張顯鋒 段姹莉 徐佳新 李浩 郭斌
摘? ?要: 液壓制動(dòng)系統(tǒng)性能關(guān)乎磁懸浮列車(chē)的行車(chē)安全,是評(píng)價(jià)列車(chē)行駛質(zhì)量的重要指標(biāo)之一。開(kāi)展小型磁懸浮列車(chē)液壓制動(dòng)系統(tǒng)研究,以總體技術(shù)參數(shù)為基準(zhǔn),結(jié)合Q/CRRC J 1060-2020等行業(yè)標(biāo)準(zhǔn),圍繞制動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)目標(biāo),確定制動(dòng)系統(tǒng)的功能及配置,設(shè)計(jì)液壓制動(dòng)系統(tǒng)原理圖,完成液壓制動(dòng)系統(tǒng)功能規(guī)劃、關(guān)鍵制動(dòng)參數(shù)理論計(jì)算。通過(guò)AMEsim對(duì)設(shè)計(jì)的液壓制動(dòng)系統(tǒng)開(kāi)展仿真分析。結(jié)果表明:1)蓄能器充液時(shí)間與理論計(jì)算誤差小于1%;2)緊急制動(dòng)蓄能器儲(chǔ)液能夠?qū)嵤?次緊急制動(dòng),高于行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求的2次;3)當(dāng)緊急制動(dòng)電磁閥節(jié)流孔直徑大于4 mm時(shí),緊急制動(dòng)響應(yīng)時(shí)間為0.5 s,低于業(yè)內(nèi)普遍要求的1s;4)當(dāng)常用制動(dòng)電磁閥節(jié)流孔直徑大于1.6 mm時(shí),在電控系統(tǒng)的干預(yù)下,既能滿足常用制動(dòng)減速度要求,又能將常用制動(dòng)沖擊率控制在合理的范圍內(nèi)。
關(guān)鍵詞: 磁懸浮列車(chē);液壓制動(dòng)系統(tǒng);仿真分析;響應(yīng)時(shí)間;蓄能器充液
引言
與傳統(tǒng)的輪軌列車(chē)相比,磁懸浮列車(chē)具有噪聲低、能耗小、安全舒適、造價(jià)成本低、爬坡能力強(qiáng)、轉(zhuǎn)彎半徑小、易實(shí)現(xiàn)高速行駛等優(yōu)點(diǎn),受到國(guó)內(nèi)外的青睞[1-2]。目前,無(wú)論是高速磁懸浮列車(chē),還是中低速磁懸浮列車(chē),都在向小型化、定制化方向發(fā)展。同時(shí),液壓制動(dòng)系統(tǒng)性能也直接關(guān)乎磁懸浮列車(chē)的行車(chē)安全,是評(píng)價(jià)列車(chē)行駛質(zhì)量的重要指標(biāo)之一[3]。因此,依托小型磁懸浮列車(chē)平臺(tái),對(duì)小型磁懸浮列車(chē)的液壓制動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)與分析,顯得尤為迫切。
近年來(lái),一批科研機(jī)構(gòu)和企事業(yè)單位對(duì)磁懸浮列車(chē)制動(dòng)系統(tǒng),尤其是液壓制動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行了大量研究,取得了豐厚的成果。例如,劉泉等[2]、蔣廉華等[3]針對(duì)中低速磁懸浮列車(chē)制動(dòng)控制系統(tǒng)進(jìn)行了較深入的研究;杜慧杰等[4]對(duì)磁懸浮列車(chē)液壓制動(dòng)系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間進(jìn)行了簡(jiǎn)要的仿真分析。但是,以上文獻(xiàn)均未開(kāi)展較為詳盡的理論設(shè)計(jì)與仿真分析。
在本文中,首先以小型磁懸浮列車(chē)的總體技術(shù)參數(shù)為基準(zhǔn),從制動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)目標(biāo)入手,確定制動(dòng)系統(tǒng)的功能及配置;然后,設(shè)計(jì)液壓制動(dòng)系統(tǒng)原理圖,規(guī)劃系統(tǒng)各個(gè)部件實(shí)現(xiàn)的功能,從而對(duì)關(guān)鍵制動(dòng)參數(shù)進(jìn)行理論計(jì)算;最后,通過(guò)仿真分析,對(duì)理論計(jì)算的準(zhǔn)確性、可靠性予以佐證。
1? 列車(chē)總體技術(shù)參數(shù)與制動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)目標(biāo)
1.1? 小型磁懸浮列車(chē)總體技術(shù)參數(shù)
(1)列車(chē)最高運(yùn)行速度:80 km/h;
(2)線路最大風(fēng)速:25 m/s;
(3)線路最大坡度:70‰;
(4)編組形式:
其中,Mc1、Mc2—帶司機(jī)室的端車(chē);M1、M2—不帶司機(jī)室的中間車(chē);
(5)懸浮架配置:3臺(tái)/節(jié)車(chē);
(6)列車(chē)載荷:詳見(jiàn)表1。
1.2? 制動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)目標(biāo)
在AW0及AW2載荷下,考慮小型磁懸浮列車(chē)在平直干燥軌道上,從80 km/h的最高運(yùn)行速度到停車(chē)的情況。
(1)制動(dòng)平均減速度需符合以下要求:
① 最大常用制動(dòng)平均減速度:≥1.1 m/s2;
② 快速制動(dòng)平均減速度:≥1.3 m/s2;
③ 緊急制動(dòng)平均減速度:≥1.3 m/s2;
(2)停放制動(dòng)對(duì)AW3載荷的列車(chē)安全停放坡度:70‰;
(3)常用制動(dòng)沖擊極限(常用、快速):≤0.75 m/s3;
(4)緊急制動(dòng)響應(yīng)時(shí)間:t≤1 s;
(5)制動(dòng)器數(shù)量:6臺(tái)/節(jié)車(chē);
(6)制動(dòng)系統(tǒng)數(shù)量:1套/節(jié)車(chē);
(7)蓄能器儲(chǔ)液能力需求:蓄能器處于最小正常工作壓力,且液壓泵不再工作時(shí),列車(chē)至少滿足實(shí)施2次緊急制動(dòng)的需求;
(8)液壓泵將蓄能器充壓至規(guī)定最大工作壓力的時(shí)間:t≤1 min。
2? 制動(dòng)系統(tǒng)功能、配置及液壓制動(dòng)系統(tǒng)原理設(shè)計(jì)
2.1? 制動(dòng)系統(tǒng)功能及配置
小型磁懸浮列車(chē)采用電制動(dòng)、電液制動(dòng)、滑撬制動(dòng)相結(jié)合的方式實(shí)施制動(dòng)。為了提高列車(chē)安全、乘車(chē)舒適度和列車(chē)停放要求,制動(dòng)系統(tǒng)包括常用制動(dòng)、快速制動(dòng)、緊急制動(dòng)、保持制動(dòng)、停放制動(dòng)等模式。同時(shí),設(shè)置了載荷補(bǔ)償、沖動(dòng)極限限制等功能。
三大制動(dòng)方式原理如下:
(1)電制動(dòng):牽引電機(jī)在列車(chē)制動(dòng)時(shí)作為發(fā)電機(jī)使用,將列車(chē)動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能的制動(dòng)方式。當(dāng)電能被反饋至電阻器時(shí),稱(chēng)為電阻制動(dòng);當(dāng)電能被反饋至供電電網(wǎng)時(shí),稱(chēng)為再生制動(dòng)。
(2)電液制動(dòng):電氣控制的液壓制動(dòng)。
(3)滑撬制動(dòng):列車(chē)處于非懸浮狀態(tài)下滑撬與F型導(dǎo)軌(一種承受磁懸浮列車(chē)懸浮力、導(dǎo)向力及牽引力的基礎(chǔ)構(gòu)件,由F型鋼和感應(yīng)板組成)上表面接觸產(chǎn)生摩擦力的制動(dòng)方式。
采用上述制動(dòng)方式的制動(dòng)動(dòng)作如下:
(1)常用制動(dòng):調(diào)節(jié)列車(chē)運(yùn)行速度或使列車(chē)在預(yù)定地點(diǎn)停車(chē)的制動(dòng)模式。常用制動(dòng)采用電制動(dòng)與電液制動(dòng)混合的制動(dòng)方式,并優(yōu)先發(fā)揮電制動(dòng)能力;如果電制動(dòng)能力不能滿足設(shè)計(jì)要求,則由電液制動(dòng)補(bǔ)足。常用制動(dòng)模式具有載荷補(bǔ)償功能。
(2)快速制動(dòng):使列車(chē)迅速減速的一種制動(dòng)模式,除不具有載荷補(bǔ)償功能外,應(yīng)與常用制動(dòng)采用相同控制方式。
(3)停放制動(dòng):對(duì)靜止?fàn)顟B(tài)下的列車(chē)防止發(fā)生溜逸所施加的制動(dòng)模式,具有載荷補(bǔ)償功能。
(4)保持制動(dòng):對(duì)停車(chē)后和牽引啟動(dòng)一定時(shí)間內(nèi)的列車(chē)防止發(fā)生溜逸所施加的制動(dòng)模式,采用電液制動(dòng)方式。
(5)緊急制動(dòng):使列車(chē)迅速減速并使其在最短距離內(nèi)緊急停車(chē)的制動(dòng)模式,采用電液制動(dòng)和滑撬制動(dòng)方式。
總之,小型磁懸浮列車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)模式配置如表2所示。
2.2? 液壓制動(dòng)系統(tǒng)原理及功能組成
液壓制動(dòng)系統(tǒng)原理如圖1所示。
液壓制動(dòng)系統(tǒng)包括8個(gè)功能:
(1)充液功能:驅(qū)動(dòng)電機(jī)1驅(qū)動(dòng)液壓齒輪泵2為系統(tǒng)提供液壓油源,液壓油流經(jīng)過(guò)濾器3、單向閥4.1向蓄能器9充入液壓油。當(dāng)壓力傳感器7.1檢測(cè)到蓄能器9壓力達(dá)到預(yù)設(shè)最大工作壓力15 MPa時(shí),發(fā)出控制信號(hào)使驅(qū)動(dòng)電機(jī)1停止工作;當(dāng)壓力傳感器7.1檢測(cè)到蓄能器9壓力達(dá)到預(yù)設(shè)最低壓力13 MPa時(shí),發(fā)出控制信號(hào)使驅(qū)動(dòng)電機(jī)1開(kāi)啟工作。當(dāng)液壓齒輪泵2輸出液壓油高于安全溢流閥10設(shè)定值16 MPa時(shí),安全溢流閥10開(kāi)啟,對(duì)系統(tǒng)實(shí)施泄荷溢流。
(2)常用制動(dòng)功能:當(dāng)需要施加制動(dòng)時(shí),對(duì)比例電磁閥12施加控制信號(hào),蓄能器9中的液壓油通過(guò)比例電磁閥12、單向閥4.2向制動(dòng)器14按比例施加液壓油。同時(shí),壓力傳感器7.2實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)制動(dòng)缸壓力值,反饋至制動(dòng)控制單元重新計(jì)算需要的制動(dòng)力,進(jìn)而輸出相應(yīng)的液壓油,以完成對(duì)制動(dòng)系統(tǒng)的精準(zhǔn)控制。
(3)緊急制動(dòng)功能:當(dāng)需要實(shí)施緊急制動(dòng)時(shí),制動(dòng)控制單元同時(shí)對(duì)比例電磁閥12和二位三通電磁閥11發(fā)出控制信號(hào),使二位三通電磁閥11也會(huì)開(kāi)啟液壓油,通過(guò)減壓閥13后向制動(dòng)器14輸出液壓油。如果二位三通電磁閥11故障,則比例電磁閥12按照緊急制動(dòng)設(shè)定壓力8.5 MPa向制動(dòng)器14輸出液壓油,實(shí)現(xiàn)液壓制動(dòng)系統(tǒng)雙路控制的冗余設(shè)計(jì)功能。
(4)制動(dòng)緩解功能:當(dāng)需要實(shí)施制動(dòng)緩解時(shí),制動(dòng)控制單元對(duì)比例電磁閥12輸出壓力信號(hào),制動(dòng)器14油缸內(nèi)的液壓油依次通過(guò)單向閥4.2、比例電磁閥12釋放回液壓油箱。當(dāng)壓力傳感器7.2檢測(cè)到制動(dòng)缸壓力值降低到緩解壓力設(shè)定上限時(shí),向制動(dòng)控制單元發(fā)送制動(dòng)緩解完畢信號(hào)。單向閥4.2和4.3使得制動(dòng)緩解狀態(tài)下的制動(dòng)回路存在殘存壓力,避免了主管路排空油液,能減少制動(dòng)用油量和縮短制動(dòng)響應(yīng)時(shí)間[4]。
(5)蓄能器延時(shí)泄荷功能:當(dāng)列車(chē)實(shí)施停放制動(dòng)對(duì)整車(chē)斷電時(shí),延時(shí)電磁閥6延時(shí)90 s后得電,對(duì)蓄能器9中的液壓油進(jìn)行泄荷釋放,既能延長(zhǎng)液壓零部件的使用壽命,又能保證檢修安全。
(6)應(yīng)急制動(dòng)功能:當(dāng)驅(qū)動(dòng)電機(jī)1或齒輪泵2出現(xiàn)故障無(wú)法工作時(shí),蓄能器9儲(chǔ)存的液壓油可以向系統(tǒng)提供應(yīng)急液壓油源,保證液壓制動(dòng)系統(tǒng)能夠提供至少滿足實(shí)施2次緊急制動(dòng)的液壓油源。
(7)檢修保護(hù)功能:當(dāng)液壓制動(dòng)系統(tǒng)需要檢修時(shí),通過(guò)壓力測(cè)試口,即測(cè)壓接頭8.1監(jiān)測(cè)蓄能器9內(nèi)的液壓油是否釋放完畢,如果仍存在殘余液壓油,可以通過(guò)手動(dòng)開(kāi)啟延時(shí)電磁閥6,將蓄能器9中的液壓油釋放回液壓油箱,以確保維修的安全性。
(8)過(guò)濾器報(bào)警維護(hù)功能:當(dāng)過(guò)濾器3達(dá)到堵塞閾值時(shí)會(huì)向系統(tǒng)報(bào)警,提示需要對(duì)過(guò)濾器3進(jìn)行維護(hù)。若報(bào)警后仍然不能得到維護(hù),過(guò)濾器3濾芯阻力大于旁通閥開(kāi)啟壓力,將會(huì)開(kāi)啟旁通閥,向系統(tǒng)輸送液壓油,避免發(fā)生濾芯壓潰事故。
3? 液壓制動(dòng)系統(tǒng)關(guān)鍵參數(shù)計(jì)算
3.1? 制動(dòng)距離計(jì)算
3.2? 制動(dòng)減速度計(jì)算
參照章節(jié)2.1的思路,正常情況下,列車(chē)在高速行駛時(shí)制動(dòng)系統(tǒng)以電制動(dòng)為主,制動(dòng)力不足部分由液壓制動(dòng)進(jìn)行補(bǔ)充;列車(chē)在低速行駛時(shí),制動(dòng)系統(tǒng)以液壓制動(dòng)為主。電液混合制動(dòng)控制過(guò)程如圖2所示,其中為電制動(dòng)響應(yīng)時(shí)間;為電制動(dòng)撤銷(xiāo)延時(shí)時(shí)間及液壓制動(dòng)施加到壓力上升至10%的時(shí)間;為電制動(dòng)壓力降低至0,同時(shí)液壓制動(dòng)壓力上升至90%時(shí)間;為液壓制動(dòng)壓力從90%上升至100%并直至列車(chē)減速至保持制動(dòng)的施加時(shí)間;為保持制動(dòng)施加時(shí)間。但是,當(dāng)電制動(dòng)失效時(shí),為保證制動(dòng)系統(tǒng)具備足夠的制動(dòng)能力將列車(chē)盡快地停下來(lái),液壓制動(dòng)系統(tǒng)設(shè)置緊急制動(dòng)。緊急制動(dòng)過(guò)程如圖3所示,其中為液壓制動(dòng)的電氣響應(yīng)時(shí)間及緊急制動(dòng)施加至壓力上升至10%的時(shí)間;為緊急制動(dòng)壓力從10%上升至90%的時(shí)間;時(shí)刻以后,液壓制動(dòng)壓力從90%上升至100%,直至列車(chē)減速至0 m/s。
為滿足制動(dòng)減速度及制動(dòng)沖擊率的要求,對(duì)系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間進(jìn)行設(shè)置,其中電制動(dòng)響應(yīng)時(shí)間已由供應(yīng)商確認(rèn)為1.5 s,液壓制動(dòng)的電氣響應(yīng)時(shí)間小于0.1 s。制動(dòng)系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間及沖擊率設(shè)計(jì)目標(biāo)如表4所示。
從而,列車(chē)制動(dòng)減速度變換為
將表4等的數(shù)據(jù)帶入式(2)中,得到如表5所示的列車(chē)制動(dòng)減速度。
3.3? 制動(dòng)力計(jì)算
制動(dòng)力計(jì)算公式為
3.3.1? 常用制動(dòng)液壓制動(dòng)力計(jì)算
常用制動(dòng)液壓制動(dòng)力計(jì)算應(yīng)保證列車(chē)在不同載荷下保持恒定的制動(dòng)減速度。在不同列車(chē)載荷下,常用制動(dòng)液壓制動(dòng)力如表6所示。
3.3.2? 緊急制動(dòng)液壓制動(dòng)力計(jì)算
緊急制動(dòng)液壓制動(dòng)力能保證列車(chē)在AW2載荷下的減速度不小于1.3 m/s2,此時(shí)液壓制動(dòng)力不受載荷變化影響。代入相關(guān)數(shù)據(jù)得緊急制動(dòng)液壓制動(dòng)力為137 kN。當(dāng)然,由于列車(chē)載荷的變化,制動(dòng)減速度也會(huì)發(fā)生變化。
3.3.3? 快速制動(dòng)液壓制動(dòng)力計(jì)算
快速制動(dòng)液壓制動(dòng)力計(jì)算應(yīng)保證車(chē)輛在不同載荷下保持恒定的制動(dòng)減速度。在不同載荷下,快速制動(dòng)液壓制動(dòng)力如表7所示。
3.3.4? 保持制動(dòng)的制動(dòng)力計(jì)算
式(4)~(5)中,為風(fēng)阻,N;為空氣密度,取0.125 kg·m2/s4;為逆風(fēng)速度,取線路最大風(fēng)速25 m/s;為空氣阻力系數(shù),取0.9;為風(fēng)的作用面積,取9 m2。
將相關(guān)數(shù)據(jù)代入式(4)~(5),可得到不同載荷下需要的液壓制動(dòng)力。根據(jù)設(shè)計(jì)要求,保持制動(dòng)提供的液壓制動(dòng)力為最大常用制動(dòng)液壓制動(dòng)力的70%,即88 kN,進(jìn)而得出液壓制動(dòng)實(shí)際提供制動(dòng)力的安全系數(shù),如表8所示。
3.3.5? 制動(dòng)器制動(dòng)力計(jì)算
其中,為每個(gè)制動(dòng)器摩擦片的動(dòng)摩擦系數(shù),取0.25;為每個(gè)制動(dòng)器摩擦片的數(shù)量,取2;為每個(gè)制動(dòng)器油缸的數(shù)量,取2;為制動(dòng)器的制動(dòng)油缸直徑,取32 mm;為制動(dòng)器機(jī)械效率,取90%。計(jì)算得出各制動(dòng)工況下的制動(dòng)缸壓力,如表9所示。
由表9可知,制動(dòng)系統(tǒng)最小的制動(dòng)壓力值應(yīng)不低于9.5 MPa,為保證適當(dāng)裕量,取10 MPa。根據(jù)Q/CRRC J 1060-2020標(biāo)準(zhǔn)[5]要求,電液制動(dòng)系統(tǒng)最大正常工作壓力不宜大于16 MPa,故將制動(dòng)系統(tǒng)安全溢流閥的閥壓力值定為16 MPa。同時(shí),為保證適當(dāng)?shù)墓ぷ鞣秶?,將液壓泵的啟?dòng)壓力定為13 MPa,關(guān)閉壓力定為15 MPa。
3.3.6? 蓄能器選型計(jì)算
Q/CRRC J 1060-2020標(biāo)準(zhǔn)對(duì)蓄能器儲(chǔ)液能力的要求是:當(dāng)蓄能器處于最小正常工作壓力,且液壓泵不再工作時(shí),列車(chē)至少滿足實(shí)施2次緊急制動(dòng)的需求。
其中,為蓄能器充氣壓力,取9 MPa(注意必須滿足,為盡量減小蓄能器容積,取0.9);為蓄能器最低工作壓力,取10 MPa;為蓄能器最大工作壓力,取13 MPa(蓄能器處于最小正常工作壓力);為蓄能器工況系數(shù),取1.4(排油時(shí)間小于1 min,按照絕熱狀態(tài)工況)。代入相關(guān)數(shù)據(jù),得=6.03 L。
根據(jù)供應(yīng)商提供的樣本資料,選用兩個(gè)3.5 L蓄能器。將數(shù)據(jù)代入式(9)得,當(dāng)蓄能器的壓力充至15 MPa時(shí),充液總?cè)莘e為2.14 L,有效制動(dòng)工作容積為1.63 L。
3.3.7? 液壓油源選型計(jì)算
其中,為泵的容積效率,取90%;為充液時(shí)間,取1 min(液壓泵將蓄能器充壓至規(guī)定最大工作壓力時(shí)間≤1 min)。代入相關(guān)數(shù)據(jù),得泵流量應(yīng)不小于2.6 L/min。
考慮泵在工作過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)容積效率的下降,并結(jié)合供應(yīng)商產(chǎn)品情況,將液壓泵排量定為1 mL/r,電動(dòng)馬達(dá)的轉(zhuǎn)速定為3 000 r/min。代入相關(guān)數(shù)據(jù),得液壓制動(dòng)系統(tǒng)蓄能器充液時(shí)間為47.6 s,蓄能器壓力由13 MPa充至15 MPa的補(bǔ)液時(shí)間為11.6 s。
4? AMEsim仿真分析
液壓制動(dòng)系統(tǒng)AMEsim仿真模型如圖4所示。系統(tǒng)利用減壓閥、可調(diào)節(jié)流閥、電磁閥來(lái)模擬比例電磁閥可變節(jié)流特性,利用電磁閥和可調(diào)節(jié)流閥模擬緊急制動(dòng)電磁閥的節(jié)流特性。其他液壓制動(dòng)系統(tǒng)零部件按照實(shí)際選型,在AMEsim液壓庫(kù)和機(jī)械庫(kù)中選擇對(duì)應(yīng)模型并設(shè)置參數(shù)。
4.1? 蓄能器充液時(shí)間仿真分析
蓄能器充液時(shí)間仿真分析如圖5所示。通過(guò)仿真分析可以看出,液壓蓄能器壓力由0上升到15 MPa的充液時(shí)間為47.47 s,與理論計(jì)算的47.6 s充液時(shí)間相差小于1%,驗(yàn)證了理論計(jì)算的正確性。
4.2? 緊急制動(dòng)時(shí)蓄能器儲(chǔ)液能力仿真分析
緊急制動(dòng)時(shí)蓄能器儲(chǔ)液能力仿真分析如圖6所示。通過(guò)仿真分析可以看出,蓄能器處于最小正常工作壓力13 MPa,且液壓泵不再工作時(shí),列車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)在實(shí)施3次緊急制動(dòng)后,蓄能器的壓力為10.25 MPa,滿足標(biāo)準(zhǔn)要求的2次緊急制動(dòng)需求。
4.3? 緊急制動(dòng)響應(yīng)時(shí)間仿真分析
緊急制動(dòng)施加要求:制動(dòng)壓力上升至10%最大壓力的時(shí)間小于0.2 s,液壓油從10%最大壓力上升至90%最大壓力的時(shí)間小于0.3 s。
如圖7所示,是緊急制動(dòng)壓力設(shè)置為8 MPa時(shí)的仿真分析曲線。通過(guò)仿真分析可以得知,緊急制動(dòng)節(jié)流孔開(kāi)度不同,響應(yīng)時(shí)間也不同。緊急制動(dòng)電磁閥不同節(jié)流孔對(duì)應(yīng)的響應(yīng)時(shí)間如表10所示,可得出節(jié)流孔直徑應(yīng)大于4 mm的結(jié)論。
4.4? 常用制動(dòng)響應(yīng)時(shí)間仿真分析
常用制動(dòng)施加要求:制動(dòng)液壓油壓力上升至10%最大壓力的時(shí)間小于1.5 s,液壓油壓力從10%最大壓力上升至90%最大壓力的時(shí)間控制在1.5 s左右。
如圖8所示,是常用制動(dòng)壓力設(shè)置為5.1 MPa時(shí)的仿真分析曲線。通過(guò)仿真分析可以得知,常用制動(dòng)節(jié)流孔開(kāi)度不同,響應(yīng)時(shí)間也不同,常用制動(dòng)電磁閥不同節(jié)流孔對(duì)應(yīng)的響應(yīng)時(shí)間如表11所示。為滿足常用制動(dòng)液壓油壓力上升至10%的時(shí)間小于1.5 s的要求,節(jié)流孔直徑應(yīng)不小于1.6 mm,此時(shí)若不采用電控方案對(duì)常用制動(dòng)電磁閥加以控制,則液壓油壓力從10%最大壓力上升至90%最大壓力的時(shí)間將不大于0.02 s,因此在實(shí)施常用制動(dòng)時(shí),電控信號(hào)必須介入,以降低制動(dòng)液壓油壓力上升的速率。
將常用制動(dòng)電磁閥節(jié)流孔直徑選定為1.6 mm時(shí),對(duì)列車(chē)不同載荷下的不同常用制動(dòng)壓力進(jìn)行仿真分析,得出常用制動(dòng)壓力與液壓制動(dòng)響應(yīng)時(shí)間關(guān)系詳見(jiàn)表12。結(jié)合圖2電液混合制動(dòng)控制過(guò)程,由于t0~t1這一電制動(dòng)撤銷(xiāo)延時(shí)時(shí)間為確定值1.5 s,而根據(jù)分析,列車(chē)不同載荷所對(duì)應(yīng)不同液壓制動(dòng)壓力所需的時(shí)間已經(jīng)是確定的,那么在整個(gè)制動(dòng)過(guò)程中,液壓制動(dòng)介入的時(shí)間點(diǎn)也就得以確定;t1~t2為電制動(dòng)壓力降低至0,同時(shí)液壓制動(dòng)壓力上升至90%的時(shí)間,為保證電制動(dòng)壓力降低值與液壓制動(dòng)壓力施加值相等,并且時(shí)間均控制在1.5 s左右,需要采用電控信號(hào)予以干預(yù),例如采用PWM控制信號(hào)對(duì)比例制動(dòng)電磁閥進(jìn)行控制,以滿足列車(chē)對(duì)制動(dòng)力、制動(dòng)沖擊率的要求。
5? 結(jié)論
本文根據(jù)小型磁懸浮列車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)目標(biāo),確定了液壓制動(dòng)系統(tǒng)功能,完成了原理圖設(shè)計(jì)和理論計(jì)算,最后利用AMEsim軟件進(jìn)行仿真分析,得出如下結(jié)論:
(1)蓄能器的充液時(shí)間與理論計(jì)算誤差小于1%;
(2)蓄能器處于最小正常工作壓力13 MPa且液壓泵不再工作時(shí),列車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)蓄能器儲(chǔ)液能夠?qū)嵤?次緊急制動(dòng),大于標(biāo)準(zhǔn)要求的2次;
(3)緊急制動(dòng)電磁閥節(jié)流孔直徑大于4 mm時(shí),緊急制動(dòng)響應(yīng)時(shí)間小于0.5 s,低于業(yè)內(nèi)普遍要求的1 s,緊急制動(dòng)響應(yīng)速率更快;
(4)常用制動(dòng)電磁閥節(jié)流孔直徑大于1.6 mm時(shí),需要在電控信號(hào)干預(yù)下才能夠滿足常用制動(dòng)減速度和沖擊率要求;否則,無(wú)法滿足要求。
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