一种应用于高速列车的组合式盘形涡流制动器

技术领域

本发明涉及一种列车用辅助制动装置，尤其涉及一种应用于高速列车的组合式盘形涡流制动器。

背景技术

高速列车制动系统对于列车的运行可靠性与安全性至关重要，随着高速铁路的快速发展，对制动系统性能的要求也越来越高。在意外情况下，高速列车紧急制动距离越短，列车运行就越安全，此外，为了提高乘坐舒适度，对制动力的控制精度也有更高的要求。目前，高速列车制动形式普遍采用多种制动方式组合，在高速运行时采用电制动形式，降到低速时采用机械制动，从而减少制动盘、车轮以及钢轨的磨损，降低噪声、摩擦热应力，减轻维修工作量，改善乘车舒适度。

涡流制动作为高速列车的一种非粘着的电制动方式，具有起动动力小、具备故障安全措施、防车轮抱死、无磨损、无须进行日常维修、反应快速以及与列车再生制动系统相兼容等优点。涡流制动的磁力原理非常简单，运动的导体切割磁场磁力线而在导体内部产生涡电流，根据物理学中的楞次定律，涡电流在磁场中所受到的安培力与导体运动方向相反，从而阻碍导体运动。高速列车涡流制动系统利用磁场与涡流间的磁力作用对列车进行制动，车速越快，制动力矩越大，列车动能通过电磁感应和电阻发热而迅速降低。

高速列车涡流制动方式包括线性涡流制动和盘形涡流制动。线性涡流制动器又称涡流轨道制动，其悬挂在转向架上，其上的电磁铁沿钢轨按照NS极交替方式呈直线布置，制动时，电磁铁下降至离钢轨上方几毫米处，利用与钢轨的相对运动使钢轨内产生感应电涡流，从而产生制动力使列车减速。线性涡流制动器（LECB）于2002年在德国第三代高速列车ICE3得到成功应用。线性涡流制动的缺点是所需的制动功率较大，制动时会产生钢轨局部高温现象，而且对轨道电路有一定的干扰作用。盘形涡流制动器结构形式与目前汽车上普遍使用的电涡流缓速器基本相同，都是由定子、转子以及固定架组成。制动时，定子线圈通电产生磁场，旋转的转子切割磁力线而在其内部产生感应涡电流，进而产生制动力矩使列车减速。盘形涡流制动器主要用于日本新干线高速动车组100系、300系、400系和700系的拖车上，其结构形式是将电磁线圈安装在制动盘的两侧，且为方便安装，电磁线圈的排列并不是一个完整的圆盘形，而只是一段弧形，主要缺点是结构复杂、装置的质量和耗电量都比较大。

盘形涡流制动器在高速列车上最理想的安装位置应该为转向架车轮对之间的车轴上，这样可以使制动器的结构简单化、质量轻量化。但是，将盘形涡流制动器安装在此处并非易事，首先，车轮是热压装配于车轴之上的，要安装制动器就必须拆下车轮，这非常困难以至于没有可行性；其次，若是在车轮压装在车轴上之前先将盘形制动器装配于车轴之上，那又将给制动器的工作间隙调整、维护修理以及拆换带来很大的不便。

发明内容

针对当前盘形涡流制动器应用于高速列车制动上存在一些问题，本发明的目的在于提供一种应用于高速列车的组合式盘形涡流制动器。

本发明采用的技术方案是：一种应用于高速列车的组合式盘形涡流制动器，其安装在高速列车转向架的车轴上，包括：组合式定子、滑动轴承、两个结构相同的组合式转子盘；组合式定子由两个结构相同的半圆形定子通过螺栓连接组成，然后通过滑动轴承安装在车轴上，滑动轴承由两片四周均翻边的轴瓦组成；两个结构相同的组合式转子盘相对组合式定子对称布置在车轴上，每个组合式转子盘的工作盘面与各自相对的定子侧面间有1~2mm的间隙。

进一步地，所述的半圆形组合式定子由在半圆形构架上按照NS极朝向相互交替的方式、沿半圆周均匀布置的偶数个电磁铁组成；每个电磁铁由一根铁芯、两个线圈、两个导磁板组成，铁芯通过其中部安装在半圆形构架上，NS极朝向相同的两个线圈分别安装在铁芯的左、右半段上，两个导磁板分别通过螺钉安装在铁芯的左、右端面上。

进一步地，所述的组合式转子盘由两个半圆形转子通过螺栓连接组成，每个半圆形转子盘的内半圆孔半径与车轴半径相同；当两个半圆形转子的内半圆孔连接组成一个完整的圆形时，其连接面间存在2~5mm的间隙，由螺栓连接克服该间隙将组合式转子盘压装到车轴上。

本发明具有的有益效果是：

1）本盘形涡流制动器采用组合式结构，通过螺栓压装在在高速列车转向架车轮对之间的车轴上，安装方便，工作间隙调整、维护修理以及拆换简单易行。

2）本盘形涡流制动器采用制动盘安装在电磁线圈两侧的结构形式，电磁线圈两侧磁场均能进行涡流制动工作，相比于高速列车现有的盘形涡流制动器，本制动器制动效率要高。此外，本制动器的电磁线圈排列成一个完整的圆盘形，增加了工作电磁线圈的个数，这些都使得本盘形涡流制动器结构简单化、质量轻量化。

3）本盘形涡流制动器制动盘的非工作侧加工有散热片，这些散热片呈环状均匀分布，在制动器随高速列车的快速前进中，制动盘同时随车轴快速旋转，加强空气扰动，改善制动器散热性。

4）本盘形涡流制动器可以与盘形摩擦制动器配合使用，高速时采用涡流制动，低速时采用摩擦制动；此外，盘形涡流制动器与盘形摩擦制动器均安装在转向架构架横梁的各个支座上，可根据情况灵活配置这两种制动器的数量，可以提高制动效率、改善制动性能。

附图说明

图1是本发明的总体示意图；

图2是本发明的分解视图；

图3是本发明的半圆形定子正视图；

图4是图3的A-A剖视图；

图5是本发明的一个具体实施实例示意图；

图中：车轴1、第一组合式转子盘2、组合式定子3、第二组合式转子盘4、第一半圆形转子5、第二半圆形转子6、第一螺栓7、第三半圆形转子8、第四半圆形转子9、第二螺栓10、第一半圆形定子11、第二半圆形定子12、第三螺栓13、第四螺栓14、第一轴瓦15、第二轴瓦16、第一导磁板17、第一线圈18、半圆形构架19、铁芯20、第二线圈21、第二导磁板22、第一组合式盘形涡流制动器23、第一支座24、第二支座25、第二组合式盘形涡流制动器26、第三支座27、第四支座28、第三组合式盘形涡流制动器29、第五支座30、第六支座31。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

如图1-4所示，本发明应用于高速列车的组合式盘形涡流制动器安装在高速列车转向架的车轴上，其包括：组合式定子3、滑动轴承、结构相同的第一组合式转子盘2与第二组合式转子盘4；组合式定子3由结构相同的第一半圆形定子11与第二半圆形定子12通过四个第三螺栓13、四个第四螺栓14连接组成，然后通过滑动轴承安装在车轴1上；滑动轴承由四周均翻边的第一轴瓦15与第二轴瓦16组成，第一轴瓦15嵌在第一半圆形定子11的内半圆孔中，第二半圆形轴瓦16嵌在第二半圆形定子12的内半圆孔中；第一组合式转子盘2与第二组合式转子盘4相对组合式定子3对称布置在车轴1上，每个组合式转子盘的工作盘面与各自相对的组合式定子3的侧面间有1~3mm的间隙。

所述的半圆形定子由在半圆形构架19上按照NS极朝向相互交替的方式、沿半圆周均匀布置的偶数个电磁铁组成；每个电磁铁由铁芯20、第一线圈18、第二线圈21、第一导磁板17与第二导磁板22组成，铁芯20通过其中部安装在半圆形构架19上，第一线圈18和第二线圈21分别安装在铁芯20的左、右半段上，第一导磁板17与第二导磁板22分别通过螺钉安装在铁芯20的左、右端面上。

所述的第一组合式转子盘2由第一半圆形转子5与第二半圆形转子6通过四个第一螺栓7连接组成，第二组合式转子盘4由第三半圆形转子8与第四半圆形转子9通过四个第二螺栓10连接组成；每个半圆形转子盘的内半圆孔半径与车轴1的半径相同；当两个半圆形转子的内半圆孔连接组成一个完整的圆形时，其连接面间存在1~2mm的间隙，由螺栓连接克服该间隙将组合式转子盘压装到车轴1上。

本发明的工作过程如下：高速列车涡流制动过程中，第一组合式转子盘2与第二组合式转子盘4随车轴1旋转，同时切割组合式定子3两侧磁场的磁力线，两个组合式转子盘与组合式定子3侧面相对的工作盘面内部无数个闭合导线所包围的面积内磁通量发生变化，从而在工作盘面上产生涡旋状的感应电流，即涡电流。根据物理学中的楞次定律可知，组合式定子磁场对带电的第一组合式转子盘2与第二组合式转子盘4产生阻止其旋转的安培力，安培力合力沿组合式转子盘周向形成与转子盘旋转方向相反的阻力矩，即制动力矩。车速越快，制动力矩越大，列车的动能通过电磁感应和电阻发热而迅速降低，从而实现高速列车减速。

如图5所示，此为组合式盘形涡流制动器在高速列车转向架上配置的一种形式。第一、二、三组合式盘形涡流制动器23、26、29过螺栓安装在高速列车拖车转向架构架横梁上第一、三、五支座24、27、30上，第二、四、六支座25、28、31用于安装盘形摩擦制动器。高速列车制动过程中，高速时采用涡流制动，低速时采用摩擦制动，显著提高了制动效率，改善了制动性能。