專利名稱：車輛渦流制動實驗裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型屬機電技術領域，具體涉及一種高速軌道交通系統的渦流制動實驗裝置。
背景技術：
隨著城市高速軌道交通系統(包括磁懸浮交通系統和輪軌高速系統)的發展，安全控制技術是首先必須考慮和解決的技術之一。
目前上海引進的全世界首條商業運行的磁懸浮線路上所行駛的是德國進口的TR08高速磁懸浮列車。該車所裝載的安全控制裝置的關鍵部分是渦流制動裝置。
如何驗證渦流制動技術原理的有效性、驗證渦流制動設備制造技術的可行性，驗證車載設備的可用性、可靠性，以及驗證車載檢測控制系統的可用性與可靠性、車載勵磁電源的可用性與可靠性、測試技術與儀器的可行性等就成為渦流制動裝置國產化過程中所要解決的基礎技術問題。
根據專利查新證明，目前國內僅有一套用于研究輪軌系統列車的渦流制動實驗系統，但是該系統的制動輪直徑是1100mm，最大線速度僅為250km/h，最大轉動慣量為166kN.m.s2，最大制動力4.66kN，制動磁極固定安裝。國外類似的渦流制動實驗系統有運行速度大于300km/h的轉動實驗臺，但是其渦流制動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裝置特有的運行模式。
發明內容
本實用新型的目的在于提出一種車輛渦流制動實驗裝置，以便能夠驗證渦流制動技術原理，并且能夠與高速磁懸浮列車和高速輪軌列車渦流制動裝置的工作模式兼容，能夠與勵磁電源的工作模式兼容，能夠準確分離渦流制動力與電磁吸力、準確檢測渦流制動裝置的工作過程。
本實用新型設計的車輛渦流制動實驗裝置，由機械系統、車載電源模擬裝置、可控交直流勵磁電源、交流傳動控制裝置、測試機構、計算機檢測與控制系統組成，其系統結構如圖2所示。其中，機構系統部分由安裝基座、變頻交流異步電機、旋轉軌道輪裝置(軌道測試輪)、慣性輪裝置、磁極安裝支撐裝置、彈性阻尼器、磁吸力和渦流制動力傳感器、轉速傳感器和連接機構組成，其結構如圖1所示。其中，旋轉軌道輪(測試輪)6通過支撐結構7安裝于基座1上，慣性輪9通過支撐結構10安裝于基座1上，慣性輪軸11通過聯軸器12與軌道輪軸8連接，制動磁極4設置于磁極安裝支撐裝置3內，旋轉軌道輪6的側緣位于兩邊對稱設置的制動磁極4中。異步電機2安裝于基座1上，電機輸出軸通過皮帶與慣性輪軸11連接。
本實用新型中，制動磁極4在支撐裝置3中成扇形分布，每側可以為4-8個。制動力(磁吸力)測量傳感器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可以圍繞測試輪軸8的軸套旋轉。
本實用新型中，電磁機構行程控制與電磁吸力測量機構15設置于制動磁極4的對應位置，成扇形分布，見圖4所示。該控制測量機構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，其結構見圖5所示。
其中，每一側的制動磁極4與磁軛18構成單元，該單元通過支撐軸承安裝在支撐裝置3中，以減少電磁單元運動時的摩擦力。行程控制機構安裝和限制套筒20是支撐裝置3的一部分。當電磁單元中有勵磁電流時，電磁機構單元可以克服彈簧21的彈性阻尼發生位移，該位移的行程大小可以通過行程控制擋板22進行調節。
在進行渦流制動實驗時，渦流制動力可以通過圖6所示的切線原理進行分離測量，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驗之間通過調節行程控制擋板22獲取。
本實用新型工作過程如下當需要啟動實驗裝置時，傳動控制裝置驅動變頻交流異步電機2，驅動慣性輪9，通過聯軸器12驅動測試軌道輪6，當測試輪達到規定的轉速時，切除傳動控制裝置輸出，然后啟動交直流勵磁電源向電磁單元提供勵磁，由于勵磁電源作用和電磁單元與測試輪上的感應板之間的高速相對運動，一方面產生渦流制動力，同時產生電磁吸力。渦流制動力對測試輪6和慣性輪9產生制動作用，其制動力的大小通過渦流制動力分離測量傳感器14由計算機記錄處理。而電磁吸力則使得電磁單元(當電磁吸力足夠大時)克服彈簧的彈性阻尼發生位移。電磁吸力的大小通過電磁吸力傳感器19由計算機記錄處理。在整個實驗過程中，計算機同時記錄軌道輪的速度、勵磁電流的大小和頻率(當勵磁輸出為交流勵磁時)、制動力和電磁吸力等。
在實驗之前計算機首先將所有的傳感器的輸出清零。在實驗結束后，計算機將所有的記錄信息進行數據庫管理、各種所需的同步分析處理，包括圖形及報表顯示打印等。
本實用新型的技術特點是以旋轉方式模擬直線運動、以軌道運動代替車輛運動所形成的相對運動機理，以大慣性模擬車輛運行、以350km/h的最大線速度運行、大的渦流制動力、大的磁吸力、制動磁極根據磁吸力大小產生位移模擬列車的安全制動工況。
磁極采取側面布置方式，分別布置在測試軌道輪的兩側。這樣布置的目的是一方面與磁懸浮列車的結構相似，因為磁懸浮列車的渦流制動磁極也是分別布置在列車下部的兩側，在發生制動作用時，磁極分別向內側移動抱緊導向軌而發生摩擦；另一方面，可以模擬在制動作用產生時，渦流制動磁極與導向軌之間因磁吸力導致的間隙變化。
本實用新型通過部件的模塊化結構，以實現通用性、可更換性。可以用于驗證渦流制動技術原理的有效性、驗證渦流制動設備制造技術的可行性，驗證車載設備的可用性、可靠性，以及驗證車載檢測控制系統的可用性與可靠性、車載勵磁電源的可用性與可靠性、測試技術與儀器的可行性等。
圖1為裝置結構圖。
圖2為裝置組成框圖。
圖3為電磁結構與支撐結構關系圖。
圖4為力的測量關系圖。
圖5為電磁結構的運動與測量示意圖。
圖6為制動力測量分離原理圖。
圖中標號1為機械結構的基座；2為變頻交流異步電機；3為磁極安裝支撐裝置；4為制動磁極；5為軸承端蓋；6為旋轉軌道輪(又稱測試輪)；7為旋轉軌道輪支撐結構；8為軌道輪軸；9為慣性輪；10為慣性輪支撐結構；11為慣性輪軸，12為聯軸器；13為制動力傳感器安裝支座；14為制動力測量傳感器；15為電磁機構行程控制與電磁吸力測量機構；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為行程控制機構安裝和限制套筒；21為彈簧；22為行程控制擋板；23為彈簧預緊機構及安裝端蓋。
具體實施方式
下面通過實施例進一步描述本實用新型。
實施例中，軌道測試輪的直徑為1380mm，厚度是200mm；慣性輪的直徑是1215mm，厚度是150mm。轉速約為1470轉/分，軌道輪測試的外緣線速度是350km/h。軌道輪測試由輪體和感應板(磁懸浮線路上的導向軌模擬板)組成。磁極安裝支撐裝置3上安裝有12個磁極、12個阻尼彈簧、10個磁吸力傳感器。另外還有四個制動力傳感器。
最大轉動慣量∑J實際＝J軌道輪+2J慣性輪+J零＝934.34N·m·s2。磁極鐵心尺寸長190×高250×厚90mm；磁鐵繞組為350匝，安匝數為110×350×2×6。每個電磁鐵外形尺寸260mm×204mm；鐵心為90×150 mm。最大垂直磁吸力每側大于25kN，在300km/h時最大制動力每側大于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。單臺勵磁電源的直流輸出為120A，最大輸出150A；單臺勵磁電源的交流輸出為120A，最大輸出為150A，頻率為2~10Hz；單臺勵磁電源容量不小于50kW，共四臺。4臺勵磁電流是直流勵磁輸出和交流勵磁輸出隨時可控切換、輸出電流幅值和頻率可控。
(1)以1380mm直徑的軌道輪6的旋轉方式模擬直線運動和以軌道運動代替車輛運動所形成的相對運動機理(參見圖2)，以960.35kN.m.s2的大轉動慣量模擬車輛運行，達到350km/h的最大線速度運行，最大的渦流制動力達到9.0kN，單側最大磁吸力為25kN。應用在磁懸浮列車的渦流制動技術研究，而且以這種結構形式所形成的實驗系統規模在國內是唯一的。
(2)12個磁極4在軌道輪6兩側布置，結合彈簧阻尼21連接實現制動磁極根據磁吸力大小產生位移模擬列車的安全制動工況，渦流制動磁極的布置方式參見圖3的模塊4(這是其中的一個)，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)以圓形結構中的切線原理設計的特殊的渦流制動力測量分離技術，是本系統的技術特點之一。制動力測量分離原理參見圖5，制動力的測量傳感器的布置參見圖4中部結構。
具體實施過程以二次成型法建造一個深2m的鋼筋混凝土基座，將機械裝置的鑄鐵基座1通過12個φ36長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通過聯軸器12與測試輪軸8連接；交流電機2通過皮帶與慣性輪連接。
每一側的制動磁極與磁軛通過鋼結構構成單元，該單元(示意圖參見圖5)通過支撐軸承安裝在扇形結構的支撐裝置3的內部，支撐軸承的作用是減少電磁單元運動時的摩擦力，其中行程控制機構安裝和限制套筒是扇形結構3的一部分。扇形結構3的中心通過徑向軸承支撐在測試輪6的主軸8的軸套上。
本實用新型中扇形結構可以圍繞測試輪軸9的軸套旋轉。當電磁單元中有勵磁電流時，電磁機構單元可以克服彈簧21的彈性阻尼發生位移，該位移的行程大小可以通過行程控制擋板22進行調節。
電氣裝置的組成和檢測控制信號的結構參見圖2。
權利要求1.一種車輛渦流制動實驗裝置，由機械系統、車載電源模擬裝置、可控交直流勵磁電源、交流傳動控制裝置、測試機構、計算機檢測與控制系統組成，其特征在于機構系統部分由安裝基座、變頻交流異步電機、旋轉軌道輪裝置、慣性輪裝置、磁極安裝支撐裝置、彈性阻尼器、磁吸力和渦流制動力傳感器、轉速傳感器和連接機構組成，旋轉軌道輪(6)通過支撐結構(7)安裝于基座(1)上，慣性輪(9)通過支撐結構(10)安裝于基座(1)上，慣性輪軸(11)通過聯軸器(12)與軌道輪軸(8)連接，制動磁極(4)設置于磁極安裝支撐裝置(3)內，旋轉軌道輪(6)的側緣位于兩邊對稱設置的制動磁極(4)中。
2.根據權利要求1所述的實驗裝置，其特征在于制動磁極(4)在支撐裝置(3)中成扇形分布，每側為4-8個。
3.根據權利要求1所述的實驗裝置，其特征在于支撐裝置(3)的中心通過徑向軸承支撐在測試輪(6)的主軸(8)的軸套上。
4.根據權利要求1所述的實驗裝置，其特征在于電磁機構行程控制與電磁吸力測量機構(15)設置于制動磁極(14)的對應位置，成扇形分布，該控制測量機構(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.根據權利要求1所述的實驗裝置，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；四臺勵磁電源是直流勵磁輸出和交流勵磁隨時可控切換、輸出電流幅值與頻率可控；單臺勵磁電源，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。
專利摘要本實用新型涉及磁懸浮列車和輪軌系統高速列車的安全控制技術，具體涉及高速軌道交通系統的渦流制動實驗裝置。本實用新型裝置包括基座、旋轉軌道、電磁裝置、勵磁電源、車載電源模擬裝置、計算機測量與控制裝置、傳動裝置等組成。在旋轉軌道高速旋轉時，通過勵磁電源的作用，由多點分布的測量傳感器檢測渦流制動與電磁吸力的作用狀態，獲取渦流制動的工作狀態。本實用新型功能完善，可以模擬和驗證渦流制動完整的工作過程與狀態，以及驗證渦流制動各個功能部件的工作過程，實現特性驗證。
文檔編號G01L5/28GK2630820SQ0323232
公開日2004年8月4日 申請日期2003年6月19日 優先權日2003年6月19日
發明者郭其一, 朱龍駒, 朱仙福, 劉進華, 應之丁, 艾正武 申請人:同濟大學, 株洲九方制動設備有限公司