CN105292170A - 一种高速列车的制动装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高速列车的制动装置，至少包括：支架、风阻板、组合上导轨、下滑轨、防脱链、传动气缸、顶杆、应急手柄；本装置是利用从车厢端墙两侧伸出的风阻板产生的空气阻力作为减速制动力；高速行驶的列车所受阻力主要为空气阻力，风阻板可提供强大的制动力，明显缩短制动所需时间及制动距离；在传统制动装置失效的情况下，可降低列车发生意外的几率；风阻板制动装置不存在机械磨损，维修保养的成本极低；制动力大小可通过改变风阻板的迎风面积方便实现调节；本装置所涉及的设备均为目前技术成熟产品，制造成本低；另外，本装置结构简单，部件很少，无需对现有列车结构做大的改动。

Description

一种高速列车的制动装置

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，特别涉及一种利用空气阻力制动的列车制动装置。

背景技术

高速列车的可靠制动是行车安全的基本要求，列车的制动方式按动能消耗方式分为摩擦制动（又称空气制动）与动力制动，摩擦制动包括闸瓦制动（踏面制动）、盘形制动、磁轨制动；动力制动包括电阻制动、再生制动、旋转涡流制动、轨道涡流制动等。按制动力形成方式又可分为粘着制动与非粘着制动，其中，闸瓦制动、盘形制动、电阻制动、再生制动、旋转涡流制动属粘性制动，磁轨制动与轨道涡流制动属非粘性制动；

目前高速列车普遍采用空电复合制动模式，即空气制动与动力制动结合，再加上不受电气故障影响的磁轨制动作为紧急制动的备用手段。磁轨制动是通过使列车转向架上的磁铁放下，利用磁铁与轨道之间的吸引力来产生较大的摩擦力，从而使列车减速。磁轨制动属于非黏着制动，制动力不受轮轨黏着系数的影响，制动力较稳定，但目前磁轨制动技术只能提供总制动力的10%多一点，而且磁轨制动直接与轨道摩擦，会产生很大的热能，导致轨道升温，同时它对钢轨磨损较大，因此磁轨制动被更多地运用于紧急制动。表1为我国高速试验列车300km/h紧急制动时各种制动方式制动力的分配比例，表2为不同初速下各种制动方式的制动距离。

表1紧急制动时各制动方式制动力占比分配

制动方式	盘形制动	运行阻力	动力制动	磁轨制动
					纯空气制动	93	7	—	—
空气制动与磁轨制动复合	82	6	—	12
					空气制动与动力制动复合	≥54	6	≤40	—
空气制动、动力制动与磁轨制动复合	≥48.5	5.4	≤36	10.1

表2高速列车的制动装置和紧急制动距离

在正常情况下高速列车以动力制动为主，不足部分以空气制动作为补偿。在该制动模式中，动力制动能力主要取决于动车的数量和各动车的动力制动功率。在动力分散式高速列车中，动力制动的能量占50%以上。对于动力集中式高速列车，在调速制动时，动力制动也占有较大的比例；在常用全制动和紧急制动时，空气制动则占有较大的比例，此时动力制动力已达到最大值，可调的是空气制动力，而且在低速及停车时必须依靠空气制动作用。

目前的空气制动普遍采用盘形摩擦制动的方式,在其他制动方式失效的情况下,可以保证高速列车能够在规定的距离之内停车,以确保列车运行的安全。但是盘形制动方式随着列车运行速度的提高,动能的增加,制动时产生的热能也大大增加,巨大的制动热负荷使制动盘容易产生热疲劳破坏，主要表现在交变温度和交变热应力同时作用下的机械损伤、组织蜕变和氧化腐蚀，严重时会在制动盘摩擦面上产生径向裂纹,容易导致制动盘的脆性断裂,影响行车安全，此外制动盘表面发生高温蠕变、高温氧化及摩擦热造成材料软化等问题，另外，制动盘使簧下重量及其引起的冲击振动增大；运行中还要消耗牵引功率，速度愈高，这种功率损失也越大。

动力制动虽然效率较高，在常规制动中大量使用，但由于该制动装置设计复杂，安装精度高，管线多，在意外情况下，列车可能发生电气故障而导致失电，所以在紧急制动中只能作为备选手段而不能作为终极的制动手段。

从表2可以看出，目前的制动方式普遍存在制动距离过长的问题，随着我国铁路不断向高速、超高速化发展，现有的制动方式从装置的材质、制动能量及舒适性方面考虑已经越来越难以满足300km/h以上时速的高速列车的营运要求。

针对这种情况，本发明设计了一种利用空气阻力制动的装置，其原理是利用从车厢两侧伸出的风阻板产生的空气阻力作为减速制动力；与传统制动装置相比，风阻板制动装置具有制动力大、制动距离短、无机械磨损、维护保养简单及技术成熟的优点。

发明内容

为了解决高速列车现有制动技术中存在的制动方式单一，机械磨损严重以及制动力不足的问题，本发明提供了一种利用空气阻力制动的列车制动装置。

1.本发明提供的制动装置，至少包括：支架、风阻板、组合上导轨、下滑轨、防脱链、传动气缸、顶杆及应急手柄；支架整体焊接在车厢的端墙上，是整个装置的主要承重构件；下滑轨焊接在支架底部，组合上导轨焊接在支架上部同一高度的前后侧，支架的内侧（靠通道一侧）焊接一档板；风阻板安装在支架内，处于组合上导轨、下滑轨与挡板之间；传动气缸安装在风阻板下方，通过顶杆与风阻板相连；列车正常行驶时，传动气缸处于原始回缩状态，风阻板处于原位（未伸出车体）；需要制动时，在电气系统操纵下传动气缸充气加压，推动活塞向前运动，与活塞相连的顶杆向前推动风阻板向车体外伸出，利用空气阻力产生制动力；需关闭制动时，传动气缸排气回缩，风阻板回归原位；应急手柄是在传动气缸工作异常时用人力将风阻板从原位拉出并锁定的装置；以上装置均为两套，左右各一，对称分布在车厢通道两侧的端墙上，两套装置的规格、型号及安装方法完全相同，制动时两套装置同时起作用，保证车体所受空气阻力平衡。

2.所述的支架为长方体框架，由不锈钢、铝合金或其它高强度材料焊接而成；两个支架分别焊接在通道两侧的端墙外表面。

3.所述的风阻板为矩形板或近矩形板，其长宽尺寸略小于支架尺寸，由不锈钢板、铝合金或其它高强度刚性材料制成；风阻板上装有滚轮，滚轮安装在风阻板的底边，垂直向下，风阻板可沿上导轨及下滑轨自由伸出车体，伸出车体的风阻板与车体垂直；两块风阻板对称安装于端墙两侧的支架上。

4.所述的组合上导轨为两条带滚珠的导轨组合，滚珠为圆柱体或球体，由耐磨、耐腐蚀的金属或合金材料制成，两条导轨相向焊接在支架的横梁上，两条导轨高度相同，轨面均与端墙平行；下滑轨焊接在支架最底部，轨面与端墙垂直。

5.所述的防脱链由具有高抗拉强度的的金属链或其它材料制成，一端固定在支架的挡板上，另一端连在风阻板的内侧（靠近通道一侧），防脱链的长度为风阻板宽度的2/3~4/5，确保风阻板在正常行驶及制动时不会从支架滑落。

6.所述的传动气缸主要由腔体、进气阀、排气阀、活塞及拉伸弹簧组成；两个传动气缸对称分布于通道两侧的端墙底部；列车正常行驶时，传动气缸内无气压，拉伸弹簧处于回缩状态，风阻板处于原位；列车制动时，在电气系统操纵下传动气缸充气，推动活塞向前运动，顶杆随之向前推动风阻板伸出车体；关闭制动时，传动气缸排气回缩，风阻板回归原位。

7.所述的顶杆一端连在传动气缸的活塞上，另一端连在风阻板内侧。

8.应急手柄安装在车厢内的端墙上，在传动气缸失灵的情况下，由工作人员用人力将风阻板从原位拉出并锁定。

本发明的优越性

(1)可以提供很大的制动力，大大缩短制动所需的时间及制动距离，特别在传统制动手段失效时可以发挥中终极制动作用，明显降低列车发生意外的几率；

(2)没有活动部件，不存在机械磨损，维修保养的成本很低；

(3)制动力大小可通过改变风阻板的迎风面积方便实现调节；

（4）所涉及的设备均为技术成熟产品，制造成本低；

(5)装置结构简单，部件少，安装在车厢端墙上，无需对高速列车的结构做大的改动，容易在现有列车上改装。

附图说明

图1为风阻板制动装置示意图。

图2为风阻板制动装置的应急手柄示意图。

具体实施方式

以下结合附图详细描述本发明的实施过程

如附图1所示，本发明装置包括支架1、风阻板2、组合上导轨3、下滑轨4、防脱链5、传动气缸6、顶杆7及应急手柄8。制动装置为A、B两套，左右各一，对称分布在车厢端墙两侧，两套装置的规格、型号及安装方法完全相同，故以一套为例来描述实施的过程，但须指出，本发明装置在实施制动时，A、B两套同时发挥作用。

支架1为长方体框架，由不锈钢、铝合金或其它高强度材料焊接而成；支架是整个装置的主要承重构件，同时也焊接其它功能构件；支架上部约2/3~4/5高度处相向焊接组合上导轨3（两条导轨组合），最底部焊接下滑轨4，支架的内侧（靠通道一侧）焊接一档板；支架上的功能构件焊接好以后，支架整体焊接在车厢端墙两侧。

风阻板2由不锈钢板、铝合金或其它高强度刚性材料制成；风阻板2为矩形板或近矩形板，其长宽尺寸略小于支架尺寸；风阻板2的底边装有滚轮，滚轮垂直向下；风阻板2被安装在支架1内，处于组合上导轨3、下滑轨4与挡板之间，可沿组合上导轨3及下滑轨4自由伸出支架1，伸出支架1的风阻板2与车体垂直，形成迎风面，产生空气阻力；安装时，从支架1外侧将风阻板2推入组合上导轨3与下滑轨4之间，然后连接顶杆与防脱链。

组合上导轨3为一组带滚珠的导轨组合，滚珠为圆柱体或球体，由耐磨、耐腐蚀的金属或合金材料制成，两条导轨相向焊接在支架1的横梁上，两条导轨高度相同，轨面均与端墙平行；下滑轨4焊接在支架最底部，轨面与端墙垂直；组合上导轨3设计为可拆换式导轨，必要时予以更换。

防脱链5由具有高抗拉强度的的金属链或其它材料制成，一端固定在支架1的挡板上，另一端连在风阻板2的内侧（靠近通道一侧）；防脱链的长度为风阻板宽度的2/3~4/5，确保风阻板在正常行驶及制动时不会从支架1上滑落。

传动气缸6主要由腔体、进气阀、排气阀、活塞及拉伸弹簧组成；两个传动气缸6对称分布于端墙两侧底部；列车正常行驶时，传动气缸6内无气压，拉伸弹簧处于回缩状态，风阻板2处于原位；列车制动时，在电气系统操纵下传动气缸6充气，推动活塞向前运动，因顶杆7连在活塞上，所以顶杆随之向前推动风阻板2伸出车体；关闭制动时，传动气缸6排气，弹簧回缩，风阻板2回归原位。

附图2所示，所述的应急手柄8安装在车厢内的端墙上，在传动气缸6失灵的情况下，由工作人员强行拉动风阻板2使之从原位伸出车体并锁定。

以上所述是本发明的优选实施方式之一，应该指出，对于本领域的普通技术人员，在不脱离本发明构思的前提下，可以做出若干改进或调整，这些改进或调整方案也落在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种高速列车的制动装置，其特征在于：至少包括：支架、风阻板、组合上导轨、下滑轨、止脱链、传动气缸、顶杆及应急手柄；支架整体焊接在车厢的端墙上，是整个装置的主要承重构件；下滑轨焊接在支架底部，组合上导轨焊接在支架上部同一高度的前后侧，支架的内侧（靠通道一侧）焊接一档板；风阻板安装在支架内，处于组合上导轨、下滑轨与挡板之间；传动气缸安装在风阻板下方，通过顶杆与风阻板相连；列车正常行驶时，传动气缸处于原始回缩状态，风阻板处于原位（未伸出车体）；需要制动时，在电气系统操纵下传动气缸充气加压，推动活塞向前运动，与活塞相连的顶杆向前推动风阻板向车体外伸出，利用空气阻力产生制动力；需关闭制动时，传动气缸排气回缩，风阻板回归原位；应急手柄是在传动气缸工作异常时用人力将风阻板从原位拉出并锁定的装置；以上装置均为两套，左右各一，对称分布在车厢通道两侧的端墙上，两套装置的规格、型号及安装方法完全相同，制动时两套装置同时起作用，保证车体所受空气阻力平衡。

2.根据权利要求1所述的一种高速列车的制动装置，其特征在于：所述的支架为长方体框架，由不锈钢、铝合金或其它高强度材料焊接而成，其尺寸略小于车厢通道两侧的端墙尺寸；两个支架分别焊接在通道两侧的端墙外表面。

3.根据权利要求1所述的一种高速列车的制动装置，其特征在于：所述的风阻板由不锈钢板、铝合金或其它高强度刚性材料制成；风阻板为矩形板或近矩形板，其长宽尺寸略小于支架尺寸；两块风阻板对称安装于两个支架上。

4.根据权利要求3所述的一种高速列车的制动装置，其特征在于：所述的风阻板上装有滚轮，滚轮安装在风阻板的底边，垂直向下。

5.根据权利要求3所述的一种高速列车的制动装置，其特征在于：所述的风阻板可沿组合上导轨及下滑轨自由伸出车体，伸出车体的风阻板与车体垂直。

6.根据权利要求5所述的一种高速列车的制动装置，其特征在于：所述的组合上导轨为两条带滚珠的导轨组合，滚珠为圆柱体或球体，由耐磨、耐腐蚀的金属或合金材料制成，两条导轨相向焊接在支架上，两条导轨高度相同，轨面均与端墙平行；下滑轨焊接在支架最底部，轨面与端墙垂直。

7.根据权利要求1所述的一种高速列车的制动装置，其特征在于：所述的防脱链由具有高抗拉强度的的金属链或其它材料制成，一端固定在支架的挡板上，另一端连在风阻板的内侧（靠近通道一侧），防脱链的长度为风阻板宽度的2/3~4/5，确保风阻板在正常行驶及制动时不会从支架滑落。

8.根据权利要求1所述的一种高速列车的制动装置，其特征在于：所述的传动气缸主要由腔体、进气阀、排气阀、活塞及拉伸弹簧组成；两个传动气缸对称分布于端墙两侧底部；列车正常行驶时，传动气缸内无气压，拉伸弹簧处于回缩状态，风阻板处于原位；列车制动时，在电气系统操纵下传动气缸充气，推动活塞向前运动，顶杆随之向前推动风阻板向外伸出；关闭制动时，传动气缸排气回缩，风阻板回归原位。

9.根据权利要求8所述的一种高速列车的制动装置，其特征在于：所述的顶杆一端连在传动气缸的活塞上，另一端连在风阻板内侧。

10.根据权利要求1所述的一种高速列车的制动装置，其特征在于：所述的应急手柄安装在车厢内的端墙上，在传动气缸失灵的情况下，由工作人员用人力将风阻板从原位拉出并锁定。