一种用于高速列车的减阻装置的制作方法

本发明涉及高速列车技术领域，更具体地，涉及一种用于高速列车的减阻装置。

背景技术：

气动阻力是影响高速列车提速的关键指标之一，良好的阻力特性也是列车节能环保的重要标志。研究表明，高速列车的气动阻力与速度平方成正比，即使是流线型程度非常高的动车组，当列车运行速度为300km/h时，空气阻力可以达到总阻力的80％，当速度为350km/h时，空气阻力可以达到总阻力的90％，因此，减小牵引功率，降低能耗，提高经济效益的最关键问题是高速列车的气动减阻。

研究表明，高速列车气动阻力的主要来源包括：表面摩擦、头尾车压差阻力、转向架、受电弓系统、车间间隙等。其中，转向架区域和车下设备的气动阻力能够达到列车总气动阻力的22％～53％。因此，减小列车底部的气动阻力是高速列车气动减阻的关键问题。

因此，提供一种用于高速列车的减阻装置以减少高速列车底部的气动阻力，是本领域亟待解决的技术问题。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提供了一种用于高速列车的减阻装置，通过将减阻装置设置在车厢底部，将底部气流适当阻挡并导向地面，以减轻和延缓底部气流对转向架区域尤其是车轮、制动等车下设备的冲击作用，改善了局部流动，从而达到减小列车底部气动阻力的目的。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种用于高速列车的减阻装置，其特征在于，

减阻装置用于设置在高速列车的车厢体底部，且位于转向架区域前端，减阻装置包括导流板，导流板包括迎风侧和背风侧，其中，迎风侧的表面为弧线型；

在使用状态时：迎风侧的表面与高速列车的排障器的底部或者车底板相切，背风侧与高速列车的裙板和转向架舱相接。

可选的，减阻装置还包括收纳槽和隔板，收纳槽位于车厢体内部，用于收纳导流板，隔板能够相对于车底板进行滑动，实现将收纳槽的槽口打开或者封闭；

在使用状态时：收纳槽的槽口打开，导流板伸出收纳槽；在收纳状态时，导流板收纳到收纳槽中，隔板将收纳槽的槽口封闭。

可选的，减阻装置还包括第一分部，第一分部与导流板为一体结构，在使用状态时，第一分部位于收纳槽内。

可选的，减阻装置还包括第一液压杆和第二液压杆，第一液压杆与隔板相连接，第二液压杆与第一分部相连接。

可选的，背风侧的表面为平面，在使用状态时，背风侧的表面与车底板所在的平面之间形成α角，其中，20°≤α≤60°。

可选的，在应用中：在高速列车的头车车厢底部、第一个转向架区域前端设置有一个减阻装置，每隔n节车厢设置一个减阻装置，其中，1≤n≤3。

可选的，n＝2。

与现有技术相比，本发明提供的用于高速列车的减阻装置，至少实现了如下的有益效果：

本发明提供的用于高速列车的减阻装置，通过将减阻装置设置在转向架区域前端，在列车行驶过程中，导流板的迎风侧能够将列车底部的气流适当阻挡并导向地面，以减轻和延缓底部气流对转向架区域尤其是车轮、制动等车下设备的冲击作用，改善了局部流动，达到减阻的目的，从而实现减小牵引功率，降低能耗。

通过以下参照附图对本发明的示例性实施例的详细描述，本发明的其它特征及其优点将会变得清楚。

附图说明

被结合在说明书中并构成说明书的一部分的附图示出了本发明的实施例，并且连同其说明一起用于解释本发明的原理。

图1为本发明提供的用于高速列车的减阻装置安装在高速列车上的简化示意图；

图2为图1提供的高速列车的俯视示意图；

图3为图1中减阻装置位置处局部放大示意图；

图4为无减阻装置的高速列车的底部流场示意图；

图5为安装本发明提供的用于高速列车的减阻装置的高速列车底部流场示意图；

图6为本发明提供的用于高速列车的减阻装置局部简化示意图一；

图7为本发明提供的用于高速列车的减阻装置局部简化示意图二；

图8为本发明提供的用于高速列车的减阻装置局部简化示意图三；

图9为本发明提供的用于高速列车的减阻装置局部简化示意图四；

图10为试验组和对照组高速列车的阻力统计结果图表。

具体实施方式

现在将参照附图来详细描述本发明的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。

以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。

对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。

在这里示出和讨论的所有例子中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它例子可以具有不同的值。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

研究发现高速列车气动阻力的主要来源包括：表面摩擦、头尾车压差阻力、转向架、受电弓系统、车间间隙等。对3编组高速列车进行研究发现，车体表面摩擦阻力约占总气动阻力的36％，头尾车占27％左右，受电弓系统占11％，转向架和车下设备占22％，车体连接处占4％。对现役的16编组高速列车进行研究发现，头尾车约占总气动阻力的8％左右，转向架区域和车下设备占53％，受电弓系统占8％，车体表面摩擦阻力占27％。基于上述研究，发明人认为转向架区域和车下设备的气动阻力较大，对于转向架区域和车下设备减阻研究较为迫切，由此，发明人提供一种用于高速列车的减阻装置，实现对转向架区域和车下设备的气动减阻，以实现减小牵引功率，降低能耗。

图1为本发明提供的用于高速列车的减阻装置安装在高速列车上的简化示意图。图2为图1提供的高速列车的俯视示意图，图3为图1中高速列车头车设置减阻装置的局部放大示意图。

如图1和图2所示，减阻装置11用于设置在高速列车的车厢体底部，如图3所示，减阻装置11包括导流板111，导流板111包括迎风侧c1和背风侧c2，其中，迎风侧c1的表面为弧线型；如图1和图2中示意的在使用状态时：迎风侧c1的表面与高速列车的车底板15或者排障器的底部12相切，背风侧c2与高速列车的裙板13和转向架舱14相接。其中，对于可以正反向行驶的高速列车来说，使用状态可以理解为在高速列车正向行驶状态中。图1中仅是简化示意出减阻装置11的位置，裙板13用于封闭转向架区域处的车身两侧(或部分)空间、平整车身外形，可以起到防止异物侵入的作用，保护车底设备。转向架舱14是放置转向架的半包围结构的凹腔，其中，转向架是高速列车的核心部件主要具有承载、导向、减振、牵引、制动等功能，图中并未示出转向架，实际中在每个车厢底部均设置有转向架。通常情况下，每一个车厢底部设置有两个转向架，在高速列车的头车车厢底部设置减阻装置时，减阻装置设置在第一个转向架区域的前端。由于头车车厢底部还设置有排障器，则减阻装置的导流板的迎风侧与高速列车的排障器的底部相切；在高速列车的非头车车厢底部设置减阻装置时，非头车车厢底部不需要设置排障器，则减阻装置的导流板的迎风侧与高速列车的车底板相切。

在使用状态时：迎风侧的表面与高速列车的排障器的底部或者车底板相切。通常情况下在高速列车的头车车厢底部设置排障器，排障器安装在第一个转向架的前端，用于排除轨道上的障碍物，以便障碍物刮坏车厢底部的设备。

图4为无减阻装置的高速列车的底部流场示意图，图5为安装本发明提供的用于高速列车的减阻装置的高速列车底部流场示意图。对比图4和图5中的示意，在安装本发明提供的减阻装置11的高速列车中，通过将减阻装置11设置在转向架区域前端，在列车行驶过程中，导流板的迎风侧能够将列车底部的气流适当阻挡并导向地面，以减轻和延缓底部气流对转向架区域尤其是车轮、制动等车下设备的冲击作用，改善了局部流动，达到减阻的目的，从而实现减小牵引功率，降低能耗。

继续参考图3所示的，图3示意的为截面图，背风侧c2的表面为平面，背风侧c2的表面与排障器的底部12所在的平面之间形成α角，其中，20°≤α≤60°。图3中方向a为垂直于底面的方向，在方向a上导流板111的高度为h。在实际中由于不同车型的车轮与排障器或车底板的相对位置不同，角度α与高度h的具体数值可以根据具体车型而设定。设计时高度h的取值不能过大，以保证导流板111的底端要高于车轮底部(即与铁轨接触的表面)，防止减阻装置接触到铁轨，并且保证导流板111能够将底部气流适当阻挡并导向地面。设置α角过大或者过小时，导流板的导流效果均有一定程度的减弱，本发明中设置20°≤α≤60°，实际设计时可针对具体车型，再结合高度h的设计实现最佳的降低底部气阻的效果。

在一种实施例中，图6为本发明提供的用于高速列车的减阻装置简化示意图一。图7为本发明提供的用于高速列车的减阻装置简化示意图二。如图6和图7所示，减阻装置还包括收纳槽112和隔板113，收纳槽112位于车厢体内部，用于收纳导流板111，隔板113能够相对于排障器的底部12进行滑动(可以理解，对应减阻装置设置在非头车的车厢底部时，隔板113能够相对于车底板进行滑动)，实现将收纳槽112的槽口k打开或者封闭。如图6示意的，在使用状态时：隔板113滑动，收纳槽112的槽口k打开，导流板111伸出收纳槽112；如图7示意的，在收纳状态时，导流板111收纳到收纳槽112中，隔板113将收纳槽112的槽口k封闭。

安装本发明提供的减阻装置的高速列车，在行驶状态时，隔板滑动，收纳槽的槽口打开后，导流板伸出收纳槽，在行驶方向上，导流板的迎风侧能够将列车底部的气流适当阻挡并导向地面，以减轻和延缓底部气流对转向架区域尤其是车轮、制动等车下设备的冲击作用，改善了局部流动，达到减阻的目的。在非行驶状态，或者对于双向行驶的高速列车在切换行驶方向时，可以将导流板收纳到收纳槽中，然后隔板将收纳槽的槽口封闭，从而保证车厢底部的平整性和密封性。

进一步的，继续参考图6或图7所示的，减阻装置还包括第一分部b1，第一分部b1与导流板111为一体结构，在使用状态时，第一分部b1位于收纳槽112内。该实施方式中第一分部与导流板为一体结构，在导流板伸出收纳槽时，第一分部隐藏在收纳槽内部，导流板在对底部气流起到阻挡和导向作用时，气流会对导流板产生一定的作用力，本发明通过第一分部的设计，能够保证导流板结构上的强度和稳定性。

在一种实施例中，图8为本发明提供的用于高速列车的减阻装置局部简化示意图三。图9为本发明提供的用于高速列车的减阻装置局部简化示意图四。减阻装置还包括第一液压杆114和第二液压杆115，第一液压杆114与隔板113相连接，第二液压杆115与第一分部b1相连接。其中，第一液压杆与隔板的连接方式，第二液压杆与第一分部的连接方式，比如可以采用螺丝紧固连接或者其他能够实现两个部件连接的现有技术，本发明在此不做具体限定。在该实施方式中，采用液压控制的方式来实现隔板的滑动和导流板的伸缩。在使用状态时，首先通过第一液压杆控制隔板相对于排障器的底部滑动，打开收纳槽的槽口，然后通过第二液压杆的控制将导流板由收纳槽中推出至使用位置。在收纳状态时，首先通过第二液压杆的控制将导流板收纳到收纳槽中，然后通过第一液压杆控制隔板相对于排障器的底部滑动将收纳槽的槽口封闭。需要说明的是，本发明中导流板只存在使用状态和收纳状态两种状态，没有其他中间状态。本发明中的减阻装置结构简单，使用灵活。在实际中可在新建列车外部安装减阻装置，或者也可对现有列车进行改造成为安装减阻装置的高速列车。

可选的，第一液压杆和第二液压杆的操作可以由列车操作间的电脑来控制。具体的控制电路可采用现有技术来实现，在此不再赘述。

需要说明的是，图6至图9中均包括排障器的底部12，即均以在高速列车头车车厢底部设置的减阻装置进行示意。在非头车车厢底部设置减阻装置时，在使用状态时导流板的迎风侧与车底板15相切，导流板的收纳方式同样可以参考图6至图9中的说明，在此不再赘述。

图10为试验组和对照组高速列车的阻力统计结果图表。其中，试验组为3编组高速列车，仅在头车第一个转向架区域前安装了减阻装置，对照组为没有安装减阻装置的3编组高速列车。通过数值模拟对350km/h运行速度下的高速列车气动力特性进行了对比研究。

根据空气动力学的基本理论，气动阻力系数定义为：

cd＝2d/(ρv²a)

式中：d为列车承受的空气阻力，包括压差阻力和摩擦阻力两部分；ρ为空气来流密度；a为列车迎风面积，即横截面面积；v为列车运行速度。本发明试验方案采用了数值模拟的方法，通过相关软件，在公认合理的控制方程、计算网格、物理模型等条件下真实地模拟了高速列车在350km/h的运行速度下的空气动力学特性，并得到试验组高速列车气动阻力和对照组高速列车气动阻力，并根据上述公式计算得到相应的cd。

由图10可以看出安装有减阻装置的高速列车与未安装减阻装置的高速列车相比，头车、中车和尾车各自对应的气动阻力系数均变小，安装有减阻装置的高速列车(试验组)的总阻力系数cd约为0.272，未安装减阻装置的高速列车(对照组)的总阻力系数cd约为0.336，则安装了减阻装置的高速列车阻力系数比未安装减阻装置的高速列车阻力系数减小了约19％左右。试验证明，安装本发明提供的减阻装置后，能够有效降低高速列车的总阻力系数，能够有效降低高速列车承受的气动阻力。

在一些可选的实施方式中，在应用中：在高速列车的头车车厢底部设置有一个减阻装置，然后每隔n节车厢设置一个减阻装置，其中，1≤n≤3。即本发明中不需要在列车的每个转向架舱前方都设置安装减阻装置，而是间隔设置减阻装置，能够实现降低车厢底部气动阻力的同时，减少了减阻装置的设置，有利于降低制作成本，同时不会影响列车整体美观。

进一步的，n＝2。即在应用中，在头车车厢底部设置有一个减阻装置，然后每隔2节车厢设置一个减阻装置。

通过上述实施例可知，本发明提供的用于高速列车的减阻装置，至少实现了如下的有益效果：

本发明提供一种用于高速列车的减阻装置，通过将减阻装置设置在转向架区域前端，在列车行驶过程中，导流板的迎风侧能够将列车底部的气流适当阻挡并导向地面，以减轻和延缓底部气流对转向架区域尤其是车轮、制动等车下设备的冲击作用，改善了局部流动，达到减阻的目的，从而实现减小牵引功率，降低能耗。

虽然已经通过例子对本发明的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上例子仅是为了进行说明，而不是为了限制本发明的范围。本领域的技术人员应该理解，可在不脱离本发明的范围和精神的情况下，对以上实施例进行修改。本发明的范围由所附权利要求来限定。