專利名稱：一種用于高速列車的減速傘制動(dòng)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及高速列車的制動(dòng)技術(shù)，特別涉及運(yùn)用空氣動(dòng)力學(xué)理論，通過在列車尾部安裝減速傘制動(dòng)裝置，以對(duì)高速行駛的列車在常規(guī)制動(dòng)或緊急制動(dòng)過程中提供額外的制動(dòng)阻力來縮短制動(dòng)距離進(jìn)而提高制動(dòng)安全性。
背景技術(shù)：
高速列車制動(dòng)能力主要體現(xiàn)停車制動(dòng)過程中列車的制動(dòng)距離，制動(dòng)距離的大小直接影響著列車的安全性能。在線路、制動(dòng)系統(tǒng)、制動(dòng)方式和司機(jī)操縱方式等條件不變的情況下，列車的制動(dòng)距離基本上與列車制動(dòng)初速度的平方成正比例關(guān)系。因而隨著列車速度的提高，必須改進(jìn)其制動(dòng)裝置和制動(dòng)控制方式以滿足高速列車制動(dòng)距離相對(duì)較短的要求，高速列車一般包括常規(guī)制動(dòng)和緊急制動(dòng)，其緊急制動(dòng)距離是檢驗(yàn)列車制動(dòng)能力和運(yùn)行安全性的重要技術(shù)條件，同時(shí)也是通信信號(hào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)和運(yùn)輸組織合理規(guī)劃的重要依據(jù)。綜合多方面的因素考慮，，高速列車制動(dòng)系統(tǒng)必需具備以下條件:(I)盡可能的縮短制動(dòng)距離以保障行車安全；(2)保證高速制動(dòng)時(shí)不滑行；(3)司機(jī)操縱列車制動(dòng)系統(tǒng)靈活可靠，能滿足列車自動(dòng)制動(dòng)的要求；(4)盡量減輕制動(dòng)裝置重量。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種節(jié)能綠色環(huán)保的高速列車制動(dòng)方式，以縮短列車高速運(yùn)行中的制動(dòng)距離提高制動(dòng)安全性；本發(fā)明運(yùn)用空氣動(dòng)力學(xué)理論，通過在列車尾部安裝減速傘制動(dòng)裝置為高速列車提供額外的制動(dòng)阻力，以提高列車常規(guī)制動(dòng)或緊急制動(dòng)時(shí)的總制動(dòng)阻力，縮短高速列車的制動(dòng)距離，提高列車制動(dòng)時(shí)的安全性。同時(shí)，該制動(dòng)阻力由空氣動(dòng)力產(chǎn)生，不額外消耗能源，不產(chǎn)生污染。本發(fā)明所述的一種用于高速列車的減速傘制動(dòng)技術(shù)，不僅適用于現(xiàn)有的CRH系列高速列車，也適用于未來研制使用的更高速列車。本發(fā)明采用的減速傘制動(dòng)裝置，是利用氣流與減速傘系統(tǒng)相互作用會(huì)產(chǎn)生氣動(dòng)阻力這一空氣動(dòng)力學(xué)理論，在列車尾部安裝減速傘來加強(qiáng)高速列車的制動(dòng)效果。本發(fā)明采用的減速傘制動(dòng)裝置，是安裝在列車最后一節(jié)車廂尾部的上端處。減速傘工作時(shí)，離地高度較大，避免減速傘接地?fù)p壞制動(dòng)裝置。本發(fā)明采用的減速傘制動(dòng)裝置，主要包括傘艙控制臺(tái)、引導(dǎo)傘、傘衣套和減速傘。傘艙控制臺(tái)控制減速傘的工作狀態(tài)；引導(dǎo)傘帶有中心繩，在制動(dòng)時(shí)將包裝好的減速傘從傘艙中拉出，拉直并拉脫傘衣套；傘衣套的作用是使減速傘有良好的開傘程序；減速傘提供列車制動(dòng)時(shí)所需的空氣阻力。本發(fā)明采用的減速傘制動(dòng)裝置，在列車常規(guī)制動(dòng)或緊急制動(dòng)時(shí)由駕駛員控制減速傘彈出，在引導(dǎo)傘以及氣流的作用下張開工作；并在列車制動(dòng)減速至50km/h時(shí)，由傘艙控制臺(tái)控制回收。減速傘張滿后迎風(fēng)面半徑為2.5m,迎風(fēng)面積為傘面積為19.625m2,減速傘下端距離鐵軌高度為1.3m左右。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于:(I)本發(fā)明采用的減速傘制動(dòng)裝置，當(dāng)列車正常行駛時(shí)，收縮在傘艙控制臺(tái)內(nèi)，不破壞列車原有的氣動(dòng)外形，不產(chǎn)生額外的阻力。而且由于僅需要對(duì)列車尾部進(jìn)行改造，破壞性小，不僅適合在列車生產(chǎn)過程中進(jìn)行安裝，也適合對(duì)已運(yùn)營(yíng)的列車進(jìn)行升級(jí)改造。(2)本發(fā)明采用的減速傘制動(dòng)裝置，工作時(shí)給列車提供的氣動(dòng)制動(dòng)阻力來源于傘系統(tǒng)與空氣的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，不產(chǎn)生額外的能源消耗，也不會(huì)產(chǎn)生額外的環(huán)境污染。(3)本發(fā)明采用的減速傘制動(dòng)裝置，在列車高速時(shí)能夠提供較大的制動(dòng)減速度，而且列車速度越大，產(chǎn)生的制動(dòng)阻力和制動(dòng)減速度越大，制動(dòng)效率高，應(yīng)用范圍廣。(4)本發(fā)明采用的減速傘制動(dòng)裝置，在列車制動(dòng)至較小速度時(shí)，由傘艙控制臺(tái)控制回收，能夠回收利用。


圖1為列車正常行駛，減速傘制動(dòng)裝置不工作時(shí)的二位側(cè)視圖；圖2為列車制動(dòng)或緊急制動(dòng)時(shí)，減速傘制動(dòng)裝置工作時(shí)的二維側(cè)視圖；圖3為列車制動(dòng)或緊急制動(dòng)時(shí),減速傘制動(dòng)裝置組成各部分示意圖；圖4為減速傘制動(dòng)裝置工作時(shí)，列車運(yùn)行速度為300Km/h時(shí)，不同主傘迎風(fēng)面積下，CFD數(shù)值模擬的制動(dòng)裝置提供的阻力系數(shù)和氣動(dòng)阻力圖；圖5為減速傘制動(dòng)裝置工作時(shí)，列車運(yùn)行速度為300Km/h時(shí)，不同主傘迎風(fēng)面積下，CFD數(shù)值模擬的制動(dòng)裝置提供的制動(dòng)減速度圖；圖6為減速傘制動(dòng)裝置工作時(shí)，主傘迎風(fēng)面半徑為2.5m，列車速度在目前高鐵運(yùn)營(yíng)速度下以及未來可能出現(xiàn)的更高速度下時(shí)，CFD數(shù)值模擬的制動(dòng)裝置額外提供的阻力系數(shù)和氣動(dòng)阻力圖。圖7為列車制動(dòng)或緊急制動(dòng)時(shí)，減速傘制動(dòng)裝置正常工作，減速傘迎風(fēng)面半徑為
2.5m,列車速度在目前動(dòng)車與高鐵運(yùn)營(yíng)速度下以及未來可能出現(xiàn)的更高速度下時(shí)，CFD數(shù)值模擬的制動(dòng)裝置額外提供的制動(dòng)減速度圖；圖8為減速傘制動(dòng)裝置工作時(shí)，隨著剎車過程中速度的減小，CFD數(shù)值模擬的制動(dòng)裝置提供的制度減速度圖。圖中:1、傘艙控制臺(tái)；2、鋼索或繩索；3、保護(hù)裝置；4、減速傘；5、傘衣套；6、引導(dǎo)傘。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。采用CRH2動(dòng)車外形作為實(shí)施案例中的參考車型，列車質(zhì)量150t，列車車廂頂部距離地面高度為3.8m左右。應(yīng)用本發(fā)明提供的一種用于高速列車的減速傘制動(dòng)裝置，在列車的尾部安裝。所述的減速傘制動(dòng)裝置包括傘艙控制臺(tái)1、減速傘4、傘衣套5和引導(dǎo)傘6,如圖3所示,傘艙控制臺(tái)I安裝在列車尾部車廂內(nèi)部，位于車廂后緣的頂端，傘艙控制臺(tái)I內(nèi)含有彈射機(jī)構(gòu)和收縮機(jī)構(gòu)，彈射機(jī)構(gòu)用于在列車制動(dòng)開始時(shí)將減速傘彈射出傘艙，收縮機(jī)構(gòu)用于在列車制動(dòng)結(jié)束時(shí)將減速傘收回傘艙，兩種機(jī)構(gòu)均由駕駛員直接控制。所述的彈射機(jī)構(gòu)和收縮機(jī)構(gòu)與減速傘4之間通過鋼索或者繩索2連接，當(dāng)列車正常行駛時(shí),減速傘4收縮在傘衣套5內(nèi)，安放在傘艙控制臺(tái)I內(nèi)，傘艙門閉合。引導(dǎo)傘6中心繩與傘衣套5和減速傘4連接，減速傘4中心繩與繩索或鋼索2連接，減速傘4與引導(dǎo)傘6中心繩的結(jié)合處以及減速傘4中心繩與繩索或鋼索2的結(jié)合處設(shè)置有保護(hù)裝置3，作用是將部件連接部保護(hù)起來，防止與車廂或鐵軌發(fā)生碰撞和摩擦損傷，一般可使用橡皮圈等柔性裝置。列車制動(dòng)或緊急制動(dòng)時(shí)，在列車駕駛員控制下，傘艙門打開，減速傘4被彈出傘艙，引導(dǎo)傘6在氣流的作用下充氣張滿，并將減速傘4及連接繩索拉出、拉直，同時(shí)傘衣套5從傘衣上脫落，減速傘4在氣流的作用下，開傘充氣并張滿。如圖2與圖3所示。當(dāng)空氣流過減速傘時(shí)，由于減速傘的作用，在減速傘前面，流速減小，壓強(qiáng)增大，而在減速傘的背面，流速增大，壓強(qiáng)減小，因而在減速傘前后形成了巨大的壓力差，進(jìn)而對(duì)減速傘制動(dòng)裝置產(chǎn)生巨大的氣動(dòng)阻力。本發(fā)明所述的一種用于高速列車的減速傘制動(dòng)裝置，在減速傘完全張滿后，其減速傘迎風(fēng)面半徑為2.5m,迎風(fēng)面積為19.625m2，減速傘下表面離地高度為1.3m左右(在現(xiàn)有列車高度3.8m基礎(chǔ)上)。圖4和圖5在現(xiàn)有高鐵運(yùn)營(yíng)速度300Km/h下，其在不同減速傘迎風(fēng)面半徑下，減速傘制動(dòng)裝置提供的阻力系數(shù)(Cd)、氣動(dòng)阻力(Fd)以及制動(dòng)減速度(a)。阻力系數(shù)、氣動(dòng)阻力以及制動(dòng)減速度三者的關(guān)系為: 式中，Cd通過CFD數(shù)值模擬獲得，P為當(dāng)?shù)乜諝饷芏龋?.225kg/m3，V為列車運(yùn)營(yíng)速度，單位為m/s，S為減速傘迎風(fēng)面積，R為減速傘迎風(fēng)半徑，m為列車質(zhì)量。從圖4和圖5中可以看出，隨著減速傘迎風(fēng)面積的增大，傘系統(tǒng)提供的阻力系數(shù)、氣動(dòng)阻力以及制動(dòng)減速度均逐漸增加。同時(shí)，隨著減速傘面積的增大，其配套設(shè)備也需相應(yīng)增大，增加了傘系統(tǒng)的生產(chǎn)成本；更大的減速傘面積意味著更長(zhǎng)的減速傘張滿時(shí)間，制約了傘系統(tǒng)制動(dòng)效果的發(fā)揮；隨著減速傘半徑的增大，其離地越來越近，加大了傘系統(tǒng)的接地可能性，增加了傘系統(tǒng)的不安全性。因而，在滿足列車緊急制動(dòng)要求的前提下，減速半徑越小越好。當(dāng)今高速動(dòng)車緊急制動(dòng)常規(guī)制動(dòng)減速度約為lm/s2，從圖5可以看出，在減速傘半徑為R=2.5m情況下，減速傘制動(dòng)裝置能夠提供1.3m/s2的制動(dòng)減速度，滿足了列車緊急制動(dòng)的要求，而且減速傘下端距地面1.3m左右，安全可靠。因而，綜合各方面考慮，在減速傘迎風(fēng)面半徑為2.5m,面積為19.625m2時(shí),減速傘制動(dòng)裝置性能最佳。本發(fā)明所述的一種用于高速列車的減速傘制動(dòng)裝置，在高速列車制動(dòng)或緊急制動(dòng)時(shí)能夠產(chǎn)生較大的氣動(dòng)阻力，提供較大的制動(dòng)減速度，進(jìn)而縮短高速列車的制動(dòng)距離，增加高速列車的運(yùn)營(yíng)安全性。圖6和圖7為減速傘迎風(fēng)面半徑為2.5m時(shí)，在目前高鐵運(yùn)營(yíng)速度下，以及未來可能出現(xiàn)的更高運(yùn)營(yíng)速度下，制動(dòng)裝置能夠提供的阻力系數(shù)、氣動(dòng)阻力以及制動(dòng)減速度圖。從圖中可以看出，減速傘制動(dòng)裝置不僅適用于現(xiàn)有的高速列車，而且對(duì)未來可能研制生產(chǎn)的更高速列車同樣有效。而且，隨著列車速度的增加，制動(dòng)裝置能夠提供的制動(dòng)阻力也在逐步增加。本發(fā)明所述的一種用于高速列車的減速傘制動(dòng)裝置，在列車速度減速至50Km/h后，減速傘收回傘艙。圖8為高速列車制動(dòng)減速過程中，減速傘制動(dòng)裝置提供的制動(dòng)減速度。從圖中可以看出，隨著速度的減小，制動(dòng)裝置提供的減速度也逐漸減小。在列車速度為50Km/h時(shí)，制動(dòng)裝置能夠提供的減速度較小，僅有0.037m/s2，另一方面由于此時(shí)列車速度較小，已不需要額外的制動(dòng)阻力。因此，此時(shí)回收減速傘制動(dòng)裝置較為合適。
權(quán)利要求
1.一種用于高速列車的減速傘制動(dòng)裝置，其特征是:所述的減速傘制動(dòng)裝置安裝在高速列車的車廂尾部，用以提供高速列車在常規(guī)制動(dòng)或緊急制動(dòng)時(shí)的制動(dòng)阻力，縮短高速列車的制動(dòng)距離。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于高速列車的減速傘制動(dòng)裝置，其特征是:所述的高速列車是運(yùn)營(yíng)速度為250km/h或310km/h的高速動(dòng)車。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于高速列車的減速傘制動(dòng)裝置，其特征是:所述的減速傘制動(dòng)裝置由傘艙控制臺(tái)、引導(dǎo)傘、傘衣套和減速傘構(gòu)成，傘艙控制臺(tái)與減速傘中心繩之間通過鋼索或者繩索連接，當(dāng)列車正常行駛時(shí)，減速傘呈收縮狀態(tài)收縮在傘衣套內(nèi)，安放在傘艙控制臺(tái)內(nèi)，傘艙門閉合；引導(dǎo)傘中心繩連接傘衣套和減速傘，所述的減速傘在列車常規(guī)制動(dòng)或緊急制動(dòng)時(shí)，在列車駕駛員控制下，傘艙門打開，減速傘被彈出傘艙，引導(dǎo)傘在氣流的作用下充氣張滿，并將減速傘及連接繩索拉出、拉直，同時(shí)傘衣套從傘衣上脫落，減速傘在氣流的作用下，開傘充氣并張滿，開始工作。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種用于高速列車的減速傘制動(dòng)裝置，其特征是:減速傘與引導(dǎo)傘中心繩的結(jié)合處設(shè)置有保護(hù)裝置。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種用于高速列車的減速傘制動(dòng)裝置，其特征是:所述的減速傘在完全張滿后，其迎風(fēng)面半徑為2.5m,面積為19.625m2。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種用于高速列車的減速傘制動(dòng)裝置，其特征是:所述的減速傘在列車制動(dòng)減速至50Km/h時(shí)，在列車駕駛員控制下，減速傘回收放置在傘艙內(nèi)，關(guān)閉傘艙門。
全文摘要
本發(fā)明公開一種用于高速列車的減速傘制動(dòng)裝置，安裝在高速列車尾部，在列車常規(guī)制動(dòng)或緊急制動(dòng)時(shí)提供氣動(dòng)阻力，輔助列車制動(dòng)。本發(fā)明在高速列車制動(dòng)或者緊急制動(dòng)時(shí)，打開減速傘制動(dòng)裝置，張滿的減速傘與空氣相互作用，產(chǎn)生額外的氣動(dòng)制動(dòng)阻力，增大列車的制動(dòng)減速度，使之減速，縮短列車制動(dòng)距離，提高高速列車制動(dòng)時(shí)的安全性。本發(fā)明涉及的減速傘制動(dòng)裝置不僅適用于現(xiàn)有的高速列車，也適用于未來可能研制使用的更高速列車。同時(shí)，本發(fā)明產(chǎn)生的氣動(dòng)阻力基于空氣動(dòng)力學(xué)原理，不消耗能源，不產(chǎn)生環(huán)境污染。
文檔編號(hào)B61H11/06GK103085837SQ20131003461
公開日2013年5月8日 申請(qǐng)日期2013年1月29日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月29日
發(fā)明者郭昊, 吳云鵬, 劉沛清, 屈秋林, 周健, 盧哲 申請(qǐng)人:北京航空航天大學(xué)