磁悬浮列车涡流制动器电磁与传热特性的仿真分析

• 作 者: 潘玉峰
• 出 处: 北京交通大学
• 发表日期: 2019年01期
• 关键词: 磁悬浮列车 涡流制动 制动力 瞬态温度场 传热特性

随着经济的快速发展和社会的飞速进步,传统的轮轨列车已经不能满足人们的出行需要,高速磁悬浮列车以其高速度、安全便捷、舒适性高等特点,受到各国的重视。从上世纪60年代开始,各国相继投入大量的人力、物力和财力开展高速磁悬浮列车的研发工作。由于高速磁悬浮列车的超高速度,传统的接触式制动装置在高速制动,尤其是高速紧急制动时会因摩擦而产生大量热量,该热量很难在短时间内散发出去,极易引发制动装置的高温失效,严重威胁列车的安全运行和乘客的生命安全。涡流制动器具有无摩擦、寿命长、可靠性高、控制方便、噪声低、稳定性好等特点,已被广泛应用于高速磁悬浮列车上。随着磁悬浮列车速度不断提高,对制动装置的要求越来越严峻,如何有效的提升制动器的制动性能,保证制动器在安全的温度范围内工作显得尤为重要,因此对涡流制动器的电磁场和温度场的研究具有重要的意义。首先,为了满足高速磁悬浮列车的制动要求,本文以列车单节车厢、单侧涡流制动器为研究对象建立了二维电磁模型,分析了气隙长度、励磁电流、线圈匝数、材料的磁导率和电导率等参数对涡流制动器制动性能的影响,对不同厚度的导向板的电磁力和损耗进行研究,并对磁极结构进行优化设计,提升了制动器的制动性能。其次,针对涡流制动器通入大电流会产生大量的热,影响制动器安全可靠运行,进而影响列车的安全运行等问题,基于有限体积法建立了三维瞬态温度模型,计算了涡流制动器的瞬态温度场,研究了励磁电流对线圈、内外侧绝缘、铁心和磁轭以及制动器整体的温度影响并将不同励磁电流时的温度进行了对比,同时还分析了环境温度变化对制动器以及各部分的温度影响。最后,为了研究不同材质线圈对涡流制动器制动性能及其温度分布的影响情况,将铝线圈替换为铜线圈进行计算,分别对相同匝数、相同质量的铜线圈和铝线圈的电磁力和温度进行对比分析,在此基础上进一步考虑温升相同时,制动器性能的提升。