轨道涡流制动性能试验装置的制作方法

本实用新型涉及轨道交通制动技术领域，具体涉及一种轨道涡流制动性能试验装置。

背景技术：

制动作为高速列车的关键技术之一，与牵引技术有着同样重要的地位。目前全世界都在致力于研究更高速度的列车，但是随着列车速度的不断提升，列车制动时的能量也相应的不断增大；此外随着我国川藏铁路的开工，列车在长距离大坡度的复杂工况下的制动问题也显得尤为关键。由于传统轨道列车依赖于轮轨之间黏着力实现列车的牵引和制动，在列车更高速度和这种特殊工况下往往会因为轮轨之间的黏着系数降低从而导致制动效率降低，而造成噪音大，轮轨磨耗严重等问题。所以世界上高速列车均采用多种制动方式并用的混合制动模式，常用的制动方式有空气动力制动(闸瓦制动、轴盘制动、轮盘制动)，电制动(电阻制动、再生制动)，涡流制动(旋转涡流制动、轨道涡流制动)，以及磁轨制动等。

目前我国高速动车组制动方式主要包括再生制动和空气动力制动，但全部都是粘着制动，250km/h以上速度等级的紧急制动距离均长于国外典型动车组的技术要求。涡流制动是基于电磁感应原理，通过初级励磁磁场与次级感应磁场间的相互作用来实现制动的一种非接触式的制动方式，能从根本上克服了轮轨间的黏着系数对制动力的限制。这种新型的制动方式可以在列车高速运行条件下实现紧急制动，有着高制动力，低噪音，低磨损、适应性强等优势，是高速轨道交通制动领域中最有前景的制动方式之一。

根据励磁方式，涡流制动可分为永磁涡流制动和电磁涡流制动。永磁涡流制动无需外部供电设备，制动力大小可通过调节永磁铁的位置来控制，可用性强，经济性好。电磁涡流制动需要外部供电设备给励磁线圈供电，消耗较大的电能，制动力可通过调节励磁电流来控制，易于调控，低速时可用性差。

根据磁体与感应体的结构形式，涡流制动又分为线性涡流制动和旋转涡流制动。线性涡流制动也即轨道涡流制动，不依赖轮轨黏着系数，不会对轨道产生冲击，可产生强大的制动力，尤其适用于高速应用。旋转涡流制动属于黏着制动，应用与线路无关，可在既有的车辆上补装。

传统的涡流制动，无论是永磁涡流制动还是电磁涡流制动，其磁极均是呈n、s极交替排布，磁极面与钢轨正对，且有一定的气隙。列车制动的过程中，磁极面与钢轨保持较小的气隙，磁铁与钢轨发生相对运动使得钢轨表面产生涡流，在涡流场和源磁场的相互作用下产生电磁制动力。这样就使得列车的动能完全通过涡流制动在钢轨上产生的热能耗散掉，但是同时也会引起钢轨的温度在短时间内升高，严重影响它的机械性能。

目前国内现有的涡流制动试验装置都是采用轨道轮的圆弧表面与制动磁极相对，制动磁极固定，通过旋转的轨道轮与制动磁极的相对运动来模拟列车运行的速度，这种装置制动磁铁与轨道轮的气隙不均匀且无法调节，测试数据存在一定的误差，而且这种实验装置采用的都是直流电磁铁，所研究的内容并不能解决钢轨温度升高的问题。

技术实现要素：

针对现有技术中的上述不足，本实用新型提供了一种轨道涡流制动性能试验装置，其中装置能够准确且均匀地调整线圈组与圆形钢轨间的气隙。

为了达到上述发明目的，本实用新型采用的技术方案为：

提供一种轨道涡流制动性能试验装置，其包括底座、位于底座上方的环形轨道单元，与环形轨道单元配合的涡流制动器及带动涡流制动器沿底座滑动、以调整涡流制动器与环形轨道单元间气隙的气隙调节机构；

环形轨道单元包括轨道安装盘和安装在轨道安装盘上的环形轨道，轨道安装盘固定于一传动轴上；传动轴与安装于底座上的旋转动力部连接；

涡流制动器包括放置于底座上的支撑架，支撑架上固定有与气隙调节机构连接的圆弧形铁芯，圆弧形铁芯的轭部上缠绕有线圈组，圆弧形铁芯的齿面正对环形轨道表面。

本实用新型的有益效果为：本实用新型采用环形轨道替代线性钢轨，采用旋转的环形轨道与静止的涡轮制动器间的相对运动来模拟运动的高速列车与静止的钢轨间的相对运动，二者等效，试验最高速度可达300km/h。

本方案将涡流制动器的铁芯设计成圆弧形，且所有线圈组缠绕在圆弧形铁芯上，该种结构在气隙调整时，不需要单独对线圈组进行气隙调整，一次就完成所有线圈组气隙的调整，且可以保证所有线圈组与环形轨道间气隙相等，相对现有呈n、s极交替排布的涡流制动而言，气隙调整更准确、更均匀。

采用本方案的装置进行试验时，能够快速准确地进行气隙的调整，以准确地得到同一气隙下的多个参数，通过这些参数绘制成比较直观的涡流制动特性曲线，通过该装置的试验方法获得的涡流制动特性曲线可以准确地对涡流制动力的一些影响因素(励磁电流，气隙，运动速度)进行研究。

另外，本方案提供的试验装置可以应用于涡流制动的相关联的研究中，其采用少量的结构部件就能实现气隙的整体调整，具有结构简单、所需场地小、安全可靠等优点。

附图说明

图1为轨道涡流制动性能试验装置的立体图。

图2为轨道涡流制动性能试验装置另一个视角的立体图。

图3为涡流制动器的立体图。

图4为支撑板的立体图。

其中，1、底座；11、滑轨；12、滑块；2、环形轨道单元；21、轨道安装盘；22、环形轨道；3、涡流制动器；31、支撑架；311、连接块；312、支撑板；3121、镂空区；3122、台阶槽；32、圆弧形铁芯；33、线圈组；4、气隙调节机构；41、第一电机；42、丝杆；43、螺母座；44、连接件；

441、连杆；442、滑动台；45、丝杆支撑座；5、传动轴；51、第一支撑机构；511、支撑体；512、角接触轴承；513、角接触轴承座；52、第二支撑机构；521、支架；522、轴承座；6、旋转动力部；61、第二电机；62、电机支撑架；63、支撑台；7、转矩转速传感器；8、力传感器；9、联轴器。

具体实施方式

下面对本实用新型的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本实用新型，但应该清楚，本实用新型不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本实用新型的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本实用新型构思的实用新型创造均在保护之列。

如图1和图2所示，本方案的轨道涡流制动性能试验装置包括底座1、位于底座1上方的环形轨道单元2，与环形轨道单元2配合的涡流制动器3，带动涡流制动器3沿底座1滑动、以调整涡流制动器3与环形轨道单元2间气隙的气隙调节机构4及测量涡流制动器3和环形轨道22性能参数的参数采集单元。

底座1为环形轨道单元2、涡轮制动器、气隙调节单元、旋转动力部6提供稳定支撑，底座1通过混凝土以及地脚螺栓固定连接在地面上，并进行隔振处理。

环形轨道单元2包括轨道安装盘21和通过螺钉、螺柱或螺栓安装在轨道安装盘21上的环形轨道22，轨道安装盘21固定于一传动轴5上，轨道安装盘21可以通过键或螺钉等连接件44连接在传动轴5上；传动轴5与安装于底座1上的旋转动力部6连接。

其中环形轨道22与轨道安装盘21同心安装，且两者的材质均可以为不锈钢；传动轴5可以通过至少一个安装于底座1上的第二支撑机构52进行支撑，实施时，本方案优选在传动轴5的两端各安装一个第二支撑机构52对传动轴5进行支撑，以保证传动轴5在高速旋转过程的稳定性。

该环形轨道22参考我国现运行动车组列车线路的钢轨轨头尺寸及形状设计，其电特性以及磁特性均与实际钢轨一致；该环形轨道22固定盘还可以采用环氧树脂等其他非导磁材料，且强度满足要求即可。

实施时，本方案优选第二支撑机构52包括支架521和固定于支架521上的轴承座522，轴承座522中的轴承套装在传动轴5上。

旋转动力部6包括第二电机61和固定于电机支撑架61上的支撑台63，该支撑台上安装有支撑第二电机的电机支撑架62，第二电机61为驱动电机。

目前国内现有的涡流制动试验台都是采用轨道轮的圆弧表面与制动磁极相对，这种情况下制动磁铁与轨道轮的气隙不均匀更不容易调节，使得测试数据存在一定的误差。

为了保证气隙调整的均匀性及调整的便利性，如图3所示，涡流制动器3包括放置于底座1上的支撑架31，支撑架31上固定有与气隙调节机构4连接的圆弧形铁芯32，圆弧形铁芯32可以采用硅钢片叠压而成；圆弧形铁芯32的轭部上缠绕有线圈组33，圆弧形铁芯32的齿面正对环形轨道22表面。

如图2所示，位于涡流制动器3处的底座1上安装有滑轨11，支撑架31上安装有与滑轨11配合的滑块12。滑轨11和滑块12的相互配合可以保证气隙调整时，涡流制动器3的平稳移动，避免涡流制动器3发生倾覆。

实施时，本方案优选气隙调节机构为与圆弧形铁芯32连接的丝杆42传动装置或电动伸缩装置；当为电动伸缩装置时，其可以为电动推杆，电动推杆的推杆与圆弧形铁芯32通过固定件连接。此时力传感器8可以设置在固定件与推杆接触面之间。

参数采集单元包括采集传动轴5转速和转矩的转矩转速传感器7，采集圆弧形钢轨温度的红外温度场传感器及采集涡流制动器所受的法向吸力的力传感器8。

其中的转矩转速传感器7的两端通过联轴器9分别与第二电机的输出轴和传动轴5连接，为了提高转矩转速传感器7的稳定性，其通过一根固定于底座上支撑柱进行支撑；红外温度场传感器可以安装在涡流制动器的支撑架31上。

在本实用新型的一个实施例中，当气隙调节机构为丝杆传动装置时，其包括固定于底座1上的第一电机41和与第一电机41的输出轴连接的丝杆42；与丝杆42配合的螺母通过螺母座43安装于丝杆42上，螺母座43通过连接件44与圆弧形铁芯32连接。第一电机41可以选用步进电机。

其中的连接件44可以包括与圆弧形铁芯32中部连接的连杆441和安装于螺母座43上的滑动台442，滑动台442与连杆441连接；连接件44还可以直接为一根连接杆构成；为了方便力传感器8对涡流制动器所受的法向吸力的采集，可以将力传感器8安装在连杆441与滑动台442接触面之间，也即通过力传感器8将连杆441与滑动台442连接在一起；若连接件44为连接杆时，可以将力传感器8安装在连接杆与螺母座43接触面之间。

再次参考图1，为了提高丝杆42运动的稳定性，将丝杆42通过联轴器9与第一电机41的输出轴连接，并在底座1上安装至少一个对丝杆42进行支撑的丝杆支撑座45，丝杆42套装在丝杆支撑座45上安装的螺母上。

本试验装置的线圈组33的输入电流为三相交流电，线圈组33采用三相交流电后，基于电磁感应定律，可将涡流场的一部分能量转换为电能，给自身供电，最终可以将一部分制动能量转换成电能再利用，节约电能的同时有效地减少了环形轨道22表面温度的升高，保护了环形轨道22的机械性能。

同时由于本方案采用三相交流电给线圈组33供电，使得涡流制动器3本身会产生一个行波磁场，较传统的直流电磁体而言，该种涡轮制动方式可在更低速度下产生同等的制动力，应用更加广泛。

采用本方案的试验装置进行试验时，其中环形轨道单元2会进行高速旋转，旋转速度会高达300km/h，为了保证试验过程的安全性，本方案优选在环形轨道单元2外面设置一个防护罩，以将环形轨道单元2罩于其内部。

如图3所示，支撑架31包括两块两侧上下端均通过连接块311固定在一起的支撑板312，两块支撑板312相对应位置处开设有镂空区3121，圆弧形铁芯32与线圈组33组合后的结构固定于两个支撑板312的镂空区3121。连接块311与支撑板312之间可以采用焊接，也可以采用螺钉等方式固定在一起。

如图4所示，在镂空区3121的下端为扇形镂空区，中部为六边形镂空区，六边形镂空区两端与支撑板312接触的两边形成一台阶槽3122，上端为方形镂空区；圆弧形铁芯32位于六边形镂空区和扇形镂空区，其两端与台阶槽3122接触。

实施时，支撑架31还可以为具有一定厚度的一块板体，该板体的外形结构与支撑板312的结构完全相同，只是厚度大于支撑板312的厚度。

在本实用新型的一个实施例中，支撑架31的顶端还固定有第一支撑机构51，第一支撑机构51包括两端固定于上端的两块连接块311上的支撑体511，支撑体511上通过角接触轴承座513安装有角接触轴承511，角接触轴承511套装在传动轴5上。

至此已完成对轨道涡流制动性能试验装置的描述，下面接着对轨道涡流制动性能试验装置的试验方法进行描述，该方法s包括步骤s1至步骤s7。

s1、通过气隙调节机构4调节涡流制动器3与环形轨道单元2间气隙至目标值；

s2、启动旋转动力部6，旋转动力部6通过转动轴带动环形轨道22旋转；

s3、当环形轨道单元2的旋转速度达到设定速度时，向线圈组33通入三相交流电进行励磁；

s4、同步且连续地采集当前气隙下环形轨道单元2的转速和温度、采集涡流制动器所受的法向吸力、线圈组33的励磁电流和励磁电压及采集涡流制动力矩；

s5、关闭旋转动力部6，并停止向线圈组33通入三相交流电，之后判断不同气隙的数量是否小于设定阈值；若是进行步骤s6，否则进入步骤s7；

s6、采用气隙调节机构4调节涡流制动器3与环形轨道单元2间气隙，使其不等于上一次调节时的气隙，之后返回步骤s2；

s7、根据每次气隙下对应的转速、温度、法向吸力、励磁电流、励磁电压和制动力矩绘制涡流制动特性曲线。

综上所述，本方案提供的试验装置可模拟高速列车实际运行时列车与钢轨的相对运动，试验速度高，试验气隙可调，试验条件更加切合实际且安全可靠，同时可减少传统的涡流制动引起圆形轨道温度升高的问题。