CN105346526A - 一种高速列车的紧急制动技术 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高速列车的紧急制动技术，至少包括卷扬机、制动盘、闸片、卡钳、联轴器、阻尼油缸、缆绳、定滑轮、带柄挂环、挂环腔、气缸、手动推杆及带伞盖钢桩；正常行驶时，带柄挂环在挂环腔内处于锁定状态；当列车遇险情按下紧急制动按钮时，列车的气动及液压系统启动，在气缸活塞的驱动下使带柄挂环伸出挂环腔，套住铁轨中间的钢桩，缆绳随即从卷扬机上释放；同时液压装置驱动卡钳使刹车闸片与制动盘表面接触产生摩擦，阻尼油缸中的滚筒随卷扬机的转动而旋转，滚筒上的叶片与高粘度阻尼油产生摩擦；制动盘与阻尼油缸共同产生的摩擦力使缆绳产生强大的拖曳力从而实现列车的紧急制动；该技术可满足超高速列车的紧急制动要求。

Description

一种高速列车的紧急制动技术

技术领域

本发明属铁路车辆制动技术领域，具体涉及一种高速列车的紧急制动技术。

背景技术

目前,300公里时速的高速列车已经在国内多条客运线上正常运行,500公里时速甚至更高速列车也已经在试验当中,而法国早在2007年就创造了时速574.8公里的世界最高纪录。越来越快的速度使列车的制动面临越来越严重的挑战.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。

表2高速列车的制动装置和紧急制动距离。

由表2可见,传统的制动方式在时速300公里的初速下,即使动用全部的制动手段也须有4000米左右的制动距离,当提高到380公里时速时,制动距离增大到8500米,如果时速提高到500公里时速,制动距离将会急剧增大,而设想中的真空管道列车时速不低于1000公里，制动距离将达到不可想象的地步。显然,传统制动技术已经很难保证在遇到紧急情况时将列车速度降到安全范围,也很难在列车前方突发险情如塌方、滑坡、山洪时将列车及时停下来,这无疑给高速列车的安全行驶带来了很大的隐患.究其原因,主要是目前常用的制动方式如盘形制动受列车制动盘数量及制动盘材料耐热极限制约，同时由于高速下轮轨黏着系数降低,使得黏着制动力下降,而动力制动则受制动功率的限制也只能提供总制动力的40%左右,况且紧急情况时，动力制动很可能因意外失电而无法发挥作用。

针对高速列车制动技术目前存在的问题,尤其在紧急制动方面存在的不足,本发明设计了一种利用缆绳拖曳制动的紧急制动技术,其原理是，在紧急情况下，从列车车厢底部自动伸出带挂环的缆绳,挂环套在铁轨中间带伞盖的钢桩上（铺设铁轨时每隔一段距离安装的），随着缆绳从缠绕在车上的的卷扬机（带摩擦制动及阻尼制动）逐渐释放，给列车施加拖曳力作为制动力，逐渐使列车减速停车。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种安全、可靠的高速列车的紧急制动技术。

一种高速列车的紧急制动技术，至少包括：卷扬机、制动盘、闸片、卡钳、联轴器、阻尼油缸、缆绳、定滑轮、带柄挂环、挂环腔、气缸、手动推杆及带伞盖钢桩。

卷扬机固定在车体的底架上，制动盘以过盈配合装在卷扬机的转轴上；在制动盘的外侧，阻尼油缸通过联轴器与卷扬机转轴相连；缆绳的一头固定并缠绕在卷扬机的卷筒上，另一头连着带柄挂环，中间设有定滑轮；带柄挂环置于挂环腔内；气缸固定在挂环腔旁边；应急推杆置于挂环腔的另一侧；带伞盖钢桩固定在两条铁轨中间的钢筋混凝土圆形立柱上。

正常行驶时，带柄挂环在挂环腔内处于锁定状态，且挂环腔的出口护板处于关闭状态。当列车遇险情按下紧急制动按钮时，列车的气动及液压系统启动，在气缸活塞的驱动下使带柄挂环伸出挂环腔，套住铁轨中间的钢桩，缆绳随即从卷扬机上释放；同时液压装置驱动卡钳使刹车闸片与制动盘表面接触产生摩擦，阻尼油缸中的滚筒随卷扬机的转动而旋转，滚筒上的叶片与高粘度阻尼油产生摩擦；制动盘与阻尼油缸共同产生的摩擦力使缆绳产生拖曳力从而实现列车的制动。当列车停稳后，从钢桩上取下挂环，启动电机使卷扬机收回缆绳，并使带柄挂环归位，关闭挂环腔护板，完成整个紧急停车过程；为完成紧急制动目标，可以在整个列车上装备多套所述的制动装置。

所述的卷扬机由高强度不锈钢或其它合金钢材料制成，包括卷筒与转轴，卷筒以过盈配合装在转轴上，转轴以过盈配合装在两端的滚动轴承上，轴承座焊接在车体的底架上。

进一步的，所述的卷扬机转轴上至少安装两个制动盘，在制动盘外侧，卷扬机转轴通过联轴器分别与两个阻尼油缸的滚筒转轴连接。

所述的制动盘由耐高温且耐磨的合金钢材料制成，以过盈配合装在卷扬机的转轴上，分布在卷扬机卷筒的两端。

所述的阻尼油缸为圆筒形，由铸钢或其它高强度合金钢制成，包括可拆分缸体、阻尼滚筒、缸盖及密封装置，缸内充满高粘度阻尼油。

所述的阻尼滚筒由不锈钢或高强度合金钢制成，以过盈配合装在滚筒的转轴上，在滚筒的圆周表面沿轴向焊接阻尼叶片。

所述的缆绳可由不锈钢、碳纤维、超高分子量聚乙烯纤维或碳纤维芳纶复合纤维制成，也可由其它高抗拉强度的材料制成。

所述的手动推杆可以使带柄挂环从支架或挂钩上脱落，同时可以击碎挂环腔的出口护板，是在电气系统发生故障不能使带柄挂环自动落下的情况下使用，手动推杆上装油保险销。

所述的带伞盖钢桩由高强度不锈钢或合金钢制成，每隔一段距离如500-1000米设置一个；带伞盖钢桩固定在铁轨中心的钢筋混凝土圆形立柱上，立柱可以在铺设铁轨时用打桩机打入地下；带伞盖钢桩的最高点不高于铁轨轨面；钢桩的前后须有足够长的直线段铁轨。

以上所述的一种高速列车的紧急制动技术，可适用于大气环境下的高速列车，也可适用于真空管道环境下的高速列车；若用于真空管道环境下的高速列车，钢桩可以焊接在列车两侧的管道壁上用于双缆绳制动，而不一定在列车底部。

本发明的有益效果在于：1）设备简单，无磨损件，维护保养简单;2）制动力不依赖于轮轨间的黏着摩擦力；3）可提供很大的制动力，能达到3-4m/s²甚至更大的减速度，虽然可能会使部分乘客感到不适，但结合其它制动手段如空气制动、磁轨制动等可保证将超高时速的标准编组列车在最短的距离内停下来，从而大大降低重大事故发生的几率；4）在非常情况下，可以根据缆绳的长度，选择强行停车，防止出现车毁人亡的事故；5）可满足未来1000公里以上时速真空管道列车的紧急制动要求。

附图说明

图1为本发明之俯视图。

图2为本发明之侧视图。

图3为本发明之卷扬机、制动盘及阻尼油缸连接示意图。

图4为本发明之带伞盖钢桩示意图。

图5为本发明之带柄挂环示意图。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明做进一步的描述。

如图1-5所示，本发明至少由卷扬机1、制动盘2、闸片3、卡钳4、阻尼油缸5、缆绳6、定滑轮7、带柄挂环8、挂环腔9、气缸10、手动推杆11、带伞盖钢桩12及联轴器13组成。

在铺设铁轨时将带伞盖钢桩12与钢筋混凝土圆形立柱浇筑在一起，由打桩机打入地下深处，带伞盖钢桩12处在两条铁轨的中间线上，每隔500-1000米设置一个，带伞盖钢桩12的最高点不高于轨面。

在列车的底架上焊接卷扬机1的轴承座，然后将装配好的卷扬机1通过轴承固定在轴承座上；两个制动盘2以过盈配合装在卷扬机1的转轴上，分布在卷扬机1的卷筒两侧；在制动盘2的外侧，两个阻尼油缸5通过联轴器13分别与卷扬机1的转轴相连；由碳纤维与芳纶纤维的复合纤维制成的缆绳6固定并缠绕在卷扬机1的卷筒上，另一头通过定滑轮7与带柄挂环8相连；带柄挂环8置于挂环腔9内；气缸10固定在挂环腔9一侧；手动推杆11置于挂环腔9的另一侧。

正常行驶时，挂环8在挂环腔9内处于锁定状态，且挂环腔9的出口护板处于关闭状态，气缸10无充气。

遇到紧急情况时，列车员按下紧急制动按钮，控制系统操纵气动及液压系统动作，压缩空气管路上的进气电磁阀首先打开，稳压后进入气缸10，充气后的气缸活塞克服缸内拉伸弹簧的拉力向前运行，先是将挂环腔9的出口护板打开，然后使带柄挂环8落下；若电气系统失灵，带柄挂环8未在第一时刻落下，听到报警后操作人员立刻打开保险销，用手动推杆11向下撞击击碎挂环腔9的出口护板，再旋转一定角度，使带柄挂环8从吊架上滑落；带柄挂环8遇到钢桩12即套在上面，缆绳6随即从卷扬机1上释放，同时液压传动装置驱动卡钳4使刹车闸片3与制动盘2表面接触产生摩擦，阻尼油缸5中的滚筒随卷扬机1的转动而旋转，滚筒上的叶片与高粘度阻尼油产生摩擦；制动盘2与阻尼油缸5共同产生的摩擦力使缆绳6产生拖曳力从而实现列车的制动。

当列车停稳后，从带伞盖钢桩12上取下带柄挂环8，启动电机使卷扬机1收回缆绳6，并使带柄挂环8归位，关闭挂环腔9的出口护板，完成整个紧急停车过程。

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理应落在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种高速列车的紧急制动技术，其特征在于，至少包括：卷扬机、制动盘、闸片、卡钳、联轴器、阻尼油缸、缆绳、带柄挂环、挂环腔、气缸、手动推杆、定滑轮及带伞盖钢桩；卷扬机固定在车体的底架上，制动盘以过盈配合装在卷扬机的转轴上；在制动盘的外侧，阻尼油缸通过联轴器与卷扬机转轴相连；缆绳的一头固定并缠绕在卷扬机的卷筒上，另一头连着带柄挂环，中间设有定滑轮；带柄挂环置于挂环腔内；气缸固定在挂环腔一侧；应急推杆置于挂环腔的另一侧；带伞盖钢桩固定在两条铁轨中间的钢筋混凝土圆形立柱上；正常行驶时，带柄挂环在挂环腔内处于锁定状态，且挂环腔的出口护板处于关闭状态；当列车遇险情按下紧急制动按钮时，列车的气动及液压系统启动，在气缸活塞的驱动下使带柄挂环伸出挂环腔，套住铁轨中间的钢桩，缆绳随即从卷扬机上释放；同时液压装置驱动卡钳使刹车闸片与制动盘表面接触产生摩擦，阻尼油缸中的滚筒随卷扬机的转动而旋转，滚筒上的叶片与高粘度阻尼油产生摩擦；制动盘与阻尼油缸共同产生的摩擦力使缆绳产生拖曳力从而实现列车的制动；当列车停稳后，从钢桩上取下挂环，启动电机使卷扬机收回缆绳，并使带柄挂环归位，关闭挂环腔护板，完成整个紧急停车过程；为完成紧急制动目标，可以在整个列车上装备多套所述的制动装置。

2.根据权利要求1所述的一种高速列车的紧急制动技术，其特征在于，所述的卷扬机由高强度不锈钢或其它合金钢材料制成，包括卷筒与转轴，卷筒以过盈配合装在转轴上，转轴以过盈配合装在两端的滚动轴承上，轴承座焊接在车体的底架上，底架的结构经专门的加固以确保卷扬机不会被缆绳拉脱。

3.根据权利要求2所述的一种高速列车的紧急制动技术，其特征在于，所述的卷扬机转轴上至少安装两个制动盘，在制动盘外侧，卷扬机转轴通过联轴器分别与两个阻尼油缸的滚筒转轴连接。

4.根据权利要求3所述的一种高速列车的紧急制动技术，其特征在于，所述的制动盘由耐高温耐磨的合金钢材料制成，以过盈配合装在卷扬机的转轴上，分布在卷扬机卷筒的两端。

5.根据权利要求3所述的一种高速列车的紧急制动技术，其特征在于，所述的阻尼油缸为圆筒形，由铸钢或其它高强度合金钢制成，包括可拆分缸体、阻尼滚筒、缸盖及密封装置，缸内充满高粘度阻尼油。

6.根据权利要求5所述的一种高速列车的紧急制动技术，其特征在于，所述的阻尼滚筒由不锈钢或高强度合金钢制成，以过盈配合装在滚筒的转轴上，在滚筒的圆周表面沿轴向焊接阻尼叶片。

7.根据权利要求1所述的一种高速列车的紧急制动技术，其特征在于，所述的缆绳可由不锈钢、碳纤维、超高分子量聚乙烯纤维或碳纤维与芳纶的复合纤维制成，也可由其它高抗拉强度的材料制成。

8.根据权利要求1所述的一种高速列车的紧急制动技术，其特征在于，所述的手动推杆可以使带柄挂环从吊架或挂钩上脱落，同时可以击碎挂环腔的出口护板，是在电气系统发生故障不能使带柄挂环自动落下的情况下使用，手动推杆上装油保险销。

9.根据权利要求1所述的一种高速列车的紧急制动技术，其特征在于，所述的带伞盖钢桩由高强度不锈钢或合金钢制成，每隔一段距离如500-1000米设置一个；带伞盖钢桩固定在铁轨中心的钢筋混凝土圆形立柱上，立柱是在铺设铁轨时用打桩机打入地下的；带伞盖钢桩的最高点不高于铁轨平面；钢桩的前后须有足够长的直线段铁轨。

10.根据权利要求1-9所述的一种高速列车的紧急制动技术，其特征在于，该紧急制动装置可以用于大气环境下的高速列车，也适用于真空管道环境下的高速列车；若用于真空管道环境下的高速列车，钢桩可以焊接在列车两侧的管道壁上用于双缆绳制动，而不一定在列车底部。