CN103085837A - 一种用于高速列车的减速伞制动装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种用于高速列车的减速伞制动装置，安装在高速列车尾部，在列车常规制动或紧急制动时提供气动阻力，辅助列车制动。本发明在高速列车制动或者紧急制动时，打开减速伞制动装置，张满的减速伞与空气相互作用，产生额外的气动制动阻力，增大列车的制动减速度，使之减速，缩短列车制动距离，提高高速列车制动时的安全性。本发明涉及的减速伞制动装置不仅适用于现有的高速列车，也适用于未来可能研制使用的更高速列车。同时，本发明产生的气动阻力基于空气动力学原理，不消耗能源，不产生环境污染。

Description

一种用于高速列车的减速伞制动装置

技术领域

本发明涉及高速列车的制动技术，特别涉及运用空气动力学理论，通过在列车尾部安装减速伞制动装置，以对高速行驶的列车在常规制动或紧急制动过程中提供额外的制动阻力来缩短制动距离进而提高制动安全性。

背景技术

高速列车制动能力主要体现停车制动过程中列车的制动距离，制动距离的大小直接影响着列车的安全性能。在线路、制动系统、制动方式和司机操纵方式等条件不变的情况下，列车的制动距离基本上与列车制动初速度的平方成正比例关系。因而随着列车速度的提高，必须改进其制动装置和制动控制方式以满足高速列车制动距离相对较短的要求，高速列车一般包括常规制动和紧急制动，其紧急制动距离是检验列车制动能力和运行安全性的重要技术条件，同时也是通信信号系统设计和运输组织合理规划的重要依据。

综合多方面的因素考虑,，高速列车制动系统必需具备以下条件：

(1)尽可能的缩短制动距离以保障行车安全；

(2)保证高速制动时不滑行；

(3)司机操纵列车制动系统灵活可靠，能满足列车自动制动的要求；

(4)尽量减轻制动装置重量。

发明内容

本发明的目的在于提供一种节能绿色环保的高速列车制动方式，以缩短列车高速运行中的制动距离提高制动安全性；本发明运用空气动力学理论，通过在列车尾部安装减速伞制动装置为高速列车提供额外的制动阻力，以提高列车常规制动或紧急制动时的总制动阻力，缩短高速列车的制动距离，提高列车制动时的安全性。同时，该制动阻力由空气动力产生，不额外消耗能源，不产生污染。

本发明所述的一种用于高速列车的减速伞制动技术，不仅适用于现有的CRH系列高速列车，也适用于未来研制使用的更高速列车。

本发明采用的减速伞制动装置，是利用气流与减速伞系统相互作用会产生气动阻力这一空气动力学理论，在列车尾部安装减速伞来加强高速列车的制动效果。

本发明采用的减速伞制动装置，是安装在列车最后一节车厢尾部的上端处。减速伞工作时，离地高度较大，避免减速伞接地损坏制动装置。

本发明采用的减速伞制动装置，主要包括伞舱控制台、引导伞、伞衣套和减速伞。伞舱控制台控制减速伞的工作状态；引导伞带有中心绳，在制动时将包装好的减速伞从伞舱中拉出，拉直并拉脱伞衣套；伞衣套的作用是使减速伞有良好的开伞程序；减速伞提供列车制动时所需的空气阻力。

本发明采用的减速伞制动装置，在列车常规制动或紧急制动时由驾驶员控制减速伞弹出，在引导伞以及气流的作用下张开工作；并在列车制动减速至50km/h时，由伞舱控制台控制回收。减速伞张满后迎风面半径为2.5m，迎风面积为伞面积为19.625m²，减速伞下端距离铁轨高度为1.3m左右。

本发明的优点在于：

(1)本发明采用的减速伞制动装置，当列车正常行驶时，收缩在伞舱控制台内，不破坏列车原有的气动外形，不产生额外的阻力。而且由于仅需要对列车尾部进行改造，破坏性小，不仅适合在列车生产过程中进行安装，也适合对已运营的列车进行升级改造。

(2)本发明采用的减速伞制动装置，工作时给列车提供的气动制动阻力来源于伞系统与空气的相对运动，不产生额外的能源消耗，也不会产生额外的环境污染。

(3)本发明采用的减速伞制动装置，在列车高速时能够提供较大的制动减速度，而且列车速度越大，产生的制动阻力和制动减速度越大，制动效率高，应用范围广。

(4)本发明采用的减速伞制动装置，在列车制动至较小速度时，由伞舱控制台控制回收，能够回收利用。

附图说明

图1为列车正常行驶，减速伞制动装置不工作时的二位侧视图；

图2为列车制动或紧急制动时，减速伞制动装置工作时的二维侧视图；

图3为列车制动或紧急制动时，减速伞制动装置组成各部分示意图；

图4为减速伞制动装置工作时，列车运行速度为300Km/h时，不同主伞迎风面积下，CFD数值模拟的制动装置提供的阻力系数和气动阻力图；

图5为减速伞制动装置工作时，列车运行速度为300Km/h时，不同主伞迎风面积下，CFD数值模拟的制动装置提供的制动减速度图；

图6为减速伞制动装置工作时，主伞迎风面半径为2.5m，列车速度在目前高铁运营速度下以及未来可能出现的更高速度下时，CFD数值模拟的制动装置额外提供的阻力系数和气动阻力图。

图7为列车制动或紧急制动时，减速伞制动装置正常工作，减速伞迎风面半径为2.5m，列车速度在目前动车与高铁运营速度下以及未来可能出现的更高速度下时，CFD数值模拟的制动装置额外提供的制动减速度图；

图8为减速伞制动装置工作时，随着刹车过程中速度的减小，CFD数值模拟的制动装置提供的制度减速度图。

图中：

1、伞舱控制台；2、钢索或绳索；3、保护装置；4、减速伞；5、伞衣套；6、引导伞。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明。

采用CRH2动车外形作为实施案例中的参考车型，列车质量150t，列车车厢顶部距离地面高度为3.8m左右。

应用本发明提供的一种用于高速列车的减速伞制动装置，在列车的尾部安装。所述的减速伞制动装置包括伞舱控制台1、减速伞4、伞衣套5和引导伞6，如图3所示，伞舱控制台1安装在列车尾部车厢内部，位于车厢后缘的顶端，伞舱控制台1内含有弹射机构和收缩机构，弹射机构用于在列车制动开始时将减速伞弹射出伞舱，收缩机构用于在列车制动结束时将减速伞收回伞舱，两种机构均由驾驶员直接控制。所述的弹射机构和收缩机构与减速伞4之间通过钢索或者绳索2连接，当列车正常行驶时，减速伞4收缩在伞衣套5内，安放在伞舱控制台1内，伞舱门闭合。引导伞6中心绳与伞衣套5和减速伞4连接，减速伞4中心绳与绳索或钢索2连接，减速伞4与引导伞6中心绳的结合处以及减速伞4中心绳与绳索或钢索2的结合处设置有保护装置3，作用是将部件连接部保护起来，防止与车厢或铁轨发生碰撞和摩擦损伤，一般可使用橡皮圈等柔性装置。

列车制动或紧急制动时，在列车驾驶员控制下，伞舱门打开，减速伞4被弹出伞舱，引导伞6在气流的作用下充气张满，并将减速伞4及连接绳索拉出、拉直，同时伞衣套5从伞衣上脱落，减速伞4在气流的作用下，开伞充气并张满。如图2与图3所示。当空气流过减速伞时，由于减速伞的作用，在减速伞前面，流速减小，压强增大，而在减速伞的背面，流速增大，压强减小，因而在减速伞前后形成了巨大的压力差，进而对减速伞制动装置产生巨大的气动阻力。

本发明所述的一种用于高速列车的减速伞制动装置，在减速伞完全张满后，其减速伞迎风面半径为2.5m，迎风面积为19.625m²，减速伞下表面离地高度为1.3m左右（在现有列车高度3.8m基础上）。图4和图5在现有高铁运营速度300Km/h下，其在不同减速伞迎风面半径下，减速伞制动装置提供的阻力系数（Cd）、气动阻力（Fd）以及制动减速度（a）。

阻力系数、气动阻力以及制动减速度三者的关系为：

$\mathrm{Fd}=\frac{1}{2}\mathrm{\ρ}{V}^2\mathrm{SCd}---\left(1\right)$

$a=\frac{\mathrm{Fd}}{m}---\left(2\right)$

S＝πR²            (3)

式中，Cd通过CFD数值模拟获得，ρ为当地空气密度，取1.225kg/m³，V为列车运营速度，单位为m/s，S为减速伞迎风面积，R为减速伞迎风半径，m为列车质量。

从图4和图5中可以看出，随着减速伞迎风面积的增大，伞系统提供的阻力系数、气动阻力以及制动减速度均逐渐增加。同时，随着减速伞面积的增大，其配套设备也需相应增大，增加了伞系统的生产成本；更大的减速伞面积意味着更长的减速伞张满时间，制约了伞系统制动效果的发挥；随着减速伞半径的增大，其离地越来越近，加大了伞系统的接地可能性，增加了伞系统的不安全性。因而，在满足列车紧急制动要求的前提下，减速半径越小越好。当今高速动车紧急制动常规制动减速度约为1m/s²，从图5可以看出，在减速伞半径为R=2.5m情况下，减速伞制动装置能够提供1.3m/s²的制动减速度，满足了列车紧急制动的要求，而且减速伞下端距地面1.3m左右，安全可靠。因而，综合各方面考虑，在减速伞迎风面半径为2.5m，面积为19.625m²时，减速伞制动装置性能最佳。

本发明所述的一种用于高速列车的减速伞制动装置，在高速列车制动或紧急制动时能够产生较大的气动阻力，提供较大的制动减速度，进而缩短高速列车的制动距离，增加高速列车的运营安全性。图6和图7为减速伞迎风面半径为2.5m时，在目前高铁运营速度下，以及未来可能出现的更高运营速度下，制动装置能够提供的阻力系数、气动阻力以及制动减速度图。从图中可以看出，减速伞制动装置不仅适用于现有的高速列车，而且对未来可能研制生产的更高速列车同样有效。而且，随着列车速度的增加，制动装置能够提供的制动阻力也在逐步增加。

本发明所述的一种用于高速列车的减速伞制动装置，在列车速度减速至50Km/h后，减速伞收回伞舱。图8为高速列车制动减速过程中，减速伞制动装置提供的制动减速度。从图中可以看出，随着速度的减小，制动装置提供的减速度也逐渐减小。在列车速度为50Km/h时，制动装置能够提供的减速度较小，仅有0.037m/s²，另一方面由于此时列车速度较小，已不需要额外的制动阻力。因此，此时回收减速伞制动装置较为合适。

Claims (6)

1.一种用于高速列车的减速伞制动装置，其特征是：所述的减速伞制动装置安装在高速列车的车厢尾部，用以提供高速列车在常规制动或紧急制动时的制动阻力，缩短高速列车的制动距离。

2.根据权利要求1所述的一种用于高速列车的减速伞制动装置，其特征是：所述的高速列车是运营速度为250km/h或310km/h的高速动车。

3.根据权利要求1所述的一种用于高速列车的减速伞制动装置，其特征是：所述的减速伞制动装置由伞舱控制台、引导伞、伞衣套和减速伞构成，伞舱控制台与减速伞中心绳之间通过钢索或者绳索连接，当列车正常行驶时，减速伞呈收缩状态收缩在伞衣套内，安放在伞舱控制台内，伞舱门闭合；引导伞中心绳连接伞衣套和减速伞，所述的减速伞在列车常规制动或紧急制动时，在列车驾驶员控制下，伞舱门打开，减速伞被弹出伞舱，引导伞在气流的作用下充气张满，并将减速伞及连接绳索拉出、拉直，同时伞衣套从伞衣上脱落，减速伞在气流的作用下，开伞充气并张满，开始工作。

4.根据权利要求3所述的一种用于高速列车的减速伞制动装置，其特征是：减速伞与引导伞中心绳的结合处设置有保护装置。

5.根据权利要求3所述的一种用于高速列车的减速伞制动装置，其特征是：所述的减速伞在完全张满后，其迎风面半径为2.5m，面积为19.625m²。

6.根据权利要求3所述的一种用于高速列车的减速伞制动装置，其特征是：所述的减速伞在列车制动减速至50Km/h时，在列车驾驶员控制下，减速伞回收放置在伞舱内，关闭伞舱门。

Images