩擦易产生极大热量，导致金属变形或融化，进而丧失制动效果。因此，一般采用空气制动、水刹车等形式，通过延长制动距离确保高马赫数运动物体安全、可靠停止。

目前大多运动物体采用摩擦原理，通过两金属部件相互挤压，产生摩擦制动力，或者采用空气、水刹车形式制动超高速运动物体。针对大质量、高马赫数，现有制动技术主要存在以下缺点：

1)摩擦原理不适用于超高速运动制动

摩擦制动通过金属挤压产生摩擦制动力，通常为盘式制动器，例如汽车的轮毂、货运火车闸瓦、高铁轮盘等。制动部件往往需要液压、气压驱动力，部件复杂；此外，金属通常为钢、铸铁等材料制造而成，质量大。超高速运动物体需轻量化，对质量要求严格；其次，轮盘超高速旋转易因动平衡问题失稳，超高速运动下金属相互挤压接触易产生摩擦热量，导致金属变形甚至融化，丧失制动效果。

2)制动行程长，建设成本高

当运动物体速度高达几马赫，动能极大。空气、水刹车等制动形式提供的制动力有限，因此需要较长的制动行程，进而增加建设成本，占用更多的土体空间。

发明内容

本发明提供了一种适用于运动物体的磁力、液力组合制动系统，能够解决现有技术中超高速运动物体制动过载大、制动行程长的技术问题。

本发明提供了一种适用于运动物体的磁力、液力组合制动系统，所述系统包括容纳槽、固定部件、磁场发生器和制动部件；

所述容纳槽用于容纳阻力液体；

所述固定部件设置于所述容纳槽内部，所述固定部件设有固定槽；

所述磁场发生器设置于所述固定槽内，所述磁场发生器用于产生磁场；

所述制动部件与运动物体相连，所述制动部件内设有流道，所述制动部件在运动物体的带动下进行同步运动，当运动物体进入制动阶段时，所述制动部件行进至所述容纳槽内并在所述阻力液体中继续行进，所述制动部件用于在所述阻力液体的作用下受到与行进方向相反的流体阻力，还用于根据磁场感应出涡流，并在涡流和磁场相互作用下受到与行进方向相反的电磁力，从而实现运动物体的制动。

优选的，所述容纳槽包括槽本体、第一闸门和第二闸门，所述槽本体为U型槽，所述槽本体的第一端与所述第一闸门可活动地连接，第二端与所述第二闸门可活动地连接，当运动物体进入制动阶段时，所述第一闸门开启，所述制动部件通过所述槽本体的第一端进入所述槽本体内，当所述制动部件完全进入所述槽本体内时，所述第一闸门关闭。

优选的，所述固定部件包括第一固定支架和第二固定支架，所述第一固定支架设有第一固定槽，所述第二固定支架设有第二固定槽，所述第一固定支架和所述第二固定支架间隔设置，且所述第一固定槽与所述第二固定槽位置相对；所述磁场发生器的数量为两组，第一组磁场发生器设置于所述第一固定槽内，第二组磁场发生器设置于所述第二固定槽内；当运动物体进入制动阶段时，所述制动部件在所述第一固定支架与所述第二固定支架之间行进。

优选的，所述系统还包括转接部件，所述转接部件设置于所述制动部件与运动物体之间。

优选的，所述磁场发生器为永磁阵列或通电线圈。

优选的，所述通电线圈为常导通电线圈或超导通电线圈。

优选的，所述制动部件行进至所述容纳槽内时，所述制动部件完全浸没在所述阻力液体中。

优选的，所述制动部件的材料为高强度、高电导率的材料。

优选的，所述流道的数量为多个，每个所述流道内设有阻力片或翅片。

优选的，所述阻力液体为清洁、无污染且不易挥发的液体。

应用本发明的技术方案，当运动物体进入制动阶段时，制动部件行进至容纳槽内并在阻力液体中继续行进，此时制动部件与磁场发生器产生相对运动，并受到与行进方向相反的电磁力，与阻力液体产生相对运动，并受到与行进方向相反的流体阻力，从而实现对运动物体的制动；且运动物体进入制动阶段的初始速度越大，制动部件受到的电磁力和流体阻力越大，进而产生更大的制动力。同时，容纳槽中的阻力液体能够带走制动部件表面因涡流产生的热量或线圈通电产生的热量，对系统进行散热降温。本发明解决了高速及超高速运动物体制动过载大和制动行程长的问题，提高了运动物体制动的可靠性和安全性。

附图说明

所包括的附图用来提供对本发明实施例的进一步的理解，其构成了说明书的一部分，用于例示本发明的实施例，并与文字描述一起来阐释本发明的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出了根据本发明的第一实施例提供的适用于运动物体的磁力、液力组合制动系统的结构示意图；

图2示出了根据本发明的第二实施例提供的适用于运动物体的磁力、液力组合制动系统的结构示意图；

图3示出了根据本发明的第三实施例提供的适用于运动物体的磁力、液力组合制动系统的结构示意图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

10、容纳槽；11、槽本体；12、第一闸门；13、第二闸门；

20、固定部件；21、第一固定支架；22、第二固定支架；

30、磁场发生器；31、永磁阵列；32、通电线圈；

40、制动部件；41、方形流道；42、圆形流道；

50、转接部件。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

如图1所示，本发明提供了一种适用于运动物体的磁力、液力组合制动系统，所述系统包括容纳槽10、固定部件20、磁场发生器30和制动部件40；

所述容纳槽10用于容纳阻力液体；

所述固定部件20设置于所述容纳槽10内部，所述固定部件20设有固定槽；

所述磁场发生器30设置于所述固定槽内，所述磁场发生器30用于产生磁场；

所述制动部件40与运动物体相连，所述制动部件40内设有流道，所述制动部件40在运动物体的带动下进行同步运动，当运动物体进入制动阶段时，所述制动部件40行进至所述容纳槽10内并在所述阻力液体中继续行进，所述制动部件40用于在所述阻力液体的作用下受到与行进方向相反的流体阻力，还用于根据磁场感应出涡流，并在涡流和磁场相互作用下受到与行进方向相反的电磁力，从而实现运动物体的制动。

通过上述设置，当运动物体进入制动阶段时，制动部件40行进至容纳槽10内并在阻力液体中继续行进，此时制动部件40与磁场发生器30产生相对运动，并受到与行进方向相反的电磁力，与阻力液体产生相对运动，并受到与行进方向相反的流体阻力，从而实现对运动物体的制动；且运动物体进入制动阶段的初始速度越大，制动部件40受到的电磁力和流体阻力越大，进而产生更大的制动力。同时，容纳槽10中的阻力液体能够带走制动部件40表面因涡流产生的热量或线圈通电产生的热量，对系统进行散热降温。本发明解决了高速及超高速运动物体制动过载大和制动行程长的问题，提高了运动物体制动的可靠性和安全性。

根据本发明的一种实施例，所述容纳槽10包括槽本体11、第一闸门12和第二闸门13，所述槽本体11为U型槽，所述槽本体11的第一端与所述第一闸门12可活动地连接，第二端与所述第二闸门13可活动地连接，当运动物体进入制动阶段时，所述第一闸门12开启，所述制动部件40通过所述槽本体11的第一端进入所述槽本体11内，当所述制动部件40完全进入所述槽本体11内时，所述第一闸门12关闭。

进一步地，第一闸门12可采用电控等形式实现快速开闭。

进一步地，本发明不限定槽本体11的长度，其可根据实际制动力需求、制动初始速度等参数匹配设计。该槽本体11可采用钢筋混凝土与地基一体浇筑成型，亦可采用不锈钢、碳钢等金属材料加工成型，通过可拆卸方式与地基连接。

根据本发明的一种实施例，所述固定部件20包括第一固定支架21和第二固定支架22，所述第一固定支架21设有第一固定槽，所述第二固定支架22设有第二固定槽，所述第一固定支架21和所述第二固定支架22间隔设置，且所述第一固定槽与所述第二固定槽位置相对；所述磁场发生器30的数量为两组，第一组磁场发生器30设置于所述第一固定槽内，第二组磁场发生器30设置于所述第二固定槽内；当运动物体进入制动阶段时，所述制动部件40在所述第一固定支架21与所述第二固定支架22之间行进。

根据本发明的一种实施例，所述系统还包括转接部件50，所述转接部件50设置于所述制动部件40与运动物体之间。

具体地，转接部件50上设有安装固定接口，用于与运动物体固定连接。

根据本发明的一种实施例，所述磁场发生器30为永磁阵列31(如图2所述)或通电线圈32(如图3所述)。

进一步地，永磁阵列31可采用不同磁化方向的铷铁硼等高强永磁体与聚磁材料，如硅钢片、铁芯等组合而成。其中，高强永磁体可排列成Halbach阵列或其他表面聚磁阵列形式。

进一步地，在磁场发生器30为通电线圈32时，线圈通入可控电流形式产生磁场。

根据本发明的一种实施例，所述通电线圈32为常导通电线圈或超导通电线圈。

根据本发明的一种实施例，所述制动部件40行进至所述容纳槽10内时，所述制动部件40完全浸没在所述阻力液体中，以提高散热效果，同时增大流体阻力。

根据本发明的一种实施例，所述制动部件40的材料为高强度、高电导率的材料。

举例来讲，制动部件40可采用铝合金、铜合金或特制复合材料加工制造，采用一种或多种材料的复合结构形式，以减少直线运动机构质量，有利于轻量化设计，降低对总体系统推进容量需求。

根据本发明的一种实施例，所述流道的数量为多个，每个所述流道内设有阻力片或翅片，以提高流体阻力。

进一步地，阻力液体的流道可采用矩形、圆形、喇叭形或其他异形等空心结构形式。

具体地，如图1-图3所示，制动部件40上部设有一个方形流道41，下部设有三个圆形流道42。

在本实施例中，可根据对制动力需求合理选择阻挡结构形式。

根据本发明的一种实施例，所述阻力液体为清洁、无污染且不易挥发的液体。举例来讲，该阻力液体可以采用水。

其中，阻力液体具备降温与制动双重功能。

下面对本发明的制动系统的工作原理进行详细说明，具体如下：

步骤一、在容纳槽10中注满水，制动部件40通过转接部件50安装在高速运动物体的底部；

步骤二、制动部件40随高速运动物体一起运动，且与高速运动物体具有相同运动速度；

步骤三、当运动物体即将进入制动阶段，开启第一闸门12，待运动物体全部进入后关闭第一闸门12；

步骤四、运动物体进入容纳槽10后，制动部件40与永磁阵列31之间存在相对运动，根据电磁感应定律可知，永磁阵列31产生的强磁场会在制动部件40的表面感应出涡流，在涡流与磁场相互作用下，产生与行进方向相反的电磁力，用于阻碍运动物体的运动；同时，容纳槽10中的水通过第一流道和第二流道，产生与行进方向相反的流体阻力，电磁力与流体阻力同时作用于制动部件40，从而对运动物体产生制动力。

本发明的制动系统为磁力、液力混合制动模式，并且具备随着运动物体速度增大，阻力越大，制动行程越短的特点，特别适用于高速及超高速直线运动机构。此外，可通过调整制动部件40与磁场发生器30之间的电磁气隙、线圈电流大小或流道/阻挡等设计，来控制制动力大小，兼顾系统制动过载与制动行程。与现有制动技术相比，本发明具有如下有益效果：

1、电磁力、液力等制动源动力与速度正相关，速度越高，制动力越大，行程越短，针对高速及超高速直线运动机构(如火箭橇和舰载机等)，能够节约制动段占用的空间距离，减少制动设施，控制成本，进行适应性调整后，同样适用于曲线运动机构；

2、可通过调节电磁间隙、线圈电流、合理的流道设计等多种方式，控制制动过载大小，进而降低直线运动机构的力学载荷，改善直线运动机构的力学环境；

3、该制动系统制动部件40可采用轻质的高电导率复材制造而成，减少直线运动机构质量，有利于轻量化设计，降低对总体系统推进容量需求；

4、该制动系统具备可拓展性和兼容性，可作为单独模块或多模块组合使用；同样，该系统可与其他制动系统配合使用；

5、该制动系统原理先进，结构简单。

在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种适用于运动物体的磁力、液力组合制动系统，其特征在于，所述系统包括容纳槽(10)、固定部件(20)、磁场发生器(30)和制动部件(40)；

所述容纳槽(10)用于容纳阻力液体；

所述固定部件(20)设置于所述容纳槽(10)内部，所述固定部件(20)设有固定槽；

所述磁场发生器(30)设置于所述固定槽内，所述磁场发生器(30)用于产生磁场；

所述制动部件(40)与运动物体相连，所述制动部件(40)内设有流道，所述制动部件(40)在运动物体的带动下进行同步运动，当运动物体进入制动阶段时，所述制动部件(40)行进至所述容纳槽(10)内并在所述阻力液体中继续行进，所述制动部件(40)用于在所述阻力液体的作用下受到与行进方向相反的流体阻力，还用于根据磁场感应出涡流，并在涡流和磁场相互作用下受到与行进方向相反的电磁力，从而实现运动物体的制动。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述容纳槽(10)包括槽本体(11)、第一闸门(12)和第二闸门(13)，所述槽本体(11)为U型槽，所述槽本体(11)的第一端与所述第一闸门(12)可活动地连接，第二端与所述第二闸门(13)可活动地连接，当运动物体进入制动阶段时，所述第一闸门(12)开启，所述制动部件(40)通过所述槽本体(11)的第一端进入所述槽本体(11)内，当所述制动部件(40)完全进入所述槽本体(11)内时，所述第一闸门(12)关闭。

3.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于，所述固定部件(20)包括第一固定支架(21)和第二固定支架(22)，所述第一固定支架(21)设有第一固定槽，所述第二固定支架(22)设有第二固定槽，所述第一固定支架(21)和所述第二固定支架(22)间隔设置，且所述第一固定槽与所述第二固定槽位置相对；所述磁场发生器(30)的数量为两组，第一组磁场发生器(30)设置于所述第一固定槽内，第二组磁场发生器(30)设置于所述第二固定槽内；当运动物体进入制动阶段时，所述制动部件(40)在所述第一固定支架(21)与所述第二固定支架(22)之间行进。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的系统，其特征在于，所述系统还包括转接部件(50)，所述转接部件(50)设置于所述制动部件(40)与运动物体之间。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述磁场发生器(30)为永磁阵列(31)或通电线圈(32)。

6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述通电线圈(32)为常导通电线圈(32)或超导通电线圈(32)。

7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述制动部件(40)行进至所述容纳槽(10)内时，所述制动部件(40)完全浸没在所述阻力液体中。

8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述制动部件(40)的材料为高强度、高电导率的材料。

9.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述流道的数量为多个，每个所述流道内设有阻力片或翅片。

10.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述阻力液体为清洁、无污染且不易挥发的液体。

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