CN105329254B - 一种高速列车的车轴叶轮制动装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高速列车的车轴叶轮制动装置，包括：叶轮、隔板、屏蔽罩、滑杆、弹簧、拨杆及驱动机构；叶轮装在车轴上，屏蔽罩通过装在隔板上的滑杆及弹簧将叶轮罩在隔板上；当列车发出制动指令时，驱动机构操纵拨杆将屏蔽罩沿轴向从叶轮上移开，随车轴高速旋转的叶轮，对空气做功，同时与迎面的空气剧烈碰撞，将列车的动能耗散于空气中，从而达到制动目的；当列车发出终止制动指令时，拨杆收起，屏蔽罩靠弹簧拉力重新罩在叶轮上，与空气隔开。本制动装置结构简单，制动效率高，制动力大、可显著缩短制动所需时间及制动距离；本装置无机械磨损，具有免维修，寿命长的优点，是一种全新概念的制动手段。

Description

一种高速列车的车轴叶轮制动装置

技术领域

本发明属于铁路车辆的制动技术领域，特别涉及一种高速列车的车轴叶轮制动装置。

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300 km/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

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300 km/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车轴叶轮制动的装置，其原理是利用套在车轴上的叶轮的高速旋转，对空气做功，同时叶片与迎面的空气剧烈碰撞，从而将列车的动能消散于空气达到制动的目的；与传统制动装置相比，车轴叶轮制动装置具有结构简单，制动效率高、无机械磨损及维护保养费用低的优点。

发明内容

为了解决高速列车现有制动技术中存在的机械磨损大、维修成本高及制动力不足的缺点，本发明提供了一种全新概念的车轴叶轮制动装置。

所述的一种高速列车的车轴叶轮制动装置，包括以下几部分：叶轮、屏蔽罩、隔板、滑杆、弹簧、拨杆及驱动机构；叶轮以过盈配合装于车轴上；列车正常行驶时，叶轮被罩于屏蔽罩中而与空气隔离；制动时，驱动机构操纵拨杆沿轴向将屏蔽罩平移，露出高速旋转的叶轮，叶轮对空气做功，同时与迎面的空气剧烈碰撞，从而将列车的动能耗散于空气中，达到制动目的；制动结束，拨杆收起，屏蔽罩靠弹簧拉力回缩重新罩在叶轮上；本装置即可装在动车车轴上也可装在拖车车轴上，同一根车轴可以安装一套或多套叶轮制动装置。

所述的叶轮由轴套、叶片组成，均由高强度合金钢制成；所述的轴套为有厚度的金属圆筒，由与车轴同材质的合金钢制成，过盈配合装在车轴上；所述的叶片焊接在隔板两侧的轴套上或是与轴套一起整体铸造，叶片的型式可以是前弯或后弯。

所述的隔板为高强度合金钢制成的环形圆板，焊接在轴套上或是与轴套一起整体铸造，隔板处在轴套的正中，与轴套垂直；隔板上有环形凹槽，凹槽内有密封垫片；隔板上也有弹簧挂孔；隔板的直径大于叶片的直径。

所述的屏蔽罩为带裙板的不锈钢或其它合金制成的圆筒，圆筒一端有底板，底板有圆形孔，孔直径大于车轴的直径；圆筒另一端为敞口，敞口端的内径大于叶轮的直径；裙板外缘有供滑杆穿行的滑孔，裙板外缘装有弹簧调节螺栓。

所述的滑杆为光滑的不锈钢棒或不锈钢厚壁管，焊接在隔板近外缘的圆周上或用螺栓固定，滑杆与隔板垂直；隔板左右的滑杆长度相等，滑杆的尾端有自锁螺母及安全销，滑杆可以是两根、三根或多根。

所述的弹簧为拉簧，由高强度合金钢制造，一端挂于屏蔽罩裙板的螺栓上，一边挂在隔板的挂孔上；所述弹簧至少有两个。

所述的拨杆为一组（两根）耐磨金属棒，与驱动机构连接，平时收起，制动时从车轴的前后侧同时垂下，处于屏蔽罩的裙板两侧，然后沿轴向从里向外拨动裙板，使旋转叶轮外露，对空气做功耗能从而产生制动力；制动结束时，拨杆收起，屏蔽罩靠弹簧的拉力回缩，重新罩住叶轮，使叶轮与空气隔离。

所述的驱动机构采用气动驱动，由列车风源系统的压缩空气气功动力。

本发明的有益效果在于：

1)结构简单，制动力大，显著缩短制动所需的时间及制动距离，特别在紧急制动时可以在很短的距离内停车，明显降低列车发生意外的几率；

2)无机械磨损，维修保养成本低，寿命长；

3）安装容易，控制机构简单，几乎不需要对现有列车的车体结构做改动。

附图说明

图1为正常行驶时车轴叶轮制动装置示意图。

图2为制动时车轴叶轮制动装置示意图。

图3为屏蔽罩示意图（沿车轴方向）。

图4为屏蔽罩示意图（沿车轨方向）。

具体实施方式

以下结合附图详细描述本发明的实施过程。

实施例一。

如图1~4所示，本发明装置包括叶轮1（含轴套与叶片）、隔板2,、屏蔽罩3、滑杆4、弹簧5、拨杆6及驱动机构7。

1）将叶轮1的轴套与叶片与隔板2整体铸造成型；所用材料均为与车轴相同材质的高强度合金钢；叶片采用后弯叶片；隔板2上有环形凹槽及弹簧挂孔。

2）将叶轮过盈配合装在车轴上。

3）将二根中间及两头带螺纹的滑杆4穿过隔板2的滑孔，然后用止脱螺母固定在隔板2上。

4）将屏蔽罩3装在滑杆4上，将二根高强度弹簧5连在隔板2与屏蔽罩3的裙板之间，调整好弹簧5的松紧，使得在不受外力时，屏蔽罩3的敞口端能进入隔板2的环形凹槽内并压紧密封垫片；然后在滑杆4的顶端装好自锁螺母并插好安全销。

5）按以上方法在动车车轴上装两个这样的叶轮1。

如图1所示，列车正常行驶时，叶轮1在屏蔽罩3内。

如图2所示，当列车发出制动指令时，驱动机构7启动，操纵一组拨杆6沿轴向由里向外运动，最终克服弹簧拉力将屏蔽罩3从叶轮1上移开，高速旋转的叶轮1对空气做功，同时迎面风与叶轮1的叶片高速碰撞，从而将列车的动能耗散于空气中，达到减速制动的目的；制动结束后，拨杆6收起，屏蔽罩3靠弹簧5的拉力回缩重新罩在叶轮1上，与空气隔离。

实施例二。

如图1~ 4所示，本发明装置包括叶轮1（含轴套与叶片）、隔板2、屏蔽罩3、滑杆4、弹簧5、拨杆6及驱动机构7。

1）将高强度合金钢材质的叶片、隔板2分别焊接在轴套上，叶片采用前弯叶片，轴套采用与车轴相同的材质，隔板2预先按设计要求车削环形凹槽，打孔及焊接弹簧挂环。

2）将轴套过盈配合装在车轴上。

3）将三根滑杆4穿过隔板2的圆孔然后焊牢。

4）将屏蔽罩3通过裙板的圆孔装在滑杆4上，将4根高强度弹簧5连在隔板2与屏蔽罩3的裙板之间，调整好弹簧5的松紧，使得在不受外力时，屏蔽罩3的敞口端能紧紧嵌入隔板2的环形凹槽内；然后在滑杆4的尾端装好自锁螺母并插好安全销。

5）按以上方法在拖车的车轴上装两个这样的叶轮。

如图1所示，列车正常行驶时，叶轮1在屏蔽罩内。

如图2所示，当列车发出制动指令时，驱动机构7启动，操纵一组拨杆6沿轴向由里向外做平移运动，最终克服弹簧5的拉力将屏蔽罩3从叶轮1上移开，高速旋转的叶轮1对空气做功，同时迎面风与叶轮1的叶片高速碰撞，从而将列车的动能耗散于空气中，达到减速制动的目的；制动结束后，拨杆6收起，屏蔽罩3靠弹簧5的拉力回缩重新罩在叶轮上，与空气隔离。

以上所述是本发明的优选实施方式，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 (9)

1.一种高速列车的车轴叶轮制动装置，其特征在于，包括：叶轮、屏蔽罩、隔板、滑杆、弹簧、拨杆及驱动机构；叶轮以过盈配合装于车轴上；屏蔽罩为带裙板的不锈钢或其它合金制成的圆筒，圆筒一端有底板，底板有圆形孔，孔直径大于车轴的直径；圆筒另一端为敞口，敞口端的内径大于叶轮的直径；裙板外缘有供滑杆穿行的滑孔，裙板外缘装有弹簧调节螺栓；列车正常行驶时，叶轮被罩于屏蔽罩中而与空气隔离；制动时，驱动机构操纵拨杆沿轴向将屏蔽罩平移，露出高速旋转的叶轮，叶轮对空气做功，同时与迎面的空气剧烈碰撞，从而将列车的动能耗散于空气中，达到制动目的；制动结束，拨杆收起，屏蔽罩靠弹簧拉力回缩重新罩在叶轮上；本装置装在动车车轴上或拖车车轴上，同一根车轴安装一套或多套叶轮制动装置。

2.根据权利要求1所述的一种高速列车的车轴叶轮制动装置，其特征在于：所述的叶轮由轴套、叶片组成，均由高强度合金钢制成。

3.根据权利要求2所述的一种高速列车的车轴叶轮制动装置，其特征在于：所述的轴套为金属圆筒，由与车轴同材质的合金钢制成，过盈配合装在车轴上。

4.根据权利要求2或3所述的一种高速列车的车轴叶轮制动装置，其特征在于：所述的叶片焊接在隔板两侧的轴套上或是与轴套一起整体铸造，叶片的型式是前弯或后弯。

5.根据权利要求1所述的一种高速列车的车轴叶轮制动装置，其特征在于：所述的隔板为高强度合金钢制成的环形圆板，焊接在轴套上或是与轴套一起整体铸造，隔板处在轴套的正中，与轴套垂直；隔板上有环形凹槽，凹槽内有密封垫片；隔板上也有弹簧挂孔；隔板的直径大于叶片的直径。

6.根据权利要求1所述的一种高速列车的车轴叶轮制动装置，其特征在于：所述的滑杆为光滑的不锈钢棒或不锈钢管，焊接在隔板近外缘的圆周上或用螺栓固定，滑杆与隔板垂直；隔板左右的滑杆长度相等，滑杆的尾端有自锁螺母及安全销，所述滑杆是两根以上。

7.根据权利要求1所述的一种高速列车的车轴叶轮制动装置，其特征在于：所述的弹簧为拉簧，由高强度合金钢制造，一端挂于屏蔽罩裙板的螺栓上，一边挂在隔板的挂孔上；所述弹簧至少有两个。

8.根据权利要求1所述的一种高速列车的车轴叶轮制动装置，其特征在于：所述的拨杆为一组耐磨金属棒，与驱动机构连接，平时收起，制动时从车轴的前后侧同时垂下，处于屏蔽罩的裙板两侧，然后沿轴向从里向外拨动裙板，使旋转叶轮外露，对空气做功耗能从而产生制动力；制动结束时，拨杆收起，屏蔽罩靠弹簧的拉力回缩，重新罩住叶轮，使叶轮与空气隔离。

9.根据权利要求1所述的一种高速列车的车轴叶轮制动装置，其特征在于：所述的驱动机构采用气动驱动，由列车风源系统的压缩空气提供动力。