线性永磁涡流制动装置在磁动力运输系统中的应用

王振刚 石欣欣

摘 要：快速响应的线性永磁涡流制动装置的研制应用为磁动力运输系统提供了良好的非接触紧急制动方案，当系统供电、备用电源等故障时，不能依靠电力制动的运载列车可通过涡流制动装置快速停车，本文从制动装置的研制、线路试验两个方面论述。

关键词：涡流制动;磁动力;运载列车;快速响应

中图分类号：TD58 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2020）07-0081-02

0 引言

磁动力运输系统的研发提出了煤炭环保绿色运输的新方式，系统中以无源运载列车为载体，多列运载列车首尾间隔一定安全距离，通过智能总控系统可实现物料的点对点、一点对多点、多点对一点的协调调度性运输，也可实现往返线路的不同物料双向运输，降低列车空载率。磁动力物料运输系统采用无铁芯永磁直线同步电机技术与轮轨运输技术相结合，解决现有中短途运输过程中能耗高、效率低和环境污染等问题。

系统中运载列车除依靠直线同步电机线圈定子制动外还应具备应急制动系统，因此本文利用线性永磁涡流制动技术和快速响应的制动机构进行研究，通过线路实验可知本文提出的线性永磁涡流制动装置响应快、制动效果理想。

1 线性永磁涡流制动的应用及特点

线性永磁涡流制动最早出现于20世纪90年代，主要应用于铁路机车制动装置上，目前日本、德国等国家对永磁涡流制动技术的研究比较成熟，在高速列车领域有许多成功应用的先例[1]，线性永磁涡流制动在过山车、自由落体等直线运动类游乐设施备的制动系统中也有应用[2]。

线性永磁涡流制动作为制动非粘着性制动方式，具有很多传动制动无法比拟的优势，如节能、可靠不需要外置电源，不存在断电失效的风险;无噪音、免维护、寿命长，依靠磁电感应制动无需接触且沒有摩擦问题;制动过程柔和、平稳[3];散热性能好，线性涡流制动机构多为开式结构，有利于制动热量散发。

2 运载列车制动装置方案

磁动力物料运输系统制动装置基于线性永磁直线涡流制动原理设计，利用固定在轨道中的制动板充当导体板的角色，通过制动板与运行列车底部安装的永磁排作用产生涡流实现制动。涡流制动产生的制动力与诸多因素有关主要包括：制动板厚度，制动板材料属性，制动板与永磁排气隙、作用面积和车运行速度。

磁动力物料运输系统用运载列车由图1所示，6辆车组成一列，多列运载列车首尾间隔一定安全距离在轨道中运行，布置在轨道中的无铁芯直线同步电机定子通过变频控制驱动运载列车行驶及变频调速。

2.1 制动装置机构设计

制动装置由制动板和动力执行机构组成，如图2所示。制动板为双层结构，上层为铜板，下层为镶嵌纯铁条的铝板，制动板可通过动力执行机构上下运动。动力执行机构整体固定在运行轨道中，可由螺旋丝杆升降机下拉制动板压缩弹簧蓄能，通过电磁铁及四连杆机构保持在待触发状态，当系统失电时，电磁铁释放制动板快速到达刹车状态。

2.2 制动板材料选择

结合生产实际，选择铜板和铝板双层叠加作为制动板，经过多次非线性方程的计算和仿真得出铜板和铝板的制动力拟合曲线如图3所示。根据拟合曲线图可知，在相同厚度情况下，铝板制动力约为铜板的60%左右。通过波峰的横向位置可以看出，铝板在高速情况下制动力要高于铜板，铜板主要在列车低速状态发挥较大制动力，铝板在列车高速状态下起主要制动作用。

3 制动装置试验线安装及试验

在首件试制经验总结的基础上，对工艺、设计、安装方法等进行调整、完善，并在室外试验线安装。试验参数：（1）制动装置数量：2套;（2）气隙：10mm;（3）单个制动板长宽：长1430mm;宽度730mm;（4）列车：1号列车（6辆），重量约为4.26t;（5）列车入速度：以不同速度进入制动装置。

该试验在室外试验线进行测试，通过变频调速控制车辆驶入速度，测试结果如表1所示。

4 结语

通过现场试验研究，制动装置蓄能弹簧能够快速释放能量使制动板到位，运载列车驶入速度决定了制动装置制动力的大小，获得的制动力满足磁动力系统紧急制动要求。但在实验时也发现制动板的加工平面度、永磁排整体刚性是保证气隙的关键，对于磁动力运输系统10mm的制动气隙是处于安全运输考虑，如果能够保证安全运行的前提，降低气隙值能够获得更理想的制动效果。

参考文献

[1] 朱仙福.线性涡流制动电磁分析[J].上海铁道学院学报，1994，

15（2）：55-63.

[2] 鞠成伟，孙建熙，张更娥.永磁涡流制动技术在游乐设备中的应用[J].机电工程技术，2014，43（6）：186-190.

[3] 赵小波，姬长英，周俊，等.永磁涡流制动技术及其应用研究[J].新技术新工艺，2007（10）：58-62+3.

收稿日期：2020-03-05

作者简介：王振刚（1986—），男，河北唐山人，硕士，工程师，研究方向：矿山机械。

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