基于磁流变技术的集约型智能减速顶及其控制方法

1.本发明涉及一种集约型智能减速顶及其控制方法，尤其是一种基于磁流变技术的集约型智能减速顶及其控制方法。


背景技术：

2.铁路编组调速系统需要对各种类型溜放车辆的溜放速度进行控制调整。减速顶是常用的铁路车辆溜放速度的减速调速设备，常规减速顶利用液压油耗能减速。常规减速顶包括三个阀门：速度阀、压力阀和回程阀，其中液压油通过压力阀做功耗能，是减速顶的关键机构。车辆车轮碾压油缸帽头，油缸帽头下行，迫使液压油以一定的速度通过活塞孔或者压力阀球阀间隙，当速度小于临界速度时，速度阀打开，液压油通过速度阀进入下腔体，减速顶不做功；当速度大于临界速度时，速度阀关闭，液压油通过压力阀进入下腔体，减速顶做功。车辆车轮离开减速顶，液压油从下腔体穿过回程阀回流减速顶上腔体。此时减速顶完成减速工作。
3.常规减速顶，如中国专利cn112406941a，其正常工作不仅仅需要三个阀门(速度阀、压力阀和回程阀)，还需要多组大小不一的弹簧提供必要的弹簧反力。常规减速顶零件众多，维修工作量大等因素造成了常规减速顶维修成本居高不下，制约了驼峰编组的运行效率。常规减速顶的速度阀由速度阀板、弹簧及压力阀阀座等机构组成，减速顶的临界速度由速度阀板型号和弹簧刚度决定，一旦机械结构安装定型，减速顶的临界速度就定了。这就意味着，一旦减速顶装配后，只能判断一种临界速度。另外，常规减速顶零件众多且寿命周期长短不一，造成资源浪费；常规减速顶只能提供不变的临界速度(速度阀)和液压油回程速度(回程阀)，在溜放车辆重量、车辆速度、轮间距变化等复杂条件下，难以保障不同车辆对油缸帽头回程时间和车轮“安全抬起高度”的不同需求，降低了驼峰的作业效率和作业安全性能，不能很好地适应现代大型驼峰作业。


技术实现要素：

4.本发明针对现有技术的不足，提供了一种基于磁流变技术的集约型智能减速顶，其把磁流变液作为耗能材料，能够为智能磁流变减速顶在多种类型的铁路车辆(包括各类重量和速度)工况下实时输出适当的制动功和阻力功，实现智能减速顶临界速度实时可调可控。
5.为实现上述的技术目的，本发明将采取如下的技术方案：
6.一种基于磁流变技术的集约型智能减速顶，包括壳体以及下端插入壳体内并能够沿着壳体的内壁上下滑动的制动缸；所述制动缸包括缸筒以及可上下移动地安装在缸筒内的活塞头，缸筒通过活塞头分隔成两个腔体，对应为位于活塞头上方的上腔和位于活塞头下方的下腔；所述活塞头以自身的轴线为中心周向均布有若干贯通设置的磁流变阻塞通道，且所述活塞头中安装有能够与电源模块电性连通的励磁线圈；缸筒的上腔、下腔通过所述磁流变阻塞通道连通，且缸筒的上腔以及磁流变阻塞通道中均充填有磁流变液。
7.作为上述集约型智能减速顶的进一步改进，所述磁流变阻塞通道整体为空间曲线结构，包括上连接段、下连接段以及连接在上连接段、下连接段之间的中间段，所述上连接段直接与缸筒的上腔连通，下连接段直接与缸筒的下腔连通，且上连接段、下连接段均为直线状通道，而中间段则为曲线状通道。
8.作为上述集约型智能减速顶的进一步改进，所述下连接段为渐开直线状通道。
9.作为上述集约型智能减速顶的进一步改进，所述活塞头的外壁在中部区域内凹形成一线圈嵌槽；线圈嵌槽的槽口能够恰巧通过一隔磁铜环封接，以围合形成一环形空腔；励磁线圈嵌装在所述的环形空腔内；所述活塞头的外壁与缸筒之间通过活塞密封圈密封连接，而隔磁铜环外壁与缸筒之间则通过隔磁铜环密封环密封连接。
10.作为上述集约型智能减速顶的进一步改进，所述缸筒的下端配装有密封盖；所述活塞头与活塞杆的上端连接，活塞杆的下端穿出密封盖的中部区域设置，且活塞杆的下端配装有止冲座；密封盖与缸筒的内壁之间通过密封圈密封连接，活塞杆的外壁与密封盖之间通过活塞杆密封环密封连接。
11.作为上述集约型智能减速顶的进一步改进，所述活塞杆在紧靠着下端的位置处设置有销杆通孔，销杆通孔的轴线垂直于活塞杆的长度延伸方向；销杆通孔中配装有止冲座销杆，活塞杆与止冲座之间通过所述的止冲座销杆连接成一体。
12.作为上述集约型智能减速顶的进一步改进，所述集约型智能减速顶还包括数据采集装置、控制装置以及电源模块；其中：
13.所述的电源模块，与所述励磁线圈串联而形成线圈供电回路，所述的线圈供电回路中安装有控制开关；所述励磁线圈在电源模块提供的供电电流的作用下，能够产生促使磁流变阻塞通道中的磁流变液的动态黏度变化的磁场；
14.所述的数据采集装置，能够采集溜放车辆抵达集约型智能减速顶安装位置处的速度信息，能够采集溜放车辆脱离集约型智能减速顶的离位信息；并能够将所采集到的信息反馈至控制装置；
15.控制装置根据所接收到的数据采集装置所反馈的速度信息，控制电源模块与励磁线圈之间的通断；根据所接收到的数据采集装置所反馈的离位信息，控制电源模块输送至励磁线圈的电流方向、电流大小的改变。
16.作为上述集约型智能减速顶的进一步改进，所述的电源模块能够向与其串联连接的励磁线圈输出工作电流ii或工作电流-ij；工作电流ii表示制动缸处于压缩工况时电源模块向励磁线圈所输入的工作电流；工作电流-ij表示制动缸处于回程工况时电源模块向励磁线圈所输入的工作电流；
17.所述的数据采集装置，包括速度检测装置、车轮离位检测装置、回程到位检测装置；
18.所述的速度检测装置，用于检测溜放车辆在接近集约型智能减速顶时的速度vm，并能够将所检测到的速度vm反馈至控制装置；
19.所述车轮离位检测装置，用于检测溜放车辆的车轮脱离制动缸帽头时的车轮离位信息cm，并能够将所检测到的车轮离位信息cm反馈至控制装置；
20.所述回程到位检测装置，用于检测所述溜放车辆车轮脱离制动缸帽头后制动缸的回程到位信息rm，并能够将所检测到的回程到位信息rm反馈至控制装置；
21.所述的控制装置，包括判断模块、第一控制模块以及第二控制模块；
22.所述判断模块用于比较所接收到的速度vm与预设的速度v0的大小：当vm≤v0时，向线圈供电回路中的控制开关发出第一执行指令；当vm》v0时，向线圈供电回路中的控制开关、电源模块发出第二执行指令；
23.所述第一控制模块，用于根据所接收到的车轮离位信息cm，向线圈供电回路中的电源模块发出第三执行指令；
24.所述第二控制模块，用于根据所接收到的回程到位信息rm，向线圈供电回路中的控制开关发出第四执行指令；
25.线圈供电回路中的控制开关在第一执行指令的控制下截断线圈供电回路，励磁线圈断电；
26.线圈供电回路中的控制开关在第二执行指令的控制下接通线圈供电回路，此时励磁线圈通电，此时电源模块在第二执行指令的控制下向励磁线圈输入工作电流ii；励磁线圈在工作电流ii的作用下产生磁场bi，促使磁流变阻塞通道中的磁流变液的动态黏度增至工作黏度μi；制动缸上腔内的气体因制动缸帽头承受溜放车辆车轮的作用而压缩，进而推动磁流变阻塞通道中工作黏度为μi的磁流变液流入制动缸下腔，以吸收溜放车辆的动能，实现刹车制动减速；
27.线圈供电回路中的电源模块在第三执行指令的控制下，切换向励磁线圈输出的工作电流为工作电流-ij；励磁线圈在工作电流-ij的作用下产生磁场bj，促使磁流变阻塞通道中的磁流变液的动态黏度降至工作黏度μj；制动缸上腔中的压缩气体因制动缸帽头脱离溜放车辆的车轮作用而膨胀，以能够将制动缸下腔中的磁流变液吸入磁流变阻塞通道，进而吸入制动缸上腔，直至制动缸回程到位，恢复至初始位置；
28.线圈供电回路中的控制开关在第四执行指令的控制下处于截断状态，励磁线圈断电。
29.本发明的另一个技术目的是提供一种基于磁流变技术的集约型智能减速顶的控制方法，其基于上述的基于磁流变技术的集约型智能减速顶而实现，包括如下步骤：
30.步骤一、当从驼峰上溜放下来的溜放车辆在接近集约型智能减速顶时，速度检测装置将采集该溜放车辆的速度vm，并将所检测到的速度vm反馈至控制装置，接着进入步骤二；
31.步骤二、控制装置将所接收到的速度vm与自身预设的速度v0进行比较，并根据比较结果来确定是否接通线圈供电回路：当比较结果表明vm≤v0时，截断线圈供电回路，励磁线圈断电，磁流变液的动态黏度维持不变，接着进入步骤三；当比较结果表明vm》v0时，接通线圈供电回路，励磁线圈通电，接着进入步骤四；
32.步骤三、溜放车辆的车轮接触制动缸的帽头，促使制动缸在溜放车辆的车轮作用下沿着壳体下滑，导致缸筒上腔内因气体受压而压力升高，磁流变液在该压力作用下通过磁流变阻塞通道流向制动油缸下腔，接着进入步骤六；
33.步骤四、控制装置控制电源模块向励磁线圈输入工作电流ii；励磁线圈在工作电流ii的作用下产生磁场bi，促使磁流变阻塞通道中的磁流变液的动态黏度增至工作黏度μi，接着进入步骤五；
34.步骤五、溜放车辆的车轮接触制动缸的帽头，促使制动缸在溜放车辆的车轮作用
下沿着壳体下滑，导致缸筒上腔内因气体受压而压力升高，工作黏度μi的磁流变液在该压力下通过磁流变阻塞通道流向制动缸下腔，该过程中溜放车辆的动能转化为固态或半固态磁流变液的变形能，以对溜放车辆起到刹车制动减速作用，接着进入步骤七；
35.步骤六、溜放车辆的车轮沿着制动缸的帽头向前滚动，直至溜放车辆的车轮与油缸帽头脱离接触，油缸上腔中的压缩气体膨胀，此时，在负压作用下，制动缸下腔的磁流变液通过磁流变阻塞通道迅速回流至制动缸上腔，同时，活塞头向上回弹，恢复初始位置；
36.步骤七、溜放车辆的车轮沿着制动缸的帽头向前滚动，直至溜放车辆的车轮与油缸帽头脱离接触，油缸上腔中的压缩气体膨胀，控制模块发出控制指令至电源模块，电源模块输出反向活塞退磁电流-ij，磁流变阻塞通道中的磁流变液动态黏度降至最低，制动缸下腔的磁流变液通过磁流变阻塞通道迅速回流至制动缸上腔，同时，活塞头向上回弹，恢复初始位置。
37.本发明的再一个技术目的是提供一种驼峰溜放车辆自动调速系统，包括减速装置，所述的减速装置包括若干上述的基于磁流变技术的集约型智能减速顶。
38.基于上述的技术目的，相对于现有技术，本发明具有如下的优势：
39.1.磁流变液体是一种由微米级软磁颗粒与粘塑性高分子聚合物的特种混合物，能够在磁场作用下瞬时(毫秒级)改变其动态阻尼特性的智能复合材料。本发明把磁流变液作为耗能材料，能够为智能磁流变减速顶在多种类型的铁路车辆(包括各类重量和速度)工况下实时输出适当的制动功和阻力功，实现智能减速顶临界速度实时可调可控。
40.2.本发明在对溜放车辆进行刹车制动减速阶段时，可以通过调控工作电流ii来调节磁流变液的动态黏度，来吸收溜放车辆的部分动能，从而能够提供实时可调可控的临界速度，实现了对减速度的临界速度的实时控制，适于多种钩车车速工况；
41.3.本发明在溜放车辆脱离集约型智能减速顶的制动缸后，也可以通过调控工作电流ij来提供实时可调可控的回程阻尼，实现了对油缸帽头的回程速度的实时控制，适于多种钩车车速工况；
42.4.本发明相对常规减速顶其零配件较少，故障发生率降低，节约了高昂的维修费用。
附图说明
43.图1是本发明所述的基于磁流变技术的集约型智能减速顶(第一种结构)的结构示意图；
44.图2是图1中活塞杆的剖视图(第一剖视方向)；
45.图3是图1中活塞杆的剖视图(第二剖视方向)；
46.图4是图3中a部分的放大结构示意图；
47.图5是磁路示意图；
48.图6是本发明所述的基于磁流变技术的集约型智能减速顶(第二种结构)的结构示意图；
49.图1至4中：制动缸1、壳体10、止冲空心销孔11、止冲座销杆12、止冲座13、密封盖21、密封圈22、活塞杆密封环23、磁流变阻塞通道30、上连接段301、中间段302、下连接段303、励磁线圈31、隔磁铜环32、活塞密封圈33、隔磁铜环密封环34、活塞头35、活塞杆36、线
槽361、销杆通孔362、钢轨轨腰连接螺栓50。
具体实施方式
50.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、表达式和数值不限制本发明的范围。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。
51.实施例1
52.如图1至4所示，本发明所述的基于磁流变技术的集约型智能减速顶，包括壳体、制动缸、控制装置、数据采集装置以及电源模块。其中：
53.壳体外壁设置钢轨轨腰连接螺栓，以与编组站站场铺设的钢轨轨腰连接，形成驼峰溜放车辆自动调速系统的调速装置。
54.制动缸的下端插入壳体内并能够沿着壳体的内壁上下滑动。所述的制动缸包括缸筒、活塞头、密封盖以及活塞杆；其中：
55.所述缸筒的下端敞口设置，并在紧靠着敞口端的内壁设置有内螺纹，以与密封盖螺纹配合连接。所述缸筒的上端即为制动缸的帽头，能够与溜放车辆的车轮接触。
56.所述活塞头可上下移动地安装在缸筒内，使得缸筒通过活塞头分隔成两个腔体，对应为位于活塞头上方的上腔和位于活塞头下方的下腔。所述活塞头以自身的轴线为中心周向均布有若干贯通设置的磁流变阻塞通道，且所述活塞头中安装有能够与电源模块电性连通的励磁线圈；缸筒的上腔、下腔通过所述磁流变阻塞通道连通，且缸筒的上腔以及磁流变阻塞通道中均充填有磁流变液，同时缸筒的上腔还充填有气体，比如氮气。
57.所述磁流变阻塞通道整体为空间曲线结构，包括上连接段、下连接段以及连接在上连接段、下连接段之间的中间段，所述上连接段直接与缸筒的上腔连通，下连接段直接与缸筒的下腔连通，且上连接段、下连接段均为直线状通道，而中间段则为曲线状通道。优选地，下连接段为渐开直线状通道(即呈喇叭状设置)。
58.为便于励磁线圈的安装，本发明所述活塞头的外壁在中部区域内凹形成一线圈嵌槽；线圈嵌槽的槽口能够恰巧通过一隔磁铜环(隔磁铜环可以阻断漏磁)封接，以围合形成一环形空腔；励磁线圈嵌装在所述的环形空腔内；所述活塞头的外壁与缸筒之间通过活塞密封圈密封连接，而隔磁铜环外壁与缸筒之间则通过隔磁铜环密封环密封连接。
59.活塞杆的上端与活塞头连接，事实上，本发明所述的活塞杆与活塞头为一体制成结构，活塞头为活塞杆上端设置的帽头结构。活塞杆的下端穿出密封盖的中部区域设置，且活塞杆的下端配装有止冲座；密封盖与缸筒的内壁之间通过密封圈密封连接，活塞杆的外壁与密封盖之间通过活塞杆密封环密封连接。
60.为实现活塞杆与止冲座之间的连接，本发明所述活塞杆在紧靠着下端的位置处设置有销杆通孔，销杆通孔的轴线垂直于活塞杆的长度延伸方向；销杆通孔中配装有止冲座销杆，活塞杆与止冲座之间通过所述的止冲座销杆连接成一体。使用时，止冲座置于壳体底部，并由止冲空心销(图中省略掉了)穿过止冲空心销孔固定于壳体底部。
61.为便于布线(比如连接至励磁线圈的供电导线安装)，本发明所述的活塞杆中设置有线槽。
62.所述的电源模块，与所述励磁线圈串联而形成线圈供电回路，所述的线圈供电回路中安装有控制开关，且电源模块能够向与其串联连接的励磁线圈输出工作电流ii或工作电流-ij；工作电流ii表示制动缸处于压缩工况时电源模块向励磁线圈所输入的工作电流；工作电流-ij表示制动缸处于回程工况时电源模块向励磁线圈所输入的工作电流。事实上，工作电流-ij为能够促使活塞头上的剩余磁场退磁的电流，其为电流大小递减的电流(频率可选为10hz)，并可以在活塞头复位时归零，从而促使磁流变阻塞通道中的磁流变液的动态黏度降至初始黏度。
63.所述的数据采集装置，包括速度检测装置、车轮离位检测装置、回程到位检测装置。所述的速度检测装置，用于检测溜放车辆在接近集约型智能减速顶时的速度vm，并能够将所检测到的速度vm反馈至控制装置。所述车轮离位检测装置，用于检测溜放车辆的车轮脱离制动缸帽头时的车轮离位信息cm，并能够将所检测到的车轮离位信息cm反馈至控制装置。所述回程到位检测装置，用于检测所述溜放车辆车轮脱离制动缸帽头后制动缸的回程到位信息rm，并能够将所检测到的回程到位信息rm反馈至控制装置。具体应用时，速度检测装置目前可以选用测速踏板，测速踏板安装于铁路线路减速顶群的端部或入口处。车轮离位检测装置可以通过在壳体表面设置一根撞针来实现，当车轮脱离帽头的时候，油缸帽头位于最低点。另外，车轮离位检测装置也可以采用一般的压力传感器来检测进行反馈，事实上，车轮碰触到制动缸帽头直至脱离制动缸帽头的这一段时间内，安装在减速顶上的压力传感器能够检测出溜放车辆的自重，而当车轮脱离制动缸帽头后，压力传感器的检测数值会归于零，由此，通过压力传感器检测数值的一个变化，即可反馈车轮离位信息cm。而回程到位检测装置则可以通过检测缸筒内的压力来进行反馈，通常地，当制动缸回程到位时，活塞头复位，缸筒内的压力恢复至初始压力。当然，回程到位检测装置也可以直接在缸筒内安装复位行程开关来进行检测，此时活塞头复位，即可触碰到复位行程开关，从而截断控制线路，制动缸停止动作。
64.所述的控制装置，包括判断模块、第一控制模块以及第二控制模块；
65.所述判断模块用于比较所接收到的速度vm与预设的速度v0的大小：当vm≤v0时，向线圈供电回路中的控制开关发出第一执行指令；当vm》v0时，向线圈供电回路中的控制开关、电源模块发出第二执行指令；
66.所述第一控制模块，用于根据所接收到的车轮离位信息cm，向线圈供电回路中的电源模块发出第三执行指令；
67.所述第二控制模块，用于根据所接收到的回程到位信息rm，向线圈供电回路中的控制开关发出第四执行指令；
68.线圈供电回路中的控制开关在第一执行指令的控制下截断线圈供电回路，励磁线圈断电；
69.线圈供电回路中的控制开关在第二执行指令的控制下接通线圈供电回路，此时励磁线圈通电，此时电源模块在第二执行指令的控制下向励磁线圈输入工作电流ii；励磁线圈在工作电流ii的作用下产生磁场bi，促使磁流变阻塞通道中的磁流变液的动态黏度增至工作黏度μi；制动缸上腔内的气体因制动缸帽头承受溜放车辆车轮的作用而压缩，进而推动磁流变阻塞通道中工作黏度为μi的磁流变液流入制动缸下腔，以吸收溜放车辆的动能，实现刹车制动减速；
70.线圈供电回路中的电源模块在第三执行指令的控制下，切换向励磁线圈输出的工作电流为工作电流-ij；励磁线圈在工作电流-ij的作用下产生磁场bj，促使磁流变阻塞通道中的磁流变液的动态黏度降至工作黏度μj；制动缸上腔中的压缩气体因制动缸帽头脱离溜放车辆的车轮作用而膨胀，以能够将制动缸下腔中的磁流变液吸入磁流变阻塞通道，进而吸入制动缸上腔，直至制动缸回程到位，恢复至初始位置；
71.线圈供电回路中的控制开关在第四执行指令的控制下处于截断状态，励磁线圈断电。
72.基于上述的集约型智能减速顶，本发明提供了一种集约型智能减速顶的控制方法，包括如下步骤：
73.步骤一、当从驼峰上溜放下来的溜放车辆在接近集约型智能减速顶时，速度检测装置将采集该溜放车辆的速度vm，并将所检测到的速度vm反馈至控制装置，接着进入步骤二；
74.步骤二、控制装置将所接收到的速度vm与自身预设的速度v0进行比较，并根据比较结果来确定是否接通线圈供电回路：当比较结果表明vm≤v0时，截断线圈供电回路，励磁线圈断电，磁流变液的动态黏度维持不变，接着进入步骤三；当比较结果表明vm》v0时，接通线圈供电回路，励磁线圈通电，接着进入步骤四；
75.步骤三、溜放车辆的车轮接触制动缸的帽头，促使制动缸在溜放车辆的车轮作用下沿着壳体下滑，导致缸筒上腔内因气体受压而压力升高，磁流变液在该压力作用下通过磁流变阻塞通道流向制动油缸下腔，接着进入步骤六；
76.步骤四、控制装置控制电源模块向励磁线圈输入工作电流ii；励磁线圈在工作电流ii的作用下产生磁场bi，促使磁流变阻塞通道中的磁流变液的动态黏度增至工作黏度μi，接着进入步骤五；
77.步骤五、溜放车辆的车轮接触制动缸的帽头，促使制动缸在溜放车辆的车轮作用下沿着壳体下滑，导致缸筒上腔内因气体受压而压力升高，工作黏度μi的磁流变液在该压力下通过磁流变阻塞通道流向制动缸下腔，该过程中溜放车辆的动能转化为固态或半固态磁流变液的变形能，以对溜放车辆起到刹车制动减速作用，接着进入步骤七；
78.步骤六、溜放车辆的车轮沿着制动缸的帽头向前滚动，直至溜放车辆的车轮与油缸帽头脱离接触，油缸上腔中的压缩气体膨胀，此时，在负压作用下，制动缸下腔的磁流变液通过磁流变阻塞通道迅速回流至制动缸上腔，同时，活塞头向上回弹，恢复初始位置；
79.步骤七、溜放车辆的车轮沿着制动缸的帽头向前滚动，直至溜放车辆的车轮与油缸帽头脱离接触，油缸上腔中的压缩气体膨胀，控制模块发出控制指令至电源模块，电源模块输出反向活塞退磁电流-ij，磁流变阻塞通道中的磁流变液动态黏度降至最低，制动缸下腔的磁流变液通过磁流变阻塞通道迅速回流至制动缸上腔，同时，活塞头向上回弹，恢复初
始位置。
80.以下将结合几个实施例说明本发明所述集约型智能减速顶的控制方法。
81.实施例2
82.当从驼峰溜放下来的车辆车轮接近智能减速顶时，控制模块发出控制指令至电源模块，电源模块输出工作电流ii，活塞头中的励磁线圈在工作电流ii作用下产生磁场，磁流变液在磁场作用下，产生磁流变效应，磁流变阻塞通道30中的磁流变液动态黏度改变，同时，溜放车辆的车轮接触制动油缸的帽头，制动油缸在车轮作用下继续下滑，此时车辆制动油缸上腔的氮气和磁流变液(动态黏度已改变，成固体半固态状态)压力迅速升高，磁流变液(动态黏度已改变，成固体半固态状态)在该压力作用下通过磁流变阻塞通道30流向制动油缸下腔，该过程中溜放车辆的动能转化为固态或半固态磁流变液的变形能(动态黏度已改变，成固体半固态状态)，此过程中，智能减速顶对溜放车辆起到刹车制动减速作用。
83.在车轮压迫下，当智能减速顶的制动油缸下降至最低点后，随着车轮继续向前滚动，车轮与油缸帽头脱离接触，油缸上腔中的压缩氮气膨胀，此时，控制模块发出控制指令至电源模块，电源模块输出反向活塞退磁电流-ij，磁流变阻塞通道30中的磁流变液动态黏度变小，制动油缸下腔的磁流变液通过磁流变阻塞通道30迅速回流至制动油缸上腔，同时，油缸向上回弹，恢复初始位置。
84.实施例3
85.当从驼峰溜放下来的车辆以大于规定速度接近智能减速顶时，控制模块发出控制指令至电源模块，电源模块输出工作电流ii，活塞头中的励磁线圈在工作电流ii作用下产生磁场bi，磁流变液在磁场bi作用下，产生磁流变效应，磁流变阻塞通道30中的磁流变液动态黏度增至工作黏度μi，同时，溜放车辆的车轮接触制动油缸的帽头，制动油缸在车轮作用下继续下滑，此时车辆制动油缸上腔压力迅速升高(腔内有氮气和磁流变液(动态黏度已改变，成固体半固态状态))，磁流变液(动态黏度已改变，成固体半固态状态)在该压力作用下通过磁流变阻塞通道30流向制动油缸下腔，该过程中溜放车辆的动能转化为固态或半固态磁流变液的变形能(动态黏度已改变，成固体半固态状态)，此过程中，智能减速顶对溜放车辆起到刹车制动减速作用。
86.在车轮压迫下，当智能减速顶的制动油缸下降至最低点后，随着车轮继续向前滚动，车轮与油缸帽头脱离接触，油缸上腔中的压缩氮气膨胀，此时，控制模块发出控制指令至电源模块，电源模块输出反向活塞退磁电流-ij，磁流变阻塞通道30中的磁流变液动态黏度降至最低，制动油缸下腔的磁流变液通过磁流变阻塞通道30迅速回流至制动油缸上腔，同时，油缸向上回弹，恢复初始位置。
87.实施例4
88.当从驼峰溜放下来的车辆以小于等于规定速度接近智能减速顶时，控制模块发出控制指令至电源模块，电源模块无输出工作电流，溜放车辆的车轮接触制动油缸的帽头，制动油缸在车轮作用下继续下滑，此时车辆制动油缸上腔压力升高，磁流变液在该压力作用下通过磁流变阻塞通道30流向制动油缸下腔，该过程中溜放车辆的动能损失可以忽略，此过程中，智能减速顶不对溜放车辆起到刹车制动减速作用。
89.在车轮压迫下，当智能减速顶的制动油缸下降至最低点后，随着车轮继续向前滚动，车轮与油缸帽头脱离接触，油缸上腔中的压缩氮气膨胀，此时，在负压作用下，制动油缸
下腔的磁流变液通过磁流变阻塞通道30迅速回流至制动油缸上腔，同时，油缸向上回弹，恢复初始位置。
90.实施例5
91.本实施例与实施例1所述的基于磁流变技术的集约型智能减速顶，存在的不同仅在于，本实施例中，具体地公开了信号弹簧25、圆环垫圈式测力传感器38，以使得本发明能够实现车轮离位检测装置、回程到位检测装置的功能。
92.圆环垫圈式测力传感器38是已经商用的成熟力传感器，能够测试拉力和压力，即力的正负方向。
93.具体实施过程如下：车轮碰触到制动缸帽头直至脱离制动缸帽头的这一段时间内，圆环垫圈式测力传感器38能够感知信号弹簧25传来的力。当车轮接触帽头，帽头下移，当车轮脱离帽头，圆环垫圈式测力传感器38能够感知信号弹簧25传来的压力f，f≠0且δf＞0判断为车轮接触帽头，帽头受到车轮压力而向最低位下移，控制模块根据压力f，控制电源模块输出合适的电流ii或者ij。
94.车轮离位信息cm的控制：当车轮脱离帽头的一瞬间，圆环垫圈式测力传感器38能够感知信号弹簧25传来的压力f(-)，f≠0且δf＜0判断为车轮离位但未回程到位。
95.回程到位信息rm的控制：当车轮脱离帽头的一定时间tm，圆环垫圈式测力传感器38能够感知信号弹簧25传来的压力f(-)，f＝0判断为车轮离位且回程到位。

技术特征：
1.一种基于磁流变技术的集约型智能减速顶，包括壳体以及下端插入壳体内并能够沿着壳体的内壁上下滑动的制动缸；所述制动缸包括缸筒以及可上下移动地安装在缸筒内的活塞头，缸筒通过活塞头分隔成两个腔体，对应为位于活塞头上方的上腔和位于活塞头下方的下腔；其特征在于，所述活塞头以自身的轴线为中心周向均布有若干贯通设置的磁流变阻塞通道，且所述活塞头中安装有能够与电源模块电性连通的励磁线圈；缸筒的上腔、下腔通过所述磁流变阻塞通道连通，且缸筒的上腔以及磁流变阻塞通道中均充填有磁流变液。2.根据权利要求1所述的基于磁流变技术的集约型智能减速顶，其特征在于，所述磁流变阻塞通道整体为空间曲线结构，包括上连接段、下连接段以及连接在上连接段、下连接段之间的中间段，所述上连接段直接与缸筒的上腔连通，下连接段直接与缸筒的下腔连通，且上连接段、下连接段均为直线状通道，而中间段则为曲线状通道。3.根据权利要求2所述的基于磁流变技术的集约型智能减速顶，其特征在于，所述下连接段为渐开直线状通道。4.根据权利要求1或2所述的基于磁流变技术的集约型智能减速顶，其特征在于，所述活塞头的外壁在中部区域内凹形成一线圈嵌槽；线圈嵌槽的槽口能够恰巧通过一隔磁铜环封接，以围合形成一环形空腔；励磁线圈嵌装在所述的环形空腔内；所述活塞头的外壁与缸筒之间通过活塞密封圈密封连接，而隔磁铜环外壁与缸筒之间则通过隔磁铜环密封环密封连接。5.根据权利要求4所述的基于磁流变技术的集约型智能减速顶，其特征在于，所述缸筒的下端配装有密封盖；所述活塞头与活塞杆的上端连接，活塞杆的下端穿出密封盖的中部区域设置，且活塞杆的下端配装有止冲座；密封盖与缸筒的内壁之间通过密封圈密封连接，活塞杆的外壁与密封盖之间通过活塞杆密封环密封连接。6.根据权利要求5所述的基于磁流变技术的集约型智能减速顶，其特征在于，所述活塞杆在紧靠着下端的位置处设置有销杆通孔，销杆通孔的轴线垂直于活塞杆的长度延伸方向；销杆通孔中配装有止冲座销杆，活塞杆与止冲座之间通过所述的止冲座销杆连接成一体。7.根据权利要求1所述的基于磁流变技术的集约型智能减速顶，其特征在于，还包括数据采集装置、控制装置以及电源模块；所述的电源模块，与所述励磁线圈串联而形成线圈供电回路，所述的线圈供电回路中安装有控制开关；所述励磁线圈在电源模块提供的供电电流的作用下，能够产生促使磁流变阻塞通道中的磁流变液的动态黏度变化的磁场；所述的数据采集装置，能够采集溜放车辆抵达集约型智能减速顶安装位置处的速度信息，能够采集溜放车辆脱离集约型智能减速顶的离位信息；并能够将所采集到的信息反馈至控制装置；控制装置根据所接收到的数据采集装置所反馈的速度信息，控制电源模块与励磁线圈之间的通断；根据所接收到的数据采集装置所反馈的离位信息，控制电源模块输送至励磁线圈的电流方向、电流大小的改变。8.根据权利要求7所述的基于磁流变技术的集约型智能减速顶，其特征在于，所述电源
模块能够向与其串联连接的励磁线圈输出工作电流i
i
或工作电流-i
j
；工作电流i
i
表示制动缸处于压缩工况时电源模块向励磁线圈所输入的工作电流；工作电流-i
j
表示制动缸处于回程工况时电源模块向励磁线圈所输入的工作电流；所述的数据采集装置，包括速度检测装置、车轮离位检测装置、回程到位检测装置；所述的速度检测装置，用于检测溜放车辆在接近集约型智能减速顶时的速度v
m
，并能够将所检测到的速度v
m
反馈至控制装置；所述车轮离位检测装置，用于检测溜放车辆的车轮脱离制动缸帽头时的车轮离位信息c
m
，并能够将所检测到的车轮离位信息c
m
反馈至控制装置；所述回程到位检测装置，用于检测所述溜放车辆车轮脱离制动缸帽头后制动缸的回程到位信息r
m
，并能够将所检测到的回程到位信息r
m
反馈至控制装置；所述的控制装置，包括判断模块、第一控制模块以及第二控制模块；所述判断模块用于比较所接收到的速度v
m
与预设的速度v0的大小：当v
m
≤v0时，向线圈供电回路中的控制开关发出第一执行指令；当v
m
>v0时，向线圈供电回路中的控制开关、电源模块发出第二执行指令；所述第一控制模块，用于根据所接收到的车轮离位信息c
m
，向线圈供电回路中的电源模块发出第三执行指令；所述第二控制模块，用于根据所接收到的回程到位信息r
m
，向线圈供电回路中的控制开关发出第四执行指令；线圈供电回路中的控制开关在第一执行指令的控制下截断线圈供电回路，励磁线圈断电；线圈供电回路中的控制开关在第二执行指令的控制下接通线圈供电回路，此时励磁线圈通电，此时电源模块在第二执行指令的控制下向励磁线圈输入工作电流i
i
；励磁线圈在工作电流i
i
的作用下产生磁场b
i
，促使磁流变阻塞通道中的磁流变液的动态黏度增至工作黏度μ
i
；制动缸上腔内的气体因制动缸帽头承受溜放车辆车轮的作用而压缩，进而推动磁流变阻塞通道中工作黏度为μ
i
的磁流变液流入制动缸下腔，以吸收溜放车辆的动能，实现刹车制动减速；线圈供电回路中的电源模块在第三执行指令的控制下，切换向励磁线圈输出的工作电流为工作电流-i
j
；励磁线圈在工作电流-i
j
的作用下产生磁场b
j
，促使磁流变阻塞通道中的磁流变液的动态黏度降至工作黏度μ
j
；制动缸上腔中的压缩气体因制动缸帽头脱离溜放车辆的车轮作用而膨胀，以能够将制动缸下腔中的磁流变液吸入磁流变阻塞通道，进而吸入制动缸上腔，直至制动缸回程到位，恢复至初始位置；线圈供电回路中的控制开关在第四执行指令的控制下处于截断状态，励磁线圈断电。9.根据权利要求7所述的基于磁流变技术的集约型智能减速顶，其特征在于，所述缸筒的下端配装有密封盖；所述活塞头与活塞杆的上端连接，活塞杆的下端穿出密封盖的中部区域设置，且活塞杆的下端配装在置于壳体底部的止冲座中；所述的止冲座上安装有圆环垫圈式测力传感器，圆环垫圈式测力传感器与密封盖之间的活塞杆外围套接有信号弹簧；所述数据采集装置采用圆环垫圈式测力传感器来采集溜放车辆脱离集约型智能减速顶的离位信息；
控制模块根据圆环垫圈式测力传感器所反馈的力的大小、方向，来控制电源模块输送至励磁线圈的电流方向、电流大小的改变。10.一种基于磁流变技术的集约型智能减速顶的控制方法，基于权利要求8所述的基于磁流变技术的集约型智能减速顶而实现，其特征在于，包括如下步骤：步骤一、当从驼峰上溜放下来的溜放车辆在接近集约型智能减速顶时，速度检测装置将采集该溜放车辆的速度v
m
，并将所检测到的速度v
m
反馈至控制装置，接着进入步骤二；步骤二、控制装置将所接收到的速度v
m
与自身预设的速度v0进行比较，并根据比较结果来确定是否接通线圈供电回路：当比较结果表明v
m
≤v0时，截断线圈供电回路，励磁线圈断电，磁流变液的动态黏度维持不变，接着进入步骤三；当比较结果表明v
m
>v0时，接通线圈供电回路，励磁线圈通电，接着进入步骤四；步骤三、溜放车辆的车轮接触制动缸的帽头，促使制动缸在溜放车辆的车轮作用下沿着壳体下滑，导致缸筒上腔内因气体受压而压力升高，磁流变液在该压力作用下通过磁流变阻塞通道流向制动油缸下腔，接着进入步骤六；步骤四、控制装置控制电源模块向励磁线圈输入工作电流i
i
；励磁线圈在工作电流i
i
的作用下产生磁场b
i
，促使磁流变阻塞通道中的磁流变液的动态黏度增至工作黏度μ
i
，接着进入步骤五；步骤五、溜放车辆的车轮接触制动缸的帽头，促使制动缸在溜放车辆的车轮作用下沿着壳体下滑，导致缸筒上腔内因气体受压而压力升高，工作黏度μ
i
的磁流变液在该压力下通过磁流变阻塞通道流向制动缸下腔，该过程中溜放车辆的动能转化为固态或半固态磁流变液的变形能，以对溜放车辆起到刹车制动减速作用，接着进入步骤七；步骤六、溜放车辆的车轮沿着制动缸的帽头向前滚动，直至溜放车辆的车轮与油缸帽头脱离接触，油缸上腔中的压缩气体膨胀，此时，在负压作用下，制动缸下腔的磁流变液通过磁流变阻塞通道迅速回流至制动缸上腔，同时，活塞头向上回弹，恢复初始位置；步骤七、溜放车辆的车轮沿着制动缸的帽头向前滚动，直至溜放车辆的车轮与油缸帽头脱离接触，油缸上腔中的压缩气体膨胀，控制模块发出控制指令至电源模块，电源模块输出反向活塞退磁电流-i
j
，磁流变阻塞通道中的磁流变液动态黏度降至最低，制动缸下腔的磁流变液通过磁流变阻塞通道迅速回流至制动缸上腔，同时，活塞头向上回弹，恢复初始位置。11.一种驼峰溜放车辆自动调速系统，包括减速装置，其特征在于，所述的减速装置包括若干如权利要求7所述的基于磁流变技术的集约型智能减速顶。

技术总结
本发明公开了一种基于磁流变技术的集约型智能减速顶及其控制方法。集约型智能减速顶包括壳体以及制动缸；制动缸包括缸筒以及可上下移动地安装在缸筒内的活塞头，缸筒通过活塞头分隔成两个腔体，对应为位于活塞头上方的上腔和位于活塞头下方的下腔；活塞头以自身的轴线为中心周向均布有若干贯通设置的磁流变阻塞通道，且活塞头中安装有励磁线圈；缸筒的上腔、下腔通过所述磁流变阻塞通道连通，且缸筒的上腔以及磁流变阻塞通道中均充填有磁流变液。由此可见，本发明把磁流变液作为耗能材料，能够为智能磁流变减速顶在多种类型的铁路车辆（包括各类重量和速度）工况下实时输出适当的制动功和阻力功，实现智能减速顶临界速度实时可调可控。时可调可控。时可调可控。


技术研发人员：李润璞
受保护的技术使用者：南京铁道职业技术学院
技术研发日：2022.09.20
技术公布日：2022/12/30