ДИСКОВЫЙ ВИХРЕТОКОВЫЙ ТОРМОЗ

Полезная модель относится к железнодорожному транспорту, а именно к узлам экипажа транспортного средства, и может быть использована в области машиностроения.
Известен тормоз железнодорожного транспортного средства, содержащий магнит и токопроводящее тело (см. Балон, Л.В. Электромагнитные рельсовые тормоза / Л.В. Балон. - М: Транспорт, 1979, С. 23-24).
Недостатком тормоза является повышение температуры тела из токопроводящего материала, что является причиной отказа от использования таких тормозов.
Известен также тормоз, содержащий магнит, токопроводящее тело и жидкость (см. Патент 6756870 США. Composite magnet of electromagnet and permanent magnet, and eddy current retarder / Tohru Kuwahara; опубл. 29.06.2004).
Недостатком тормоза является его сложность изготовления, что препятствует его применению в качестве тормоза железнодорожного транспортного средства.
В качестве прототипа предполагаемой полезной модели выбран дисковый вихретоковый тормоз, испытанный в Японии. Указанный тормоз содержит магнит и токопроводящее тело (см. Хлебников, В.Н. Высокоскоростной железнодорожный подвижной состав / В.Н. Хлебников // Локомотивостроение и вагоностроение (Итоги науки и техники). - 1978. - №1. - С. 50).
Недостатком тормоза является повышение температуры, поскольку при вращении токопроводящего тела, выполненного в виде диска, относительно магнита, поверхность его нагревается свыше 300 C°, что ограничивает возможности сокращения размеров тормоза и снижает надежность его работы.
Задача, на решение которой направлена полезная модель, состоит в повышении надежности, сокращении размеров и массы тормоза.
Поставленная задача достигается тем, что в дисковом вихретоковом тормозе, содержащем магнит, выполненный в виде диска, напрессованного на ось колесной пары, согласно полезной модели токопроводящим телом является токопроводящая жидкость, содержащая ферромагнитные частицы и заключенная в замкнутую трубу из немагнитного материала, соединенную через вентиль с циркуляционным насосом и холодильником, через другой вентиль - с наполнительным насосом и баком и связанную с механизмом перемещения трубы относительно магнита и дополнительно содержит подчиненные системы регулирования тормозного момента и температуры жидкости, размещенные, соответственно, на магните и трубе. Подчиненная система регулирования тормозного момента содержит, датчик текущего момента и датчик заданного тормозного момента, выходы которых соединены с входами устройства сравнения, выходы которого подключены к входам первого и второго исполнительных устройств, а также датчик уровня связанный с входами первого и второго исполнительных устройств, причем первое исполнительное устройство связанно с вентилем и наполнительным насосом, а второе исполнительное устройство связано с механизмом перемещения трубы. Подчиненная система регулирования температуры жидкости содержит датчики текущей и заданной температур, выходы которых подключены к третьему исполнительному устройству, выходы которого связаны с вентилем и циркуляционным насосом.
Технический результат предполагаемой полезной модели заключается в применении жидкости в качестве токопроводящего тела, позволяющей не допустить превышения температуры деталей тормоза за счет циркуляции жидкости и ее охлаждения, что позволяет увеличить надежность и уменьшить размеры и массу тормоза.
Полезная модель поясняется чертежами, где на фиг 1. изображен общий вид тормоза, на фиг 2. - блок-схема подчиненной системы регулирования тормозного момента, на фиг 3. - блок-схема подчиненной системы регулирования температуры жидкости.
Тормоз содержит магнит 1 (фиг. 1), с которым связан датчик 2 текущего момента, токопроводящее тело 3, представляющее собой токопроводящую жидкость, содержащую ферромагнитные частицы и протекающую в замкнутой трубе 4 из немагнитного диэлектрического материала. Труба 4 соединена с вентилем 5, который соединяет ее с циркуляционным насосом 6 и холодильником 7, вентилем 8, который, в свою очередь, соединяет ее с наполнительным насосом 9 и баком 10, связана с механизмом 11 перемещения трубы 4, который изменяет расстояние между ней и магнитом 1, и с датчиком 12 текущей температуры.
Подчиненная система регулирования тормозного момента (фиг. 2) содержит, кроме датчика 2 текущего момента, датчик 13 заданного тормозного момента, устройство 14 сравнения, датчик 15 уровня связанный с первым исполнительным устройством 16 и вторым исполнительным устройством 17, а первое исполнительное устройство 16 связанно с вентилем 8 и наполнительным насосом 9, второе исполнительное устройство 17, связанно с механизмом 11. Выходы датчиков 2 и 13 подключены к входам устройства 14 сравнения, выходы которого подключены к входу первого исполнительного устройства 16 и входу второго исполнительного устройства 17.
Подчиненная система регулирования температуры жидкости (фиг 3) состоит из датчика 12 текущей температуры, датчика 18 заданной температуры и третьего исполнительного устройства 19, связанного с вентилем 5 и циркуляционным насосом 6. Выходы датчиков 12 и 18 подключены к входам третьего исполнительного устройства 19.
Предлагаемый тормоз работает следующим образом.
При вращении магнит 1, представляющий собой вращающийся индуктор, создает вокруг себя переменное магнитное поле. Пока в трубе 4 не содержится жидкости, переменное магнитное поле не оказывает существенного влияния на трубу 4, поскольку последняя выполнена из диэлектрического немагнитного материала, и торможения не происходит. При открытии вентиля 8 наполнительный насос 9 наполняет трубу 4 токопроводящей жидкостью 3. Переменное магнитное поле магнита 1 наводит вихревые токи в токопроводящей жидкости 3, которая, будучи заключенной в замкнутую трубу 4, представляет собой замкнутый токопроводящий контур. Указанные вихревые токи тормозят вращение магнита 1 и нагревают токопроводящую жидкость 3 за счет ее удельного электрического сопротивления. При этом, благодаря ферромагнитным частицам, напряженность переменного магнитного поля в жидкости 3 увеличивается, что ведет к усилению вихревых токов и тепловыделения. В результате механическая энергия вращающегося магнита 1 превращается в тепловую, за счет чего происходит торможение магнита 1 и, следовательно, механизма, с ним связанного. Охлаждение жидкости 3 до температуры, допустимой для токопроводящей жидкости 3 и трубы 4 производится путем прокачивания жидкости 3 через холодильник 7 циркуляционным насосом 6. Механизм 11 обеспечивает регулирование тормозной силы за счет изменения расстояния между трубой 4 и магнитом 1.
Подчиненная система регулирования тормозного момента работает следующим образом. На устройство 14 сравнения поступают два сигнала: сигнал от датчика 2 момента, пропорциональный текущему моменту, и сигнал уставки от датчика 13 заданного тормозного момента, пропорциональный заданному тормозному моменту. Если сигнал от датчика 2 меньше сигнала от датчика 13, то разность сигналов -ΔM, полученная от устройства 14 сравнения, поступает на первое исполнительное устройство 16, которое подает сигнал на открытие вентиля 8 и включение наполнительного насоса 9. Токопроводящая жидкость 3, содержащая ферромагнитные частицы, начинает поступать в трубу 4. По мере заполнения трубы 4 увеличивается площадь токопроводящего контура, что приводит к увеличению тормозного момента. Если при полностью заполненной трубе 4 превышение сигнала от датчика 13 над сигналом от датчика 2 сохраняется, то датчик 15 уровня жидкости подает сигнал на первое исполнительное устройство 16, которое, в свою очередь, подает сигнал на выключение насоса 9 и закрытие вентиля 8. Одновременно датчик 15 уровня жидкости подает сигнал на второе исполнительное устройство 17, которое приводит в действие механизм 11, перемещающий трубу 4 в направлении увеличения площади взаимодействия магнита 1 и токопроводящей жидкости 3, содержащей ферромагнитные частицы и образующей токопроводящий контур, вследствие чего увеличивается ток, наводимый магнитом 1 в указанном контуре, и, тем самым, увеличивается тормозной момент. Как только сигнал от датчика 2 становится равным сигналу от датчика 13, механизм 11 отключается. При превышении сигнала от датчика 2 устройство 14 сравнения подает сигнал +ΔM на второе исполнительное устройство 17, которое приводит в действие механизм 11, перемещающий трубу 4 в направлении уменьшения площади взаимодействия магнита 1 и токопроводящей жидкости 3, содержащей ферромагнитные частицы, и образующей токопроводящий контур, вследствие чего уменьшается ток, наводимый магнитом 1 в указанном контуре, и тем самым увеличивается тормозной момент.
Подчиненная система регулирования температуры жидкости работает следующим образом. Датчик температуры 12 жидкости 3 подает сигнал Тт, пропорциональный температуре токопроводящей жидкости 3, который, вместе с заданным сигналом Тз от датчика 18 поступает на третье исполнительное устройство 19, которое сравнивает сигналы, и при превышении сигнала Тт над сигналом Тз посылает сигнал на открытие вентиля 5 и включение. насоса 6. Начинается прокачка жидкости 3 через холодильник 7, что приводит к снижению температуры до значения, при котором сигнал Тт становится равен или меньше сигнала Тз, в результате чего третье исполнительное устройство 19 посылает сигнал на выключение насоса 6 и закрытие вентиля 5.
Данная полезная модель позволит повысить надежность тормоза за счет применения жидкости с ферромагнитными частицами в качестве токопроводящего тела, не позволяющей допустить превышения температуры деталей тормоза за счет циркуляции жидкости и ее охлаждения.