CN115158377A - 一种高速列车抗横风方法及可翻转车翼 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种高速列车抗横风方法及可翻转车翼，在车体顶部布设能够产生升力的车翼，包括第一翼体以及第二翼体，所述第一翼体、所述第二翼体分别与一翻转机构连接，以通过对应的所述翻转机构驱动而翻转。当遭遇横风时，背风侧翼体产生的升力能够产生抵抗横风的力矩，将迎风侧翼体翻转，使升力向下成为下压力，与背风侧产生的升力组合，形成更大的抵抗力矩加强对横风的抵抗效果，提升了高速列车抵抗横风的能力。另外本发明中第一翼体以及第二翼体能够单独驱动控制，驱动机构集成设置简化了结构布置，提升了结构紧凑型，降低了工作状态的风阻。

Description

一种高速列车抗横风方法及可翻转车翼

技术领域

本发明涉及高速列车气动技术领域，特别涉及一种高速列车抗横风可翻转车翼。

背景技术

在我国，复杂多样的地形环境为高速列车的运行带来了诸多困难和挑战，尤其是新疆、台湾等地的大风环境，严重威胁着高速列车运行安全，限制了高速列车运行速度的提升。目前一般采用列车限速和修建防风设施等方法，来应对大风环境下横风对高速列车运行安全和气动性能的影响。但是列车限速既不利于保障运输效率和调度，又与发展更高速列车的趋势相背；而防风设施往往需要大面积沿线修建，成本高昂。上述应对横风的传统方法因为存在这些弊端，已逐渐不能适应现代高速列车在大风环境下的运行。因此，目前迫切需要一种高效低成本的新型抗横风装置，以应对更高速列车面临的运行安全问题。

发明内容

本发明的目的是：针对上述背景技术中存在的不足，提供一种高速列车抗横风方案，依靠车体背风侧产生的升力以及迎风侧产生的下压力，组合形成更大的力矩抵消横风作用，达到更好的效果。

为了达到上述目的，本发明提供了一种高速列车抗横风方法，在车体顶部布设能够产生升力的车翼，当遭遇横风时，背风侧的车翼产生的升力能够产生抵抗横风的力矩，将迎风侧的车翼翻转，使升力向下成为下压力，与背风侧车翼产生的升力组合，形成抵抗横风的力矩，使车体的总倾覆力矩减小至满足安全要求。

其中，迎风侧的车翼翻转180度。

本发明还提供了一种高速列车抗横风可翻转车翼，包括布设在车体顶部的车翼本体，所述车翼本体至少包括第一翼体以及第二翼体，所述第一翼体、所述第二翼体分别与一翻转机构连接，以通过对应的所述翻转机构驱动而翻转，每个所述翻转机构包括与所述第一翼体或所述第二翼体连接的翻转支座，以及驱动所述翻转支座翻转的翻转驱动部，所述翻转驱动部包括翻转驱动电机以及翻转传动机构，所述翻转驱动电机通过所述翻转传动机构与所述翻转支座传动连接。

进一步地，所述翻转传动机构包括固定在所述翻转支座上的翻转轴、安装在所述翻转轴上的翻转传动蜗轮、以及与所述翻转驱动电机连接的翻转传动蜗杆，所述翻转传动蜗杆与所述翻转传动蜗轮相啮合。

进一步地，所述第一翼体、所述第二翼体所关联的翻转驱动电机均布设在同一安装座内。

进一步地，所述安装座开设有限位槽，所述翻转支座包括连接板，所述连接板的内端与所述翻转轴固定连接，所述连接板的外端与所述车翼本体固定的同时、与所述限位槽滑动连接，以限制所述翻转轴的轴向偏移。

进一步地，所述限位槽的槽口覆盖有柔性挡板，所述柔性挡板的缝隙用于所述连接板的穿过，所述柔性挡板用于提高密封性，减少风噪。

进一步地，所述安装座为转向支座，所述转向支座与转向驱动电机传动连接。

进一步地，还包括竖向伸缩机构，所述竖向伸缩机构包括伸缩外壳，所述伸缩外壳内布设有竖向驱动部，所述竖向驱动部通过导向保持架与所述伸缩外壳联动，用于驱动所述车翼本体升降。

进一步地，所述竖向驱动部为竖向气缸，所述竖向气缸的活塞杆端部与所述转向驱动电机固定连接，同时与所述转向支座转动连接。

本发明的上述方案有如下的有益效果：

本发明提供的高速列车抗横风方法及可翻转车翼，当遭遇横风时，能够将车翼迎风侧的部分翻转，使迎风侧的部分产生下压力，与背风侧产生的升力组合，形成更大的抵抗力矩加强对横风的抵抗效果，提升了高速列车抵抗横风的能力；

本发明中第一翼体以及第二翼体能够单独驱动控制，其驱动机构集成设置简化了结构布置，提升了结构紧凑型，降低了工作状态的风阻等；

本发明的其它有益效果将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明的转向支座内部结构示意图；

图3为本发明的伸缩外壳内部结构示意图；

图4为本发明的车翼本体下降示意图；

图5为本发明的车翼本体上升且一侧翻转180度示意图；

图6为本发明的车翼本体两侧均翻转180度示意图；

图7为本发明的车翼本体转向示意图。

【附图标记说明】

1-第一翼体；2-第二翼体；3-翻转支座；4-翻转驱动电机；5-翻转轴；6-翻转传动蜗轮；7-翻转传动蜗杆；8-限位槽；9-连接板；10-柔性挡板；11-转向支座；12-转向驱动电机；13-伸缩外壳；14-竖向气缸；15导向保持架。

具体实施方式

为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是锁定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本发明的实施例提供了一种高速列车抗横风方法，在车体顶部布设能够产生升力的车翼，当遭遇横风时，背风侧的车翼产生的升力能够产生抵抗横风的力矩，将迎风侧的车翼翻转，使升力向下成为下压力，产生抵抗横风的力矩，而让车体的总倾覆力矩减小至满足安全要求。

需要说明的是，在高速列车正常行驶时，车翼可以为车体提供一定的升力，使高速列车与轨道的接触压力、摩擦力更小，在保证高速列车行驶安全的同时达到减阻的目的。此时，车翼均是未翻转、对称的，达到升力平衡的目的。

当高速列车遭遇横风时，横风能够对高速列车的迎风面产生风压，使高速列车受到横风力矩，为避免高速列车的倾覆造成事故，可以通过背风侧车翼的升力产生一个与横风力矩相平衡而抵消的力矩，从而降低横风力矩的影响。面对更大横风时，为进一步提升抵抗效果，将迎风侧的车翼翻转，使车翼的升力向下变为下压力，因此该引风侧的下压力也能够产生抵抗横风的力矩，最终确保将靠近背风侧车体与轨道的接触点视为旋转支点时横风力矩被抵消。

基于同一发明构思，本发明的实施例还提供了一种高速列车抗横风可翻转车翼，如图1-图7所示，包括布设在车体顶部的车翼本体，本实施例中车翼本体包括第一翼体1以及第二翼体2。其中，第一翼体1、第二翼体2分别与一翻转机构连接，以分别控制、通过对应的翻转机构驱动而翻转。每个翻转机构包括与第一翼体1或第二翼体2连接的翻转支座3，以及驱动翻转支座3翻转的翻转驱动部。翻转驱动部包括翻转驱动电机4以及翻转传动机构，翻转驱动电机4通过翻转传动机构与翻转支座3传动连接。通过翻转驱动电机4的驱动以及翻转传动机构的传动，带动翻转支座3翻转调整角度。本实施例中可以将第一翼体1或第二翼体2完全翻转，使升力转变为下压力。

需要说明的是，本实施例中翻转驱动电机4优选采用伺服电机，能够准确控制翻转角度。

在本实施例中，翻转传动机构包括固定在翻转支座3上的翻转轴5、安装在翻转轴5上的翻转传动蜗轮6、以及与翻转驱动电机4连接的翻转传动蜗杆7，翻转传动蜗杆7与翻转传动蜗轮6相啮合，能够实现翻转传动蜗轮6的自锁。因此，当翻转机构控制对应的翼体翻转至预设角度时，翻转传动蜗轮6形成自锁而不会造成翼体的角度偏离、晃动等，也即不会对连接的翻转驱动电机4产生影响。

在本实施例中，第一翼体1、第二翼体2所关联的翻转驱动电机4均布设在同一安装座内。其中，安装座的顶面设置为弧面，第一翼体1、第二翼体2的对应位置设置有弧形缺口，且与球面相匹配。因此，第一翼体1、第二翼体2在翻转的过程中不会与安装座的顶面产生干扰，顺利翻转180度。

其中，翻转传动蜗轮6以及翻转轴5的大部分均位于安装座内，翻转轴5的外端从安装座侧壁的轴孔穿出后与外部的翻转支座3固定。由于翻转轴5的内端位于安装座内，因此与翻转轴5内端连接的翻转支座3需要延伸至安装座内部。

在本实施例中，安装座开设有限位槽8，限位槽8沿安装座球面的圆周线分布。翻转支座3包括连接板9，连接板9的内端位于安装座内部且与翻转轴5固定连接，连接板9的外端位于安装座外部，与车翼本体固定的同时、与限位槽8滑动接触。因此，第一翼体1或第二翼体2在翻转的过程中，一方面依靠限位槽8进行导向，同时也能限制翻转轴5的轴向偏移，确保车翼本体翻转时的可靠性、稳定性。

由于限位槽8的设置使安装座顶端无法密封，为避免风噪过大，或者雨水进入安装座内部，本实施例中限位槽8的槽口覆盖有柔性挡板10，其中，柔性挡板10为易变形条形结构，槽口通过两个柔性挡板10组合密封，当连接板9沿限位槽8滑动时，柔性挡板10之间的缝隙能够用于连接板9的穿过，不会对连接板9的滑动产生明显阻碍，而槽口的其他位置均被柔性挡板10密封，避免风噪过大、雨水进入内部等。

为更加灵活调整车翼1和车翼2的升力，本实施例中还设置有转向机构，包括转向支座11以及转向驱动电机12等，前述的安装座即转向支座11。其中，车翼1和车翼2的底部与转向支座11连接，转向支座11与转向驱动电机12连接，转向驱动电机12与竖向伸缩机构连接。依靠转向驱动电机12的驱动，能使车翼1和车翼2相对于竖直轴转动，完成转向。车翼1和车翼2的转向能够调整升力或下压力的位置，从而对整体倾覆力矩进行更精确的调节。需要说明的是，转向驱动电机12具备自锁功能，驱动转向支座11旋转并在转向到位后自锁而稳定保持。

其中，转向支座11采用双层筒体结构，翻转驱动电机4布设在转向支座11内的上层，转向支座11旋转时带动翻转驱动电机4、翻转轴5、翻转支座3、车翼本体等同步旋转。转向驱动电机12布设在转向支座11内的下层，其电机轴与转向支座11传动连接，因而可以驱动转向支座11旋转。

在本实施例中，还设置有竖向伸缩机构，以控制车翼本体升降。通过竖向伸缩机构的设置，不仅能使车翼本体在不需要使用、通过限高位置时完全收回车体内，同时也能达到调整车翼本体高度来调节抵抗力矩的目的。

在本实施例中，竖向伸缩机构包括伸缩外壳13，伸缩外壳13内布设有竖向驱动部，竖向驱动部与伸缩外壳13联动，用于驱动车翼本体升降。其中，伸缩外壳13具有多层伸缩层，剖面为流线型(类棱形)，依靠流线型结构减少空气阻力，避免伸出工作时结构阻力太大。

同时如图3所示，作为优选的实施方式，本实施例中竖向驱动部为竖向气缸14，竖向气缸14能够布设在伸缩外壳13内，驱动车翼本体升降的同时带动伸缩外壳13伸缩，调整车翼本体高度，使车翼本体伸出车体工作或收回。

需要说明的是，本实施例中竖向气缸14至少为二级气缸，最后一级气缸的活塞杆端部与车翼1对接。通过多级气缸的设置，能使竖向气缸14更加方便地布置。

在本实施例中，伸缩外壳13与竖向气缸14通过导向保持架15实现联动。具体地，导向保持架15设置在最后一级竖向气缸14的活塞杆端部，使活塞杆端部与伸缩外壳13内壁连接，保证伸缩外壳13和竖向气缸14的联动，并通过伸缩外壳13起到加强整体结构强度和防止气缸旋转的作用。

在本实施例中，竖向气缸14最后一级的活塞杆端部与转向驱动电机12固定，同时与转向支座11的底端连接，依靠活塞杆端部环形槽与转向支座11底端凸缘配合，形成转动连接，并且通过竖向气缸14驱动上层结构整体升降。

本实施例提供的可翻转车翼，能够自动、有序地升降、翻转、转向，保证高速列车在不同状态下的顺利运行，如图4-图7所示。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种高速列车抗横风方法，其特征在于，在车体顶部布设能够产生升力的车翼，当遭遇横风时，背风侧的车翼产生的升力能够产生抵抗横风的力矩，将迎风侧的车翼翻转，使升力向下成为下压力，与背风侧车翼产生的升力组合，形成抵抗横风的力矩，使车体的总倾覆力矩减小至满足安全要求。

2.根据权利要求1所述的一种高速列车抗横风方法，其特征在于，所述迎风侧的车翼翻转180度。

3.一种高速列车抗横风可翻转车翼，采用如权利要求1-2任意一项所述的方法，其特征在于，包括布设在车体顶部的车翼本体，所述车翼本体至少包括第一翼体以及第二翼体，所述第一翼体、所述第二翼体分别与一翻转机构连接，以通过对应的所述翻转机构驱动而翻转，每个所述翻转机构包括与所述第一翼体或所述第二翼体连接的翻转支座，以及驱动所述翻转支座翻转的翻转驱动部，所述翻转驱动部包括翻转驱动电机以及翻转传动机构，所述翻转驱动电机通过所述翻转传动机构与所述翻转支座传动连接。

4.根据权利要求3所述的一种高速列车抗横风可翻转车翼，其特征在于，所述翻转传动机构包括固定在所述翻转支座上的翻转轴、安装在所述翻转轴上的翻转传动蜗轮、以及与所述翻转驱动电机连接的翻转传动蜗杆，所述翻转传动蜗杆与所述翻转传动蜗轮相啮合。

5.根据权利要求4所述的一种高速列车抗横风可翻转车翼，其特征在于，所述第一翼体、所述第二翼体所关联的翻转驱动电机均布设在同一安装座内。

6.根据权利要求5所述的一种高速列车抗横风可翻转车翼，其特征在于，所述安装座开设有限位槽，所述翻转支座包括连接板，所述连接板的内端与所述翻转轴固定连接，所述连接板的外端与所述车翼本体固定的同时、与所述限位槽滑动连接，以限制所述翻转轴的轴向偏移。

7.根据权利要求6所述的一种高速列车抗横风可翻转车翼，其特征在于，所述限位槽的槽口覆盖有柔性挡板，所述柔性挡板的缝隙用于所述连接板的穿过，所述柔性挡板用于提高密封性，减少风噪。

8.根据权利要求5所述的一种高速列车抗横风可翻转车翼，其特征在于，所述安装座为转向支座，所述转向支座与转向驱动电机传动连接。

9.根据权利要求8所述的一种高速列车抗横风可翻转车翼，其特征在于，还包括竖向伸缩机构，所述竖向伸缩机构包括伸缩外壳，所述伸缩外壳内布设有竖向驱动部，所述竖向驱动部通过导向保持架与所述伸缩外壳联动，用于驱动所述车翼本体升降。

10.根据权利要求9所述的一种高速列车抗横风竖向伸缩翼，其特征在于，所述竖向驱动部为竖向气缸，所述竖向气缸的活塞杆端部与所述转向驱动电机固定连接，同时与所述转向支座转动连接。

Images