CN112498386B - 列车仿鱼鳞防倾覆结构 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及列车运行安全领域，公开一种列车仿鱼鳞防倾覆结构，以确保列车运行的安全性。包括：基座、安装孔、支撑架、旋转轴、鳞片、微型电机、控制盒和风速检测装置；基座上设置有与车体进行固定的安装孔；基座的一端设置有支撑架；支撑架下端内设置有旋转轴；旋转架与支撑架固定连接；支撑架上固定有鳞片；鳞片的迎风面设置有风向检测装置；微型电机用于驱动旋转轴的旋转；微型电机和风速检测装置还分别与控制盒连接；控制盒，用于经风速检测装置的获取列车行进过程中的风速和风向角，根据风速和风向角评估风险等级，并在评估存在风险时，计算使倾覆力矩最小的鳞片张开角度，并指令微型电机经旋转轴带动鳞片抵达使倾覆力矩最小的鳞片张开角度。

Description

列车仿鱼鳞防倾覆结构
技术领域
本发明涉及列车运行安全领域，尤其涉及一种列车仿鱼鳞防倾覆结构。
背景技术
我国铁路沿线环境复杂、气候多变，对列车运行气动性能影响显著。尤其是沿海地区和部分地势平坦的内地地区存在大风，造成列车停运，甚至引起列车脱轨、倾覆和人员伤亡，严重影响列车运行安全和运输效率。为了保证恶劣风环境下的列车运行安全，现有的防范措施有：实施限速或停轮、设计合理的列车外形、设置挡风墙、建立大风预警系统等。上述措施中建立大风预警系统，实施减速或停轮，虽然可以保证列车安全，但同时列车运输效率也会降低。对山梁高度与挡风墙同高或高于挡风墙的某些特殊地段，风会绕过山梁和挡风墙直接作用在列车上，此时挡风墙的防风作用会失效。对列车外形设计时不仅要考虑列车安全性还要考虑列车使用空间，对侧风的防范能力有限。因此有必要设计一种兼顾列车安全和效率的防侧风措施。
对列车空气动力学进行分析得出，在侧风作用下，列车所受侧向力是影响列车横向稳定性的主要因素之一。通过设计一种结构合理分配列车所受侧向力以减小倾覆力矩，降低列车倾覆危险性，从而提高列车运行稳定性和安全性。
发明内容
本发明目的在于公开一种列车仿鱼鳞防倾覆结构，以确保列车运行的安全性。
为达上述目的，本发明公开一种列车仿鱼鳞防倾覆结构，包括：
基座、安装孔、支撑架、旋转轴、鳞片、微型电机、控制盒和风速检测装置；
所述基座上设置有与列车车体进行固定的所述安装孔；所述基座的一端设置有支撑架；所述支撑架下端内设置有旋转轴；所述旋转架与所述支撑架固定连接；
所述支撑架上固定有所述鳞片；
所述鳞片的迎风面设置有所述风向检测装置；
所述微型电机用于驱动所述旋转轴的旋转；
所述微型电机和所述风速检测装置还分别与控制盒连接；
所述仿鱼鳞结构安装在列车侧面，所述旋转轴与水平方向夹角范围为0到90度，所述鳞片与车身侧面的夹角为0到90度；
所述控制盒，用于经所述风速检测装置的获取列车行进过程中的风速和风向角，根据所述风速和风向角评估风险等级，并在评估存在风险时，计算使倾覆力矩最小的鳞片张开角度，并指令所述微型电机经所述旋转轴带动所述鳞片抵达使倾覆力矩最小的鳞片张开角度。
优选地，所述列车的车体侧面均布有至少两个所述列车仿鱼鳞防倾覆结构；各所述鳞片分别对应独立控制的控制盒。
优选地，所述控制盒固定在所述鳞片的背面。
可选地，所述支撑架与所述鳞片通过螺栓固定连接；所述微型电机通过螺栓固定在所述基座侧边；所述微型电机的主轴与所述旋转轴之间通过联轴器连接；所述旋转轴与所述支撑架通过轴承连接。
优选地，所述控制盒还用于在横向风不足以产生风险时，计算所述列车运行过程中的兼顾粘性阻力和横向作用力的第二鳞片张角，并指令所述微型电机经所述旋转轴带动所述鳞片切换到所述第二鳞片张角。
本发明具有以下有益效果：
本发明结构简单实用，通过调整鳞片角度分配列车所受侧向力以减小倾覆力矩，可以有效降低列车倾覆危险性，同时减小列车运行过程中的粘性阻力，从而提高了列车运行稳定性和安全性；而且本发明的设计基于侧风风向角的动态调整鳞片角度，具有自适应性。
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是本发明设计的仿鱼鳞防倾覆结构的一种实施例结构示意图。
图2是本发明仿鱼鳞防倾覆结构一种实施例安装示意图。
图3是侧风作用下列车所受侧向力示意图。
图4是基于风速检测装置的自适应闭环控制框图。
【图号说明】
10、基座；11、支撑架；12、鳞片；13、安装孔；14、微型电机；15、旋转轴；16、控制盒；17、风速检测装置；20、侧风；21、仿鱼鳞防倾覆结构；22、列车。
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。
实施例1
本实施例设计的仿鱼鳞防倾覆结构如图1所示，包括：
基座10、用于与列车车体进行固定的安装孔13、支撑架11、旋转轴15、鳞片12、微型电机14、控制盒16、风速检测装置17；基座10上设置有安装孔13；基座10的一端设置有支撑架11；支撑架11下端内设置有旋转轴15；支撑架11上端侧边设置有控制盒16；支撑架11上端设置有鳞片12；鳞片12侧端设置有风速检测装置17；微型电机14可通过驱动旋转轴15控制鳞片的角度；风速检测装置17可实时检测风速。
本实施例所述仿鱼鳞结构安装在列车侧面并始终使风速检测装置位于迎风面，其中旋转轴与水平方向夹角范围为0到90度，鳞片与车身侧面的夹角，即鳞片的张开角度，范围为0到90度。优选地，采用图2所示旋转轴与水平方向夹角范围为45度的布置结构。
如图3、图4所示，防倾覆原理说明；
(1)如图3，在本实施例中，采用仿鱼鳞防倾覆结构21的列车侧风20以风向角θ作用于列车。仿鱼鳞防倾覆结构均匀排列在列车车身侧面，鳞片与垂直面夹角为γ。则侧向力沿着风向角作用于鳞片，对侧向力沿着鳞片面方向以及垂直于鳞片面方向进行分解，沿着鳞片方向的分力由于鳞片光滑对列车不产生影响，垂直于鳞片面方向的分力对列车产生向下的作用力，从而减小列车的侧滚力矩，列车倾覆危险性减小。
(2)当侧风20作用在列车22上时，由于仿鱼鳞防倾覆结构形成了折角突起，折角突起起到了引导气流更加顺畅从车身两侧通过，减小阻尼系数，从而减小粘性阻力。
(3)仿鱼鳞防倾覆结构重新分配了侧向力的鳞片方向分量和垂直鳞片方向分量，使列车所受倾覆力矩减小。风速检测装置实时检测侧风20的风向角，控制盒根据侧风的风向角和不同强度侧风作用下车身所受倾覆力矩动态变化的控制模型，得到使倾覆力矩最小的鳞片角度，驱动微型电机，使鳞片达到目标角度，鳞片分配了侧向力的鳞片方向分量和垂直鳞片方向分量，在垂直于鳞片面方向对列车产生向下的作用力，从而减小车身的倾覆力矩，降低列车倾覆危险性，从而提高列车运行稳定性和安全性。具体的，本实施例控制盒用于经所述风速检测装置的获取列车行进过程中的风速和风向角，根据所述风速和风向角评估风险等级，并在评估存在风险时，计算使倾覆力矩最小的鳞片张开角度，并指令所述微型电机经所述旋转轴带动所述鳞片抵达使倾覆力矩最小的鳞片张开角度。进一步的，该控制盒还用于在横向风不足以产生风险时，计算所述列车运行过程中的兼顾粘性阻力和横向作用力的第二鳞片张角，并指令所述微型电机经所述旋转轴带动所述鳞片切换到所述第二鳞片张角。
综上，本发明实施例所公开的列车仿鱼鳞防倾覆结构，具有以下有益效果：
本发明结构简单实用，通过调整鳞片角度分配列车所受侧向力以减小倾覆力矩，可以有效降低列车倾覆危险性，同时减小列车运行过程中的粘性阻力，从而提高了列车运行稳定性和安全性；而且本发明的设计基于侧风风向角的动态调整鳞片角度，具有自适应性。
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 (4)

1.一种列车仿鱼鳞防倾覆结构，其特征在于，包括：
基座、安装孔、支撑架、旋转轴、鳞片、微型电机、控制盒和风速检测装置；
所述基座上设置有与列车车体进行固定的所述安装孔；所述基座的一端设置有支撑架；所述支撑架下端内设置有旋转轴；所述旋转轴与所述支撑架固定连接；
所述支撑架上固定有所述鳞片；
所述鳞片的迎风面设置有所述风速 检测装置；
所述微型电机用于驱动所述旋转轴的旋转；
所述微型电机和所述风速检测装置还分别与控制盒连接；
所述列车仿鱼鳞防倾覆结构安装在列车侧面，所述旋转轴与水平方向夹角范围为0到90度，所述鳞片与车身侧面的夹角为0到90度；
所述控制盒，用于经所述风速检测装置的获取列车行进过程中的风速和风向角，根据所述风速和风向角评估风险等级，并在评估存在风险时，计算使倾覆力矩最小的鳞片张开角度，并指令所述微型电机经所述旋转轴带动所述鳞片抵达使倾覆力矩最小的鳞片张开角度；
所述列车的车体侧面均布有至少两个所述列车仿鱼鳞防倾覆结构；各所述鳞片分别对应独立控制的控制盒。
2.根据权利要求1所述的列车仿鱼鳞防倾覆结构，其特征在于，所述控制盒固定在所述鳞片的背面。
3.根据权利要求1所述的列车仿鱼鳞防倾覆结构，其特征在于，所述支撑架与所述鳞片通过螺栓固定连接；所述微型电机通过螺栓固定在所述基座侧边；所述微型电机的主轴与所述旋转轴之间通过联轴器连接；所述旋转轴与所述支撑架通过轴承连接。
4.根据权利要求1所述的列车仿鱼鳞防倾覆结构，其特征在于，所述控制盒还用于在横向风不足以产生风险时，计算所述列车运行过程中的兼顾粘性阻力和横向作用力的第二鳞片张角，并指令所述微型电机经所述旋转轴带动所述鳞片切换到所述第二鳞片张角。
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