永磁线性涡流制动的性能分析与试验研究

为弥补电磁涡流制动系统在重量和发热方面的不足,文中设计了一种永磁式线性涡流制动装置样机,基于等效磁路法推导制动力及吸力解析公式,并用于指导设计参数初始值的选取。通过有限元仿真,对比分析了永磁涡流制动与电磁涡流制动的制动力及吸力特性。搭建永磁涡流制动试验装置,测试不同速度、不同气隙的涡流制动特性,并与解析法及有限元法的计算结果进行对比和误差分析。结果表明:在与原电磁涡流制动装置长度相同的前提下,设计的永磁涡流制动装置样机可以达到与其相当的制动力水平,且在200~400 km/h区间永磁涡流制动力更稳定,吸力更低;解析计算和有限元仿真结果均与试验曲线变化趋势一致,有限元仿真精度更高;当气隙达到70 mm时,制动力和吸力均趋于0,此缓解高度与原电磁涡流制动装置的缓解高度一致。从制动力及吸力特性的角度分析,永磁线性涡流制动适合高速列车应用。

Rail temperature rise characteristics caused by linear eddy current brake of high-speed train

The rail temperature rises when the linear eddy current brake of high-speed train is working, which may lead to a change of rail physical characteristics or an effect on train operations. Therefore, a study concerning the characteristics of rail temperature rise caused by eddy current has its practical necessity. In the research, the working principle of a linear eddy current brake is introduced and its FEA model is established. According to the generation mechanism of eddy current, the theoretical formula of the internal energy which is produced by the eddy current is deduced and the thermal load on the rail is obtained. ANSYS is used to simulate the rail temperature changes under different conditions of thermal loads. The research result shows the main factors which contribute to the rising of rail temperature are the train speed, brake gap and exciting current. The rail temperature rises non-linearly with the in- crease of train speed. The rail temperature rise curve is more sensitive to the exciting current than the air gap. Moreover, the difference stimulated by temperature rising between rails of 60 kg/m and 75 kg/m is presented as well.

高速列车线性涡流制动参数特性仿真分析

目的:随着我国高速列车的飞速发展及运营时速的不断提高,高速列车的制动系统也面临着更高的要求。线性涡流制动具有与轮轨黏着无关、无磨损和制动力平稳等突出优点,有望应用于我国新一代高速列车,特探究线性涡流制动的影响参数并分析其特性。方法:基于电磁理论推导的线性涡流制动计算公式确定了其主要影响参数为列车速度、励磁电流及气隙,并借助有限元仿真方法研究了不同速度、励磁电流、气隙对制动力及垂向电磁吸力的影响。结果及结论:仿真结果表明:不同制动工况下,涡流制动力在所研究速度范围内都能够保持较为平稳的特性,垂向吸力则随着速度的提高而下降;制动力与吸力均随着励磁电流的增大、气隙的减小而增大,且呈现出在列车速度较低时对励磁电流与气隙的变化更为敏感的特性;在所研究范围内,励磁电流对制动力的影响大于气隙,因此对涡流制动力的控制更适合采用调节励磁电流的方式进行。

线性涡流制动对钢轨温升的影响

为研究不同级别涡流制动对钢轨温升的影响规律,基于线性涡流制动原理,根据制动力试验数据并结合传热理论,利用能量守恒定律并结合导体的趋肤效应公式推导涡流制动力与钢轨温升的理论式;根据理论式,采用有限元法建立钢轨温升模型,分析某一列车施加紧急涡流制动后钢轨不同部位的温度变化,并按照京沪高速铁路设计列车和目前运营列车最短时间间隔,分别计算多列列车重复施加涡流制动时的钢轨温度变化。结果表明:利用能量守恒定律推导涡流制动力与钢轨温升的理论式,在保证计算准确性的同时简化了计算过程;1列列车紧急制动后钢轨顶部温升最大,轨腰和轨底温度在制动过程中变化很小;多列列车在同一区段重复施加涡流制动时,制动等级越高,列车间隔时间越短,钢轨累积温升越大;在最小列车间隔条件下重复施加最大常用制动时,钢轨的最大温升满足线路养护相关标准要求。

涡流制动与直线电机制动在高铁上的应用对比分析

基于国内外文献数据,对直流励磁的涡流制动和交流励磁的直线电机制动从原理、结构、应用、制动能力、供电系统及轨道温升等方面进行了对比分析,结果表明:涡流制动的优点是制动能力强,缺点是励磁功率大、引起的轨道温升高;直线电机制动的优点是可实现无源运行,引起的轨道温升低,缺点是制动能力相对较弱,控制系统复杂。

高速列车线性涡流制动装置的研究与设计

针对高速列车制动技术的发展需求,对比分析了现有非黏着制动技术的特点,提出了适用于更高速度列车的非黏着制动技术研究方向。根据国内某车型转向架特点,进行线性涡流制动装置设计开发,重点研究了结构设计、安装空间及电磁参数设计等方面内容,完成了仿真校核、样机研制,并进行了地面试验验证及国内首次装车。研究结果表明,线性涡流制动是目前最有效的高速列车非黏着制动方式,涡流制动装置结构设计合理,研制的样机达到了预期目标,为涡流制动工程化应用奠定了技术基础。

高速列车线性涡流制动系统电磁发射特性研究

线性涡流制动系统在工作过程中会对周围环境产生电磁干扰,从而影响车载设备和轨旁信号设备的正常工作,阻碍涡流制动技术在高速列车上的应用。为了满足高速列车线性涡流制动系统辅助设计需求,文章建立了线性涡流制动系统的有限元分析模型,分析了列车速度、励磁电流及气隙大小对线性涡流制动系统气隙磁场的影响,并与理论分析模型相比较,验证所建立模型的正确性。分析线性涡流制动系统产生的电磁发射特性,结果表明:线性涡流制动系统产生的电磁发射在沿z轴方向时先增大后减小,靠近励磁电磁铁时电磁发射强度最大,沿y轴方向时呈周期性分布,沿x轴方向产生的电磁干扰较小。

无人机电磁弹射器的综合制动方法

利用直线电机实现无人机在短距离内可控地加速起飞已是固定翼无人机弹射起飞一种新的发展方向。为了使飞机分离后弹射台能在较短距离里完成制动,提出了直线电机弹射轨道末段定子实铁心涡流制动、运用Halbach永磁体阵列的涡流制动和橡胶阻尼制动等三种方式的综合方案,并分别对它们进行了分析计算。当弹射台的速度大于10m/s时,定子实铁心产生的涡流制动效果明显,当弹射台的速度低于3m/s时,定子实铁心涡流制动产生的制动力将迅速下降。Halbach永磁体阵列的涡流制动方式在飞机分离点开始实施,可以增加30%以上的制动效果。通过模型分析和碰撞试验,橡胶阻尼制动作为最后一级制动方式,能够有效吸收能量,实现在较短距离里的制动。

直线Halbach磁体用于磁浮列车涡流制动的研究

磁浮列车采用涡流制动摆脱了机械制动中粘着系数对制动性能的制约。电磁涡流制动需要电能供应,存在电能损耗。永磁涡流制动由于不需供电故效率高。永磁Halbach磁体磁感应强度大于普通永磁磁体,且Halbach磁体具有自屏蔽性能,一侧拥有强磁场,另一侧磁场几乎为零。直线Halbach磁体用于磁浮列车涡流制动的研究,采用解析的方法分析其制动过程中的电磁机理,推导出涡流制动力方程。设计了一套实验系统,对制动力方程进行了验证,并对实验结果进行了分析。

一种基于摆动式涡流传感器的焊缝跟踪方法

采用非接触电涡流传感器应用于焊缝跟踪,利用指数运算电路补偿传感器的线性度,从而加大了传感器的量程,消除了传感器在焊缝跟踪过程中的失真情况.选用摆动式涡流传感器检测焊缝偏差信息,实现复杂形状焊缝的平板对接I形坡口的自动跟踪.应用区域积分差值加权比较法对焊缝的偏差信息进行分析,消除了因板厚不均匀以及错位的误判,在采样数据点不变的情况下,提高了焊缝跟踪精度.结果表明,摆动式涡流传感器用于焊缝自动跟踪可行,跟踪效果好,为目前对自动焊缝跟踪技术的研究提供了一种新的方法.

电磁弹射过程中涡流引入阻力的分析

永磁直线电机能够满足电磁弹射系统短距内高加速与快制动的应用要求,但是永磁直线电机的快速运动可能引入明显的涡流效应,在电机加速度段,涡流效应引入涡流阻力,削弱了系统的弹射能力,另一方面,在电机的制动段,涡流效应引入的阻力可以帮助系统实现快速制动。针对电磁弹射系统所采用的定子开槽、集中绕组、动磁式永磁直线电机,仿真分析了动子加速过程中铝支撑套引入的涡流阻力的特性,提出用定子铁心半闭槽结构和空心支撑套结构等措施降低这种涡流阻力,验证了措施的有效性;在制动段采用实心定子铁心结构来增强涡流制动力以实现快速制动,建立了涡流损耗的简化多项式,仿真结果表明采用涡流制动、反接制动混合制动的方式可以有效提升弹射平台的制动性能。

永磁涡流制动的有限元分析与设计

为了研究新型直线驱动装置的制动问题,介绍了永磁涡流制动的基本原理,阐述了有限元法相对于解析法的优越之处。用有限元法建立2D模型,得到制动与速度之间的关系曲线,并设计完成一套试验系统。实验结果和理论分析表明永磁涡流制动是一种高效可靠的制动方法。通过与解析法和实验结果的比较,证明用有限元法分析永磁涡流制动的可行性和准确性。

轨道涡流制动试验与研究

为了研究涡流电磁力包括涡流制动力的电磁吸力，在不同的相对运动速度下的变化规律，研制了轨道涡流制动试验台。通过分析涡流电磁力形成方向和范围，设计了两级测力机构，即安装在扇形支架内的测试电磁吸力的测试机构和安装在扇形支架外侧的测试涡流制动力的测试座。根据模拟制动能量和测试控制的要求，确定了轨道轮和惯性轮的结构及主轴传动机构等。提出了轨道涡流制动试验台的有关性能调试内容，并给出部分测试结果。

线性涡流制动装置磁场分布的有限元计算

采用矢量位Ａ法对线性涡流制动装置的磁场分布进行了有限元理论计算。由于有限元方程中含有一般磁场问题所没有的速度项，使最终形成的系数矩阵为一个不对称的方阵，用一般的伽辽金有限元法求解将出现数值不稳定性，故本文采用了“迎流的”有限元法。

城市轨道交通车辆制动方式综述

改革开放以来,我国经济高速发展,城市面貌日新月异,我国城市化进程明显加快,机动车数量增加迅猛,这就带来了如何缓解城市交通拥堵、减小环境污染、解决能源危机等一系列问题。城市轨道交通车辆的速度可以达到公共汽车的3倍;安全、准点率高,给上班族提供了时间保障;轨道交通采用电力牵引,能源利用率高,环境污染少。但由于城市轨道交通车站之间的距离大约1 km左右,所以车辆需频繁的调速和制动,对车辆的制动有较高的要求。因此,文章主要讲述了城市轨道交通车辆采用的几种制动方式。

更高速动车组非黏着制动应用研究

对于380~400km/h速度等级的更高速动车组,制动距离、制动热负荷、制动黏着3个参数对现有制动系统的应用有所限制,有必要引入非黏着制动方式;对比若干非黏着制动方式,涡流轨道制动更适于更高速动车组;以中国标准动车组的制动特性为基础,对增加涡流轨道制动系统的动车组制动特性、制动力匹配等问题进行了分析,在一定程度上可以解决以上3个限制条件。

面向重型履带车辆的新式电涡流-液力复合型缓速器研究

履带车辆要求其辅助制动系统响应快、全速段功率密度高,而现有的液力辅助制动技术难以满足需求。为解决这一问题,基于电涡流和液力缓速技术优点与缺点互补的特性,对电涡流缓速器和液力缓速器进行了集成设计,提出一种电涡流-液力复合型缓速器结构。对此结构应用数值模拟方法预测电涡流制动与液力制动的速度特性,研究该缓速器控制策略,得到最佳制动性能。结果表明,电涡流-液力复合型缓速器电涡流部分响应时间在0. 2 s以内、转速600 r/min以内主要依靠电涡流制动,转速600 r/min以上依靠电涡流与液力制动共同作用,在转速1 000 r/min工况下能够提供280 kW制动功率。

基于Halbach永磁体阵列的无人机电磁弹射器双边型涡流制动

为了提升无人机电磁弹射器的机动性,末段用于制动弹射台的轨道长度必须受到限制,而制动性能又不受影响,提出了一种基于Halbach永磁体阵列的双边型涡流制动装置。利用二维电磁场分析模型,建立了涡流制动力解析式,确立了永磁体及其相关部件的尺寸;针对Halbach阵列的不同组合排列方式,通过仿真对比,确定了旋转30°Halbach阵列组合方式提供的制动力最大。

双面线性永磁结构的涡流制动性能研究

双面线性永磁结构是一种制动效率较高、应用前景较好的永磁涡流制动结构。在前人研究的基础上,对该结构的制动力-速度公式进行了拓展推导,并进行了模拟实验以及有限元仿真来验证其准确性,得到了较为可靠的结果。

磁浮列车涡流制动电磁力特性曲线的求解研究

在磁浮列车实施安全制动的过程中,电磁力与运行速度、横向气隙值间呈非线性关系。根据线性涡流制动装置的结构特点和列车安全制动过程的工作原理,获得每一制动等级电磁力特性曲线是实现列车制动精确控制的关键。使用有限元法计算获得的不同等级-气隙值-运行速度-电磁力的离散数值点,对每一制动等级,采用分段3次Hermite插值法得到不同气隙值的多条连续电磁力曲线,并讨论制动过程中气隙的变化规律,获得气隙变化的特征速度点。通过求解并拟合变气隙过程的电磁力特性曲线段,得到完整的随运行速度变化而变化的连续电磁力特性曲线,为求解磁浮列车运行时的涡流电磁力提供一种数值处理方法。