CN108730377B - 一种防高速列车制动夹钳积雪结冰的车体 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种防高速列车制动夹钳积雪结冰的车体，沿车体运行方向的前方的制动夹钳上设置有防护罩，防护罩安装在制动夹钳的底部，防护罩包括有用于安装固定的防护罩安装板和用于将流向制动夹钳的风雪和车轮甩水导流引向至制动夹钳下方的围板结构，围板结构固接在防护罩安装板的下方，且沿该防护罩安装板周向布置，该围板结构与防护罩安装板形成的容腔的开口朝向车轮的底部。该防护罩可有效减少制动夹钳表面的积雪结冰量，抑制车轮甩水的四处飞溅避免转向架区域其他重要部件(如高度阀)的结冰，保证转向架制动系统在冰雪天气内的正常工作，提高了高速列车在下雪天气的安全性、平稳性以及运输效率。

Description

一种防高速列车制动夹钳积雪结冰的车体

技术领域

本发明涉及轨道交通领域，尤其涉及一种可防止高速列车制动夹钳在冬季大雪天气运行中发生积雪结冰的车体。

背景技术

高寒动车组在雪天运行时，线路上的积雪由于转向架区域扰流的影响会被卷起，制动夹钳表面会产生大量积雪。制动夹钳在制动时发出的热量会将积雪融化，液态水在寒冷空气中发生相变导致制动夹钳表面产生大量结冰，往复作用后，最后制动夹钳表面会形成较大的冰块。制动夹钳结冰将导致动车组制动缓解失效而无法运行，严重影响了动车组的运输效率。尤其制动夹钳底部的滑槽运动机构可能因严重结冰发生运动阻滞而造成动车组制动失效，从而造成重大安全隐患。此外，制动夹钳制动时与车轮剧烈摩擦产生大量热量，热量将车轮表面的积雪迅速融化，并且融化后的液态水会随着车轮转动沿车轮切向方向甩入转向架区域，在强冷空气中，液态水迅速结冰附着在转向架其他设备表面，尤其液态水附着在高度阀上并造成严重结冰而使其失去正常工作能力，严重影响高速列车的平稳性和安全性。

目前，大部分高速列车没有安装防积雪结冰装置，在冬季下雪天气运行时，转向架积雪结冰较为严重。有的高速列车车体的转向架区域端板上装有橡皮胶囊，用于改善转向架区域的流场结构，该结构在一定程度上改善了入口条件，减少了进入转向架区域的雪量，在实际运行中有一定的防积雪功能，但是针对长距离、大交路的高速列车长时间在大雪天气运行时，转向架区域仍旧会产生严重的积雪情况，制动夹钳表面的积雪结冰问题以及车轮甩水问题均无法得到合理的解决。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，克服以上背景技术中提到的不足和缺陷，提供一种避免列车在运行中实时监测制动夹钳周围积雪、积冰厚度，防止制动夹钳表面及周围发生严重积雪结冰，保证转向架的动力学性能和悬挂性能、提高列车在雪天运行的安全性及平稳性和高效性的列车车体。

为实现上述目的，本发明公开了一种防高速列车制动夹钳积雪结冰的车体，沿所述车体运行方向的前方的制动夹钳上设置有防护罩，所述防护罩安装在所述制动夹钳的底部，所述防护罩包括有用于安装固定的防护罩安装板和用于将流向所述制动夹钳的风雪和车轮甩水导流引向至所述制动夹钳下方的围板结构，所述围板结构固接在所述防护罩安装板的下方，且沿该防护罩安装板周向布置，该围板结构与防护罩安装板形成的容腔的开口朝向车轮的底部。该防护罩可有效避免转向架区域的雪粒子堆积在在制动夹钳表面，且制动夹钳防护罩会抑制车轮甩出的水到处飞溅，从而避免高度阀产生严重结冰，提高列车在雪天运行的平稳性、安全性及高效运输性能。该装置具备实时监测制动夹钳附近积雪积冰厚度并主动触发融冰加热系统，将制动夹钳附近的积雪积冰融化，防治制动夹钳因积雪结冰而制动、缓解动作失效。

进一步的，所述围板结构为弧形板，所述围板结构从防护罩安装板向轨道的方向上其外径逐渐增大。

进一步的，所述围板结构包括两侧非连续的围板端部，所述围板端部向所述车轮的两侧延伸以形成包容所述车轮的趋势。

进一步的，所述围板结构的母线与水平面之间的夹角为30°～80°，该围板结构的底面外侧在水平面上投影形成一椭圆弧线，该椭圆弧线所在椭圆的半短轴的长度为215～240mm，半长轴的长度为350～450mm；所述围板结构的高度为160mm～200mm。

进一步的，所述围板结构的母线与水平面之间的夹角为60°，该围板结构的底面外侧在水平面上投影形成一椭圆弧线，该椭圆弧线所在椭圆的半短轴的长度为230mm，半长轴的长度为390mm；所述围板结构的高度为180mm。

进一步的，所述防护罩安装板向上延伸有多个吊耳，所述防护罩通过吊耳与所述制动夹钳的底部贴合固接，所述防护罩安装板上设置有容纳所述制动夹钳的滑槽运动机构的滑槽运动机构放置孔。

进一步的，沿所述车体运行方向的后方的制动夹钳上还设置有一增效防护罩，且所述增效防护罩与所述防护罩沿转向架的中垂面呈对称布置。

进一步的，还包括一防护罩融冰装置，所述防护罩融冰装置包括多片硅橡胶加热片，所述硅橡胶加热片贴合在所述防护罩上。

进一步的，所述硅橡胶加热片为两片，其中一片贴合在防护罩安装板的下侧壁上，另一片从所述围板结构一端沿其内侧壁贴合且延伸到该围板结构的另一端。

进一步的，所述防护罩融冰装置还包括有一平膜式结冰探测器，所述平膜式结冰探测器设置在所述防护罩安装板的下侧壁上以在检测达到临界结冰厚度阈值时控制所述硅橡胶加热片加热融冰。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

本发明提供了一种专门用于防止列车(特别是高速列车)制动夹钳积雪结冰的车体，该车体制动夹钳上的防护罩可动监测积雪积冰情况和执行融冰作业，有效减少制动夹钳表面的积雪结冰量，同时该防护罩还可以抑制车轮甩水的四处飞溅到转向架，避免转向架区域其他重要部件(如高度阀)的结冰，保证转向架制动系统在冰雪天气内的正常工作，提高了高速列车在下雪天气的安全性、平稳性以及运输效率。进一步，当防护罩表面的结冰厚度超过设定的临界阈值时或者列车进站时防护罩可实现自融冰功能，即将导流和融冰功能合二为一，彻底解决了制动夹钳积雪结冰的问题。本发明的制动夹钳防护罩成本较低，工作可靠，结构简单，且不需要维护，便于推广应用。

下面将参照附图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本发明优选实施例公开的防高速列车制动夹钳积雪结冰的车体的防护罩(或增效防护罩)的轴测示意图；

图2是本发明优选实施例公开的防高速列车制动夹钳积雪结冰的车体的防护罩(或增效防护罩)的主视示意图；

图3是本发明优选实施例公开的防高速列车制动夹钳积雪结冰的车体的防护罩(或增效防护罩)的俯视示意图；

图4是本发明优选实施例公开的防护罩(或增效防护罩)在车辆上的安装示意图；

图5是本发明优选实施例公开的防护罩(或增效防护罩)在车辆行驶时的工作原理示意图；

图6是本发明优选实施例公开的采用开口三角形板(a)、开口梯形板(b)和弧形板(c)的防护罩与制动夹钳的安装示意图；

图7是本发明优选实施例公开的采用开口三角形板(a)、开口梯形板(b)和弧形板(c)后制动夹钳的滑槽运动机构处积雪仿真示意图。

图例说明：

1、防护罩；11、围板结构；12、防护罩安装板；13、围板端部；14、滑槽运动机构放置孔；2、转向架；21、制动夹钳；22、滑槽运动机构；3、吊耳；31、安装通孔；4、硅橡胶加热片；5、平膜式结冰探测器；6、增效防护罩、7；滑槽运动机构区域。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。

如图1-图7所示，本发明公开了一种可防止高速列车转向架在运行中发生制动夹钳积雪结冰和避免车轮甩水飞溅的列车车体，其功能的实现是通过一安装在制动夹钳21上的防护罩1来实现的，在本实施例中，防护罩1采用耐高寒、抗冲击的材料制成，且该结构呈朝向列车车轮底部的包容列车车轮的外形结构，该防护罩1包括相互固接的围板结构11和和防护罩安装板12，防护罩1通过防护罩安装板12固接在列车转向架2的制动夹钳21的底部，该围板结构11和防护罩安装板12形成的容腔的开口朝向列车车轮与轨道的接触位置，从而保证列车车轮运动甩水或者雪粒子会被该防护罩1完全挡住而不会进入转向架区域内。同时，在防护罩1的围板结构11的内壁、防护罩安装板12的下侧壁上安装硅橡胶加热片4，其中，安装在围板结构11的内壁的硅橡胶加热片4从围板结构11一端沿其内侧壁贴合且延伸到该围板结构11的另一端。同时，在防护罩安装板12的下侧壁上还安装有一用于检测结冰厚度的平膜式结冰探测器5，平膜式结冰探测器5由弹性膜片、PZT元件、电极和支撑架等部件构成，该结构主要优点是体积小，结构可靠性强，可齐平安装在物体表面。同时，该平膜式结冰探测器5具有较高的灵敏度，其灵敏限为0.1mm。在进行制动夹钳21周围结冰情况的探测时，该平膜式结冰探测器5其测量结冰冰厚的上限为5mm(具体结构参见华中科技大学硕士论文：《平膜式结冰探测器大型客机机翼安装位置研究》)。当平膜式结冰探测器5检测达到临界结冰厚度阈值时控制硅橡胶加热片4加热融冰，将附近表面的积雪、积冰融化，从而避免寒冷环境下制动夹钳21由于车轮甩水或者雪粒子流向制动夹钳21而发生结冰失效。

在本实施例中，围板结构11为弧形板，弧形板从防护罩安装板12向轨道的方向上其外径逐渐增大，形成一个喇叭口结构，同时，围板结构11包括两端非连续的围板端部13，围板端部13向车轮的两侧延伸以形成包容车轮的趋势，从而车轮的甩水和流向制动夹钳21的风雪能够完全进入防护罩1内，进而通过向下的围板结构11将风雪和雨水导向轨道路基上，避免制动夹钳21和转向架区域其他重要部件(如高度阀)的结冰，其中，本实施例的弧形板为在开口三角形板(参见图6(a))、开口梯形板(参见图6(b))等多种结构方案经过数值仿真后的优化模型，各对比方案的运动模拟情况具体参见图7，其中图7(a)为采用开口三角形板后制动夹钳21的滑槽运动机构区域7的积雪情况，图7(b)为采用开口梯形板后制动夹钳21的滑槽运动机构区域7的积雪情况，图7(c)为采用本实施例的弧形板后制动夹钳21的滑槽运动机构区域7的积雪情况，从上述仿真对比可以看出，采用弧形板后制动夹钳21的滑槽运动机构22处的防积雪性能最佳，可有效减少后侧制动夹钳21底部及滑槽运动机构22处的积雪量。同时，参见如下表1，在商用CFD软件Fluent中统计在安装三种防护罩后制动夹钳21处的雪粒子堆积数量(采用DPM离散相模型来模拟雪粒子在转向架区域的运动情况)，并与原始高寒动车组制动夹钳21的积雪量进行对比，未安装防护罩1的原始高寒动车组在其制动夹钳21处的雪粒子堆积率为0.219％，在安装开口三角形板、开口梯形板和弧形板的防护罩1后，制动夹钳21处的积雪率分别降低了36.53％、35.62％和38.81％。其中采用弧形板的防护罩1的防雪效果最好，当高寒动车组运行时，安装弧形板的防护罩1会有效降低动车组制动夹钳21底部及其滑槽运动机构22处的积雪量，为高寒动车组在冰雪天气的高效、安全运营提供保障。

表1制动夹钳雪粒子堆积数量

防护罩种类	转向架区域粒子数量	钳夹粒子数量	堆积率(％)
				无防护罩	7019732	15344	0.219
开口三角	7021903	9732	0.139
				开口梯形	7018926	9854	0.141
弧形	7020552	9424	0.134

其中，根据列车车轮的大小和制动夹钳21的具体尺寸，围板结构11为沿着防护罩安装板12的外缘设置的类回转结构，其母线与水平面之间的夹角为30°～80°，该围板结构11在水平面上投影形成的最大半椭圆的半短轴b的长度为215～240mm，半长轴a的长度为350～450mm；同时，该半围板结构11的高度为160mm～200mm。

在本实施例中，经过“试验和仿真计算确定”，围板结构11的母线与水平面之间的最优夹角为60°，该围板结构11在水平面上投影形成的最大半椭圆的半短轴b的最优长度为230mm，半长轴a的最优长度为390mm；同时，该半围板结构11的最佳高度为180mm。

在本实施例中，防护罩安装板12的具体安装是通过固接在其上的3个吊耳3来完成，该吊耳3从防护罩安装板12垂直向上延伸，其上开设有安装通孔31，安装时通过螺栓将防护罩1贴合固定在列车转向架2的制动夹钳21的底部，同时，为了确保滑槽运动机构22的驱动制动夹钳21工作，防护罩安装板12上设置有容纳制动夹钳21的滑槽运动机构22的滑槽运动机构放置孔14，从而也保证了防护罩安装板12能够牢固地紧贴在制动夹钳21的下端面上，保证防护罩1牢固的安装强度，防止进入对防护罩1的高速风雪气流的冲击失效。

本实施例中，如图5所示，高速列车向左前进时，位于左侧的防护罩1(迎风前侧防护罩)起到抑制前轮甩水的作用，有效阻挡了前侧车轮甩出的水四处飞溅至转向架2的其他重要设备表面(如高度阀)，左侧的防护罩1抑制了前侧车轮后方气流的向上扬起，对前侧车轮后方的雪花粒子运动轨迹起到很好的导向作用，此时右侧的增效防护罩6(迎风后侧防护罩)有效防止转向架区域中间的雪粒子直接冲刷后侧制动夹钳21的表面和底部，雪粒子运动至右侧的增效防护罩6(迎风前侧防护罩)时，一部分雪粒子沿右侧的增效防护罩6倾斜面向上运动，大部分雪粒子沿右侧的增效防护罩6的围板结构11的两侧流出，从而避免雪粒子直接冲刷后侧制动夹钳21底部的滑槽运动机构22，有效避免后侧制动夹钳21底部的滑槽运动机构22的结冰，而列车向右运行时，其防护罩1的工作原理相同。

当列车向左行驶时，位于转向架2左侧的防护罩1有效抑制左侧车轮甩出的水飞溅至高度阀位置，有效避免车体高度阀的结冰产生，从而保证车辆运行时的平稳性和通过曲线时的动力学性能。转向架右侧增效防护罩6有效避免转向架区域中间的雪粒子直接冲向右侧制动夹钳21底部的滑槽运动机构22，防止右侧制动夹钳21底部滑槽运动机构22的产生结冰，从而保证高速列车制动系统的工作可靠性，保证高速列车的运营效率和运行安全性。当列车向右行驶时，位于转向架2右侧的增效防护罩6有效抑制右侧车轮甩出的水飞溅至高度阀位置，有效避免车体高度阀的结冰产生，从而保证车辆运行时的平稳性。转向架2左侧的防护罩1有效避免转向架2中间区域的雪粒子直接冲向左侧制动夹钳21底部的滑槽运动机构22，防止左侧制动夹钳21底部滑槽运动机构22的产生结冰，从而保证高速列车制动系统的工作可靠性，保证高速列车的运营效率和运行安全性。本发明可避免列车制动夹钳21底部滑槽运动机构22和高度阀的结冰，保证高速列车制动系统和高度阀的工作可靠性，从而有效提高了高速列车在雪天运行的平稳性、高效性及安全性。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种防高速列车制动夹钳积雪结冰的车体，其特征在于，沿所述车体运行方向的前方的制动夹钳（21）上设置有防护罩（1），所述防护罩（1）安装在所述制动夹钳（21）的底部，所述防护罩（1）包括有用于安装固定的防护罩安装板（12）和用于将流向所述制动夹钳（21）的风雪和车轮甩水导流引向至所述制动夹钳（21）下方的围板结构（11），所述围板结构（11）固接在所述防护罩安装板（12）的下方，所述防护罩安装板（12）设置有弧形边缘，所述围板结构（11）沿防护罩安装板（12）的弧形边缘布置，该围板结构（11）与防护罩安装板（12）形成的容腔的开口朝向车轮的底部；还包括一防护罩融冰装置，所述防护罩融冰装置包括多片硅橡胶加热片（4），所述硅橡胶加热片（4）贴合在所述防护罩（1）上；所述防护罩融冰装置还包括有一平膜式结冰探测器（5），所述平膜式结冰探测器（5）设置在所述防护罩安装板（12）的下侧壁上以在检测达到临界结冰厚度阈值时控制所述硅橡胶加热片（4）加热融冰。

2.根据权利要求1所述的防高速列车制动夹钳积雪结冰的车体，其特征在于，所述围板结构（11）为弧形板，所述围板结构（11）从防护罩安装板（12）向轨道的方向上其外径逐渐增大。

3.根据权利要求2所述的防高速列车制动夹钳积雪结冰的车体，其特征在于，所述围板结构（11）包括两侧的围板端部（13），所述围板端部（13）向所述车轮的两侧延伸以形成包容所述车轮的趋势。

4.根据权利要求3所述的防高速列车制动夹钳积雪结冰的车体，其特征在于，所述围板结构（11）的母线与水平面之间的夹角为30°~80°，该围板结构（11）的底面外侧在水平面上投影形成一椭圆弧线，该椭圆弧线所在椭圆的半短轴的长度为215~240mm，半长轴的长度为350~450mm；所述围板结构（11）的高度为160mm~200mm。

5.根据权利要求4所述的防高速列车制动夹钳积雪结冰的车体，其特征在于，所述围板结构（11）的母线与水平面之间的夹角为60°，该围板结构（11）的底面外侧在水平面上投影形成一椭圆弧线，该椭圆弧线所在椭圆的半短轴的长度为230mm，半长轴的长度为390mm；所述围板结构（11）的高度为180mm。

6.根据权利要求1所述的防高速列车制动夹钳积雪结冰的车体，其特征在于，所述防护罩安装板（12）向上延伸有多个吊耳（3），所述防护罩（1）通过吊耳（3）与所述制动夹钳（21）的底部贴合固接，所述防护罩安装板（12）上设置有容纳所述制动夹钳（21）的滑槽运动机构（22）的滑槽运动机构放置孔（14）。

7.根据权利要求1-6任一所述的防高速列车制动夹钳积雪结冰的车体，其特征在于，沿所述车体运行方向的后方的制动夹钳（21）上还设置有一增效防护罩（6），且所述增效防护罩（6）与所述防护罩（1）沿转向架（2）的中垂面呈对称布置。

8.根据权利要求1所述的防高速列车制动夹钳积雪结冰的车体，其特征在于，所述硅橡胶加热片（4）为两片，其中一片贴合在防护罩安装板（12）的下侧壁上，另一片从所述围板结构（11）一端沿其内侧壁贴合且延伸到该围板结构（11）的另一端。