电磁式磁轨制动器增力装置的设计与优化

摘要

制动系统作为高速列车九大关键技术之一，对列车的运行安全有着重要的影响。在常规粘着制动系统中增加电磁式磁轨制动器，能够有效缩短紧急制动距离，提高列车的制动安全。随着高速列车的不断提速，在紧急制动时也就需要更大的制动力确保其制动安全。为在不改变现有磁轨制动器基本结构和工作条件下增大制动力，进行了电磁式磁轨制动器增力装置的设计及优化，本文的主要研究工作如下：
　　首先，基于电磁式磁轨制动器-钢轨的工作磁路解析及单回路磁路中极靴与钢轨间电磁吸力的计算分析得知：极靴与钢轨间的有效工作气隙及面积对电磁吸力影响很大，减少有效工作气隙和合理设置有效工作面积能够提高极靴与钢轨间的电磁吸力。
　　其次，为了减小极靴与钢轨间的有效工作气隙，将极靴底部设计成一种与钢轨顶部形状贴合的组合结构；该组合结构由弹簧将两侧向滑块推向极靴中段凸台，以适应钢轨顶部状态的变化。为了在岔道处增力装置侧向滑块与钢轨可能发生运动干涉情况下优化极靴与钢轨间的有效工作面积，通过分析确定了增力装置尺寸的约束条件。
　　再次，基于电磁场理论和有限元方法的分析，应用Ansoft Maxwell软件对本课题组设计的电磁式磁轨制动器进行极靴与钢轨间电磁吸力的仿真，并且完成磁轨制动器样机制作和电磁吸力测试。通过仿真与试验结果的对比分析可知其误差在8％以内。
　　最后，分别以极靴长度、极靴接触宽度、极靴高度、极靴倒角高度和保护挡块长度为变量分析其对电磁吸力的影响，根据分析结果可知极靴长度、极靴接触宽度和保护挡块长度三个变量对电磁吸力的影响较为明显。因此，以上述三个变量为因素采取均匀设计法进行增力装置的多因素优化。根据均匀设计试验结果进行电磁吸力的回归分析，并得出电磁吸力关于极靴长度、极靴接触宽度和保护挡块长度的回归方程。通过回归方程能够分析得出最优的变量参数以及最大电磁吸力值。
　　本文的研究结论可为电磁式磁轨制动器增力装置的生产设计提供理论依据，同时也说明了该增力装置能够有效地增强磁轨制动器的紧急制动力，对提高列车紧急制动时的安全性有一定的实际工程意义。

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第一章 绪 论

1.1 高速铁路发展概况

1.2 高速列车的制动方式

1.3 电磁式磁轨制动器

1.4 课题研究的背景及意义

1.5 本文研究的主要内容

第二章 电磁式磁轨制动器制动力分析与增力方案

2.1 电磁式磁轨制动器制动力的理论分析

2.2电磁式磁轨制动器增力装置

2.3 本章小结

第三章 基于有限元分析的磁轨制动器电磁吸力求取方法

3.1 电磁仿真求取电磁吸力的理论基础

3.2 有限元方法

3.3 电磁式磁轨制动器有限元仿真系统的建立

3.4 电磁吸力仿真的可靠性分析

3.5 本章小结

第四章 电磁式磁轨制动器增力装置的优化

4.1 增力装置的单因素影响分析

4.2 基于均匀设计法的增力装置多因素优化

4.3 装有优化后增力装置的电磁式磁轨制动器性能分析

4.4 本章小结

第五章 结论与展望

5.1 本文结论

5.2 后续展望

参考文献

致谢

研究生期间发表的学术论文及申请的专利