100%低地板有轨电车磁轨制动装置

刘 潇 高 锋

（中车大连机车车辆有限公司，辽宁 大连116000）

有轨电车紧急制动时，会使用磁轨制动装置以提供较高的制动减速度。磁轨制动装置可采用分节式或整体式结构，磁场源可由永磁体或电磁铁励磁产生，悬挂方式分为高悬挂和低悬挂。高速列车上通常采用升降气缸的高悬挂结构，而低地板有轨电车适合使用弹簧悬挂的低悬挂结构[1]。本文针对国内某型100%低地板有轨电车，设计了采用低悬挂、整体电磁铁励磁式的磁轨制动装置，并对样机进行相关的性能试验。

1 磁轨制动工作原理

磁轨制动装置的核心部件是电磁铁，如图1(a)所示，其结构主要包括铁芯、电磁线圈、极靴和隔磁板，其中铁芯和极靴使用导磁性较好的电磁纯铁DT4C，隔磁板使用铝制材料可以阻隔磁路，线圈绕组外部包裹绝缘材料。整个电磁铁设计为全密封结构，外壳使用薄钢板焊接在铁芯上，满足防护等级IP67 级。

图1 磁轨制动工作原理

缓解状态下，悬挂装置使电磁铁与轨顶保持一定气隙。线圈通电产生电磁场，由于隔磁板的阻隔，磁路通过铁芯、极靴和钢轨构成闭合磁路，如图1(b)所示。制动时电磁吸力使极靴紧压在轨顶，并在钢轨表面滑动摩擦产生制动力，通过导向装置传递给转向架，使车辆减速。制动力的大小取决于电磁吸力和摩擦系数，电磁铁吸力的设计过程在文献[2]中已有详细介绍。

2 磁轨制动装置设计

2.1 结构特点及性能参数

100%低地板有轨电车为了降低地板高度，采用小轮径、低转向架设计，留给磁轨制动装置的安装空间有限。如图2 所示，将磁轨制动装置设计成整体框架式结构，包含2 根磁轨本体（即电磁铁）、4 个磁轨座、2 根悬挂连接杆和4 个悬挂装置。磁轨制动装置通过悬挂装置安装在转向架中部，避开了转向架侧架的狭小空间。4 个磁轨座上的导向板构成一个矩形的滑槽，与转向架上承受制动力的结构组成导向装置。

图2 磁轨制动装置结构

国内某型100%低地板有轨电车编组为动车-拖车-动车，车轮半径为656mm，最大磨耗后为610mm，地板距轨面高度为350mm，根据该车运行特点，磁轨制动装置的设计参数见表1。

表1 磁轨制动装置性能参数

2.2 悬挂装置

悬挂装置结构见图3 所示，缓解状态下，悬挂装置中的弹簧产生的弹力抵消磁轨制动装置的自重，使磁轨本体的极靴距轨顶有一定的高度。制动状态下，悬挂装置中的弹簧被进一步压缩，压缩量为磁轨制动装置下降的高度。

图3 悬挂装置结构

车辆运用时，车轮磨耗和极靴磨耗会使极靴距轨顶的高度发生变化，可通过调整悬挂装置将高度恢复到正常值，具体做法是：先将锁紧螺母松开使碟型垫圈恢复，然后旋转拉杆，拉杆与上弹簧座通过螺纹配合将极靴调整到合适高度，最后旋转锁紧螺母使蝶形垫圈被压平，避免螺纹配合发生松脱。球面垫圈的设计，可以允许磁轨制动装置相对构架存在有限的点头和侧滚运动[3]，有效缓解了制动时对悬挂装置的刚性冲击。

2.3 关键部件强度校核

结果表明，极端载荷条件下，磁轨座和悬挂连接杆的应力均小于材料屈服极限，位移变形小，可以满足使用要求。

3 样机性能试验

吸力和响应时间是磁轨制动装置的重要指标，为了验证样机的相关参数是否满足设计要求，在试验台上对样机的吸力和响应时间进行测试。

单根磁轨本体吸力测试见图4，线圈通电后，测力计拉动浮动钢轨使其脱离极靴的最小拉力即磁轨吸力。测试过程中，在极靴中部900mm 长度范围内，间隔50mm 设置一个测点，共19个测点。吸力测试结果取所有测点吸力的平均值，结果为68.2kN，符合额定吸力的设计指标。

图4 吸力测试

图5 中为磁轨制动装置的响应时间测试，测试前将两侧极靴距轨顶的高度均调整为6mm。传感器记录两侧磁轨本体得电开始到与钢轨吸和的时间。结果显示，响应时间分别为0.186s和0.194s，同步性较好，且均小于0.6s，满足设计要求。

图5 响应时间测试

4 总结

通过对100%低地板有轨电车的磁轨制动装置的结构和性能试验进行研究，得出以下结论：

4.1 采用整体框架式、低悬挂方式，结构简单可靠，降低了对转向架安装空间的要求，适合100%低地板有轨电车的运用要求。

4.2 极端载荷下，磁轨座和悬挂连接杆的应力远低于材料屈服极限，位移变形小，可以有效保障磁轨制动功能的安全可靠。

4.3 吸力和响应时间的测试结果满足设计要求。