高速列车涡流制动性能试验装置及方法
【技术领域】
[0001]本发明有关于一种轨道车辆涡流制动性能试验装置及方法，尤其有关于一种高速列车制动技术领域中应用的高速列车涡流制动性能试验装置及方法。
【背景技术】
[0002]制动技术是高速列车的关键技术之一，由于高速列车制动能量巨大，并且随着速度的增加轮轨粘着系数逐渐降低，因此在规定的制动距离内实现安全停车和能量转化具有一定难度。世界上高速列车均采用多种制动方式相配合的复合制动模式，主要制动方式包括再生制动、电阻制动、摩擦制动、涡流制动、磁轨制动和空气动力制动等。我国动车组采用的是再生制动和摩擦制动(盘形制动)方式，这两种方式是世界上应用最多的高速列车制动方式，均通过轮轨之间的粘着力发挥制动作用。
[0003]祸流制动是一种非接触式电磁制动方式，具有无机械磨损、无噪声、无气味、制动力可控等突出优点，既可用于紧急制动，又可用于常用制动，缩短制动距离，提高行车安全性，并可减少机械制动的磨耗，运行经济性良好。特别是线性涡流制动，它不依赖于轮轨粘着，在高速区段可发挥较大的制动力。因此，涡流制动是一种有效的制动手段，特别适用于高速列车制动系统。
[0004]涡流制动的基本原理，是利用磁铁和磁感应体的相对运动，在感应体内感应出电涡流(简称涡流)，由涡流产生的磁场与磁铁产生的主磁场相互作用并使主磁场产生畸变，磁力线发生偏转，生成切向分力即制动力，从而使列车减速。
[0005]根据结构形式，涡流制动可分为线性涡流制动和旋转涡流制动。线性涡流制动又称轨道涡流制动，是将钢轨作为磁感应体，将制动用条形磁铁安装在转向架上并位于钢轨正上方，磁铁的N极、S极交替配置，极面与钢轨面保持一定的气隙。当列车运行时，磁铁与钢轨产生相对运动，便可在钢轨上感应出涡流并形成制动力。线性涡流制动装置所产生的制动力直接作用于钢轨上，是一种非粘着制动方式，因此可在高速区段发挥较大作用。旋转涡流制动又称为盘式涡流制动，是在车轴上设置金属圆盘作为磁感应体，磁铁可安装在金属盘的一侧或两侧，列车运行时，金属感应盘在磁场中转动，从而感应出涡流并形成制动力。旋转涡流制动属于粘着制动，在高速条件下制动效果受到局限。
[0006]根据磁极材料，涡流制动又可分为电磁涡流制动和永磁涡流制动。电磁涡流制动的核心部件通常由铁芯和线圈组成，由外部供电电源提供励磁，通过调节励磁电流，实现制动力的控制。永磁涡流制动是用永磁材料制成的磁铁取代电磁铁，通过对永久磁铁与感应体相对位置的调节实现涡流制动力的控制。
[0007]在涡流制动技术研究与产品开发过程中，测试和掌握制动性能是一项关键性工作。目前，对涡流制动性能及其影响因素的研究主要有两种途径，一是采用解析法或数值法进行计算分析，二是采用试验装置进行试验研究。由于对电磁机理的认识和描述不够深入、完整，或者对边界条件的定义等不够清晰、准确，因此计算分析方法往往存在较大偏差。涡流制动的试验方法，是利用特殊的试验装置(试验台)，其基本原理是该装置带有一定的惯性负载，通过电机的驱动控制，使涡流制动磁铁与感应体(如轨道轮)产生相对运动，达到预定速度后实施制动，在涡流制动力的作用下，使惯性系统减速。
[0008]我国现有的一种轨道涡流制动试验台，用轨道轮代替实际钢轨，用电机带动轨道轮转动来模拟列车与钢轨的相对运动，试验速度小于300km/h。另一种车辆涡流试验装置可用于磁悬浮列车和轮轨列车的涡流制动试验，最高速度不大于350km/h。这两种试验装置均适用于电磁涡流制动的原理性试验和验证，制动电磁铁结构固定，试验速度不高，试验惯量小且无法调整，对不同轴重的试验要求难以满足，不能按照实际制动能量开展1:1的性能试验，无法满足高速列车的发展及大功率涡流制动试验的需要。
【发明内容】
[0009]本发明的目的是提供一种高速列车涡流制动性能试验装置，其可模拟列车与轨道之间的相对运动，该涡流制动性能试验装置具有试验速度高、负载惯量大且惯量连续可调、安全性和试验效率高等优点。
[0010]本发明的另一目的是提供一种高速列车涡流制动性能试验方法，该方法所使用的高速列车涡流制动性能试验装置具有试验速度高、负载惯量大且连续可调、安全性和试验效率高等优点，该方法可模拟列车与轨道之间的相对运动及实际制动负载，实现高速涡流制动多种性能参数的测试和试验验证。
[0011]本发明的上述目的可采用下列技术方案来实现:
[0012]本发明提供一种高速列车涡流制动性能试验装置，其包括:
[0013]底座，其与混凝土基础固定相连；
[0014]轨道轮单元，其连接在所述底座上，所述轨道轮单元具有轨道轮，所述轨道轮连接于一轨道轮轴，所述轨道轮的上方设有制动磁铁组；
[0015]机械惯量单元，其连接在所述底座上，所述机械惯量单元具有多个活动飞轮，所述活动飞轮连接于一飞轮轴，所述飞轮轴与所述轨道轮轴之间通过联轴器相连；
[0016]驱动电机，其连接在所述底座上，所述驱动电机与所述飞轮轴通过联轴器或离合器相连。
[0017]在优选的实施方式中，所述轨道轮包括轮体及连接在所述轮体两侧的两组圆盘式轨道，所述轮体连接在所述轨道轮轴上，每个所述圆盘式轨道的上方设有一个制动磁铁组。
[0018]在优选的实施方式中，所述轨道轮单元还包括两个轴承座，两个所述轴承座与所述底座相连，所述轨道轮轴的两端由两个所述轴承座支撑，所述轨道轮的前后两侧分别设有一个支座，两个所述支座上连接有支撑架总成，所述支撑架总成上可上下移动地连接有磁极座，所述制动磁铁组与所述磁极座相连。
[0019]在优选的实施方式中，所述制动磁铁组由多个磁铁块并排设置呈弧形形状，所述磁铁块通过调节螺栓连接在所述磁极座上。
[0020]在优选的实施方式中，所述支撑架总成上设有调节螺杆，所述调节螺杆通过力传感器与所述磁极座相连。
[0021]在优选的实施方式中，所述支撑架总成上连接有两个气缸，两个所述气缸与所述磁极座相连。
[0022]在优选的实施方式中，所述机械惯量单元还包括:
[0023]两个轴承座，两个所述轴承座与所述底座相连，所述飞轮轴的两端由两个所述轴承座支撑；
[0024]支架，其连接在所述底座上，所述支架的上部可水平移动地连接有吊具，所述支架的两侧分别连接有飞轮固定件。
[0025]在优选的实施方式中，所述机械惯量单元为两个，其中一个所述机械惯量单元的飞轮轴通过联轴器或离合器连接在所述驱动电机的一侧，另一个所述机械惯量单元的飞轮轴的两端分别通过联轴器连接在所述驱动电机的另一侧及所述轨道轮轴之间。
[0026]在优选的实施方式中，所述涡流制动性能试验装置还包括紧急制动单元，所述紧急制动单元位于所述驱动电机与所述机械惯量单元之间，其包括多套制动盘和制动多套所述制动盘的制动夹钳，多套所述制动盘与一紧急制动轴相连，所述紧急制动轴的一端通过联轴器与所述驱动电机相连，其另一端通过联轴器与所述机械惯量单元的飞轮轴相连。
[0027]在优选的实施方式中，所述飞轮轴或所述轨道轮轴上连接有速度编码器。
[0028]在优选的实施方式中，所述机械惯量单元的飞轮轴与所述轨道轮单元的轨道轮轴之间安装有扭矩传感器。
[0029]在优选的实施方式中，所述轨道轮单元的轨道轮外侧设有冷却喷管。
[0030]在优选的实施方式中，所述涡流制动性能试验装置设有整体防护罩，所述整体防护罩由墙体分隔为试验舱防护罩和动力与惯量舱防护罩，所述试验舱防护罩罩设在所述轨道轮单元外，所述动力与惯量舱防护罩罩设在所述机械惯量单元与所述驱动电机外。
[0031]本发明还提供一种高速列车涡流制动性能试验方法，所述高速列车涡流制动性能试验方法采用上述的高速列车涡流制动性能试验装置，所述高速列车涡流制动性能试验方法包括如下步骤:
[0032]a)按需配置机械惯量单元及所述机械惯量单元上的活动飞轮的数量；启动驱动电机，所述驱动电机驱动所述机械惯量单元和轨道轮单元的轨道轮转动并达到实际车速，通过所述轨道轮与所述轨道轮单元的制动磁铁组之间的相对运动模拟列车与钢轨之间的相对运动；
[0033]b)待所述轨道轮达到实际车速后，对所述制动磁铁组施加励磁进行制动，所述活动飞轮和所述轨道轮在所述轨道轮与所述制动磁铁组之间形成的涡流制动力作用下逐渐减速；
[0034]c)在所述涡流制动过程中，同步且连续地采集所述轨道轮的转速和温度、所述制动磁铁组的励磁电流和励磁电压、所述涡流制动力、所述轨道轮对所述制动磁铁组的吸力；
[0035]d)对以上采集的数据进行分析并绘制涡流制动特性曲线。
[0036]在优选的实施方式中，所述制动磁铁组由多个磁铁块并排设置组成，所述磁铁块为电磁铁块