線性永磁渦流制動裝置在磁動力運輸系統中的應用

王振剛 石欣欣

摘 要：快速響應的線性永磁渦流制動裝置的研制應用為磁動力運輸系統提供了良好的非接觸緊急制動方案，當系統供電、備用電源等故障時，不能依靠電力制動的運載列車可通過渦流制動裝置快速停車，本文從制動裝置的研制、線路試驗兩個方面論述。

關鍵詞：渦流制動;磁動力;運載列車;快速響應

中圖分類號：TD58 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2020）07-0081-02

0 引言

磁動力運輸系統的研發提出了煤炭環保綠色運輸的新方式，系統中以無源運載列車為載體，多列運載列車首尾間隔一定安全距離，通過智能總控系統可實現物料的點對點、一點對多點、多點對一點的協調調度性運輸，也可實現往返線路的不同物料雙向運輸，降低列車空載率。磁動力物料運輸系統采用無鐵芯永磁直線同步電機技術與輪軌運輸技術相結合，解決現有中短途運輸過程中能耗高、效率低和環境污染等問題。

系統中運載列車除依靠直線同步電機線圈定子制動外還應具備應急制動系統，因此本文利用線性永磁渦流制動技術和快速響應的制動機構進行研究，通過線路實驗可知本文提出的線性永磁渦流制動裝置響應快、制動效果理想。

1 線性永磁渦流制動的應用及特點

線性永磁渦流制動最早出現于20世紀90年代，主要應用于鐵路機車制動裝置上，目前日本、德國等國家對永磁渦流制動技術的研究比較成熟，在高速列車領域有許多成功應用的先例[1]，線性永磁渦流制動在過山車、自由落體等直線運動類游樂設施備的制動系統中也有應用[2]。

線性永磁渦流制動作為制動非粘著性制動方式，具有很多傳動制動無法比擬的優勢，如節能、可靠不需要外置電源，不存在斷電失效的風險;無噪音、免維護、壽命長，依靠磁電感應制動無需接觸且沒有摩擦問題;制動過程柔和、平穩[3];散熱性能好，線性渦流制動機構多為開式結構，有利于制動熱量散發。

2 運載列車制動裝置方案

磁動力物料運輸系統制動裝置基于線性永磁直線渦流制動原理設計，利用固定在軌道中的制動板充當導體板的角色，通過制動板與運行列車底部安裝的永磁排作用產生渦流實現制動。渦流制動產生的制動力與諸多因素有關主要包括：制動板厚度，制動板材料屬性，制動板與永磁排氣隙、作用面積和車運行速度。

磁動力物料運輸系統用運載列車由圖1所示，6輛車組成一列，多列運載列車首尾間隔一定安全距離在軌道中運行，布置在軌道中的無鐵芯直線同步電機定子通過變頻控制驅動運載列車行駛及變頻調速。

2.1 制動裝置機構設計

制動裝置由制動板和動力執行機構組成，如圖2所示。制動板為雙層結構，上層為銅板，下層為鑲嵌純鐵條的鋁板，制動板可通過動力執行機構上下運動。動力執行機構整體固定在運行軌道中，可由螺旋絲桿升降機下拉制動板壓縮彈簧蓄能，通過電磁鐵及四連桿機構保持在待觸發狀態，當系統失電時，電磁鐵釋放制動板快速到達剎車狀態。

2.2 制動板材料選擇

結合生產實際，選擇銅板和鋁板雙層疊加作為制動板，經過多次非線性方程的計算和仿真得出銅板和鋁板的制動力擬合曲線如圖3所示。根據擬合曲線圖可知，在相同厚度情況下，鋁板制動力約為銅板的60%左右。通過波峰的橫向位置可以看出，鋁板在高速情況下制動力要高于銅板，銅板主要在列車低速狀態發揮較大制動力，鋁板在列車高速狀態下起主要制動作用。

3 制動裝置試驗線安裝及試驗

在首件試制經驗總結的基礎上，對工藝、設計、安裝方法等進行調整、完善，并在室外試驗線安裝。試驗參數：（1）制動裝置數量：2套;（2）氣隙：10mm;（3）單個制動板長寬：長1430mm;寬度730mm;（4）列車：1號列車（6輛），重量約為4.26t;（5）列車入速度：以不同速度進入制動裝置。

該試驗在室外試驗線進行測試，通過變頻調速控制車輛駛入速度，測試結果如表1所示。

4 結語

通過現場試驗研究，制動裝置蓄能彈簧能夠快速釋放能量使制動板到位，運載列車駛入速度決定了制動裝置制動力的大小，獲得的制動力滿足磁動力系統緊急制動要求。但在實驗時也發現制動板的加工平面度、永磁排整體剛性是保證氣隙的關鍵，對于磁動力運輸系統10mm的制動氣隙是處于安全運輸考慮，如果能夠保證安全運行的前提，降低氣隙值能夠獲得更理想的制動效果。

參考文獻

[1] 朱仙福.線性渦流制動電磁分析[J].上海鐵道學院學報，1994，

15（2）：55-63.

[2] 鞠成偉，孫建熙，張更娥.永磁渦流制動技術在游樂設備中的應用[J].機電工程技術，2014，43（6）：186-190.

[3] 趙小波，姬長英，周俊，等.永磁渦流制動技術及其應用研究[J].新技術新工藝，2007（10）：58-62+3.

收稿日期：2020-03-05

作者簡介：王振剛（1986—），男，河北唐山人，碩士，工程師，研究方向：礦山機械。

Application of? Linear Permanent Magnet Eddy Current Brake Device in Magneto Dynamics Transportation System

WANG Zhen-gang1，SHI Xin-xin2

（1.China National Coal Mining Equipment Co.， Ltd.， Beijing? 100000;

2.China Coal Zhangjiakou Coal Mining Machinery Co.， Ltd.， Zhangjiakou? Hebei? 075000）

Abstract：The development and application of the fast response linear permanent magnet eddy current braking device provides a good non-contact emergency braking scheme for the magneto dynamics system. When the system power supply and backup power supply and other failures， the train can stop by eddy current brake device. This paper discusses the development of the braking device and the line test.

Key words：eddy current braking;magneto dynamics system;mining car;quick response