CN102556106B - 齿轮齿条驱动式空气动力制动装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种齿轮齿条驱动式空气动力制动装置，至少包含：制动风翼、齿轮齿条传动机构以及滑块机构，所述制动风翼设置于列车顶部，所述制动风翼的前端和后端与列车顶部接触的部位分别设置有一对伸缩销，所述列车顶部还设置有滑槽，所述制动风翼的左右两侧分别通过铰链连接一滑块机构，所述滑块机构能在所述滑槽内滑动，所述齿轮齿条传动机构设置于列车顶部一容纳空间中，且与所述制动风翼的下表面中部相连，所述齿轮齿条传动机构的动力由一驱动电机提供。本发明安全可靠，制动效果好。

Description

齿轮齿条驱动式空气动力制动装置

技术领域

本发明涉及铁路车辆，包括磁悬浮列车、高速电力机车及高速动车组等的制动装置，特别涉及一种齿轮齿条驱动式空气动力制动装置。

背景技术

随着列车运营速度的提高，安全问题将越来越受到人们的关注。而制动技术作为保障旅客生命安全的一道重要防线，越发受到重视。尤其是时速350km及以上的高速列车的制动安全技术已经成为世界各国高速列车研究的重点。目前国内外在运行速度300km/h的高速列车上，通常只采用粘着制动，但是粘着制动的制动力取决于轮轨间的粘着系数，而粘着系数是随列车速度增加而下降的，这意味着在列车高速行驶时，可以利用的粘着力反而下降了。随着列车速度的提高，以车速从300km/h增加到350km/h为例，动能增加约40%，将这部分动能转移出去时，如果纯粹依靠盘型制动，那么制动过程中制动盘的温升、热应力等将面临严峻考验。因此，对350km/h及以上的高速列车有必要考虑采用非粘制动作为紧急情况下的制动方式或者是高速时的常用制动方式，以弥补高速制动工况下粘着制动的缺陷，确保高速列车安全可靠制动。在目前研发的350km/h及以上的高速列车上，已开展线性涡流制动、磁轨制动和空气动力制动这三种非粘制动方式的研究。

涡流制动是利用励磁电磁铁与钢轨的相对运动，在钢轨中产生涡流，涡流产生的磁场与励磁电磁铁产生的磁场相互作用，获得与列车前进方向相反的作用力分量。轨道涡流制动需要在现有高速列车基础上增加电磁铁等制动装置，增加了列车重量，所需消耗的能量大，而且会产生电磁干扰和电磁辐射污染等负面效应。

磁轨制动又称为电磁轨道制动。它是通过将车辆转向架上的电磁铁吸附在轨道上并使车辆在轨道上滑行产生的制动。与轨道涡流制动类似，增加电磁铁等制动装置也会加重列车重量。更值得注意的是：磁轨制动是通过与轨道摩擦产生热来消耗列车动能，会对钢轨产生磨耗，维修费用大。

空气动力制动从空气动力学角度开展研究，完全避免了轨道涡流制动和磁轨制动这两种非粘制动方式暴露出来的一些问题，它是用车顶展开的翼板增加运动方向上的迎风面积，利用大气与翼板的相对摩擦将列车的动能转化为热能，并随着空气的快速流动散于大气。它具有以下几个方面的优点：1、利用车顶展开的翼板增加空气阻力来产生制动力，大小与速度的平方成正比，速度越高则制动力越大，在高速时这一制动方式具有优良性能，弥补了高速时粘着制动的缺陷；2、空气动力制动充分利用风能这种清洁能源，具有节能环保的意义；3、空气动力制动装置仅需对车顶翼板安装位置处进行改动，与涡流制动对转向架的改动相比，空气动力制动对原有车辆结构改动较小，且改造周期短、设计相对简单；4、空气动力制动装置没有磨耗件，与盘型制动相比，摩擦热很小，而且产生的摩擦热也能随时散于大气，具有可靠性高、维修费用低等特点。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供了一种基于空气动力学的制动风翼。

本发明的技术方案如下：

一种齿轮齿条驱动式空气动力制动装置，至少包含：制动风翼、齿轮齿条传动机构以及滑块机构，所述制动风翼设置于列车顶部，所述制动风翼的前端和后端与列车顶部接触，所述列车顶部还设置有滑槽，所述制动风翼的左右两侧的前端和后端分别通过一对伸缩销连接一滑块机构，所述滑块机构能在所述滑槽内滑动，所述齿轮齿条传动机构设置于列车顶部一容纳空间中，且与所述制动风翼的下表面中部相连，所述齿轮齿条传动机构的动力由一驱动电机提供。

作为较佳的实施方式，无需制动时，所述伸缩销将所述制动风翼的前端和后端皆固定在所述滑块机构上，需要制动时，其中一对伸缩销释放所述制动风翼的一端，另一对伸缩销保持固定。

需要制动时，根据列车行驶方向，距离车头方向远的一对伸缩销释放所述制动风翼的一端，另一对伸缩销保持固定。

距离车头方向远的一对伸缩销释放所述制动风翼的一端后，齿轮齿条传动机构将所述制动风翼顶起一角度，所述制动风翼实现开启，所述驱动电机控制所述制动风翼开启的速度与角度。

本发明的有益效果在于：1、考虑到列车双向运行工况，制动风翼能双向打开；2、伸缩销的连锁装置，确保列车行驶及制动过程中制动风翼的安全性。

附图说明

图1为本发明齿轮齿条驱动式空气动力制动装置示意图。

图2为沿图1中A—A方向的剖面示意图。

图3为沿图1中B—B方向的剖面示意图。

图4为本发明的制动风翼展开时的示意图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步描述：

如图1~图3所示，一种齿轮齿条驱动式空气动力制动装置，至少包含：制动风翼1、齿轮齿条传动机构5以及滑块机构3，所述制动风翼1设置于列车顶部2，所述车体4靠近列车顶部2还设置有滑槽2a，所述制动风翼1的左右两侧前端分别通过一对伸缩销连接一滑块机构3，所述滑块机构3能在所述滑槽2a内滑动，所述齿轮齿条传动机构5设置于列车顶部2一容纳空间中，且与所述制动风翼1的下表面中部通过固定铰链6相连，所述齿轮齿条传动机构5的动力由一驱动电机提供。

如图4所示，无需制动时，所述伸缩销将所述制动风翼1的前端和后端皆固定在滑块机构3上，需要制动时，其中一对伸缩销可以通过同时向外或者向内运动的方式释放制动风翼1的一端，另一对伸缩销则保持固定。考虑到列车双向运行工况，制动风翼1能双向打开。在本具体实施方式中，选取距离车头方向远的一对伸缩销释放所述制动风翼1的一端，另一对伸缩销保持固定。伸缩销具有连锁机构，防止四个伸缩销同时开启而使得制动风翼飞出。

当距离车头方向远的一对伸缩销释放所述制动风翼1的一端后，齿轮齿条传动机构5将所述制动风翼1顶起一角度，此后，所述制动风翼1完成开启，当制动风翼1未打开到垂直位置时，制动风翼1所受到的空气阻力会有一个平行和向下的分量，平行的分力起到增大列车阻力的作用，而向下的分力可以增加列车与轮轨之间的作用力。驱动电机可以控制所述制动风翼1开启的速度与角度α，只要不开启到垂直位置即可。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围内。

Claims (4)

1.一种齿轮齿条驱动式空气动力制动装置，其特征在于，至少包含：制动风翼、齿轮齿条传动机构以及滑块机构，所述制动风翼设置于列车顶部，所述制动风翼的前端和后端与列车顶部接触，所述列车顶部还设置有滑槽，所述制动风翼的左右两侧的前端和后端分别通过一对伸缩销连接一滑块机构，所述滑块机构能在所述滑槽内滑动，所述齿轮齿条传动机构设置于列车顶部一容纳空间中，且与所述制动风翼的下表面中部相连，所述齿轮齿条传动机构的动力由一驱动电机提供。

2.根据权利要求1所述的齿轮齿条驱动式空气动力制动装置，其特征在于，无需制动时，所述伸缩销将所述制动风翼的前端和后端皆固定在所述滑块机构上，需要制动时，其中一对伸缩销释放所述制动风翼的一端，另一对伸缩销保持固定。

3.根据权利要求2所述的齿轮齿条驱动式空气动力制动装置，其特征在于，需要制动时，根据列车行驶方向，距离车头方向远的一对伸缩销释放所述制动风翼的一端，另一对伸缩销保持固定。

4.根据权利要求3所述的齿轮齿条驱动式空气动力制动装置，其特征在于，距离车头方向远的一对伸缩销释放所述制动风翼的一端后，齿轮齿条传动机构将所述制动风翼顶起一角度，所述制动风翼实现开启，所述驱动电机控制所述制动风翼开启的速度与角度。