铁道道岔控制大功率双稳态电磁阀及驱动器的研究

论文摘要

本文通过研究和总结当前国内外铁道道岔控制大功率双稳态电磁阀的现状,分析当前工程应用中常见电磁阀的优点与不足,创造性的设计了一款大功率双稳态电磁阀及其外围控制驱动电路。目前铁道道岔控制中常见的国产电磁阀开启力最大一般在400N左右,响应时间为10ms级,与国外先进水平有一定的差别,有待提高。本文从电磁原理和电动力学着手,设计了一款新型电磁阀,包括永磁部分和电磁部分。在设计中,永磁和电磁两部分根据磁场计算、仿真进行最优化组合。当阀体线圈不通电时,在永磁铁作用下,电磁阀能保持需要的状态;当阀体线圈通电工作并运行于开启状态时,驱动器接收到正向触发信号,正向电流通过阀体线圈,产生正向电磁力,此时永磁磁力与电磁力方向一致,两磁力合力作用阀芯输出,实现电磁阀开启工作;当控制系统发出换向指令时,驱动器接收到反向触发信号,驱动电流快速换向,阀体线圈工作状态正好与开启过程相反,从而永磁体和阀体线圈产生与开启状态相反的合力,实现电磁阀的换向工作。通过磁场理论计算,并严格按照磁路分布曲线、整体应力布局曲线实物建模,辅以Ansoft软件仿真,本设计最终将电磁阀设计结构合理化、各项设计参数最优化。同时由于大功率的需要,本设计采用高速通断器的控制方式。辅以增加电流综合保护及其它保护功能。系统的储能性和可靠性得到了很大提升。经过试验,结果表明:大功率双稳态电磁阀永磁和电磁两部分结构取得最优化组合方式,磁力线布局合理、有效磁场整体应力作用趋于最大化;电磁阀响应时间有了很大的突破,接近ms级;在开启时间理想状态下,初步开启力达到换向工作力为580N。较好的完成了预期设计目标,在前人的基础上有所创新。另外,对通入大电流时,设计上充分考虑了电磁干扰、电路可靠性等因素,尽量做到兼顾阀体大功率特性的同时,控制系统响应状态良好,能达到预期目标,从而使双稳态电磁阀具有良好的动态性能和理想的输出力。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 本课题提出的意义和目的
• 1.2 文献综述
• 1.2.1 在道路交通上电磁阀研究的国内外发展状况
• 1.2.2 电磁阀的分类及交通工程中双稳态电磁阀的特点
• 1.2.3 目前存在的问题
• 1.3 本文所做的工作
• 1.4 本章小节
• 第二章 铁道道岔控制双稳态电磁阀整体结构设计
• 2.1 铁道道岔控制大功率双稳态电磁阀设计原则
• 2.2 电磁阀阀体结构
• 2.2.1 电磁阀电磁铁结构
• 2.2.2 电磁阀阀体内油路设计
• 2.2.3 阀体整体结构
• 2.3 电磁阀工作原理
• 2.3.1 电磁阀阀体内油路工作原理
• 2.3.2 电磁阀电气工作原理
• 2.4 永磁材料选取
• 2.5 本章小节
• 第三章 磁场计算
• 3.1 磁场计算发展和存在的问题
• 3.2 铁道道岔控制大功率双稳态电磁阀力学模型建立
• 3.3 永磁磁场强度计算
• 3.3.1 永磁计算方法选取
• 3.3.2 永磁机构结构分析及工作原理
• 3.3.3 永磁场有限元模型及方程建立
• 3.3.4 永磁实物计算
• 3.3.5 Ansoft 软件仿真
• 3.4 电磁部分分析及仿真
• 3.4.1 理论依据
• 3.4.2 电磁阀工程模型建立
• 3.4.3 电磁阀的有限元分析及优化
• 3.5 阀体三次优化及定型
• 3.6 本章小结
• 第四章 铁道道岔控制电磁阀电磁控制及驱动器设计
• 4.1 设计要求
• 4.2 驱动及控制电路各分系统设计
• 4.2.1 驱动器设计
• 4.2.2 驱动器驱动电路工作原理
• 4.2.3 驱动器驱动电路保护
• 4.3 控制连锁电路
• 4.4 储能电路
• 4.5 控制电路图
• 4.6 本章小结
• 第五章 铁道道岔控制大功率电磁阀试验分析
• 5.1 试验内容
• 5.2 试验过程
• 5.3 试验结果
• 5.3.1 输出力试验方法
• 5.3.2 输出力试验结果
• 5.3.3 响应特性试验方法
• 5.3.4 响应特性试验结果
• 5.4 本章小节
• 总结与展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录 A（攻读硕士学位期间发表的相关论文）
• 附录 B（相关图纸）