CN117141545B - 一种抗侧风分块式风阻制动装置及其标准布局方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种抗侧风分块式风阻制动装置及其标准布局方法，装置由基座、风阻制动板、控制单元、双向油压推进器、L型曲臂、步进电机和中间连接机构组成。风阻制动板沿基座前固定架内边缘转动安装，由中部安装的主风翼板和左右对称分块连续布设的辅风翼板组成；制动工作及抗侧风调控运行时，在控制单元的一体调控下，根据实际运行风环境，分别通过实时调整两侧辅风翼板与主风翼板的不同夹角进行控制补偿，确保侧风环境中高速列车的运行稳定和风阻制动安全。以中国标准动车组为参考，重点考虑列车实际承运线路条件、自然环境工况、最高运行速度、沿线声环境保护要求等技术条件，公开了最优化安设装配抗侧风分块式风阻制动装置的标准布局方法。

Description

一种抗侧风分块式风阻制动装置及其标准布局方法

技术领域

本发明涉及高速列车空气动力学及风阻制动领域，具体涉及一种抗侧风分块式风阻制动装置及其标准布局方法。

背景技术

在轨道交通车辆制动领域，轨道涡流制动、磁轨制动和风阻制动为现阶段主流的3种非黏着制动技术，而风阻制动是高速列车非黏着制动的一种全新制动方式，其利用车身表面设置制动风翼板装置增加空气阻力来产生制动力。随着高速列车技术的快速发展，国内在实现350km/h商业运营的基础上，已经开展更高速高铁列车技术攻关。相关研究发现当列车在300km/h以上速度等级运行时，所受空气阻力占总阻力的80％以上，同时随着运行速度的提高，黏着制动力将逐渐降低，不能满足高性能制动需求，由此可见，同时具备开发应用风阻制动装置的速度条件，尤其适合弥补列车在高速段制动时黏着制动力的不足，特别是在列车紧急制动情况下。

国外对高速列车风阻制动系统的研究及应用主要集中在日本，近年来日本对于列车空气制动的有效性研究不仅从风洞试验及计算机数值模拟的方法进行了大量分析，同时还开展了多项实车试验。日本最早在宫崎试验线及山梨试验线上开展风阻制动装置在时速500km工况下MLU002N型磁浮列车空气动力学计算和机构优化研究，对风阻制动装置制动性能做了初步评估。2005年6月，JR东日本公司联合开发了“猫耳”型空气动力制动装置，并于E954型Fastech360S和Fastech360Z型高速列车成功安装应用，同时完成了时速400km车况条件下的风阻制动板性能测试，试验结果显示，风阻制动装置在紧急制动时具有良好的可靠性和较高的应用价值。在风阻制动风翼板安装及布置方面，日本相关组织研发了小型分散式风阻制动装置并对其进行改进，着重从缩小风阻制动装置体积及增大制动板阻力系数两方面进行了研究考虑。

国内较早由同济大学和中南大学在高速列车空气动力制动应用领域展开研究，分析了列车顶部不同纵向位置处制动风翼周围流场特性，同时通过数值计算对空气动力制动产生制动力效果进行了分析，在研究计算中制动风翼板主体参考了最初日本的“猫耳”型结构，在风翼板布置时采用单节单排设置的方案，通过计算流体力学方法对带风翼板时速400km高速列车交汇时动力学性能及运行安全性进行探究，结果表明，与未开启制动风翼板相比其运行安全性指标均在合格范围内。相关研究以矩形结构风翼板为研究对象，重点分析了首排风翼板对空气动力制动能力的影响规律，结果表明，首排风翼板的高度变化对后排风翼板的流场结构及制动力变化影响较小。

在制动风翼板结构设计及制造方面，目前，国内外已研发了多种风阻制动装置，主要有日本早期研制开发的“猫耳”型风阻制动装置、分散式风阻制动装置、“蝶形”风阻制动装置及液压式风阻制动装置等。

（一）申请公布号为CN108099944A，发明名称为一种高速列车风阻制动装置的中国发明专利申请，公开了一种高速列车风阻制动装置，包括箱体，所述箱体固定嵌入于列车顶部，所述体内设有开启机构、锁闭装置、驱动机构、传动机构、锁定机构及角度传感器，所述驱动机构与传动机构相连接，所述开启机构和锁闭装置上端与所述制动风翼板内表面中部相接触，装有摇臂，所述摇臂基于止档轴承座旋转，所述锁定机构用于控制摇臂的旋转角度，所述摇臂上安装有制动风翼板，所述角度传感器用于测量摇臂的旋转角度。

（二）授权公告号为CN110435613B，发明名称为一种轨道列车双向风阻制动装置的中国发明专利，公开了一种轨道列车双向风阻制动装置，包括底座，第一气缸，和第二气缸，所述轨道列车双向风阻制动装置还包括：第一风阻板和第二风阻板，所述第一风阻板尾部与底座铰接，所述第一风阻板还包括第一支撑杆，所述第一支撑杆一端铰接在所述第一风阻板中部，另一端与所述第一气缸连接；所述第二风阻板尾部与底座铰接，所述第二风阻板还包括第二支撑杆，所述第二支撑杆一端铰接在所述第二风阻板中部，另一端与所述第二气缸连接；所述第一风阻板与所述第二风阻板镜像对称设置。

（三）申请公布号为CN111976754A，发明名称为一种双层风阻制动装置、双层司机室结构及高速列车的中国发明专利申请，公开了一种双层风阻制动装置、双层司机室结构及高速列车，双层风阻制动装置包括安装于列车变截面区域的外层风阻制动板和内层风阻制动板，外层风阻制动板包括沿变截面区域外部轮廓横向设置的多块外层制动单元板，内层风阻制动板包括沿变截面区域外部轮廓横向设置的多块内层制动单元板，高速列车司机室上安装开合驱动机构，外层风阻制动板和内层风阻制动板打开时，内层制动单元板位于外层制动单元板内侧且位于相邻的外层制动单元板间隙中。

（四）申请公布号为CN111976755A，发明名称为一种具有风阻制动装置的高速列车司机室及高速列车的中国发明专利申请，公开了一种具有风阻制动装置的高速列车司机室及高速列车，高速列车司机室包括司机室本体，司机室本体的变截面区域上安装有多组风阻制动板，多组风阻制动板沿司机室本体的长度方向并排布置，每组风阻制动板均包括沿变截面区域外部轮廓横向间隔设置的多块制动单元板，相邻的两组风阻制动板中的制动单元板错位安装，司机室本体上安装有用于收拢或打开制动单元板的开合驱动机构。

（五）授权公告号为CN109878473B，发明名称为风阻制动装置的中国发明专利，公开了一种风阻制动装置，包括至少一套第一组件，该组件包括：底座和制动板，制动板上设置有第一延伸部；可控制制动板打开或关闭的驱动装置，第一导轨及其上的第一滑块，第一滑块具有第一突出端；第一拉杆一端与第一滑块可旋转地连接，另一端与第一延伸部可旋转地连接；靠近第一导轨第一端处设有第一电控锁，靠近第二端处设有第二电控锁；第一组件还包括与驱动装置、第一电控锁和第二电控锁电连接的控制单元；所述控制单元可控制驱动装置运行，带动第一延伸部打开或关闭制动板；所述控制单元可控制电控锁限制或者不限制第一突出端。

（六）申请公布号为CN113895474A，发明名称为一种新型高速列车风阻制动装置的中国发明专利申请，明公开了一种新型高速列车风阻制动装置，主要包括基座、制动风翼板、驱动装置及控制单元、侧板、车顶流线型外观补偿组件、风翼板限位组件及复位缓冲组件等。制动风翼板为前后两排分别于沿基座前后边缘处安装固定架上转动安装，前后对称布置，制动工作时可选用单排制动或双排制动的方式。该新型高速列车风阻制动装置可实现制动工作时制动力多级调控。

风阻制动以高速列车高速运行阶段空气作为主要制动动力源，进行高速列车基础制动的有效补充制动，其制动平稳性和安全性受外界风环境的直接影响，装配风阻制动装置高速列车列车运行时，随着侧风强度的增大，侧风效应愈加突出，高速列车气动性能急剧恶化，气动横向力、升力均呈非线性增加，其所受的气动载荷严重影响着列车车辆轨道动力学性能，将可能导致列车脱轨、倾覆和人员伤亡事故，对高速列车运行安全存在严重威胁。风阻制动装置作为高速阶段的辅助制动，其最佳适用速度范围为350km/h以上，运行速度越高，有效制动力越大，随之而来的横风效应越明显，此时减小这一威胁的主要措施是减速运行，而减速运行又直接影响着风阻制动装置的制动效率。

综上所述，现有技术公开的全部为整块式风阻制动装置，不能很好的适应变速度运行时的多目标风阻制动力调控，尤其不能保障侧风环境中装配风阻制动装置高速列车的风阻制动安全和运行稳定性。基于此，提出一种具备抗侧风功能的分块式风阻制动装置及其标准布局方法，确保装配风阻制动装置的高速列车在侧风环境中稳定可靠的制动力输出。

发明内容

为了弥补现有技术空白，提出一种抗侧风分块式风阻制动装置及其标准布局方法，满足高速列车在风环境下风阻制动装置制动力稳定可靠、可多级调控、制动效率高、实现整车抗侧风补偿的技术要求。

为实现上述技术目的，本发明采用如下技术方案予以实现：

一种抗侧风分块式风阻制动装置，包括基座（1）、风阻制动板、控制单元、双向油压推进器、L型曲臂（13）、步进电机（5）和中间连接机构；所述基座（1）呈长方形框架结构，由基座前固定架（1A）、基座后固定架（1B）、基座右固定架（1C）和基座左固定架（1D）顺次固定连接组成；所述风阻制动板沿所述基座前固定架（1A）内边缘转动安装，工作时从后往前开启，采用所述风阻制动板的上表面作为迎风面进行风阻制动和抗侧风调控；所述风阻制动板由中部安装的主风翼板（2）和左右对称分块连续布设的辅风翼板组成，所述辅风翼板分别转动安装于所述主风翼板（2）的两侧边缘；所述主风翼板（2）的内侧面左右对称固定安装有两组双向油压推进器，所述双向油压推进器分别通过对应L型曲臂（13）转动连接于所述辅风翼板上；所述控制单元包括油压系统单元和步进电机系统单元；所述步进电机（5）通过中间连接机构驱动控制所述风阻制动板的开闭以及制动工作时的锁紧定位；制动工作及抗侧风调控运行时，所述辅风翼板在所述控制单元的一体调控下，根据实际运行风环境，分别通过实时调整两侧所述辅风翼板与所述主风翼板（2）的不同夹角进行控制补偿，确保侧风环境中高速列车的运行稳定和风阻制动安全。

作为优选地，所述风阻制动板为3块式设置，包括1块中部安装的主风翼板（2）和2块两侧对称布设的辅风翼板，其中所述辅风翼板包括左右对称的左辅风翼板（3）与右辅风翼板（4），所述左辅风翼板（3）与右辅风翼板（4）外表面内边缘上对称设置有辅风翼板连接座（4B），分别通转轴转动连接在所述主风翼板（2）的主板连接座（2F）上。

作为优选地，所述风阻制动板为多块式设置，包括1块中部安装的主风翼板（2）和多块式两侧对称数量布设的辅风翼板。

作为优选地，所述L型曲臂（13）由曲臂本体（13A）以及分别在两端部设置的曲臂主板连接部（13B）和曲臂辅风翼板连接部（13C）一体成型，其中所述曲臂主板连接部（13B）通过转轴转动连接在所述双向油压推进器的推进部，所述曲臂辅风翼板连接部（13C）通过转轴转动连接在所述辅风翼板的辅风翼板曲臂安装座（4A）上；所述双向油压推进器分别包括左右对称安装固定在所述主风翼板（2）的内侧推进器安装座（2B）和推进器固定座（2C）上的油压推进器Ⅰ（9）、油压推进器Ⅱ（10）、油压推进器Ⅲ（11）和油压推进器Ⅳ（12）；所述油压推进器Ⅰ（9）和油压推进器Ⅱ（10）采用一套液压系统同步联动控制，油压推进器Ⅲ（11）和油压推进器Ⅳ（12）采用一套液压系统受所述油压系统单元同步联动控制。

作为优选地，所述油压系统单元包括与液压马达（MD）出油口连接的换向阀（HX），所述换向阀（HX）一个出口对应连接第一单向阀（DX1）与第一节流阀（JL1），所述换向阀（HX）另一个出口对应连接第二单向阀（DX2）与第二节流阀（JL2）；所述第一单向阀（DX1）连接在所述双向油压推进器的第一进油口（A1）上，所述第二单向阀（DX2）连接在所述双向油压推进器的第二进油口（A2）上；所述双向油压推进器的第一出油口（B1）与第一截止阀（JZ1）相连接并引入油箱（YX），所述双向油压推进器的第二出油口（B2）与第二截止阀（JZ2）相连接并引入油箱（YX）；所述第一节流阀（JL1）连接自所述换向阀（HX）与第一单向阀（DX1）管路之间并引入油箱（YX），所述第二节流阀（JL2）连接自所述换向阀（HX）与第二单向阀（DX2）管路之间并引入油箱（YX）；所述第一出油口（B1）与第一截止阀（JZ1）之间管路中设有压力监控的第一压力计（YL1），所述第二出油口（B2）与第二截止阀（JZ2）之间管路中设有压力监控的第二压力计（YL2）。

作为优选地，所述中间连接机构为曲柄连杆机构，包括固定连接在所述步进电机（5）输出轴上的曲柄（7）和一端转动连接在所述主风翼板（2）的连杆安装座（2E）上的连杆（8）。

作为优选地，所述风阻制动板多块式设置形式，可选择为5块式、7块式、9块式，其中两侧对称数量布设的所述辅风翼板连续顺次转动连接。

一种抗侧风分块式风阻制动装置的标准布局方法，所述方法以中国标准8编组动车组为参考，最优化布局装配抗侧风分块式风阻制动装置，具体标准布局方法包括以下步骤：

1）确定抗侧风分块式风阻制动装置安装布设形式：

11）在运行铁路限界范围内，明确安装标准动车组的运行控制方式，确定单向或双向运行需求；

12）确定工作姿态：明确所述抗侧风分块式风阻制动装置风阻制动板常态化工作迎风角范围为70°~80°，所述辅风翼板常态化制动角度（RA）工作范围为165°~175°，满足单向和双向制动需求；

13）确定组合布置形式：单向运行时，所述抗侧风分块式风阻制动装置独立单元布置，安装时按风阻制动板从后往前开启制动的工作模式嵌入车顶，即所述基座前固定架（1A）按运行方向在前位布置，所述基座后固定架（1B）按运行方向在后位布置；双向运行时，所述抗侧风分块式风阻制动装置成组双单元布置，安装时两个所述抗侧风分块式风阻制动装置一体集成安设，双向对开式嵌入车顶，即第一位所述抗侧风分块式风阻制动装置的基座前固定架（1A）按运行方向在前位布置，第二位所述抗侧风分块式风阻制动装置的基座前固定架（1A）按运行方向在后位布置，所述第一位所述抗侧风分块式风阻制动装置的基座后固定架（1B）与第二位所述抗侧风分块式风阻制动装置的基座后固定架（1B）接触固定安装；

2）确定抗侧风分块式风阻制动装置辅风翼板结构形式：根据高速列车实际承运线路条件、研究年度内自然环境工况、列车最高运行速度、沿线声环境保护要求技术参数，综合确定所述辅风翼板结构形式；

21）风速判断：风速≥15m/s时，所述抗侧风分块式风阻制动装置辅风翼板可选择5块式、7块式、9块式布设方式；风速＜15m/s时，所述抗侧风分块式风阻制动装置辅风翼板可选择3块式、5块式、7块式、9块式布设方式；

22）运营时速判断：本线运营时速≥350km/h时，可选择5块式、7块式、9块式布设方式；本线运营时速＜350km/h时，所述抗侧风分块式风阻制动装置辅风翼板可选择3块式、5块式、7块式、9块式布设方式；

23）沿线噪声指标判断：取距离铁路轨道中心25m远，3.5m高处声能量值作为噪声监测点，以＜91dB为判定指标条件，根据本线运行时速和环境风条件，试验选择满足指标条件的所述抗侧风分块式风阻制动装置辅风翼板布置方案；分块越多，流线型条件越好，空气扰流效应越弱，气动噪声越小；

3）确定抗侧风分块式风阻制动装置整车布局方案：在步骤2）的基础上，适配8编组中国标准动车组列车布局8套所述抗侧风分块式风阻制动装置，每节车厢顶部安装1套，其中首尾2套风阻制动装置分别布设在头车和尾车司机室前端流线型尾端连接处纵向列车中部方向2~5m处，中间车的风阻制动装置在综合考虑车顶设备设施布局的前提下，布设在每节车厢纵向中心中间位置处。

作为优选地，步骤3）所述车顶设备设施包括车顶空调（R2）、受电弓及其配套（R3）、L型电缆接头（R4）、地震GSM-R天线（R5）、WTD天线（R6）、CIR GSM-R语音（R7）、CIR 450/800/900天线（R8）、CIR GSM-R数据（R9）、ATP GSM-R天线（R10）、GPS天线（R11）、WIFI天线（R12）、FM天线（R13）、特高压电缆（R14）。

本发明的有益效果为：该抗侧风分块式风阻制动装置及其标准布局方法能够给现阶段高速列车装配风阻制动装置开发应用和一体化协同布局提供一个典型参考方案，有效填补该方面的技术空白。能够有效解决现有高速列车风阻制动装置制动效率低、侧风环境中制动安全问题突出以及安装布设适用性低等问题，保障恶劣风环境中的风阻制动安全，满足多目标风阻制动需求，提高新一代高速列车风阻制动装置运行安全性及稳定性的要求。

附图说明

图1为本发明的一种抗侧风分块式风阻制动装置的整体装配图及局部A处、B处放大视图；

图2为本发明的一种抗侧风分块式风阻制动装置的另一方向装配视图及C处放大视图；

图3为本发明的一种抗侧风分块式风阻制动装置的单元组成结构图及动态压力传感器布置示意图；

图4为本发明的一种抗侧风分块式风阻制动装置车顶安装布置方案示意图；

图5为本发明的一种抗侧风分块式风阻制动装置铁路限界内有效安装空间选择示意图；

图6为本发明的一种抗侧风分块式风阻制动装置标准布局方法的流程图；

图7为本发明的一种抗侧风分块式风阻制动装置在不同风环境中的工作姿态说明图；

图8为本发明的一种抗侧风分块式风阻制动装置多块式风阻制动板布置方案示意图；

图9为本发明的一种抗侧风分块式风阻制动装置的双向油压推进器的油压控制系统图。

图中：基座（1）；基座前固定架（1A）；基座后固定架（1B）；基座右固定架（1C）；基座左固定架（1D）；主风翼板（2）；主风翼肋板（2A）；推进器安装座（2B）；推进器固定座（2C）；风翼板安装座（2D）；连杆安装座（2E）；主板连接座（2F）；左辅风翼板（3）；右辅风翼板（4）；辅风翼板曲臂安装座（4A）；辅风翼板连接座（4B）；步进电机（5）；安装基轴（6）；曲柄（7）；连杆（8）；油压推进器Ⅰ（9）；油压推进器Ⅱ（10）；油压推进器Ⅲ（11）；油压推进器Ⅳ（12）；L型曲臂（13）；曲臂本体（13A）；曲臂主板连接部（13B）；曲臂辅风翼板连接部（13C）；常态化制动角度（RA）；抗侧风制动第一角度（RB）；抗侧风制动第二角度（RC）；第一进油口A1；第一出油口B1；第二进油口A2；第二出油口B2；第一压力计（YL1）；第二压力计（YL2）；第一截止阀（JZ1）；第二截止阀（JZ2）；第一单向阀（DX1）；第二单向阀（DX2）；第一节流阀（JL1）；第二节流阀（JL2）；换向阀HX；液压马达MD；滤清器LQ；油箱YX；车顶空调（R2）；受电弓及其配套（R3）；L型电缆接头（R4）；地震GSM-R天线（R5）；WTD天线（R6）；CIR GSM-R语音（R7）；CIR 450/800/900天线（R8）；CIR GSM-R数据（R9）；ATP GSM-R天线（R10）；GPS天线（R11）；WIFI天线（R12）；FM天线（R13）；特高压电缆（R14）。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明：

如图1、2所示，一种抗侧风分块式风阻制动装置，包括基座（1）、风阻制动板、控制单元、双向油压推进器、L型曲臂（13）、步进电机（5）和中间连接机构；所述基座（1）呈长方形框架结构，由基座前固定架（1A）、基座后固定架（1B）、基座右固定架（1C）和基座左固定架（1D）顺次固定连接组成；所述风阻制动板沿所述基座前固定架（1A）内边缘转动安装，工作时从后往前开启，采用所述风阻制动板的上表面作为迎风面进行风阻制动和抗侧风调控；所述风阻制动板由中部安装的主风翼板（2）和左右对称分块连续布设的辅风翼板组成，所述辅风翼板分别转动安装于所述主风翼板（2）的两侧边缘；所述主风翼板（2）的内侧面左右对称固定安装有两组双向油压推进器，所述双向油压推进器分别通过对应L型曲臂（13）转动连接于所述辅风翼板上；所述L型曲臂（13）由曲臂本体（13A）以及分别在两端部设置的曲臂主板连接部（13B）和曲臂辅风翼板连接部（13C）一体成型，其中所述曲臂主板连接部（13B）通过转轴转动连接在所述双向油压推进器的推进部，所述曲臂辅风翼板连接部（13C）通过转轴转动连接在所述辅风翼板的辅风翼板曲臂安装座（4A）上；所述控制单元包括油压系统单元和步进电机系统单元；所述步进电机（5）通过中间连接机构驱动控制所述风阻制动板的开闭以及制动工作时的锁紧定位；制动工作及抗侧风调控运行时，所述辅风翼板在所述控制单元的一体调控下，根据实际运行风环境，分别通过实时调整两侧所述辅风翼板与所述主风翼板（2）的不同夹角进行控制补偿，确保侧风环境中高速列车的运行稳定和风阻制动安全。

所述中间连接机构为曲柄连杆机构，包括固定连接在所述步进电机（5）输出轴上的曲柄（7）和一端转动连接在所述主风翼板（2）的连杆安装座（2E）上的连杆（8）。

如图1、7所示，所述风阻制动板为3块式设置，包括1块中部安装的主风翼板（2）和2块两侧对称布设的辅风翼板，其中所述辅风翼板包括左右对称的左辅风翼板（3）与右辅风翼板（4），所述左辅风翼板（3）与右辅风翼板（4）外表面内边缘上对称设置有辅风翼板连接座（4B），分别通转轴转动连接在所述主风翼板（2）的主板连接座（2F）上。

如图8所示，作为另一种实施方案，所述风阻制动板为多块式设置，包括1块中部安装的主风翼板（2）和多块式两侧对称数量布设的辅风翼板。所述风阻制动板多块式设置形式，可选择为5块式、7块式、9块式，其中两侧对称数量布设的所述辅风翼板连续顺次转动连接。

如图1、9所示，所述双向油压推进器分别包括左右对称安装固定在所述主风翼板（2）的内侧推进器安装座（2B）和推进器固定座（2C）上的油压推进器Ⅰ（9）、油压推进器Ⅱ（10）、油压推进器Ⅲ（11）和油压推进器Ⅳ（12）；所述油压推进器Ⅰ（9）和油压推进器Ⅱ（10）采用一套液压系统同步联动控制，油压推进器Ⅲ（11）和油压推进器Ⅳ（12）采用一套液压系统受所述油压系统单元同步联动控制。所述油压系统单元包括与液压马达（MD）出油口连接的换向阀（HX），所述换向阀（HX）一个出口对应连接第一单向阀（DX1）与第一节流阀（JL1），所述换向阀（HX）另一个出口对应连接第二单向阀（DX2）与第二节流阀（JL2）；所述第一单向阀（DX1）连接在所述双向油压推进器的第一进油口（A1）上，所述第二单向阀（DX2）连接在所述双向油压推进器的第二进油口（A2）上；所述双向油压推进器的第一出油口（B1）与第一截止阀（JZ1）相连接并引入油箱（YX），所述双向油压推进器的第二出油口（B2）与第二截止阀（JZ2）相连接并引入油箱（YX）；所述第一节流阀（JL1）连接自所述换向阀（HX）与第一单向阀（DX1）管路之间并引入油箱（YX），所述第二节流阀（JL2）连接自所述换向阀（HX）与第二单向阀（DX2）管路之间并引入油箱（YX）；所述第一出油口（B1）与第一截止阀（JZ1）之间管路中设有压力监控的第一压力计（YL1），所述第二出油口（B2）与第二截止阀（JZ2）之间管路中设有压力监控的第二压力计（YL2）。

如图6所示，一种抗侧风分块式风阻制动装置的标准布局方法，所述方法以中国标准8编组动车组为参考，最优化布局装配抗侧风分块式风阻制动装置，具体标准布局方法包括以下步骤：

1）确定抗侧风分块式风阻制动装置安装布设形式：

11）如图5所示，在运行铁路限界范围内，明确安装标准动车组的运行控制方式，确定单向或双向运行需求；

12）确定工作姿态（参考图7）：明确所述抗侧风分块式风阻制动装置风阻制动板常态化工作迎风角范围为70°~80°，所述辅风翼板常态化制动角度（RA）工作范围为165°~175°，满足单向和双向制动需求；

13）确定组合布置形式（参考图3）：单向运行时，所述抗侧风分块式风阻制动装置独立单元布置，安装时按风阻制动板从后往前开启制动的工作模式嵌入车顶，即所述基座前固定架（1A）按运行方向在前位布置，所述基座后固定架（1B）按运行方向在后位布置；双向运行时，所述抗侧风分块式风阻制动装置成组双单元布置，安装时两个所述抗侧风分块式风阻制动装置一体集成安设，双向对开式嵌入车顶，即第一位所述抗侧风分块式风阻制动装置的基座前固定架（1A）按运行方向在前位布置，第二位所述抗侧风分块式风阻制动装置的基座前固定架（1A）按运行方向在后位布置，所述第一位所述抗侧风分块式风阻制动装置的基座后固定架（1B）与第二位所述抗侧风分块式风阻制动装置的基座后固定架（1B）接触固定安装；

2）确定抗侧风分块式风阻制动装置辅风翼板结构形式：根据高速列车实际承运线路条件、研究年度内自然环境工况、列车最高运行速度、沿线声环境保护要求技术参数，综合确定所述辅风翼板结构形式；

21）风速判断：风速≥15m/s时，所述抗侧风分块式风阻制动装置辅风翼板可选择5块式、7块式、9块式布设方式；风速＜15m/s时，所述抗侧风分块式风阻制动装置辅风翼板可选择3块式、5块式、7块式、9块式布设方式；

22）运营时速判断：本线运营时速≥350km/h时，可选择5块式、7块式、9块式布设方式；本线运营时速＜350km/h时，所述抗侧风分块式风阻制动装置辅风翼板可选择3块式、5块式、7块式、9块式布设方式；

23）沿线噪声指标判断：取距离铁路轨道中心25m远，3.5m高处声能量值作为噪声监测点，以＜91dB为判定指标条件，根据本线运行时速和环境风条件，试验选择满足指标条件的所述抗侧风分块式风阻制动装置辅风翼板布置方案；分块越多，流线型条件越好，空气扰流效应越弱，气动噪声越小；

3）确定抗侧风分块式风阻制动装置整车布局方案（参考图4）：在步骤2）的基础上，适配8编组中国标准动车组列车布局8套所述抗侧风分块式风阻制动装置，每节车厢顶部安装1套，其中首尾2套风阻制动装置分别布设在头车和尾车司机室前端流线型尾端连接处纵向列车中部方向2~5m处，中间车的风阻制动装置在综合考虑车顶设备设施布局的前提下，布设在每节车厢纵向中心中间位置处。其中，所述车顶设备设施包括车顶空调（R2）、受电弓及其配套（R3）、L型电缆接头（R4）、地震GSM-R天线（R5）、WTD天线（R6）、CIR GSM-R语音（R7）、CIR 450/800/900天线（R8）、CIR GSM-R数据（R9）、ATP GSM-R天线（R10）、GPS天线（R11）、WIFI天线（R12）、FM天线（R13）、特高压电缆（R14）。

如图3所示为本发明的一种抗侧风分块式风阻制动装置的单元组成结构图及动态压力传感器布置示意图，所述风压数据采集分析系统为所述辅风翼板表面受压数据采集和处理，分别从布设的多个动态压力传感器输出动态压力信号，经过信号调理，至数据采集卡，在计算机中进行实时存储和处理；所述动态压力传感器于左右两侧所述辅风翼板的迎风面对称布设，所述动态压力传感器可选择为电感式压力传感器或压电式压力传感器。

其中需要说明的是，本文献中提到的“左”、“右”、“前”、“后”、“内”、“外”、“上”、“下”等指示方位或位置关系为基于附图所示的位置关系，仅是为了便于描述本技术方案和简化描述，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、以特定的方位构造或操作，因此不能理解为对技术方案的限制，所述连接关系可以指直接连接关系，也可以指间接连接关系。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变形而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (9)

1.一种抗侧风分块式风阻制动装置，其特征在于：包括基座（1）、风阻制动板、控制单元、双向油压推进器、L型曲臂（13）、步进电机（5）和中间连接机构；所述基座（1）呈长方形框架结构，由基座前固定架（1A）、基座后固定架（1B）、基座右固定架（1C）和基座左固定架（1D）顺次固定连接组成；所述风阻制动板沿所述基座前固定架（1A）内边缘转动安装，工作时从后往前开启，采用所述风阻制动板的上表面作为迎风面进行风阻制动和抗侧风调控；所述风阻制动板由中部安装的主风翼板（2）和左右对称分块连续布设的辅风翼板组成，所述辅风翼板分别转动安装于所述主风翼板（2）的两侧边缘；所述主风翼板（2）的内侧面左右对称固定安装有两组双向油压推进器，所述双向油压推进器分别通过对应L型曲臂（13）转动连接于所述辅风翼板上；所述控制单元包括油压系统单元和步进电机系统单元；所述步进电机（5）通过中间连接机构驱动控制所述风阻制动板的开闭以及制动工作时的锁紧定位；制动工作及抗侧风调控运行时，所述辅风翼板在所述控制单元的一体调控下，根据实际运行风环境，分别通过实时调整两侧所述辅风翼板与所述主风翼板（2）的不同夹角进行控制补偿，确保侧风环境中高速列车的运行稳定和风阻制动安全。

2.根据权利要求1所述的一种抗侧风分块式风阻制动装置，其特征在于：所述风阻制动板为3块式设置，包括1块中部安装的主风翼板（2）和2块两侧对称布设的辅风翼板，其中所述辅风翼板包括左右对称的左辅风翼板（3）与右辅风翼板（4），所述左辅风翼板（3）与右辅风翼板（4）外表面内边缘上对称设置有辅风翼板连接座（4B），分别通转轴转动连接在所述主风翼板（2）的主板连接座（2F）上。

3.根据权利要求1所述的一种抗侧风分块式风阻制动装置，其特征在于：所述风阻制动板为多块式设置，包括1块中部安装的主风翼板（2）和多块式两侧对称数量布设的辅风翼板。

4.根据权利要求2所述的一种抗侧风分块式风阻制动装置，其特征在于：所述L型曲臂（13）由曲臂本体（13A）以及分别在两端部设置的曲臂主板连接部（13B）和曲臂辅风翼板连接部（13C）一体成型，其中所述曲臂主板连接部（13B）通过转轴转动连接在所述双向油压推进器的推进部，所述曲臂辅风翼板连接部（13C）通过转轴转动连接在所述辅风翼板的辅风翼板曲臂安装座（4A）上；所述双向油压推进器分别包括左右对称安装固定在所述主风翼板（2）的内侧推进器安装座（2B）和推进器固定座（2C）上的油压推进器Ⅰ（9）、油压推进器Ⅱ（10）、油压推进器Ⅲ（11）和油压推进器Ⅳ（12）；所述油压推进器Ⅰ（9）和油压推进器Ⅱ（10）采用一套液压系统同步联动控制，油压推进器Ⅲ（11）和油压推进器Ⅳ（12）采用一套液压系统受所述油压系统单元同步联动控制。

5.根据权利要求1或4所述的一种抗侧风分块式风阻制动装置，其特征在于：所述油压系统单元包括与液压马达（MD）出油口连接的换向阀（HX），所述换向阀（HX）一个出口对应连接第一单向阀（DX1）与第一节流阀（JL1），所述换向阀（HX）另一个出口对应连接第二单向阀（DX2）与第二节流阀（JL2）；所述第一单向阀（DX1）连接在所述双向油压推进器的第一进油口（A1）上，所述第二单向阀（DX2）连接在所述双向油压推进器的第二进油口（A2）上；所述双向油压推进器的第一出油口（B1）与第一截止阀（JZ1）相连接并引入油箱（YX），所述双向油压推进器的第二出油口（B2）与第二截止阀（JZ2）相连接并引入油箱（YX）；所述第一节流阀（JL1）连接自所述换向阀（HX）与第一单向阀（DX1）管路之间并引入油箱（YX），所述第二节流阀（JL2）连接自所述换向阀（HX）与第二单向阀（DX2）管路之间并引入油箱（YX）；所述第一出油口（B1）与第一截止阀（JZ1）之间管路中设有压力监控的第一压力计（YL1），所述第二出油口（B2）与第二截止阀（JZ2）之间管路中设有压力监控的第二压力计（YL2）。

6.根据权利要求2所述的一种抗侧风分块式风阻制动装置，其特征在于：所述中间连接机构为曲柄连杆机构，包括固定连接在所述步进电机（5）输出轴上的曲柄（7）和一端转动连接在所述主风翼板（2）的连杆安装座（2E）上的连杆（8）。

7.根据权利要求3所述的一种抗侧风分块式风阻制动装置，其特征在于：所述风阻制动板多块式设置形式，可选择为5块式、7块式、9块式，其中两侧对称数量布设的所述辅风翼板连续顺次转动连接。

8.一种抗侧风分块式风阻制动装置的标准布局方法，其特征在于：所述方法基于权利要求1所述的一种抗侧风分块式风阻制动装置，以中国标准8编组动车组为参考，最优化布局装配抗侧风分块式风阻制动装置，具体标准布局方法包括以下步骤：

1）确定抗侧风分块式风阻制动装置安装布设形式：

11）在运行铁路限界范围内，明确安装标准动车组的运行控制方式，确定单向或双向运行需求；

12）确定工作姿态：明确所述抗侧风分块式风阻制动装置风阻制动板常态化工作迎风角范围为70°~80°，所述辅风翼板常态化制动角度（RA）工作范围为165°~175°，满足单向和双向制动需求；

13）确定组合布置形式：单向运行时，所述抗侧风分块式风阻制动装置独立单元布置，安装时按风阻制动板从后往前开启制动的工作模式嵌入车顶，即所述基座前固定架（1A）按运行方向在前位布置，所述基座后固定架（1B）按运行方向在后位布置；双向运行时，所述抗侧风分块式风阻制动装置成组双单元布置，安装时两个所述抗侧风分块式风阻制动装置一体集成安设，双向对开式嵌入车顶，即第一位所述抗侧风分块式风阻制动装置的基座前固定架（1A）按运行方向在前位布置，第二位所述抗侧风分块式风阻制动装置的基座前固定架（1A）按运行方向在后位布置，所述第一位所述抗侧风分块式风阻制动装置的基座后固定架（1B）与第二位所述抗侧风分块式风阻制动装置的基座后固定架（1B）接触固定安装；

2）确定抗侧风分块式风阻制动装置辅风翼板结构形式：根据高速列车实际承运线路条件、研究年度内自然环境工况、列车最高运行速度、沿线声环境保护要求技术参数，综合确定所述辅风翼板结构形式；

21）风速判断：风速≥15m/s时，所述抗侧风分块式风阻制动装置辅风翼板可选择5块式、7块式、9块式布设方式；风速＜15m/s时，所述抗侧风分块式风阻制动装置辅风翼板可选择3块式、5块式、7块式、9块式布设方式；

22）运营时速判断：本线运营时速≥350km/h时，可选择5块式、7块式、9块式布设方式；本线运营时速＜350km/h时，所述抗侧风分块式风阻制动装置辅风翼板可选择3块式、5块式、7块式、9块式布设方式；

23）沿线噪声指标判断：取距离铁路轨道中心25m远，3.5m高处声能量值作为噪声监测点，以＜91dB为判定指标条件，根据本线运行时速和环境风条件，试验选择满足指标条件的所述抗侧风分块式风阻制动装置辅风翼板布置方案；分块越多，流线型条件越好，空气扰流效应越弱，气动噪声越小；

3）确定抗侧风分块式风阻制动装置整车布局方案：在步骤2）的基础上，适配8编组中国标准动车组列车布局8套所述抗侧风分块式风阻制动装置，每节车厢顶部安装1套，其中首尾2套风阻制动装置分别布设在头车和尾车司机室前端流线型尾端连接处纵向列车中部方向2~5m处，中间车的风阻制动装置在综合考虑车顶设备设施布局的前提下，布设在每节车厢纵向中心中间位置处。

9. 根据权利要求8所述的一种抗侧风分块式风阻制动装置的标准布局方法，其特征在于：步骤3）所述车顶设备设施包括车顶空调（R2）、受电弓及其配套（R3）、L型电缆接头（R4）、地震GSM-R天线（R5）、WTD天线（R6）、CIR GSM-R语音（R7）、CIR 450/800/900天线（R8）、CIRGSM-R数据（R9）、ATP GSM-R天线（R10）、GPS天线（R11）、WIFI天线（R12）、FM天线（R13）、特高压电缆（R14）。