100%低地板有軌電車磁軌制動裝置

劉 瀟 高 鋒

（中車大連機車車輛有限公司，遼寧 大連116000）

有軌電車緊急制動時，會使用磁軌制動裝置以提供較高的制動減速度。磁軌制動裝置可采用分節(jié)式或整體式結(jié)構(gòu)，磁場源可由永磁體或電磁鐵勵磁產(chǎn)生，懸掛方式分為高懸掛和低懸掛。高速列車上通常采用升降氣缸的高懸掛結(jié)構(gòu)，而低地板有軌電車適合使用彈簧懸掛的低懸掛結(jié)構(gòu)[1]。本文針對國內(nèi)某型100%低地板有軌電車，設(shè)計了采用低懸掛、整體電磁鐵勵磁式的磁軌制動裝置，并對樣機進行相關(guān)的性能試驗。

1 磁軌制動工作原理

磁軌制動裝置的核心部件是電磁鐵，如圖1(a)所示，其結(jié)構(gòu)主要包括鐵芯、電磁線圈、極靴和隔磁板，其中鐵芯和極靴使用導(dǎo)磁性較好的電磁純鐵DT4C，隔磁板使用鋁制材料可以阻隔磁路，線圈繞組外部包裹絕緣材料。整個電磁鐵設(shè)計為全密封結(jié)構(gòu)，外殼使用薄鋼板焊接在鐵芯上，滿足防護等級IP67 級。

圖1 磁軌制動工作原理

緩解狀態(tài)下，懸掛裝置使電磁鐵與軌頂保持一定氣隙。線圈通電產(chǎn)生電磁場，由于隔磁板的阻隔，磁路通過鐵芯、極靴和鋼軌構(gòu)成閉合磁路，如圖1(b)所示。制動時電磁吸力使極靴緊壓在軌頂，并在鋼軌表面滑動摩擦產(chǎn)生制動力，通過導(dǎo)向裝置傳遞給轉(zhuǎn)向架，使車輛減速。制動力的大小取決于電磁吸力和摩擦系數(shù)，電磁鐵吸力的設(shè)計過程在文獻[2]中已有詳細(xì)介紹。

2 磁軌制動裝置設(shè)計

2.1 結(jié)構(gòu)特點及性能參數(shù)

100%低地板有軌電車為了降低地板高度，采用小輪徑、低轉(zhuǎn)向架設(shè)計，留給磁軌制動裝置的安裝空間有限。如圖2 所示，將磁軌制動裝置設(shè)計成整體框架式結(jié)構(gòu)，包含2 根磁軌本體（即電磁鐵）、4 個磁軌座、2 根懸掛連接桿和4 個懸掛裝置。磁軌制動裝置通過懸掛裝置安裝在轉(zhuǎn)向架中部，避開了轉(zhuǎn)向架側(cè)架的狹小空間。4 個磁軌座上的導(dǎo)向板構(gòu)成一個矩形的滑槽，與轉(zhuǎn)向架上承受制動力的結(jié)構(gòu)組成導(dǎo)向裝置。

圖2 磁軌制動裝置結(jié)構(gòu)

國內(nèi)某型100%低地板有軌電車編組為動車-拖車-動車，車輪半徑為656mm，最大磨耗后為610mm，地板距軌面高度為350mm，根據(jù)該車運行特點，磁軌制動裝置的設(shè)計參數(shù)見表1。

表1 磁軌制動裝置性能參數(shù)

2.2 懸掛裝置

懸掛裝置結(jié)構(gòu)見圖3 所示，緩解狀態(tài)下，懸掛裝置中的彈簧產(chǎn)生的彈力抵消磁軌制動裝置的自重，使磁軌本體的極靴距軌頂有一定的高度。制動狀態(tài)下，懸掛裝置中的彈簧被進一步壓縮，壓縮量為磁軌制動裝置下降的高度。

圖3 懸掛裝置結(jié)構(gòu)

車輛運用時，車輪磨耗和極靴磨耗會使極靴距軌頂?shù)母叨劝l(fā)生變化，可通過調(diào)整懸掛裝置將高度恢復(fù)到正常值，具體做法是：先將鎖緊螺母松開使碟型墊圈恢復(fù)，然后旋轉(zhuǎn)拉桿，拉桿與上彈簧座通過螺紋配合將極靴調(diào)整到合適高度，最后旋轉(zhuǎn)鎖緊螺母使蝶形墊圈被壓平，避免螺紋配合發(fā)生松脫。球面墊圈的設(shè)計，可以允許磁軌制動裝置相對構(gòu)架存在有限的點頭和側(cè)滾運動[3]，有效緩解了制動時對懸掛裝置的剛性沖擊。

2.3 關(guān)鍵部件強度校核

結(jié)果表明，極端載荷條件下，磁軌座和懸掛連接桿的應(yīng)力均小于材料屈服極限，位移變形小，可以滿足使用要求。

3 樣機性能試驗

吸力和響應(yīng)時間是磁軌制動裝置的重要指標(biāo)，為了驗證樣機的相關(guān)參數(shù)是否滿足設(shè)計要求，在試驗臺上對樣機的吸力和響應(yīng)時間進行測試。

單根磁軌本體吸力測試見圖4，線圈通電后，測力計拉動浮動鋼軌使其脫離極靴的最小拉力即磁軌吸力。測試過程中，在極靴中部900mm 長度范圍內(nèi)，間隔50mm 設(shè)置一個測點，共19個測點。吸力測試結(jié)果取所有測點吸力的平均值，結(jié)果為68.2kN，符合額定吸力的設(shè)計指標(biāo)。

圖4 吸力測試

圖5 中為磁軌制動裝置的響應(yīng)時間測試，測試前將兩側(cè)極靴距軌頂?shù)母叨染{(diào)整為6mm。傳感器記錄兩側(cè)磁軌本體得電開始到與鋼軌吸和的時間。結(jié)果顯示，響應(yīng)時間分別為0.186s和0.194s，同步性較好，且均小于0.6s，滿足設(shè)計要求。

圖5 響應(yīng)時間測試

4 總結(jié)

通過對100%低地板有軌電車的磁軌制動裝置的結(jié)構(gòu)和性能試驗進行研究，得出以下結(jié)論：

4.1 采用整體框架式、低懸掛方式，結(jié)構(gòu)簡單可靠，降低了對轉(zhuǎn)向架安裝空間的要求，適合100%低地板有軌電車的運用要求。

4.2 極端載荷下，磁軌座和懸掛連接桿的應(yīng)力遠(yuǎn)低于材料屈服極限，位移變形小，可以有效保障磁軌制動功能的安全可靠。

4.3 吸力和響應(yīng)時間的測試結(jié)果滿足設(shè)計要求。