CN210618142U

CN210618142U - 利用空气阻力的铁路车辆用制动倾斜装置

Info

Publication number: CN210618142U
Application number: CN201890000639.1U
Authority: CN
Inventors: 张大成
Original assignee: Chang Dae Sung
Current assignee: Chang Dae Sung
Priority date: 2017-03-17
Filing date: 2018-02-19
Publication date: 2020-05-26
Anticipated expiration: 2028-02-19
Also published as: WO2018169221A1; KR101798892B1

Abstract

本实用新型涉及一种用以减轻铁路车辆高速行驶时发生的宽度方向的晃动(横摇、偏摇)、缩短制动距离、提高在曲线轨道上的速度及增大安全性的利用空气阻力的铁路车辆用制动倾斜装置。铁路车辆用制动倾斜装置包括：可变翼，以能够以其垂直旋转中心为基准而旋转的方式设置到编组列车的所有车辆的上部，沿两方向具有长度；以及驱动单元，设置到所述车辆而向所述垂直旋转中心传递旋转力；所述驱动单元在所述车辆直线行驶时沿所述车辆的前后方向定位所述可变翼的长度方向，在所述车辆曲线行驶时沿斜线倾斜地定位所述可变翼的长度方向，以便所述车辆受到曲线轨道的内侧的空气阻力，在所述车辆制动时沿所述车辆的宽度方向定位所述可变翼的长度方向，沿所述车辆的前后方向以隔开的状态排列多个所述可变翼，所述驱动单元在所述车辆曲线行驶时使所述可变翼以与曲率半径及速度成正比的角度旋转定位。

Description

利用空气阻力的铁路车辆用制动倾斜装置

技术领域

本实用新型涉及一种利用空气阻力的铁路车辆用制动倾斜装置，更详细而言，涉及一种用以减轻铁路车辆高速行驶时发生的宽度方向的晃动(横摇 (rolling)、偏摇(yawing))、缩短制动距离、提高在曲线轨道上的速度及增大安全性的利用空气阻力的铁路车辆用制动倾斜装置。

背景技术

通常，铁路车辆的行驶轨道及车轮呈倾斜构造，这种轨道与车轮构造是为了在铁路车辆在行驶中向左右方向移动时向铁路车辆的中心方向提供恢复力来谋求安全。

根据这种构造，铁路车辆即便遇到横风等较小的力也会像蛇一样左右移动来行驶，也将其称为蛇行动(hunting)。

例如，在铁路车辆的蛇行动周期变短的情况下，用以防止脱轨的铁路车辆的凸缘(flange)与行驶轨道(rail)的接触变频繁，此时凸缘的损伤还会引发脱轨而造成大型事故。

因此，以往为了减少铁路车辆的蛇行动而研究车轮倾斜度的适当值，安装用于减少铁路车辆的蛇行动的阻尼器(anti-yaw damper)及用于减少横摇的阻尼器(anti-rolling damper)等。

另外，在以往的铁路车辆中，作为产生推进力及制动力的部位的车轮与行驶轨道均为金属制，因此摩擦系数必然远远低于其他道路交通手段(在静止状态下为0.3左右)。

尤其，在介入雪、雨、灰尘等的状况下，车轮与行驶轨道的摩擦系数明显下降，另外，如果铁路车辆的速度增加，则摩擦系数进一步减小。

因此，铁路车辆因上述原因而制动距离必然长于其他道路交通手段，即便在实际以300km左右的时速进行行驶的过程中发挥紧急制动力，制动距离也测定为约3,000m左右(根据韩国国土部铁路安全法，规定在300km的时速下紧急制动距离为3,300m以内)。

例如，在作用适当水准以上的制动力的情况下，铁路车辆的车轮以停止的状态在轨道上滑动(动摩擦系数小于静摩擦系数)。

此时，铁路车辆的车轮与行驶轨道产生损伤，并且制动距离进一步变长，受损的车轮也成为使铁路车辆在行驶时发生颠簸而导致乘车舒适感下降及故障的因素。

为了解决上述情况，以往将与汽车的防抱死制动系统(Antilock Brakes System，ABS)装置相似的防滑装置(车轮滑动保护(Wheel sliding protection， WSP))安装到铁路车辆而附加固定粘着力(摩擦力)以下的制动力以不使车轮滑动。

因此，为了缩短因铁路车辆的特性而较长的制动距离，需确保除粘着力以外的追加制动力。

为此，以往也使用如下的涡流制动装置(eddy-current brake)：在铁路车辆的转向架(bogie)安装电磁铁功能的装置，从而在行驶过程中向车辆方向 (垂直方向)吸引行驶轨道而将水平方向的分力用作追加制动力。

然而，涡流制动装置其本身的重量较大(约1吨/个)，在进行动作时使行驶轨道的温度大幅上升且增加轴重，而轴重的增加及温度上升直接导致轨道的寿命缩短。

并且，在许多国家中也使用在铁路车辆紧急制动时向铁路车辆的车轮与行驶轨道之间喷射沙子的方法。

然而，喷射沙子的方法虽具有在喷射沙子的短期间内略微提升摩擦系数的效果，但也使铁路车辆的车轮与行驶轨道产生较小的凹槽。

涡流制动装置虽存在如上所述的问题，但韩国国外的一部分高速铁路车辆为了缩短制动距离而不得不使用这种涡流制动装置，并且也只是在铁路车辆高速行驶的情况下发挥制动效果。

另外，铁路车辆需沿设定的行驶轨道行驶，尤其在曲线行驶轨道中，向行驶轨道的外侧作用离心力，因此铁路车辆的稳定性下降。

因此，为了防止铁路车辆发生脱轨事故，使用如下等方法：以相对高于内侧轨道的方式设置行驶轨道的外侧轨道，降低通过曲线行驶轨道的铁路车辆的速度。

而且，也有在以往的铁路车辆中应用在通过曲线行驶轨道时使车体向行驶轨道的内侧方向倾斜的倾斜(Tilting)装置的情况，但这种倾斜装置存在构造复杂且要求高技术力及高费用的缺点。

作为与本实用新型相关的现有文献，有韩国公开专利第10-2013-0107975 号(公开日期：2013年10月2日)，在所述现有文献中揭示有车体与转向架间旋回角联动铁路车辆用转向及倾斜转向架构造。

实用新型内容

实用新型欲解决的课题

本实用新型提供一种在铁路车辆的上部设置可变更角度的可变翼来达成如下3个目的的利用空气阻力的铁路车辆用制动倾斜装置：防止车辆在直线轨道上高速行驶时发生晃动(横摇(rolling)与偏摇(yawing))等，从而可提高乘车舒适感及行驶稳定性；可在曲线轨道上抵消离心力，从而可提高曲线轨道上的通过性能；可将空气阻力用作制动力，从而可缩短制动距离。

解决课题的手段

本实用新型的利用空气阻力的铁路车辆用制动倾斜装置的特征在于包括：可变翼，以能够以垂直旋转中心为基准而旋转的方式设置到编组列车的所有车辆的上部，沿两方向具有长度；以及驱动单元，设置到所述车辆而向所述垂直旋转中心传递旋转力；且所述驱动单元在所述车辆直线行驶时沿所述车辆的前后方向定位所述可变翼的长度方向，在所述车辆曲线行驶时沿斜线倾斜地定位所述可变翼的长度方向，以便所述车辆受到曲线轨道的内侧的空气阻力，在所述车辆制动时沿所述车辆的宽度方向定位所述可变翼的长度方向，沿所述车辆的前后方向以隔开的状态排列多个所述可变翼，所述驱动单元在所述车辆曲线行驶时使所述可变翼以与曲率半径及速度成正比的角度旋转定位。

此处，优选为所述可变翼的宽度方向的两侧壁面越朝向上部则宽度越逐渐变小。

另外，可在所述可变翼的上端形成辅助翼，所述辅助翼的两端可向所述可变翼的宽度方向两侧水平地突出形成。

另外，优选为位于所述车辆的最前部的可变翼的前端及位于后部的可变翼的后端沿所述车辆的前后方向形成为流线形。

另外，优选为所述可变翼同时旋转而以相同的角度旋动定位。

另外，所述可变翼可在所述车辆的中心线上沿所述车辆的前后方向定位成一列。

另外，所述可变翼也能够以所述车辆的中心线为基准而沿所述车辆的前后方向并列地定位。

另外，优选为可沿所述车辆的前后方向排列偶数个所述可变翼，在所述车辆制动的情况下，所述可变翼的一半向顺时针方向旋转，与此同时，剩余一半向逆时针方向旋转，从而在所述车辆的宽度方向上抵消空气阻力冲击力。

另外，优选为在所述车辆的上部还可设置沿所述车辆的前后方向具有长度的固定翼，所述固定翼的中心与所述可变翼的垂直旋转中心沿所述车辆的前后方向位于同一线上。

另外，优选为所述固定翼配置到所述可变翼之间的间隔。

另外，优选为所述可变翼在所述车辆直线行驶时沿所述车辆的前后方向与所述固定翼并排定位。

另外，优选为所述可变翼与所述固定翼的宽度方向的两侧壁面沿长度方向形成为一直线。

另外，优选为所述驱动单元在所述车辆停车后沿所述车辆的前后方向定位所述可变翼。

另外，优选为所述驱动单元在所述车辆曲线行驶时使所述可变翼以与曲率半径及速度成正比的角度旋转定位。

另外，所述驱动单元可具备：驱动马达，向所述垂直旋转中心传递旋转力；感测部，在所述车辆行驶时感测或接收行进方向与是否制动，且在所述车辆曲线行驶时感测或接收曲率与速度；以及控制部，从所述感测部接收感测信号而控制所述驱动马达的驱动。

另外，所述驱动单元可在所述车辆的启动接通(ON)时转换为驱动接通 (ON)状态。

实用新型效果

本实用新型在铁路车辆的上部设置可变更角度的可变翼，由此具有如下效果：可防止车辆在直线轨道高速行驶时发生晃动(横摇(rolling)、偏摇 (yawing)等)，从而提高乘车舒适感及行驶稳定性，可在曲线轨道上抵消离心力，从而可提高曲线轨道上的通过性能。

另外，本实用新型具有如下效果：可将空气阻力用作追加的制动力，从而可缩短制动距离，可延长摩擦制动装置构成品(圆盘、车轮踏面、轮盘、制动蹄片等)的寿命。

附图说明

图1是用以表示设置有本实用新型的利用空气阻力的铁路车辆用制动倾斜装置的状态的立体图。

图2是用以表示本实用新型的利用空气阻力的铁路车辆用制动倾斜装置的俯视图。

图3是用以表示本实用新型的利用空气阻力的铁路车辆用制动倾斜装置的侧视图。

图4是用以表示本实用新型的利用空气阻力的铁路车辆用制动倾斜装置的可变翼在车辆制动时旋转的状态的俯视图。

图5是用以表示本实用新型的利用空气阻力的铁路车辆用制动倾斜装置的可变翼在车辆曲线行驶时旋转的状态的俯视图。

图6是用以表示并列定位本实用新型的利用空气阻力的铁路车辆用制动倾斜装置的可变翼的状态的俯视图。

图7是用以表示在本实用新型的利用空气阻力的铁路车辆用制动倾斜装置设置固定翼的状态的俯视图。

图8是用以表示并列定位本实用新型的利用空气阻力的铁路车辆用制动倾斜装置的可变翼及固定翼的状态的俯视图。

图9是用以表示本实用新型的利用空气阻力的铁路车辆用制动倾斜装置的可变翼及固定翼的形状的立体图。

图10是用以表示在本实用新型的利用空气阻力的铁路车辆用制动倾斜装置的可变翼及固定翼形成有辅助翼的状态的立体图。

具体实施方式

以下，参照附图，详细地对本实用新型的优选实施例进行说明。

本实用新型的优点、特征、及达成所述优点及特征的方法与附图一并参照在下文中详细叙述的实施例而变明确。

然而，本实用新型并不限定于以下揭示的实施例，能够以各种不同的形态实现，这些实施例仅是为了完整地揭示本实用新型且向本实用新型所属的技术领域内的普通技术人员完整地告知实用新型的范畴而提供，本实用新型仅由权利要求书的范畴界定。

另外，在对本实用新型进行说明时，在判断为相关的公知技术等会混淆本实用新型的主旨的情况下，省略其详细说明。

图1是用以表示设置有本实用新型的利用空气阻力的铁路车辆用制动倾斜装置的状态的立体图，图2是用以表示本实用新型的利用空气阻力的铁路车辆用制动倾斜装置的俯视图，图3是用以表示本实用新型的利用空气阻力的铁路车辆用制动倾斜装置的侧视图。

图4是用以表示本实用新型的利用空气阻力的铁路车辆用制动倾斜装置的可变翼在车辆制动时旋转的状态的俯视图，图5是用以表示本实用新型的利用空气阻力的铁路车辆用制动倾斜装置的可变翼在车辆曲线行驶时旋转的状态的俯视图，图6是用以表示并列定位本实用新型的利用空气阻力的铁路车辆用制动倾斜装置的可变翼的状态的俯视图。

图7是用以表示在本实用新型的利用空气阻力的铁路车辆用制动倾斜装置设置固定翼的状态的俯视图，图8是用以表示并列定位本实用新型的利用空气阻力的铁路车辆用制动倾斜装置的可变翼及固定翼的状态的俯视图。

图9是用以表示本实用新型的利用空气阻力的铁路车辆用制动倾斜装置的可变翼及固定翼的形状的立体图，图10是用以表示在本实用新型的利用空气阻力的铁路车辆用制动倾斜装置的可变翼及固定翼形成有辅助翼的状态的立体图。

如图1至图10所示，本实用新型的利用空气阻力的铁路车辆用制动倾斜装置包括可变翼100及驱动单元200。

首先，所述可变翼100以能够以垂直旋转中心(旋转轴)C2为基准而水平旋转的方式设置到车辆10的上部。

此处，所述可变翼100的形状朝两端具有固定长度，所述可变翼100像图4一样沿垂直方向具有固定高度。

并且，所述可变翼100的宽度方向的两侧壁面沿长度方向形成为一直线，以便空气A可向车辆10的后方移动而无较大的阻力。

另外，所述可变翼100的宽度方向的两侧壁面可像图9一样呈越朝向上部则宽度越逐渐变小的形状。

另一方面，所述可变翼100的两侧壁面呈越朝向上部则宽度越逐渐变小的形状，可在所述可变翼100的上端形成辅助翼110。

而且，位于车辆10的最前部的可变翼100的前端及位于后部的可变翼 100的后端可沿车辆10的前后方向形成为流线形。

此时，所述辅助翼110的两端可像图10一样向可变翼100的宽度方向两侧水平地突出形成。

例如，在可变翼100的长度方向两端沿车辆10的宽度方向定位的情况下，对所述可变翼100的正面作用较大的空气A阻力，因此在使车辆10停止时，可缩短制动距离。

相反地，在所述可变翼100的长度方向两端沿车辆10的前后方向定位的情况下，对所述可变翼100的侧面(宽度方向)作用较小的空气A阻力。

此时，空气A沿所述可变翼100的两侧壁面移动，因此可通过作用到所述可变翼100的侧面的力提高车辆10的直行性。

因此，可通过提高车辆10高速行驶时的直行性而减轻车辆10的宽度方向的晃动(横摇(rolling)、偏摇(yawing)等)，由此可提高车辆10的乘车舒适感与行驶稳定性。

并且，可变翼100的垂直旋转中心C2可位于车辆10的中心线C1，优选为沿车辆10的前后方向定位成一列。

另外，可沿车辆10的前后方向以隔开的状态排列多个所述可变翼100，所述可变翼100可同时旋转而以相同的角度旋动定位。

另一方面，所述可变翼100也可像图6一样以车辆10的中心线C1为基准而并列排列到车辆10的宽度方向两侧。

此时，所述可变翼100能够以车辆10的中心线C1为基准而并列配置到同一线上，可视需要应用各种所述可变翼100的个数及配置状态等。

另一方面，可像图4一样沿车辆10的前后方向排列偶数个所述可变翼 100。

例如，在车辆10制动的情况下，可变翼100中的一半可向顺时针方向旋转，与此同时，剩余一半向逆时针方向旋转，从而在车辆10的宽度方向上抵消空气阻力冲击力。

驱动单元200根据车辆10的行进方向、曲率半径、曲线通过速度及是否制动来可变地调节可变翼100的设置角度。

此处，所述驱动单元200设置到车辆10而向可变翼100的垂直旋转中心 C2传递旋转力。

为此，所述驱动单元200可像图3及图4一样具备驱动马达210、感测部220及控制部230。

所述驱动马达210用以向可变翼100的垂直旋转中心C2传递旋转力，由下文叙述的控制部230控制动作。

此处，所述驱动马达210的驱动轴与可变翼100的垂直旋转中心C2机械地连接。

例如，在将所述驱动马达210设置到车辆10的内部后，可将所述驱动马达210的驱动轴与垂直旋转中心C2的下端机械地结合。

感测部220可使用各种传感器类，所述感测部220在车辆10行驶时感测行进方向及是否制动且在车辆10曲线行驶时感测曲率后，向下文叙述的控制部230传输感测信号。

控制部230从感测部220接收感测信号而控制驱动马达210的驱动，通过所述控制部230的动作控制调节可变翼的旋转角度。

在车辆10沿直线行驶的情况下，如上所述的驱动单元200沿车辆10的前后方向定位可变翼100的长度方向两端，由此可提高车辆10的直行性。

相反地，在车辆10曲线行驶的情况下，所述驱动单元200可使可变翼 100旋转而沿斜线定位，由此来自前方的风力的垂直方向分力(车宽方向) 可使车辆向曲线轨道的内侧方向倾斜而抵消一部分的离心力。

此时，在车辆10沿曲线行驶时，所述驱动单元200可使可变翼100以与曲率半径及速度成正比的角度旋转定位。

因此，在车辆曲线行驶的情况下，可变翼100抵消离心力，由此防止车辆10脱轨，同时也可在曲线行驶时提高速度。

另外，驱动单元200在车辆10制动时沿车辆的宽度方向定位可变翼100 的长度方向两端，由此可对所述可变翼100的正面作用较大的空气A阻力而缩短车辆10的制动距离。

而且，所述驱动单元200可在车辆10的启动接通(ON)时转换为驱动接通(ON)状态，驱动单元200可在车辆10停车后沿车辆10的前后方向定位可变翼100的长度方向。

另一方面，如图7及图8，在车辆10的上部还可设置沿车辆10的前后方向具有长度的固定翼300。

可与可变翼100的形状相同地应用所述固定翼300，所述固定翼300的中心可与可变翼100的垂直旋转中心C2沿车辆10的前后方向位于同一线上。

并且，所述固定翼300可像图7及图8一样配置到可变翼100之间的间隔，此时所述可变翼100在车辆10直线行驶时沿车辆10的前后方向与固定翼300并排定位。

其结果，本实用新型可通过在车辆10的上部设置可变更角度的可变翼而防止车辆10在直线轨道上高速行驶时发生晃动(横摇(rolling)、偏摇(yawing) 等)，从而可提高乘车感及行驶稳定性，可在曲线轨道上抵消离心力，从而可提高曲线轨道上的通过性能。

另外，本实用新型可将空气A的阻力用作追加的制动力，从而可缩短制动距离，可延长摩擦制动装置的构成品(圆盘、车轮踏面、轮盘、制动蹄片等)的寿命。

至此为止，对本实用新型的利用空气A阻力的铁路车辆用制动倾斜装置的具体实施例进行了说明，但应明白，可在不脱离本实用新型的范围的限度内实现多种实施变形。

因此，本实用新型的范围并不局限于所说明的实施例来界定，应由随附的权利要求书及与其等同的内容界定。

即，应理解，上述实施例在所有方面均为示例，并无限定性含义，本实用新型的范围由随附的权利要求书表示而并非详细的说明，且应解释为根据上述权利要求书的含义、范围及其等效概念导出的所有变更或变形的形态均包括在本实用新型的范围内。

Claims

1.一种利用空气阻力的铁路车辆用制动倾斜装置，其特征在于包括：可变翼，以能够以所述可变翼的垂直旋转中心为基准而旋转的方式设置到编组列车的所有车辆的上部，沿两方向具有长度；以及驱动单元，设置到所述车辆而向所述可变翼的垂直旋转中心传递旋转力；所述驱动单元在所述车辆直线行驶时沿所述车辆的前后方向定位所述可变翼的长度方向，在所述车辆曲线行驶时沿斜线倾斜地定位所述可变翼的长度方向，以便所述车辆受到曲线轨道的内侧的空气阻力，在所述车辆制动时沿所述车辆的宽度方向定位所述可变翼的长度方向，

沿所述车辆的前后方向以隔开的状态排列多个所述可变翼，所述驱动单元在所述车辆曲线行驶时使所述可变翼以与曲率半径及速度成正比的角度旋转定位。

2.根据权利要求1所述的利用空气阻力的铁路车辆用制动倾斜装置，其特征在于，

所述可变翼的宽度方向的两侧壁面越朝向上部则宽度越逐渐变小。

3.根据权利要求2所述的利用空气阻力的铁路车辆用制动倾斜装置，其特征在于，

在所述可变翼的上端形成辅助翼，

所述辅助翼的两端向所述可变翼的宽度方向两侧水平地突出形成。

4.根据权利要求1所述的利用空气阻力的铁路车辆用制动倾斜装置，其特征在于，

位于所述车辆的最前部的所述可变翼的前端及位于后部的所述可变翼的后端沿所述车辆的前后方向形成为流线形。

5.根据权利要求4所述的利用空气阻力的铁路车辆用制动倾斜装置，其特征在于，

所述可变翼同时旋转而以相同的角度旋动定位。

6.根据权利要求4所述的利用空气阻力的铁路车辆用制动倾斜装置，其特征在于，

所述可变翼在所述车辆的中心线上沿所述车辆的前后方向定位成一列。

7.根据权利要求4所述的利用空气阻力的铁路车辆用制动倾斜装置，其特征在于，

所述可变翼以所述车辆的中心线为基准而沿所述车辆的前后方向并列定位。

8.根据权利要求4所述的利用空气阻力的铁路车辆用制动倾斜装置，其特征在于，

沿所述车辆的前后方向排列偶数个所述可变翼，

在所述车辆制动的情况下，

所述可变翼中的一半向顺时针方向旋转，与此同时，剩余一半向逆时针方向旋转，从而在所述车辆的宽度方向上抵消空气阻力冲击力。

9.根据权利要求4所述的利用空气阻力的铁路车辆用制动倾斜装置，其特征在于，

在所述车辆的上部还设置沿所述车辆的前后方向具有长度的固定翼，

所述固定翼的中心与所述可变翼的垂直旋转中心沿所述车辆的前后方向位于同一线上。

10.根据权利要求9所述的利用空气阻力的铁路车辆用制动倾斜装置，其特征在于，

所述固定翼配置到所述可变翼之间的间隔。

11.根据权利要求9所述的利用空气阻力的铁路车辆用制动倾斜装置，其特征在于，

所述可变翼在所述车辆直线行驶时沿所述车辆的前后方向与所述固定翼并排定位。

12.根据权利要求9所述的利用空气阻力的铁路车辆用制动倾斜装置，其特征在于，

所述可变翼与所述固定翼的宽度方向的两侧壁面沿长度方向形成为一直线。

13.根据权利要求1所述的利用空气阻力的铁路车辆用制动倾斜装置，其特征在于，

所述驱动单元在所述车辆停车后沿所述车辆的前后方向定位所述可变翼。

14.根据权利要求1所述的利用空气阻力的铁路车辆用制动倾斜装置，其特征在于，

所述驱动单元具备：

驱动马达，向所述垂直旋转中心传递旋转力；

感测部，在所述车辆行驶时感测或接收行进方向及是否制动，且在所述车辆曲线行驶时，感测或接收曲率及速度；以及

控制部，从所述感测部接收感测信号而控制所述驱动马达的驱动。

15.根据权利要求1所述的利用空气阻力的铁路车辆用制动倾斜装置，其特征在于，

所述驱动单元在所述车辆的启动接通时转换为驱动接通状态。