一种带自锁功能的列车升力提升装置

本技术涉及铁路车辆的空气动力学，尤其涉及一种带自锁功能的列车升力提升装置。

背景技术：

1、常规高速列车是通过轮轨相互作用产生的牵引力和制动黏着摩擦力来实现列车的高速运行，利用车轮和钢轨之间的相互作用来解决支撑、导向和驱动这三大问题，但是随着运行速度的提高，车轮和钢轨之间的磨损增大，轮缘和钢轨的磨耗加剧，增大了机车车辆和线路的维护工作，并导致列车动力消耗增加，速度降低且列车平稳性下降。另外，由于列车在行驶中所受到的阻力(空气阻力和摩擦阻力)与速度的平方成正比，列车的速度越高，列车受到的阻力就越大，列车的牵引能耗约占列车总能耗的60％以上，其中气动阻力能耗占比最大。磁悬浮列车与传统的轮轨列车相比，列车与轨道之间没有接触，减少摩擦损耗，摆脱黏着限制，轨道使用寿命长；列车没有车轮，且齿轮、联轴器、车轴、轴承等机械传动结构与传统轮轨列车相比更少，因此质量较轻；基于轮轨的高速列车的阻力来源于三部分，分别是机械阻力、轮轨阻力和空气阻力，而磁悬浮只需要克服空气阻力。

2、为在提升运行速度的同时降低整体能耗和全生命周期成本，有学者提出采用升力翼的理念，即在高速列车安装串列升力翼，利用升力翼提升整车的升力，达到等效减重的目的，使列车的能耗降低。

3、目前升力翼装置鲜有实际投入应用的，现有设计存在如下主要问题：(1)现有的实验性列车升力提升装置基本上为固定在列车顶部，升力装置占用空间大，难以有效贴合列车车顶，影响列车的流线型外形，以至于风阻较大；(2)现有的实验性列车升力提升装置无法进行升力翼攻角调整，无法根据列车行驶路况改变攻角，提供恰当的升力；(3)现有实验性列车升力提升装置结构较复杂、自身重量较大、占用空间较大、操作不够简便、可靠性不高；(4)现有的实验性列车升力提升装置无法根据列车行驶方向进行调整，即提升升力方向较为单一，即只能在单向行驶时为列车提供升力；(5)现有的实验性列车升力提升装置的关键结构不够合理。翼型等参数是升力提升装置的关键参数，依靠翼展的上下表面压力差提供升力。翼型、展弦比，跟梢比，展长等需要进行优化设计。

技术实现思路

1、本实用新型提供一种带自锁功能的列车升力提升装置，解决目前升力提升装置多为单向、装置结构较大，结构较复杂，重量大，安装和操作较繁琐、不可折叠、占用空间较大等问题。

2、为达到以上目的，本实用新型采取的技术方案是：

3、一种带自锁功能的列车升力提升装置，安装在列车车顶，包括若干升力提升装置，所述升力提升装置包括升力翼单元，所述升力翼单元通过转轴与轴承结构连接，所述轴承结构的下端通过转轴与连杆机构相连，所述连杆机构的下端连接滑块，所述滑块设置在底座的滑轨内，所述滑块在滑轨内滑动，所述滑轨的凹槽内设置机械锁。

4、进一步地，所述滑块为第一电力驱动装置，所述滑块与底座的滑轨为电磁接触，所述滑块通过电力驱动在底座的滑轨内的滑动。

5、进一步地，所述连杆机构为不锈钢材质，所述连杆机构的截面为半椭圆形杆形状的连杆，闭合状态时，两个所述连杆机构密切接触，保持椭圆的截面形状，所述连杆机构为无动力装置。

6、进一步地，所述升力翼单元内设置第二电力驱动装置，所述第二驱动装置与轴承结构相连接，通过电力驱动装置控制升力翼单元绕转轴转动。

7、进一步地，所述机械锁为第三电力驱动装置，所述机械锁的锁槽设置在滑轨的内部且与滑轨垂直。

8、进一步地，所述轴承结构为第四电力驱动装置，第四电力驱动装置带动升力翼单元在水平面内转动，所述轴承结构下端通过转轴与连杆机构连接，同时所述轴承结构在水平方向无相对移动，仅跟随连杆机构的开合实现竖直方向的升降。

9、进一步地，所述底座由铝合金制成，固定嵌入列车顶部，所述底座上的滑轨方向平行于铁轨方向。

10、进一步地，升力提升装置在工作状态下，所述连杆机构与底座相互垂直，所述机械锁处于开启状态，将滑块完全锁挡；升力提升装置在非工作状态下，滑块处于开启状态，分别向底座的滑轨两侧相对滑动，连杆机构随着滑块的滑动进行移动，当连杆机构与底座平行时，滑块停止工作，此时升力提升装置贴合在车顶。

11、本实用新型的有益效果在于：

12、本实用新型通过电力驱动装置在需要升力提升装置工作时将其升起为列车提供升力，非工作状态时平行贴合于车顶，不会增加车辆的高度和宽度。本实用新型不产生污染，不额外消耗能源，结构紧凑、安装与维护简便，可以在日常行驶时为列车提供升力，并解决现有高速磁悬浮列车升力提升装置的不足。

13、本实用新型通过滑块的滑动，进而带动连杆机构开合实现装置的升降，结构简单，操作方便，可以更灵活为高速磁悬浮列车提供升力，以满足线路限界要求。

14、本实用新型提供的升力翼单元中翼型、展弦比，跟梢比，展长参数通过采用cfd方法进行了数值分析和优化，结构合理。

15、本实用新型通过电力驱动系统使升力翼单元绕轴转动实现攻角的调整。当列车运行环境不同时，调整升力翼单元攻角，以实现装置提供最佳升力目的。

16、本实用新型简化了结构设计和人员操作，装置结构简单，安装与维修方便，使用风能作为工作介质，不额外消耗能源。

17、综上，应用本实用新型的技术方案能够解决目前升力提升装置多为单向、装置结构较大，结构较复杂，重量大，安装和操作较繁琐、不可折叠、占用空间较大等问题。

18、基于上述理由本实用新型可在高速磁悬浮列车等领域广泛推广。

技术特征：

1.一种带自锁功能的列车升力提升装置，其特征在于，安装在列车车顶，包括若干升力提升装置(7)，所述升力提升装置(7)包括升力翼单元(1)，所述升力翼单元(1)通过转轴与轴承结构(2)连接，所述轴承结构(2)的下端通过转轴与连杆机构(3)相连，所述连杆机构(3)的下端连接滑块(4)，所述滑块(4)设置在底座(6)的滑轨内，所述滑块(4)在滑轨内滑动，所述滑轨的凹槽内设置机械锁(5)。

2.根据权利要求1所述的带自锁功能的列车升力提升装置，其特征在于，所述滑块(4)为第一电力驱动装置，所述滑块(4)与底座(6)的滑轨为电磁接触，所述滑块(4)通过电力驱动在底座(6)的滑轨内的滑动。

3.根据权利要求1或2所述的带自锁功能的列车升力提升装置，其特征在于，所述连杆机构(3)为不锈钢材质，所述连杆机构(3)的截面为半椭圆形杆形状的连杆，闭合状态时，两个所述连杆机构(3)密切接触，保持椭圆的截面形状，所述连杆机构(3)为无动力装置。

4.根据权利要求1所述的带自锁功能的列车升力提升装置，其特征在于，所述升力翼单元(1)内设置第二电力驱动装置，所述第二电力驱动装置与轴承结构(2)相连接，所述第二电力驱动装置控制升力翼单元(1)绕转轴转动。

5.根据权利要求1所述的带自锁功能的列车升力提升装置，其特征在于，所述机械锁(5)为第三电力驱动装置，所述机械锁(5)的锁槽设置在滑轨的内部且与滑轨垂直。

6.根据权利要求1所述的带自锁功能的列车升力提升装置，其特征在于，所述轴承结构(2)为第四电力驱动装置，第四电力驱动装置带动升力翼单元(1)在水平面内转动，所述轴承结构(2)下端通过转轴与连杆机构(3)连接，同时所述轴承结构(2)在水平方向无相对移动，仅跟随连杆机构(3)的开合实现竖直方向的升降。

7.根据权利要求1所述的带自锁功能的列车升力提升装置，其特征在于，所述底座(6)由铝合金制成，固定嵌入列车顶部，所述底座(6)上的滑轨方向平行于铁轨方向。

8.根据权利要求1所述的带自锁功能的列车升力提升装置，其特征在于，升力提升装置(7)在工作状态下，所述连杆机构(3)与底座(6)相互垂直，所述机械锁(5)处于开启状态，将滑块(4)完全锁挡；升力提升装置(7)在非工作状态下，滑块(4)处于开启状态，分别向底座(6)的滑轨两侧相对滑动，连杆机构(3)随着滑块(4)的滑动进行移动，当连杆机构(3)与底座(6)平行时，滑块(4)停止工作，此时升力提升装置(7)贴合在车顶。

技术总结本技术提供一种带自锁功能的列车升力提升装置，涉及铁路车辆的空气动力学技术领域，安装在列车车顶，包括若干升力提升装置，所述升力提升装置包括升力翼单元，所述升力翼单元通过转轴与轴承结构连接，所述轴承结构的下端通过转轴与连杆机构相连，所述连杆机构的下端连接滑块，所述滑块设置在底座的滑轨内，滑块在滑轨内滑动，所述滑轨的凹槽内设置机械锁。本技术通过电力驱动装置在升力提升装置工作时将其升起为列车提供升力，非工作时平行贴合于车顶，不会增加车辆的高度和宽度。本技术不额外消耗能源，不产生污染，结构紧凑、安装与维护简便，在列车日常行驶时提升整车的升力，并解决现有高速磁悬浮列车升力提升装置的诸多不足。技术研发人员：杜礼明,李墨受保护的技术使用者：大连交通大学技术研发日：20240111技术公布日：2024/7/18