磁轨制动装置.pdf

本发明属于轨道车辆制动技术领域。该磁轨制动装置与轨道车辆连接且设置在轨道车辆转向架上，磁轨制动装置包括：电磁铁，其包括整体成型的铁芯和安装在铁芯上的电磁线圈、防护罩及接线盒；极靴，其与电磁铁连接、设置在电磁铁和轨道之间且能够在制动位置时与钢轨接触而产生摩擦制动力；悬挂机构，其将由电磁铁和极靴组成的磁轨制动单元悬挂于轨道车辆；以及导向和承力件，其用作磁轨制动单元在非制动位置和制动位置之间的运动导向，并将极靴处于制动位置状态下产生的制动力传递到轨道车辆。本发明提供了一种采用整体铁芯和刚性极靴并对极靴及隔板厚度进行了合理的优化、具有结构简单、电磁损耗小、成本较低等优点的磁轨制动装置。

权利要求书1.  一种磁轨制动装置，所述磁轨制动装置与轨道车辆连接且设置在所述 轨道车辆转向架上，其特征在于，所述磁轨制动装置包括： 电磁铁，所述电磁铁包括整体成型的铁芯、安装在所述铁芯上的电磁线 圈、防护罩和接线盒； 极靴，所述极靴与所述电磁铁连接、设置在所述电磁铁和所述轨道之间 且能够在制动位置时与钢轨接触而产生摩擦制动力； 悬挂机构，所述悬挂机构将由所述电磁铁和所述极靴组成的磁轨制动单 元悬挂于所述轨道车辆； 导向和承力件，所述导向和承力件用作磁轨制动单元在非制动位置和制 动位置之间的运动导向，并将制动力传递到所述轨道车辆。 2.  根据权利要求1所述的磁轨制动装置，其特征在于，所述极靴中还包 括至少一个极靴隔板，所述极靴隔板的厚度为所述极靴厚度的1/3-1/2。 3.  根据权利要求1所述的磁轨制动装置，其特征在于，所述极靴的厚度 为20mm-24mm，所述隔磁板的厚度为7mm-12mm。 4.  根据权利要求1所述的磁轨制动装置，其特征在于，所述悬挂件将所 述磁轨制动单元悬挂于所述轨道车辆的转向架；导向和承力件，所述导向和 承力件将由所述磁轨制动单元产生的制动力传递到所述转向架，并作为所述 磁轨制动单元在非制动位置和制动位置运动的导向机构。 5.  根据权利要求4所述的磁轨制动装置，其特征在于，所述悬挂件为弹 性构件，能够将所述极靴保持在非制动位置。 6.  根据权利要求1所述磁轨制动装置，其特征在于，所述磁轨制动装置 还包括接线盒，在所述接线盒中安装接线柱，其一端与所述电磁线圈连接而 另一端通过电缆与所述轨道车辆的供电电源连接。 7.  根据权利要求1所述的磁轨制动装置，其特征在于，所述极靴由低碳 钢或球墨铸铁制成。 8.  根据权利要求1所述的磁轨制动装置，其特征在于，采用螺栓连接的 方式将所述极靴与所述电磁铁连接在一起。

说明书磁轨制动装置
技术领域
本发明属于轨道车辆制动技术领域，适用于低地板城轨车辆或城市有轨 电车制动系统。更具体地，本发明涉及一种用于轨道车辆的磁轨制动装置。
背景技术
随着城市轨道交通的快速发展，车辆制动系统也发展出不同的形式来适 应不同的安全要求。城市有轨电车虽运行速度不高，但因其与汽车等地面交 通工具混跑，交通状况复杂，要求制动系统安全可靠，制动距离短，仅依靠 传统的基础制动装置很难满足车辆需求。
磁轨制动装置不受轮轨粘着限制，紧急制动效果显著，稳定可靠，可提 高行车安全性和运行效率，且励磁功率小，供电负担轻，构造简单，维修量 小，在高速列车、普通机车车辆及城轨车辆上都有成功的应用，在城市有轨 电车(特别是低地板车辆)上具有独特的优势。
磁轨制动装置在结构上有整体式和多节式之分。前者如公开号为 CN202887900U、名称为“一种磁轨制动电磁铁”的中国发明专利所述，主 要用于城市轨道交通；后者如公开号为CN103747997A、名称为“具有磁轨 制动装置的制动设备”，公开号为CN100396527C、名称为“磁轨制动器”的 中国发明专利等所述，则多用于干线铁路。
对磁轨制动装置性能起主要的两个部件是电磁铁和极靴。电磁铁由铁芯 和电磁线圈等组成，由于传统工艺及成本控制等方面制约，铁芯一般采用螺 栓及连杆组装或铸造成型结构，如上述中国专利CN202887900U等公开的磁 轨制动装置。这种铁芯在制造过程中易产生装配间隙或铸造缺陷，致使铁芯 磁阻增加，减弱了电磁铁的磁力，进而降低了磁轨制动装置制动效果。
极靴既是导磁体，又是摩擦件，同时承受机械负荷(制动力)和热负荷， 因此需具有较好的综合性能，还与运行速度、悬挂方式等因素有关。极靴的 材料、参数和结构设计对制动性能影响很大。
发明内容
基于上述现有技术，本发明的发明目的在于提供一种如下的磁轨制动装 置，其采用整体铁芯和刚性极靴，并对极靴和极靴隔板厚度进行了合理的优 化，具有结构简单、电磁损耗小、成本较低等优点，特别适用于低地板城轨 车辆，可以作为紧急制动和安全制动装置使用。
为了实现上述的发明目的，本发明采用如下的技术方案。
一种磁轨制动装置，所述磁轨制动装置与轨道车辆连接且设置在所述轨 道车辆转向架上，所述磁轨制动装置应该至少包括：电磁铁，所述电磁铁至 少包括整体成型的铁芯和安装在所述铁芯上的电磁线圈，线圈外部有密封防 护罩；极靴，所述极靴与所述电磁铁连接、设置在所述电磁铁和所述轨道之 间且能够在制动位置与钢轨接触而产生摩擦制动力；悬挂机构，所述悬挂机 构将由所述电磁铁和所述极靴组成的磁轨制动单元悬挂于所述轨道车辆并 承受磁轨制动单元的重力；以及导向和承力件，所述导向和承力件用作磁轨 制动单元在非制动位置和制动位置之间运动的导向机构，并将所述极靴处于 所述制动位置时产生的制动力传递到所述轨道车辆。
其中，在所述极靴处于所述非制动位置的状态下，所述极靴与所述轨道 之间保持一定的气隙；在所述极靴处于所述制动位置的状态下，所述极靴与 所述轨道直接接触产生制动力。
进一步地，在所述极靴处于所述非制动位置的状态下，所述极靴与所述 轨道之间的气隙为所述极靴厚度的1/3以上；在所述极靴处于所述制动位置的 状态下，所述极靴与所述轨道直接接触产生制动力。
进一步地，所述极靴的厚度为21mm-24mm，而在所述极靴处于所述非 制动位置的状态下所述极靴与所述轨道之间的气隙为7mm-10mm。
进一步地，所述极靴中还包括至少一个极靴隔板，所述极靴隔板的厚度 为所述极靴厚度的1/3-1/2。更进一步地，所述极靴的厚度为20mm-24mm， 所述隔磁板的厚度为7mm-12mm。
所述悬挂机构包括：悬挂件，所述悬挂件将所述磁轨制动单元悬挂于所 述轨道车辆的转向架；以及吊耳，所述吊耳与所述悬挂件连接，承担所述磁 轨制动单元的重力。所述悬挂件为弹性构件，能够将所述极靴保持在非制动 位置。所述导向和承力件与轨道车辆转向架的相应机构配合，用作所述磁轨 制动单元在非制动位置和制动位置之间运动的导向机构，并将所述磁轨制动 单元产生的制动力传递到车辆转向架。
此外，所述磁轨制动装置还包括接线盒，在所述接线盒中安装接线柱， 其一端与所述电磁线圈连接而另一端通过电缆与所述轨道车辆的供电电源 连接。
优选地，所述极靴由低碳钢或球墨铸铁制成。
优选地，采用焊接或螺栓连接的方式将所述极靴与所述电磁铁连接在一 起。
通过采用如上的技术方案，本发明提供了一种采用整体铁芯和刚性极靴 并对极靴和极靴隔板厚度进行了合理的优化、具有结构简单、电磁损耗小、 成本较低等优点的磁轨制动装置。
附图说明
图1是磁轨制动装置工作原理示意图；
图2是本发明的磁轨制动装置的结构示意图；
图3是本发明的磁轨制动单元剖视示意图；
图4是铁芯的立体图；
附图标记说明
1  电磁线圈    2  铁芯     3  接线盒      4  极靴
5  导向和承力件       6悬挂机构  7  极靴隔板      8轨道
9  气隙        10  防护罩        M  磁路
具体实施方式
本发明在于提供一种采用整体铁芯和刚性极靴并对极靴与极靴隔板厚 度进行了合理的优化、具有结构简单、电磁损耗小、成本较低等优点的磁轨 制动装置。下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式进行详细的说明。
图1是磁轨制动装置工作原理示意图。如图1所示，磁轨制动的基本工作 原理是利用电磁铁对磁导体的吸力，电磁铁(电磁线圈1和铁芯2)在吸力的 作用下使极靴4与轨道8接触并产生正压力，列车运行时便会在极靴4与轨道8 之间产生摩擦力，达到制动减速的目的。本发明的技术因此涉及电磁学、摩 擦学、机械设计与制造、轨道车辆制动技术等背景知识。
具体地，磁轨制动装置主要由电磁线圈1、铁芯2、接线盒3、极靴4、导 向和承力件5、悬挂机构6，极靴隔板7、防护罩10等零部件构成，安装在车 辆转向架上。磁轨制动装置通电后，极靴4与轨道8吸合，形成摩擦制动力。 从能量转化角度来说，使车辆运行动能通过极靴4与轨道8的摩擦接触转化成 热能，散发到环境中去。
电磁线圈1、铁芯2、接线盒3及防护罩10形成电磁铁，为磁轨制动装置 提供电磁吸力。极靴4介于电磁铁与轨道8之间，传递电磁力并与轨道摩擦产 生制动力。悬挂机构6用来实现磁轨制动装置与转向架的连接，在非制动工 况下(极靴4处于非制动位置)支撑磁轨制动装置的重量。导向和承力件5将 极靴4与轨道8产生的摩擦制动力传递给转向架，并在电磁铁吸合、脱开过程 中起导向作用。
图2是本发明的磁轨制动装置结构示意图；图3是本发明的磁轨制动单元 剖视示意图；图4是铁芯的立体图。
如图2-图4所示，本发明的磁轨制动装置由电磁线圈1、铁芯2、接线盒3、 极靴4、导向和承力件5、悬挂机构6、极靴隔板7、线圈防护罩10等部件组成。 以如下方法实现磁轨制动装置：将电磁线圈1均匀紧密缠绕在铁芯2上，形成 磁轨制动器电磁体，铁芯2为整体成型结构，防护罩10起密封和防护作用； 用螺栓将一对极靴4连同其中间的极靴隔板7固定到电磁铁的下方，极靴4由 低碳钢或球墨铸铁制成，极靴4的厚度根据应用情况可以在20mm-24mm之间 选取。根据不同的转向架结构，导向和承力件5可设计为不同的形式并可采 用焊接或螺栓连接方式与电磁铁连接在一起。本实施例中的承力件5为框形 结构，设在电磁铁侧面。通过具有弹性的悬挂机构6将磁轨制动单元支撑在 转向架上，并使极靴4与轨道8之间保持一定的气隙9。电缆线一端通过接线 盒3与电磁线圈1连接，另一端通过转向架上的接线盒(图中未示出)连接到 供电电源。
这样，当供电电路接通时，磁轨制动单元在吸力作用下向下移动，悬挂 机构6的弹簧被压缩，极靴4与轨道8接触，列车运动时便可形成摩擦制动力。 摩擦制动力通过导向和承力件5传递到转向架和车体上，使轨道车辆制动减 速。当供电电源断开时，吸力消除(忽略剩磁的影响)，悬挂机构6的弹簧克 服磁轨制动单元的重力，使其与轨道8分离，回到原来的位置，仍维持一定 的气隙9。通过调节悬挂机构的螺杆，可调整气隙9大小，允许在极靴磨损后 进行调节，以便保持预定气隙9。
这样，本发明的具体结构至少带来如下的优点：
(1)本发明的磁轨制动装置含有整体成型的铁芯2结构，极靴4的厚度 在20mm-24mm之间选取。则磁轨制动装置的电磁性能主要体现为电磁吸力 的大小和稳定性，而在有限的尺寸空间发挥所需的电磁吸力。对此，本发明 采用两种途径：一方面尽量降低磁路M中的磁阻，另一方面合理设计极靴的 截面积或厚度，利用有限的磁势获得最大的吸力，并保持稳定。
(2)本发明磁轨制动装置，采用整体成型铁芯2，避免由于加工、组装 等原因产生的加工缺陷和装配间隙，有效降低磁路M的磁阻。极靴4采用导 磁性能良好的优质低碳钢或球墨铸铁材料，保证一定的摩擦性能，但又不能 损伤轨道8。极靴4和极靴隔板7的厚度经过优化设计，根据不同的轨道8规格 和吸力要求，极靴4的厚度可取20mm-24mm，极靴隔板7的厚度优选为极靴4 厚度的1/3-1/2，更优选地为7mm-12mm。这样，既可最大限度地保证磁通量， 又可减少两个极靴4之间的漏磁。
更具体地，由于电磁性能对磁轨制动装置的制动效果具有显著影响，因 此本发明着重研究改善电磁性能的途径。一方面尽量降低磁路M中的磁阻， 另一方面合理设计极靴的截面积或厚度，利用有限的磁势获得最大的吸力， 并保持稳定。采用整体成型铁芯2，避免了加工、组装过程中产生的装配间 隙和加工缺陷，可有效降低磁路M的磁阻。极靴采用优质低碳钢或球墨铸铁 材料，具有良好的导磁性，并保证一定的摩擦性能，但不会对轨道8造成损 伤。极靴4的厚度可取20mm-24mm，极靴隔板7的厚度取7mm-12mm，经过 了优化设计，既可最大限度地保证磁通量，又可减少两个极靴4之间的漏磁。 总体上，可在有限的尺寸空间和安匝数条件下，提供最大的电磁吸力，并且 保持稳定。采用整体成型铁芯2，制造成本和加工周期没有明显增加。同等 条件下，整体铁芯2结构的磁轨制动装置占用的有效空间相对较小。通过对 极靴4厚度的优化，磁轨制动装置对列车制动力参数能够很好控制，更利于 制动力精确分配。
通过采用上述技术方案，本发明提供了一种采用整体铁芯和刚性极靴并 对极靴和极靴隔板厚度进行了合理的优化、具有结构简单、电磁损耗小、成 本较低等优点的磁轨制动装置。
需要说明的是，本发明的保护范围并不限于上述具体实施方式所说明的 具体技术方案，而只要满足本发明的权利要求的技术特征的组合就落入本发 明的保护范围内。