CN111055866B - 一种转向架防积雪导流装置及轨道车辆 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种转向架防积雪导流装置及轨道车辆，包括驱动机构、沿车体长度方向依次连接的第一导流板、第二导流板和第三导流板，第一导流板、第二导流板及第三导流板的两侧分别通过伸缩部连接，第一导流板及第三导流板的顶部安装有顶封板，第一导流板、第二导流板、第三导流板、两侧的伸缩部及顶封板共同围成密闭腔体，第一导流板和第三导流板的顶端被配置成可绕固定点转动，第一导流板的底端与第二导流板转动连接，第二导流板与第三导流板可相对伸缩滑动连接，驱动机构驱动导流板向轨道方向伸展打开或向车体方向收缩合拢。本发明大幅提升了转向架的导流和防积雪效果,而且可有效避免积雪进入导流装置内部，保证导流装置稳定运行。

Description

一种转向架防积雪导流装置及轨道车辆

技术领域

本发明涉及一种转向架防积雪导流装置及轨道车辆，属于轨道车辆制造技术领域。

背景技术

城市轨道交通列车在高寒地区大雪天气运行时，线路上的积雪由于转向架区域扰流的影响会卷起，并在转向架上堆积，积雪在转向架上发热元件如电机、齿轮箱、盘形制动等作用下会融化成水，然后结成冰，往复作用后，最后转向架上会形成较大的冰块，冰块改变了转向架的动力学特性、劣化了城轨车辆的曲线通过能力、降低了城轨车辆制动系统的工作稳定性，严重威胁城市轨道交通列车的运行平稳性、安全性以及舒适性。

在专利号为201510973920.6的专利中提供了一种列车转向架区域防积雪装置，包括有根据列车运行方向确定动作顺序的第一执行机构和第二执行机构，第一执行机构和第二执行机构分别安装在列车底架的前端板和后端板上，转向架位于第一执行机构和第二执行机构之间，第一执行机构包括有一可伸缩式的第一导流板，第二执行机构包括有一可伸缩式的第二导流板，第一导流板和第二导流板均由气缸驱动其伸展打开或收缩合拢，在车辆运行时，靠近列车前进方向的第一导流板呈伸展打开状态，远离列车前进方向上的第二导流板呈收缩合拢状态，使前端区域进入的积雪量尽量减少，同时尾端尽量引导空气流出，以减少积雪的发生。

该方案中的第一导流板和第二导流板安装在转向架区域的前端板和后端板上，将两个导流板分别设置在前后两个端板的底部，且均为橡胶囊制成的腔体式结构，腔体式结构一侧的安装边框与列车底部的前端板和后端板结构配合安装，另一侧的端面与气缸连接，安装边框与端面之间通过褶皱形的伸缩部连接进而实现导流板的伸缩。

由于该方案中导流板整体呈褶皱形的结构，即使在伸展状态时导流板的下表面(即气流经过的表面)仍然具有褶皱，不能完全伸开，在一定程度上影响了气流流动，增加行车阻力，且在褶皱处易积雪，不利于完全收缩合拢。同时，远离列车行进方向上的导流板处于完全的收缩合拢的状态，并紧贴端板，此时转向架与端板之间的间隙处于完全敞开的状态，存在积雪进入转向架上方的可能。另外，对于不具有前后端板结构的轨道车辆，该导流板则不能全面封闭导流板与转向架之间的空隙，起不到阻挡积雪进入转向架区域的作用。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是，提供一种导流和防积雪效果更好，且可保证工作稳定可靠的转向架导流防积雪装置，同时提供一种安装有该防积雪导流装置的轨道车辆。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种转向架防积雪导流装置，包括驱动机构、沿车体长度方向依次连接的第一导流板、第二导流板和第三导流板，所述第一导流板、第二导流板及第三导流板的两侧分别通过伸缩部连接，所述第一导流板及第三导流板的顶部安装有顶封板，所述第一导流板、第二导流板、第三导流板、两侧的伸缩部及顶封板共同围成密闭腔体，所述第一导流板和第三导流板的顶端被配置成可绕固定点转动，所述固定点设置在顶封板或车体上，所述第一导流板的底端与第二导流板转动连接，所述第二导流板与第三导流板可相对伸缩滑动连接，所述驱动机构驱动导流板向轨道方向伸展打开或向车体方向收缩合拢。

进一步，所述导流装置整体安装在车体底架上。

进一步，所述第一导流板的底端向靠近转向架的方向倾斜设置。

进一步，所述第一导流板在伸展打开状态时与水平面之间的夹角α范围为 30-80°。

进一步，所述第一导流板在收缩合拢状态时与水平面之间的夹角β小于或等于50°。

进一步，所述第二导流板和第三导流板为两块平行的平板，第二导流板与第三导流板之间通过多组滑动副连接。

进一步，所述第一导流板在伸展打开状态时，最低点距离轨面的高度为车轮高度的1/3-2/3。

进一步，所述第三导流板的顶端固定点设置在靠近转向架的位置。

进一步，所述驱动机构为气缸驱动机构，气缸驱动机构的前端部与第一导流板固定连接，气缸驱动机构带动第一导流板向下或向上转动实现伸展打开或收缩合拢；或，所述驱动机构为充气机构，充气机构向腔体内充气或抽气实现伸展打开或收缩合拢。

本发明的另一个技术方案是：

一种轨道车辆，安装有多个转向架，在每个转向架前后两端的车体底架上均安装有如上所述的导流装置，两组导流装置以转向架中心轴对称安装，两组导流装置被配置成安装在车辆运行方向前部的导流装置为伸展打开状态时，远离车辆运行方向的导流装置为收缩合拢状态。

综上内容，本发明提供的一种转向架防积雪导流装置及轨道车辆，与现有技术相比，具有如下优点：

(1)本发明通过在转向架的前后两端设置导流装置，并控制导流装置随列车运动方向的变化而自动发生伸缩变化，使轨道车辆在双向运行时均可以起到导流防雪作用。

(2)本发明采用前导后疏的方式来降低积雪堆积，即前端导流装置伸出引导高速气流向下运动从而避免列车转向架在运行中发生积雪，保证转向架的动力学性能不会因为积雪而发生恶化；后端导流装置收起有利于气流通过，减少转向架区域尾部的回流，更大幅度地减少转向架积雪结冰。

(3)本发明中通过采用导流板的结构，气流流过的表面均为平滑面，使导流板在引导气流的同时，也有利于气流更加顺畅地流过导流板表面，进一步减少运行阻力，同时也有利于防止冰雪积聚，方便冰雪从导流板表面脱落。

(4)本发明中导流装置为完全密闭的结构，可以有效避免积雪进入腔体内，进而保证导流装置工作稳定可靠。

(5)本发明中的导流装置在导流的同时，还可以有效遮挡导流装置与转向架之间的间隙，无论是在是在伸展打开状态，还是在收缩合拢的状态，都可以有效遮挡转向架的上部区域，进一步避免积雪进入转向架的上方。

附图说明

图1是本发明导流装置在轨道车辆上的安装示意图；

图2是本发明导流装置在转向架上的安装结构示意图；

图3是本发明导流装置在车辆向左行驶时的工作原理图；

图4是本发明导流装置伸展打开状态时的结构示意图(去掉顶封板)；

图5是本发明导流装置收缩合拢状态时的结构示意图(去掉顶封板)；

图6是本发明第一台转向架表面雪粒子堆积对比图；

图7是本发明第二台转向架表面雪粒子堆积对比图。

如图1至图7所示，车体底架1，导流装置2，转向架3，车轮4，第一导流板5，第二导流板6，第三导流板7，伸缩部8，腔体9，滑槽10，气缸11，储气罐12，电磁阀13，销轴14，销轴15，销轴16，销轴17，连接座18，安装座19，加强筋框架 20，顶封板21。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述：

实施例一：

如图1至图3所示，本发明提供了一种转向架防积雪导流装置，安装在轨道车辆的转向架3区域，本实施例中，将导流装置整体直接安装于车体底架1上。在转向架3 的前后两端分别安装一组导流装置2，前后两组导流装置2结构相同，安装时以转向架中心轴对称安装，两组导流装置2根据车辆运行方向确定动作顺序，用以在轨道车辆双向运行时均可以起到导流防雪的作用。前后两组导流装置2的配合关系是，车辆前进时，位于运行方向前端的导流装置2向轨面方向伸展呈伸展打开状态，同时，远离车辆运行方向的导流装置2朝向车体底架1并拢呈收缩合拢状态。

导流装置2包括沿车体长度方向依次连接的第一导流板5、第二导流板6及第三导流板7。第一导流板5安装在远离转向架3的一侧，第二导流板6和第三导流板7安装在朝向转向架3的一侧。安装在车辆运行方向前端的导流装置中，第一导流板5位于迎风面(即起到气流导向作用的平面)的一侧，第二导流板6和第三导流板7位于背风面的一侧。第一导流板5、第二导流板6和第三导流板7均沿车体横向宽度通长设置，为了达到最佳的阻挡作用，第一导流板5、第二导流板6和第三导流板7在车体横向上的长度与转向架3的宽度相匹配，至少导流板的长度要等于或大于转向架3上两个车轮4的轮距，从而保证最大限度地减少雪、沙尘进入转向架3的可能。

本实施例中，第一导流板5、第二导流板6和第三导流板7的两侧分别通过伸缩部 8连接，第一导流板5和第三导流板7的顶端还安装有一顶封板21，第一导流板5、第二导流板6、第三导流板7、两侧的伸缩部8及顶封板21共同围成密闭的腔体9，该腔体9大致呈三棱柱形，有效避免车辆运动时雪花被吸入至腔体9的内部，保证导流装置工作稳定可靠。为了进一步提高腔体9的密闭性，第一导流板5、第三导流板7、两侧的伸缩部8与顶封板21之间还可以进一步安装有密封连接结构，使腔体形成完全密封的结构。

本实施例中，伸缩部8采用由软性材料制成的褶皱形的结构，以方便三块导流板的伸展和收缩。优选，伸缩部8由抗高寒、耐冲击、轻质且弹性较大的橡胶材料或纤维材料构成，能够保证伸展时使导流装置达到预定角度，收缩时可以收缩至预定位置。

导流装置还包括驱动机构，驱动机构根据车辆运行的方向变化带动导流装置自动伸缩，即在伸展打开或收缩合拢两种状态间转换。导流装置呈伸展打开状态具体是指驱动机构带动导流装置向轨面方向转动，使导流装置的最低点距离轨面距离缩小，导流装置呈收缩合拢状态具体是指驱动机构带动导流装置整体向上转动收拢，使导流装置整体朝车体底架1并拢并贴紧车体底部。

第一导流板5和第三导流板7被配置成可绕固定点转动的结构，固定点可设置在车体底架1上，也可以设置在顶封板21上，再将顶封板21固定在车体底架1上。如图4 和图5所示，本实施例中，第一导流板5的顶端与车体底架1之间通过销轴14可转动连接，第三导流板7的顶端与车体底架1之间通过销轴15可转动连接，顶封板21与车体底架1上的固定点固定连接。第一导流板5的底端与第二导流板6的一端通过销轴16可转动连接，第二导流板6和第三导流板7为相互平行的两块平板，第二导流板6第三导流板7可以相对展开或重叠，两者之间通过伸缩滑动机构连接。第一导流板5和第三导流板7的顶端安装在对应的车体底架横梁(图中未标示)上。

伸缩滑动机构包括设置在第二导流板6和第三导流板7之间的多组滑动副，如图4所示，在第三导流板7的上表面上设置有多个滑槽10，多个滑槽10平行设置，滑槽10 可以设置三个，分别设置在第三导流板7的两侧及中间，以保证伸缩平稳且不偏斜，对应三个滑槽10，在第二导流板6的下表面上设置三个滑块(图中未示出)，滑块在滑槽内滑动。在导流装置在需要伸展打开时，第二导流板6和第三导流板7向相互背离的方向滑动，第二导流板6和第三导流板7处于如图4所示的相互展开的状态；在导流装置在需要收缩合拢时，第二导流板6和第三导流板7向相对的方向滑动，第二导流板6和第三导流板7处于如图5所示的相互的重叠状态。

如图3至图5所示，驱动机构采用气缸式驱动机构，包括气缸11、储气罐12、电磁阀13，本实施例中，气缸11为双作用式气缸，储气罐12与气缸11连通，在气缸11 与储气罐12之间的气路上安装有双作用式电磁阀13，以适应车辆的正、反方向的运动。一个转向架3上安装的两组导流装置，其驱动机构共用一个储气罐12。

气缸11整体安装在腔体9的内部，气缸11的顶部安装在顶封板21上，缸杆的前端部与第一导流板固定连接；或将气缸11安装在顶封板21的上方，其缸杆穿过顶封板 21与第一导流板5固定连接。利用气缸11驱动第一导流板5运动，以实现导流装置的伸展打开或收缩合拢。本实施例中，在第一导流板5上安装有加强筋框架20，气缸11 的一端通过安装座19和销轴17与车体底架1转动连接，气缸11的缸杆前端部通过连接座18与加强筋框架20固定连接，这样能够更好地保证在驱动机构的作用下，第一导流板5的气流导向面不会发生变形，而其它面则可迅速发生变形实现伸展打开或收缩合拢。为了保证第一导流板5整体平稳运动，第一导流板5上至少安装有三个气缸11。驱动机构驱动第一导流板5向轨面方向运动时实现导流装置的伸展打开，驱动第一导流板5向车体方向运行时实现导流装置的收缩合拢。

如图3所示，第一导流板5的顶端与车体底架1固定连接，底端向靠近转向架3的方向倾斜设置。第一导流板5在伸展打开状态时其外表面与水平面之间的夹角α范围为30-80°，优选50-70°，最佳值选择为60°，该倾斜面用以引导车体底部空气向轨面偏离。第一导流板5在收缩合拢状态时与水平面之间的夹角β小于或等于50°，优选小于或等于20°，最佳值选择为5°，使导流装置尽量紧贴车体底架1，呈收缩合拢状态的第一导流板5所形成的倾斜面可以引导进入转向架后部区域的空气向转向架3的后方流出。根据大量试验或仿真计算，优选，第一导流板5在伸展打开状态时，第一导流板5的最低点距离轨面的高度为车轮高度的1/3-2/3，优选为1/3-1/2。本实施例的防积雪装置可对城轨列车底部的空气进行更有针对性地引导，一方面在转向架前端区域尽量减少进入转向架区域的积雪量，另一方面在转向架区域的尾端尽量引导空气流出，避免转向架区域后方气流向转向架区域回流，减少积雪的发生。而且，由于第一导流板5、第二导流板6、第三导流板7均为平板结构，在车辆运行时，气流流过的表面均为平滑面，使导流板在引导气流的同时，也有利于气流更加顺畅地流过导流板表面，进一步减少运行阻力，同时也有利于防止冰雪积聚，方便冰雪从导流板表面脱落。为了增大导流板的结构强度和刚度，在导流板上还可以设置有多条凹筋(图中未示出)，凹筋沿车体长度方向延伸，当然也可以仅在导流板的内表面上设置加强筋等结构。

本实施例中，第三导流板7的顶端与车体底架1之间的连接点靠近转向架3的位置，这样无论是在伸展打开状态，还是在收缩合拢的状态，都可以有效遮挡转向架3 的上部区域，避免积雪进入转向架3的上方。

如图3所示，在车辆向左运行时，储气罐12中的高压空气经右侧的双作用式电磁阀13的1位端，给转向架区域后端(右侧)的双作用式气缸11的1位端充气，其驱动后端的三个双作用式气缸11收缩，共同推动第一导流板5向车体底架1的方向旋转，在旋转的过程中第二导流板6和第三导流板7在伸缩滑动机构的约束下相互重叠，导流装置收缩并拢呈收缩合拢的状态并贴紧车体底架1。同时，储气罐12中的高压空气流经左侧的双作用式电磁阀13的2位端，给转向架区域前端(左侧)的双作用式气缸11 的2位端充气，转向架区域前端的三个双作用式气缸11伸出，共同推动第一导流板5 向轨面方向旋转，在旋转的过程中第二导流板6和第三导流板7在伸缩滑动机构的约束下相互展开，使第一导流板5与轨面前端之间的间距缩小，导流装置呈伸展打开的状态，左侧导流装置中的第一导流板5伸展打开形成的倾斜面强迫前方底部的气流向轨面偏离，避免气流进入转向架区域，由于气流中夹带雪花，因此也减少了进入转向架区域的雪量；右侧导流装置的第一导流板5则处于收缩并拢状态，其形成的倾斜面使底部气流冲刷到后方的第一导流板5时气流依然向后方移动，避免气流向转向架区域回流，由于气流中夹带雪花，因此也减少了从尾部进入转向架区域的雪花。通过转向架前后两端的第一导流板5的共同作用下，大大减少了转向架区域的积雪，且可以在不降速运行的前提下尽最大可能保证列车的运行安全性。

当列车向右运行时，右侧的双作用式电磁阀13切换到2位端，左侧的双作用式电磁阀13切换到1位端，使转向架3两侧的双作用式气缸11产生相反的动作，但工作原理与上述列车向左行驶时完全相同，从而同样可以减少积雪的发生。当列车进入车库或长久停车时，转向架3侧的第一导流板5在各自的双作用式气缸11的作用下均收起，可使其恢复到非工作状态。

图6和图7中示出了导流装置的数值仿真结果：

运用计算流体力学(CFD)的方法对模型进行求解，得到添加该导流装置的优化模型与没有导流装置的原始模型的对比结果如下：

表1 组合方案一和原始工况整个转向架雪粒子堆积量(个)

优化方案中的雪粒子堆积量比远小于原始工况的雪粒子堆积量，其中，优化方案中第一台转向架中的雪粒子堆积量仅占原始工况的6.52％，第二台转向架中雪粒子堆积量仅占原始工况的9.57％，优化方案堆积的粒子数量为原始方案的7.10％。因此优化方案中城轨列车转向架区域的积雪情况远远好于原始工况，优化有效。

从上述仿真结果可以看出，该导流装置的安装有效地改善了位于列车运行方向前端的第一台转向架区域的流场特性，通过将气流向下充分引导使得大部分夹带雪粒子的高速气流从第一台转向架底部流出，特别在一些关键部件的位置，如电机、齿轮箱和制动装置部位，积雪减少尤为明显。气流继续向后流动，经过车底设备等的阻挡作用后，已经处于较低的位置，气流来到第二台转向架前方时速度降低很多，使得第二台转向架上表面的积雪减少的更彻底，其上表面的积雪量已经基本为零。

实施例二：

本实施例中，与实施例一不同之处在于，本实施例中，驱动机构采用的是充气机构，利用充气抽气两用气泵代替实施例一中的气缸11，充气抽气两用气泵一端与储气罐12连通，或直接接入车上气源，另一端通过气管与导流装置内的腔体9连通，充气抽气两用气泵通过控制器控制，实现充气与抽气动作的转换。为了缩短充气和抽气的时间，可以同时安装多个充气抽气两用气泵。

在需要将导流装置伸展打开时，利用控制器控制充气抽气两用气泵开启充气动作，向导流装置的腔体9内充气，随着气体的流入，第一导流板5会绕顶端的固定点向下旋转，此时第二导流板6和第三导流板7向相互背离的方向滑动至展开，伸缩部8 逐渐展开，通过控制充气时间可以控制第一导流板5旋转至预设角度。

在需要将导流装置收缩合拢时，利用控制器控制充气抽气两用气泵开启抽气动作，将导流装置的腔体9内空气抽出，随着气体的流出，第一导流板5会绕顶端的固定点向上旋转，此时第二导流板6和第三导流板7向相对的方向滑动至重叠，伸缩部8 逐渐合拢，通过控制抽气时间可以控制第一导流板5旋转至预设角度。

实施例三：

一种轨道车辆，包括多个车厢，在每节车厢的下方都安装有两组转向架3，在每组转向架3的前后两端的车体底架1上均安装有如实施例一和实施例二中所提供的转向架导流装置。

如上所述，结合附图所给出的方案内容，可以衍生出类似的技术方案。但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种转向架防积雪导流装置，其特征在于:包括驱动机构、沿车体长度方向依次连接的第一导流板、第二导流板和第三导流板：所述第一导流板、第二导流板及第三导流板的两侧分别通过伸缩部连接，所述第一导流板及第三导流板的顶部安装有顶封板，所述的第一导流板、第二导流板、第三导流板、两侧的伸缩部及顶封板共同围成密闭腔体，所述第一导流板和第三导流板的顶端被配置成可绕固定点转动，所述固定点设置在顶封板或车体上，所述第一导流板的底端与第二导流板转动连接，所述第二导流板与第三导流板可相对伸缩滑动连接，所述驱动机构驱动导流板向轨道方向伸展打开或向车体方向收缩合拢。

2.根据权利要求1所述的一种转向架防积雪导流装置，其特征在于：所述导流装置整体安装在车体底架上。

3.根据权利要求1所述的一种转向架防积雪导流装置，其特征在于：所述第一导流板的底端向靠近转向架的方向倾斜设置。

4.根据权利要求3所述的一种转向架防积雪导流装置，其特征在于：所述第一导流板在伸展打开状态时与水平面之间的夹角α范围为30-80°。

5.根据权利要求3所述的一种转向架防积雪导流装置，其特征在于：所述第一导流板在收缩合拢状态时与水平面之间的夹角β小于或等于50°。

6.根据权利要求1所述的一种转向架防积雪导流装置，其特征在于：所述第二导流板和第三导流板为两块平行的平板，第二导流板与第三导流板之间通过多组滑动副连接。

7.根据权利要求1所述的一种转向架防积雪导流装置，其特征在于：所述第一导流板在伸展打开状态时，最低点距离轨面的高度为车轮高度的1/3-2/3。

8.根据权利要求1所述的一种转向架防积雪导流装置，其特征在于：所述第三导流板的顶端固定点设置在靠近转向架的位置。

9.根据权利要求1所述的一种转向架防积雪导流装置，其特征在于：所述驱动机构为气缸驱动机构，气缸驱动机构的前端部与第一导流板固定连接，气缸驱动机构带动第一导流板向下或向上转动实现伸展打开或收缩合拢；或，所述驱动机构为充气机构，充气机构向腔体内充气或抽气实现伸展打开或收缩合拢。

10.一种轨道车辆，安装有多个转向架，其特征在于：在每个转向架前后两端的车体底架上均安装有如权利要求1-9任一项所述的导流装置，两组导流装置以转向架中心轴对称安装，两组导流装置被配置成安装在车辆运行方向前部的导流装置为伸展打开状态时，远离车辆运行方向的导流装置为收缩合拢状态。

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