储能式林用单轨车缓速器应用分析

李 力

单轨车是指在单根轨道上运行的交通工具。它具有占地面积小，地形适应能力强及行驶性能好等特点，适宜在山区林地使用，主要用于木料、果实等林、农作物的运输。

1 缓速器应用现状

制动能力是衡量车辆行驶水平的一项重要指标。传统的制动方式都是采取机械摩擦的形式将机械能转化为热能释放到空气中进行制动，但频繁的制动会导致制动器寿命降低，引起重大交通事故，而且制动产生的粉尘和噪声也会造成环境污染。所以在重型卡车减速过程中，为了减少传统制动方式带来的损耗，应用缓速器缓慢降低卡车的行驶速度。缓速器主要分为液压式缓速器和电涡流式缓速器。电涡流缓速器相对于液压式缓速器具有体积小、重量轻、反应快等优点。它利用电磁感应原理，产生强大的非接触式制动效能，不需要使用行车速动器就能减缓车辆的行驶速度。由于林用单轨车的行驶速度低，不需要频繁制动和紧急制动，因此在林用单轨车上使用电涡流缓速器取代传统的制动方式是可行的。

2 缓速器结构及工作原理

缓速器是基于电磁感应原理设计出来的。图 1为缓速器受力示意图。圆圈为假设的一段处于磁场中的导体；n为缓速器的转速，该缓速器顺时针转动；B为励磁线圈产生的磁感应强度，方向垂直向上；i为该导体产生磁电流，方向指向纸内；F为该导体在磁场中所受的力，方向与旋转方向相反。

缓速器的结构如图 2所示。车辆制动时，定子励磁线圈通入直流电流而励磁，产生的磁力线穿过转子。当转子随传动轴旋转时，因磁通量的变化而产生无数的电涡流，电涡流形成的磁场与定子磁场相互作用，产生一个阻碍转子运动的转矩。

图1 缓速器受力示意图

图2 缓速器的结构

3 缓速器的安装方式

目前电涡流缓速器有两种安装形式：一是安装在变速器和传动轴之间，二是安装在后桥输入端。该缓速器是采取转子与传动轴相连接的方式，相当于给传动轴的转动施加了一个制动阻力矩，在这个阻力矩的作用下使汽车减速。

4 缓速器的电控模式

缓速器的电控部分由控制器、电源开关和速度信号传感器等组成。速度信号传感器检测到当前单轨车的速度，将速度信号转化为电信号传入控制器中，控制器通过计算比较，输出控制信号，控制功率元件的导通，进而通入励磁线圈的电流，实现减速效果。

5 缓速器储能方式的实现

该缓速器采用蓄电池直流电源供电，工作电压为12V或24V，隔段时间就要对蓄电池进行充电，因此引入制动能量再生技术，也就是在车辆减速或者制动的过程中，将一部分动能通过特殊装置转换成其他形式的能量储存起来，这样既提高了汽车行驶的安全性，又起到节能环保的作用。

蓄电池储能是电能的一种存储形式。其基本工作原理为：当汽车减速或制动时，缓速器以发电机形式工作，汽车行驶的动能带动缓速器，将汽车的动能转化为电能并存储到蓄电池中；当汽车再次起动或加速时，缓速器以电动机的形式工作，将存储在蓄电池中的能量又转换为汽车动能。

图3为能量回收整体方案图。将缓速器本体安装于发动机和变速箱之间，控制单元根据缓速器位置传感器检测到的信号对主电路进行准确有序的控制，然后电池组和缓速器之间即可通过主电路实现能量的相互流动。

图3 能量回收整体方案

该系统包括一个电子控制单元，用来控制蓄电池的充放电状态，并且保证蓄电池的剩余电量在规定的范围内。其工作原理如图 4所示：

图4 能量回收系统的能量转化过程

6 结语

随着地球资源的日益匮乏，节能环保变得越来越迫切。以上阐述一种应用于单轨运输车的新型缓速器结构，初步提出了一种将行驶的动能加以利用的储能方案，以达到节能环保的效果。

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