CN114906184A - 一种具有排障扩散器的列车 - Google Patents

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CN114906184A CN202210600034.9A CN202210600034A CN114906184A CN 114906184 A CN114906184 A CN 114906184A CN 202210600034 A CN202210600034 A CN 202210600034A CN 114906184 A CN114906184 A CN 114906184A
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Abstract

本发明公开了一种具有排障扩散器的列车，包括车体，车体设置有用于连接外部钢轨的车轮，车体底部端头设有用于清除轨道障碍并整流的排障扩散器；排障扩散器位于车体一端或两端；当其位于车体前端时，其形状构造配置成使气流进入排障扩散器并经其整流后排入车底；当其位于车体后端时，其形状构造配置成使车底气流进入排障扩散器并经其整流后排出。通过对排障机构进行优化，使其具备整流功能，从而能够优化尾车底部的气流流场，引导尾车底部气流流动，提升尾部气流流出车体底部区域的流动效率，从而降低车辆在运行时的气动升力，避免干扰高速列车在线路上的正常运行。

Description

一种具有排障扩散器的列车
技术领域
本发明主要涉及列车技术领域，尤其涉及一种具有排障扩散器的列车。
背景技术
现有技术中的列车在线路上运行时，其车体的尾车部分往往会受到严重的气动升力作用，造成列车尾车的轮轨关系发生变化，降低车辆在运行时的黏着力与制动时的轮轨间摩擦力，严重干扰高速列车在线路上的正常运行。同时为了保障高速列车的正常安全运行，在列车的两侧的端部往往会设置有排障器，用以扫清线路上的行车干扰物，清理轨道上危害列车走行部的异物。而现有的排障器结构相对于尾车结构更突出于车体的流线型几何结构，往往会对尾车底部气流形成更为明显的阻碍与拖曳现象，恶化列车底部气流流场，从而造成列车尾车气动升力的进一步加剧，恶化列车在线路上的运行性能。因此，亟需一种既具有排障功能，又具有整流功能以消除或降低排障机构所产生的阻碍与拖曳现象的列车。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种有利于气体穿过从而减轻车体底部气流的阻碍与拖曳现象的具有排障扩散器的列车。
为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：
一种具有排障扩散器的列车，包括车体，所述车体设置有用于连接外部钢轨的车轮，所述车体底部端头设有用于清除轨道障碍并整流的排障扩散器；所述排障扩散器位于车体一端或两端；
当所述排障扩散器位于车体前端时，排障扩散器的形状构造配置成使气流进入排障扩散器并经其整流后排入车底；
当所述排障扩散器位于车体后端时，排障扩散器的形状构造配置成使车底气流进入排障扩散器并经其整流后排出。
作为上述技术方案的进一步改进：
所述排障扩散器包括呈半封闭状的排障部，所述排障部的外侧面呈弧面状且与车体底面所在平面A垂直；所述排障部的凸出方向与车体的长度方向一致且开口端朝向车体内侧。
所述排障部的中部呈壳状、成型有用于气体流通的开口，且位于两道钢轨内侧；所述排障部的边部呈楔形、沿斜向跨设在钢轨的正上方，且所述边部的尖头端与中部的端缘相连形成整体；所述中部与所述边部均与车体固定相连。
所述边部的底面与平面A重合。
所述排障扩散器还包括若干位于排障部所围区域内的导流片，所述导流片呈三角板状，且其长度方向与车体的长度方向一致。
所述导流片垂直于平面A且底面与平面A重合；所述导流片的端缘与平面A所成夹角α的范围为60°-120°。
各所述导流片的上端经顶板相连，所述顶板外端向上倾斜，且与平面A所成夹角β的范围为10°-30°。
所述车体两端凸出成型有鼻锥部，所述列车还包括位于所述鼻锥部下方、用于引导气体流向并进行整流的外扩散器，所述外扩散器的内端与导流片相连且外端凸出于排障部；当所述外扩散器位于车体前端，部分气体经外扩散器初次整流后进入排障扩散器二次整流并排向车底；当所述外扩散器位于车体后端，部分来自车底的气体经排障扩散器初次整流后进入外扩散器二次整流并排出。
所述外扩散器包括与导流片相连的导流板，所述导流板位于鼻锥部的正下方，且其底面垂直成型有若干翼板。
所述导流板外端向上倾斜，其与平面A所成夹角γ的范围为10°-30°，且夹角γ小于或等于夹角β；所述翼板底面与平面A重合。
所述排障扩散器还包括成型有若干网孔的格栅板，所述格栅板安装于开口，且其底面与平面A重合。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
通过对排障机构进行优化，使其具有了使气体穿过的能力，从而能够明显降低车体底部气流的阻碍与拖曳现象，不仅如此，排障扩散器还具有整流功能，从而能够优化尾车底部的气流流场，引导尾车底部气流流动，提升尾部气流流出车体底部区域的流动效率，从而增强车辆在运行时的黏着力与制动时的轮轨间摩擦力，避免干扰高速列车在线路上的正常运行。
附图说明
图1是实施例1中列车的结构示意图(视角一)；
图2是实施例1中列车的结构示意图(局部，视角二)；
图3是实施例1中列车的结构示意图(局部，视角三)；
图4是实施例1中列车与现有列车的车体底部尾流横向涡量云图对比示意图；
图5是实施例1中列车与现有列车的尾流流动对比示意图；
图6是实施例1中列车与现有列车的车体底部尾流流速云图对比示意图；
图7是实施例2中列车的结构示意图(局部，视角一)；
图8是实施例2中列车的结构示意图(局部，视角二)；
图9是实施例2中列车的结构示意图(局部，视角三)；
图10是实施例2中列车与现有列车的车体底部尾流横向涡量云图对比示意图；
图11是实施例2中列车与现有列车的尾流流动对比示意图；
图12是实施例2中列车与现有列车的车体底部尾流流速云图对比示意图；
图13是实施例3中列车的结构示意图(局部，视角一)；
图14是实施例3中列车的结构示意图(局部，视角二)；
图15是实施例3中列车与现有列车的车体底部尾流横向涡量云图对比示意图；
图16是实施例3中列车与现有列车的尾流流动对比示意图；
图17是实施例3中列车与现有列车的车体底部尾流流速云图对比示意图。
图中各标号表示：1、车体；11、车轮；12、鼻锥部；2、钢轨；3、排障扩散器；31、排障部；311、中部；3111、开口；312、边部；32、导流片；33、顶板；35、格栅板；4、平面A；5、外扩散器；51、导流板；52、翼板。
具体实施方式
以下将结合说明书附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。
实施例1
如图1至图6所示，本实施例的具有排障扩散器的列车，包括车体1，车体1设置有用于连接外部钢轨2的车轮11，车体1底部端头设有用于清除轨道障碍并整流的排障扩散器3；排障扩散器3位于车体1一端或两端；当所述排障扩散器3位于车体1前端时，排障扩散器3的形状构造配置成使气流进入排障扩散器3并经其整流后排入车底；当所述排障扩散器3位于车体1后端时，排障扩散器3的形状构造配置成使车底气流进入排障扩散器3并经其整流后排出。这里所说前端与后端是以列车行驶方向为参照所确定的方位，即当列车处于行驶状态下，气体由前端流向后端。现有技术中车体1底部仅安装有排障器，其仅具有排除轨道障碍的作用。又因现有技术中的排障器多呈相对于尾车结构更突出于车体的流线几何形，在列车高速行驶过程中，会对尾车底部气流形成阻碍与拖曳、恶化列车底部气流流场，叠加车体尾车部分本身所受的气动升力作用，将造成列车尾车的轮轨关系发生变化，降低车辆在运行时的黏着力与制动时的轮轨间摩擦力，严重干扰高速列车在线路上的正常运行。而本实施例中所公开的技术方案对排障机构进行优化，使其具有了使气体穿过的能力，从而能够明显降低车体底部气流的阻碍与拖曳现象，不仅如此，排障扩散器3还具有整流功能，从而能够优化尾车底部的气流流场，引导尾车底部气流流动，提升尾部气流流出车体底部区域的流动效率，从而增强车辆在运行时的黏着力与制动时的轮轨间摩擦力，避免干扰高速列车在线路上的正常运行。
本实施例中，排障扩散器3包括呈半封闭状的排障部31，排障部31的外侧面呈弧面状且与车体1底面所在平面A4垂直；排障部31的凸出方向与车体1的长度方向一致且开口端朝向车体1内侧。排障部31的中部311呈壳状、成型有用于气体流通的开口3111，且位于两道钢轨2内侧；排障部31的边部312呈楔形、沿斜向跨设在钢轨2的正上方，且边部312的尖头端与中部311的端缘相连形成整体；中部311与边部312均与车体1固定相连。边部312的底面与平面A4重合。列车行驶过程中，气流与排障部31发生摩擦、碰撞，且由于排障部31的中部与列车行进方向所成角度最大，即气流冲撞效果最为明显，当排障扩散器3位于车体1后端时，其所造成的阻碍与拖曳现象最为明显。因此，在排障部31的中部311开设有用于气流穿过的开口3111，当气流经开口3111穿过排障部31而不是发生碰撞时，排障扩散器3所造成的阻碍与拖曳现象得以减轻。同时，为了避免钢轨2上的障碍物能被有效清除，使排障部31的边部312沿斜向跨设在钢轨2的正上方，当钢轨2上存在障碍物时，利用边部312外侧面对其产生斜向外的推力从而能够将障碍物沿车体1外侧排除。不仅如此，边部312的底面与车体1底面所在平面A4重合，意味着障碍物的高度小于车体1底面高度时，边部312将从其上方掠过而不发生碰撞，此时障碍物进入车底却因其高度过低而不会对列车造成碰撞、损伤，也能够减少排障部31的耗损。而当障碍物的高度大于车体1底面高度时，位于车体1前端的边部312将在跟随列车经过时与其发生碰撞而将障碍物排出，从而能够有效避免障碍物进入车底造成列车损伤。
具体地，排障部31的外侧面呈流线型。流线型的外侧面能够明显优化力学性能，排障扩散器3位于车体1前端时，其流线外形可以有效引导车体下部区域来流的气流分离、防止发生明显的流动分离现象，从而防止产生明显的气动阻力增加现象；当排障扩散器3位于尾端时，其也可以有效引导车体两侧气流向中间汇集，防止产生明显的流动分离。并且流线型的外侧面恰能使边部312斜向跨设于钢轨2之上，从而便于将障碍物向车体外侧推出。
本实施例中，排障扩散器3还包括若干位于排障部31所围区域内的导流片32，导流片32呈三角板状，且其长度方向与车体1的长度方向一致。导流片32垂直于平面A4且底面与平面A4重合。导流片32的端缘与平面A4所成夹角α的范围为60°-120°。通过设置导流片32，可以对车体尾部的气流产生切割与整流，如图4所示(上方为本申请、下方为现有技术)，本申请通过设置导流片32致使排障扩散器尾流的横向涡量明显减少，涡量降低后，尾流的横向闯动也将存在降低，进一步优化了列车运行时尾车的气动性能。同时，通过设置导流片32，还能对通过排障扩散器3流出的高速气流进行整流，降低尾流中的涡旋含量，进一步提升尾流的脱离效率，从而实现对尾车底部尾流的进一部优化、降低列车运行过程中尾车所受到的气动升力，从而提高列车运行的稳定性。
本实施例中，各导流片32的上端经顶板33相连，顶板33外端向上倾斜，且与平面A4所成夹角β的范围为10°-30°。通过设置顶板33，可以增加来流风向车体下部的流动趋势，从而提高车体底部的气流流量。如图5所示(上方为本申请、下方为现有技术)，当排障扩散器3位于尾端时，气流通过排障扩散器3向车体周围流场的上部区域扩散。如图6所示(上方为本申请、下方为现有技术)，当车体底部尾流在车体尾端形成扩散趋势，其位于车体下部的气流堆滞情况将得到缓解、尾车底部的气流流动速度得以增加，在车体底部气流流速增加的影响下，列车车体所受气动升力降低，动车组列车的运行性能得到优化。
实施例2
如图7-图12所示，本发明具有排障扩散器的列车的第二实施例，该列车与实施例1基本相同，区别在于：本实施例中，车体1两端凸出成型有鼻锥部12，列车还包括位于鼻锥部12下方、用于引导气体流向并进行整流的外扩散器5，外扩散器5的内端与导流片32相连且外端凸出于排障部31；当外扩散器5位于车体1前端，部分气体经外扩散器5初次整流后进入排障扩散器3二次整流并排向车底；当外扩散器5位于车体1后端，部分来自车底的气体经排障扩散器3初次整流后进入外扩散器5二次整流并排出。通过设置外扩散器5，能将气流进行分流处理，当外扩散器5位于车体1前端，气体经外扩散器5切割分为上下两部分，上部分(位于鼻锥部12与外扩散器5间)的气体进入排障扩散器3进行整流，下部分(位于外扩散器5与地面间)的气体进入外扩散器5整流并排向排障扩散器3进行二次整流；当外扩散器5位于车体1后端，部分经排障扩散器3整流的后的气体经鼻锥部12与外扩散器5间排出，另一部分气体进入外扩散器5进行二次整流。气体经过二次整流，能够优化尾车底部的气流流场，引导尾车底部气流流动，提升尾部气流流出车体底部区域的流动效率，从而增强车辆在运行时的黏着力与制动时的轮轨间摩擦力，避免干扰高速列车在线路上的正常运行。
本实施例中，外扩散器5包括与导流片32相连的导流板51，导流板51位于鼻锥部12的正下方，且其底面垂直成型有若干翼板52。导流板51外端向上倾斜，其与平面A4所成夹角γ的范围为10°-30°，且夹角γ小于或等于夹角β。通过设置导流片32和翼板52，可以对车体1尾部的气流产生切割与整流，如图10所示(上方为本申请、下方为现有技术)，本申请通过设置导流片32和翼板52致使排障扩散器3尾流的横向涡量明显减少，涡量降低后，尾流的横向闯动也将存在降低，进一步优化了列车运行时尾车的气动性能。同时，通过设置导流片32和翼板52，还能对通过排障扩散器3流出的高速气流进行整流，降低尾流中的涡旋含量，进一步提升尾流的脱离效率，从而实现对尾车底部尾流的进一部优化、降低列车运行过程中尾车所受到的气动升力，从而提高列车运行的稳定性。同时，通过设置顶板33和导流板51，可以增加来流风向车体下部的流动趋势，从而提高车体1底部的气流流量。如图11所示(上方为本申请、下方为现有技术)，当排障扩散器3和外扩散器5位于尾端时，气流通过排障扩散器3和外扩散器5向车体1周围流场的上部区域扩散。如图12所示(上方为本申请、下方为现有技术)，当车体1底部尾流在车体尾端形成扩散趋势，其位于车体1下部的气流堆滞情况将得到缓解、尾车底部的气流流动速度得以增加，在车体1底部气流流速增加的影响下，列车车体1所受气动升力降低，动车组列车的运行性能得到优化。
本实施例中，翼板52底面与平面A4重合。由于排障部31成型有用于气体流通的开口3111，为了避免障碍物经开口3111进入车底造成车体1损坏，将翼板52底面设置成与车体1底面所在平面A4重合，当钢轨2间的障碍物的高度小于车体1底面高度时，翼板52将从其上方掠过而不发生碰撞，此时障碍物进入车底却因其高度过低而不会对列车造成碰撞、损伤，也能够减少翼板52的耗损。而当钢轨2间的障碍物的高度大于车体1底面高度时，翼板52端缘将在跟随列车经过时与其发生碰撞而将障碍物排出，从而能够有效避免障碍物进入车底造成列车损伤。
实施例3
如图13-图17所示，本发明具有排障扩散器的列车的第三实施例，该排障扩散器与实施例1基本相同，区别在于：本实施例中，排障扩散器3还包括成型有若干网孔的格栅板35，格栅板35安装于开口3111，且其底面与平面A4重合。通过设置格栅板35能够有效排除位于钢轨2间的障碍物，以避免其进入车底对行车安全造成影响。且格栅板35的底面与车体1底面所在平面A4重合，意味着障碍物的高度小于车体1底面高度时，格栅板35将从其上方掠过而不发生碰撞，此时障碍物进入车底却因其高度过低而不会对列车造成碰撞、损伤，也能够减少格栅板35的耗损。而当障碍物的高度大于车体1底面高度时，位于车体1前端的格栅板35将在跟随列车经过时与其发生碰撞而将障碍物排出，从而能够有效避免障碍物进入车底造成列车损伤。
与实施例1相似的是，本实施例通过设置导流片32，可以对车体尾部的气流产生切割与整流，如图15所示(上方为本申请、下方为现有技术)，本申请通过设置导流片32致使排障扩散器尾流的横向涡量明显减少，涡量降低后，尾流的横向闯动也将存在降低，进一步优化了列车运行时尾车的气动性能。同时，通过设置导流片32，还能对通过排障扩散器3流出的高速气流进行整流，降低尾流中的涡旋含量，进一步提升尾流的脱离效率，从而实现对尾车底部尾流的进一部优化、降低列车运行过程中尾车所受到的气动升力，从而提高列车运行的稳定性。又通过设置顶板33，可以增加来流风向车体下部的流动趋势，从而提高车体底部的气流流量。如图16所示(上方为本申请、下方为现有技术)，当排障扩散器3位于尾端时，气流通过排障扩散器3向车体周围流场的上部区域扩散。如图17所示(上方为本申请、下方为现有技术)，当车体底部尾流在车体尾端形成扩散趋势，其位于车体下部的气流堆滞情况将得到缓解、尾车底部的气流流动速度得以增加，在车体底部气流流速增加的影响下，列车车体所受气动升力降低，动车组列车的运行性能得到优化。
虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围的情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。

Claims (11)

1.一种具有排障扩散器的列车，包括车体(1)，所述车体(1)设置有用于连接外部钢轨(2)的车轮(11)，其特征在于：所述车体(1)底部端头设有用于清除轨道障碍并整流的排障扩散器(3)；所述排障扩散器(3)位于车体(1)一端或两端；
当所述排障扩散器(3)位于车体(1)前端时，排障扩散器(3)的形状构造配置成使气流进入排障扩散器(3)并经其整流后排入车底；
当所述排障扩散器(3)位于车体(1)后端时，排障扩散器(3)的形状构造配置成使车底气流进入排障扩散器(3)并经其整流后排出。
2.根据权利要求1所述的具有排障扩散器的列车，其特征在于：所述排障扩散器(3)包括呈半封闭状的排障部(31)，所述排障部(31)的外侧面呈弧面状且与车体(1)底面所在平面A(4)垂直；所述排障部(31)的凸出方向与车体(1)的长度方向一致且开口端朝向车体(1)内侧。
3.根据权利要求2所述的具有排障扩散器的列车，其特征在于：所述排障部(31)的中部(311)呈壳状、成型有用于气体流通的开口(3111)，且位于两道钢轨(2)内侧；所述排障部(31)的边部(312)呈楔形、沿斜向跨设在钢轨(2)的正上方，且所述边部(312)的尖头端与中部(311)的端缘相连形成整体；所述中部(311)与所述边部(312)均与车体(1)固定相连。
4.根据权利要求3所述的具有排障扩散器的列车，其特征在于：所述边部(312)的底面与平面A(4)重合。
5.根据权利要求2-4中任一项所述的具有排障扩散器的列车，其特征在于：所述排障扩散器(3)还包括若干位于排障部(31)所围区域内的导流片(32)，所述导流片(32)呈三角板状，且其长度方向与车体(1)的长度方向一致。
6.根据权利要求5所述的具有排障扩散器的列车，其特征在于：所述导流片(32)垂直于平面A(4)且底面与平面A(4)重合；所述导流片(32)的端缘与平面A(4)所成夹角α的范围为60°-120°。
7.根据权利要求5所述的具有排障扩散器的列车，其特征在于：各所述导流片(32)的上端经顶板(33)相连，所述顶板(33)外端向上倾斜，且与平面A(4)所成夹角β的范围为10°-30°。
8.根据权利要求7所述的具有排障扩散器的列车，其特征在于：所述车体(1)两端凸出成型有鼻锥部(12)，所述列车还包括位于所述鼻锥部(12)下方、用于引导气体流向并进行整流的外扩散器(5)，所述外扩散器(5)的内端与导流片(32)相连且外端凸出于排障部(31)；当所述外扩散器(5)位于车体(1)前端，部分气体经外扩散器(5)初次整流后进入排障扩散器(3)二次整流并排向车底；当所述外扩散器(5)位于车体(1)后端，部分来自车底的气体经排障扩散器(3)初次整流后进入外扩散器(5)二次整流并排出。
9.根据权利要求8所述的具有排障扩散器的列车，其特征在于：所述外扩散器(5)包括与导流片(32)相连的导流板(51)，所述导流板(51)位于鼻锥部(12)的正下方，且其底面垂直成型有若干翼板(52)。
10.根据权利要求9所述的具有排障扩散器的列车，其特征在于：所述导流板(51)外端向上倾斜，其与平面A(4)所成夹角γ的范围为10°-30°，且夹角γ小于或等于夹角β；所述翼板(52)底面与平面A(4)重合。
11.根据权利要求3-4中任一项所述的具有排障扩散器的列车，其特征在于：所述排障扩散器(3)还包括成型有若干网孔的格栅板(35)，所述格栅板(35)安装于开口(3111)，且其底面与平面A(4)重合。
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