基于涡发生器的列车增减阻装置的制作方法

1.本发明涉及高速列车技术领域，特别涉及一种基于涡发生器的列车增减阻装置。


背景技术：

2.随着列车的高速化，列车在高速运行时所存在的一些空气动力学问题也一一突显出来。例如，列车的气动阻力，其幅值与列车运行速度的二次方成正比。随着列车运行速度的不断提高，在驱动列车前行所需要的动力中气动阻力占比不断增大，因此有必要研究如何降低列车的气动阻力，以降低列车能耗。现有的列车减阻技术方案主要围绕于列车表面平顺化展开，如拉长头车流线型、下沉式受电弓等，然而这种减阻方案带来的效果已逐渐趋向饱和。
3.另一方面，当列车运行速度达400km/h时，制动距离增大，制动所需能耗增大，迫切需要开发辅助制动方式。现有风阻制动板等辅助制动方式难以精确控制阻力，瞬时增阻过大，容易使人体产生不舒适感，且制动板易超出车辆限界，增加了设备的检修维护工作。


技术实现要素：

4.本发明提供了一种基于涡发生器的列车增减阻装置，其目的是为了提供一种在列车运行时实现减阻同时又可以在制动时实现增阻的列车增减阻装置。
5.为了达到上述目的，本发明的实施例提供了一种基于涡发生器的列车增减阻装置，包括：
6.涡发生器，所述涡发生器设置有偶数个，偶数个所述涡发生器对称设置在列车两侧，所述涡发生器分别设置在列车头车和列车尾车上，所述涡发生器垂直于所述列车流线型区域车壳设置，所述涡发生器设置有滑动控制机构，所述涡发生器通过滑动控制机构升起或收缩设置在所述列车流线型区域车壳处，所述涡发生器设置有旋转机构，所述旋转机构用于调节所述涡发生器与列车中线间的角度。
7.其中，所述列车头车和列车尾车均设置有四个所述涡发生器。
8.其中，当基于涡发生器的列车增减阻装置为减阻状态时，所述列车头车的涡发生器收缩设置在所述列车流线型区域车壳内；所述列车尾车的涡发生器升起设置在所述列车流线型区域车壳外，所述列车尾车的涡发生器与列车中心线的夹角为50
°
。
9.其中，当基于涡发生器的列车增减阻装置为增阻状态时，所述列车头车的涡发生器升起设置在所述列车流线型区域车壳外，位于所述列车头车前方的两个所述涡发生器与列车中线的夹角为-90
°
，位于所述列车头车后方的两个所述涡发生器与列车中线的夹角为90
°
；所述列车尾车的涡发生器升起设置在所述列车流线型区域车壳外，所述列车尾车的涡发生器与列车中线的夹角为-50
°
。
10.其中，所述涡发生器为三角形结构或梯形板状结构。
11.其中，所述涡发生器为直角梯形板状结构，所述涡发生器的底边最大长度为0.65m，所述涡发生器的最大高度为0.4m，所述涡发生器的锐角为35
°
。
12.其中，所述列车流线型区域车壳开设有多个槽，所述涡发生器滑动地设置在所述槽内。
13.其中，所述滑动控制机构包括：控制装置下支座、扰流板支座、电动马达、滚珠丝杆和控制装置上支座，所述控制装置上支座设置在所述列车流线型区域车壳的内侧，所述控制装置下支座固定设置在所述列车流线型区域车壳内，所述控制装置下支座的两端均垂直于所述列车流线型区域车壳向外设置有导轨，所述导轨连接至所述控制装置上支座，所述扰流板支座两端通过直线轴承滑动地设置在两个所述导轨上，所述涡发生器设置在所述扰流板支座上，所述电动马达安装在所述控制装置下支座上，所述电动马达通过联轴器连接所述滚珠丝杆，所述滚珠丝杆通过滚珠螺母与所述扰流板支座传动连接。
14.其中，所述旋转机构设置有旋转电机，所述旋转电机固定设置在所述扰流板支座上，所述涡发生器通过所述旋转电机安装在所述扰流板支座上，所述旋转电机的转轴通过联轴器连接所述涡发生器。
15.其中，所述槽处活动地设置有橡胶密封条。
16.本发明的上述方案有如下的有益效果：
17.1、本发明突破传统通过外形平顺化来实现列车气动减阻、风阻制动板实现增阻的方法，提出通过减弱或增强尾涡强度的方法，从尾涡控制的角度实现尾车阻力控制。所设涡发生器在头车时还可打断列车流线型，增大头车阻力，实现整车增减阻协同控制。
18.2、本发明可通过控制涡发生器角度精准控制阻力，使阻力缓慢降低或增大，提升列车舒适性。
19.3、本发明通过涡发生器同时实现减阻和增阻功能，减少维修工作，符合车辆限界。
附图说明
20.图1为本发明的基于涡发生器的列车增减阻装置的减阻运行时列车尾车结构示意图；
21.图2为本发明的基于涡发生器的列车增减阻装置的减阻运行时列车尾车俯视图；
22.图3为本发明的基于涡发生器的列车增减阻装置的增阻运行时列车尾车结构示意图；
23.图4为本发明的基于涡发生器的列车增减阻装置的增阻运行时列车尾车俯视图；
24.图5为本发明的基于涡发生器的列车增减阻装置的增阻运行时列车头车结构示意图；
25.图6为本发明的基于涡发生器的列车增减阻装置的增阻运行时列车头车俯视图；
26.图7为本发明的基于涡发生器的列车增减阻装置的涡发生器结构示意图；
27.图8为本发明的基于涡发生器的列车增减阻装置的滑动控制机构及旋转机构示意图一；
28.图9为本发明的基于涡发生器的列车增减阻装置的滑动控制机构及旋转机构示意图二。
29.【附图标记说明】
30.1-涡发生器；2-列车头车；3-列车尾车；4-列车流线型区域车壳；5-槽；6-控制装置下支座；7-扰流板支座；8-电动马达；9-滚珠丝杆；10-控制装置上支座；11-导轨；12-旋转电
机。
具体实施方式
31.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。
32.本发明针对现有方式难以精确控制运行中列车的阻力的问题，提供了一种基于涡发生器的列车增减阻装置。
33.如图1所示，本发明的实施例提供了一种基于涡发生器的列车增减阻装置，包括：涡发生器1，所述涡发生器1设置有偶数个，偶数个所述涡发生器1对称设置在列车两侧，所述涡发生器1分别设置在列车头车2和列车尾车3上，所述涡发生器1垂直于所述列车流线型区域车壳4设置，所述涡发生器1设置有滑动控制机构，所述涡发生器1通过滑动控制机构升起或收缩设置在所述列车流线型区域车壳4处，所述涡发生器1设置有旋转机构，所述旋转机构用于调节所述涡发生器1与列车中线间的角度。
34.本发明上述实施例所述的基于涡发生器的列车增减阻装置，通过所述滑动控制机构控制所述涡发生器1的升起或收缩，从而在需要时令所述涡发生器1与空气交互，通过所述旋转机构控制所述涡发生器1的旋转角度，从而调节所述涡发生器1与空气的接触面积并控制空气流动方向。
35.其中，所述列车头车2和列车尾车3均设置有四个所述涡发生器1。
36.如图2所示，当基于涡发生器的列车增减阻装置为减阻状态时，所述列车头车2的涡发生器1收缩设置在所述列车流线型区域车壳4内；所述列车尾车3的涡发生器1升起设置在所述列车流线型区域车壳4外，所述列车尾车3的涡发生器1与列车中心线的夹角为50
°
。
37.其中，当基于涡发生器的列车增减阻装置为增阻状态时，所述列车头车2的涡发生器1升起设置在所述列车流线型区域车壳4外，位于所述列车头车2前方的两个所述涡发生器1与列车中线的夹角为-90
°
，位于所述列车头车2后方的两个所述涡发生器1与列车中线的夹角为90
°
；所述列车尾车3的涡发生器1升起设置在所述列车流线型区域车壳4外，所述列车尾车3的涡发生器1与列车中线的夹角为-50
°
。
38.本发明上述实施例所述的基于涡发生器的列车增减阻装置，当列车减阻运行时，列车头车2涡发生器1处于未升起状态，列车尾车3涡发生器升起，且与列车中线的夹角由0度增加至50度，实现尾车气动阻力最大减阻效果4％，如图1和图2所示。列车增阻制动时，列车尾车3涡发生器1处于升起状态，旋转至a为-50度，实现列车尾车3气动阻力增阻6％，如图3和图4所示；同时列车头车2涡发生器1升起，后方的一组涡发生器1旋转至a为90度，前方的一组涡发生器旋转至-90度，实现列车头车2气动增阻19％，如图5和图6所示。
39.如图7所示，所述涡发生器1为三角形结构或梯形板状结构。
40.其中，所述涡发生器1为直角梯形板状结构，所述涡发生器1的底边最大长度为0.65m，所述涡发生器1的最大高度为0.4m，所述涡发生器1的锐角为35
°
。
41.如图8和图9所示，所述列车流线型区域车壳4开设有多个槽5，所述涡发生器1滑动地设置在所述槽5内。
42.其中，所述滑动控制机构包括：控制装置下支座6、扰流板支座7、电动马达8、滚珠丝杆9和控制装置上支座10，所述控制装置上支座10设置在所述列车流线型区域车壳4的内
侧，所述控制装置下支座6固定设置在所述列车流线型区域车壳4内，所述控制装置下支座6的两端均垂直于所述列车流线型区域车壳4向外设置有导轨11，所述导轨11连接至所述控制装置上支座10，所述扰流板支座7两端通过直线轴承滑动地设置在两个所述导轨11上，所述涡发生器1设置在所述扰流板支座7上，所述电动马达8安装在所述控制装置下支座6上，所述电动马达8通过联轴器连接所述滚珠丝杆9，所述滚珠丝杆9通过滚珠螺母与所述扰流板支座7传动连接。
43.其中，所述旋转机构设置有旋转电机12，所述旋转电机12固定设置在所述扰流板支座7上，所述涡发生器1通过所述旋转电机12安装在所述扰流板支座7上，所述旋转电机12的转轴通过联轴器连接所述涡发生器1。
44.其中，所述槽5处活动地设置有橡胶密封条。
45.本发明上述实施例所述的基于列车尾涡控制的气动减阻装置，当涡发生器1需要伸出展开时，所述电动马达8带动滚珠丝杆9旋转，滚珠螺母带动扰流板支座7和涡发生器1沿导轨11向上运动，涡发生器1顶开橡胶密封条从列车端部流线型区域车壳4上的槽5伸出，达到指定位置后电动马达8停止，滚珠螺母自锁，扰流板支座7和涡发生器1锁定在此位置，通过所述旋转电机12能够驱动所述涡发生器1旋转。涡发生器1展开后需要收回时，旋转电机12会先驱动所述涡发生器1旋转直至与所述槽5平齐，电动马达8带动滚珠丝杆9反向旋转，滚珠螺母带动扰流板支座7和涡发生器1沿导轨11向下运动，涡发生器1退出槽5后橡胶密封条自动复位，完全收回后电动马达8停止，滚珠螺母自锁，扰流板支座7和涡发生器1锁定。
46.列车高速运行时，周围空气沿着车身表面运动，在列车尾部产生流动分离，形成一对向内旋转的涡。列车尾涡是导致列车气动阻力主要来源之一，本发明在减阻运行时，所述涡发生器能够产生一对与列车尾涡旋向相反的涡，以此减弱列车尾涡强度，从而减小列车气动阻力。与此同时，涡发生器对来流起到了阻挡作用，列车尾部正压增大，列车头尾压差阻力减小，从而气动阻力减小；本发明在增阻运行时能够增强尾涡强度，同时打断列车头部流线型，起到增阻效果。
47.经过风洞试验及数值仿真验证，本装置可达到的减阻效果为4％。增阻效果为头车增阻19％，尾车增阻6％，其具体效果如下表所示。
[0048][0049]
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。