一種真空管道輪軌列車的制動(dòng)裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于鐵路車輛的制動(dòng)技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種真空管道輪軌列車的制動(dòng)裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 大氣環(huán)境中的列車，隨著速度的不斷提高，列車與空氣之間的相互作用力越來(lái)越 劇烈，氣動(dòng)阻力、橫風(fēng)效應(yīng)、會(huì)車效應(yīng)、隧道效應(yīng)和氣動(dòng)噪聲等顯著增強(qiáng)。以350公里時(shí)速的 動(dòng)車為例，空氣阻力超過(guò)列車總阻力的90%;由于列車在空氣中的振動(dòng)加劇，列車在輪軌上 的橫向及縱向滑動(dòng)增強(qiáng)，導(dǎo)致輪軌的黏著系數(shù)降為低速列車的約十分之一，給列車的爬坡 與制動(dòng)帶來(lái)嚴(yán)重影響；另外在強(qiáng)橫風(fēng)作用下，高速列車的氣動(dòng)阻力、升力和側(cè)向力急劇增 加，橫向穩(wěn)定性明顯惡化，極易發(fā)生脫軌、傾覆事故;高速列車進(jìn)入隧道產(chǎn)生微氣壓波，增加 高速列車氣動(dòng)阻力，并嚴(yán)重降低車內(nèi)乘客的舒適度，高速列車噪聲也隨著車速的提高而明 顯增強(qiáng);此外，隨著車速的提高，車頂受電弓的運(yùn)行狀況惡化，電弧頻繁發(fā)生，接觸網(wǎng)與受電 弓滑板的熱損與機(jī)械磨損加劇，由此引發(fā)的停車事故顯著上升，給列車的安全運(yùn)行提出了 嚴(yán)重挑戰(zhàn)。
[0003] 由于大氣環(huán)境中的列車提速面臨的問(wèn)題越來(lái)越多，能耗越來(lái)越大，提速獲得的收 益越來(lái)越小，而運(yùn)行安全性面臨的挑戰(zhàn)卻越來(lái)越大，迫使人們重新思考高速列車的未來(lái)，為 此，美國(guó)科技狂人馬斯克提出了真空管道膠囊超級(jí)列車的概念，理論時(shí)速可以達(dá)到6000公 里以上，北京到紐約2小時(shí)左右到達(dá);但是這種技術(shù)目前只停留在概念階段，需要攻克的技 術(shù)難題很多，短期內(nèi)很難看到應(yīng)用的前景。而建立在輪軌技術(shù)基礎(chǔ)上的高速列車目前相對(duì) 很成熟，如果將大氣環(huán)境下的高速列車轉(zhuǎn)移到真空管道中，面對(duì)的技術(shù)問(wèn)題則要簡(jiǎn)單許多， 提速到1000公里時(shí)速是完全有可能實(shí)現(xiàn)的。
[0004] 在真空管道內(nèi)，由于沒(méi)有空氣阻力或者空氣阻力占的比例很小，列車的速度很容 易達(dá)到超高速，但讓高速運(yùn)行的列車停下來(lái)則要比大氣環(huán)境下困難得多，原因是目前大氣 環(huán)境中的制動(dòng)手段在真空環(huán)境下幾乎完全失效，因?yàn)槟壳暗闹苿?dòng)手段除再生制動(dòng)（不包括 再生電阻制動(dòng)）外，其它制動(dòng)手段毫無(wú)例外均是通過(guò)將列車的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為熱能消散于空氣 中得以實(shí)現(xiàn)的，在真空環(huán)境中，由于制動(dòng)過(guò)程產(chǎn)生的熱量無(wú)法消散，必然導(dǎo)致制動(dòng)裝置產(chǎn)生 高溫而使制動(dòng)效率嚴(yán)重下降或完全失效。
[0005] 目前，大氣環(huán)境中的列車的制動(dòng)方式按動(dòng)能消耗方式分為摩擦制動(dòng)（又稱空氣制 動(dòng))與動(dòng)力制動(dòng);摩擦制動(dòng)包括閘瓦制動(dòng)(踏面制動(dòng)）、盤(pán)形制動(dòng)、磁軌制動(dòng);動(dòng)力制動(dòng)包括電 阻制動(dòng)、再生制動(dòng)、旋轉(zhuǎn)渦流制動(dòng)、軌道渦流制動(dòng)等。按制動(dòng)力形成方式又可分為粘著制動(dòng) 與非粘著制動(dòng)，其中，閘瓦制動(dòng)、盤(pán)形制動(dòng)、電阻制動(dòng)、再生制動(dòng)、旋轉(zhuǎn)渦流制動(dòng)屬粘性制動(dòng)， 磁軌制動(dòng)與軌道渦流制動(dòng)屬非粘性制動(dòng)。
[0006] 目前大氣環(huán)境中的高速列車普遍采用復(fù)合制動(dòng)模式，即空氣制動(dòng)與動(dòng)力制動(dòng)結(jié) 合，磁軌制動(dòng)作為緊急制動(dòng)的備用手段。磁軌制動(dòng)是通過(guò)使列車轉(zhuǎn)向架上的磁鐵放下，利用 磁鐵與軌道之間的吸引力來(lái)產(chǎn)生較大的摩擦力，從而使列車減速。磁軌制動(dòng)屬于非黏著制 動(dòng)，制動(dòng)力不受輪軌黏著系數(shù)的影響，制動(dòng)力較穩(wěn)定，但目前磁軌制動(dòng)技術(shù)只能提供總制動(dòng) 力的10%多一點(diǎn)，而且磁軌制動(dòng)直接與軌道摩擦，產(chǎn)生很大的熱能，導(dǎo)致軌道升溫，同時(shí)它對(duì) 鋼軌磨損較大，因此磁軌制動(dòng)被更多地運(yùn)用于緊急制動(dòng)。
[0007] 在正常情況下，大氣環(huán)境中的高速列車以動(dòng)力制動(dòng)為主，不足部分以空氣制動(dòng)作 為補(bǔ)償。在該制動(dòng)模式中，動(dòng)力制動(dòng)能力主要取決于動(dòng)車的數(shù)量和各動(dòng)車的動(dòng)力制動(dòng)功率。 在動(dòng)力分散式高速列車中，動(dòng)力制動(dòng)的能量占50%以上。對(duì)于動(dòng)力集中式高速列車，在調(diào)速 制動(dòng)時(shí)，動(dòng)力制動(dòng)也占有較大的比例。
[0008] 空氣制動(dòng)是大氣環(huán)境中高速列車緊急制動(dòng)的主要手段，而盤(pán)型摩擦著制動(dòng)則是空 氣制動(dòng)最重要的方式，盤(pán)形制動(dòng)方式隨著列車運(yùn)行速度的提高，動(dòng)能的增加，制動(dòng)時(shí)產(chǎn)生 的熱能也大大增加，巨大的制動(dòng)熱負(fù)荷使制動(dòng)盤(pán)容易產(chǎn)生熱疲勞破壞，主要表現(xiàn)在交變溫 度和交變熱應(yīng)力同時(shí)作用下的機(jī)械損傷、組織蛻變和氧化腐蝕，嚴(yán)重時(shí)會(huì)在制動(dòng)盤(pán)摩擦面 上產(chǎn)生徑向裂紋，容易導(dǎo)致制動(dòng)盤(pán)的脆性斷裂，影響行車安全，此外制動(dòng)盤(pán)表面發(fā)生高溫 蠕變、高溫氧化及摩擦熱造成材料軟化等問(wèn)題。
[0009] 動(dòng)力制動(dòng)雖然效率較高，在常規(guī)制動(dòng)中大量使用，但因該制動(dòng)裝置設(shè)計(jì)復(fù)雜，安裝 精度高，管線多，在意外情況下，列車可能發(fā)生電氣故障而導(dǎo)致失電，所以在緊急制動(dòng)中只 能作為備選手段而不能作為終極的制動(dòng)手段。表1為我國(guó)高速試驗(yàn)列車300 km/h緊急制動(dòng) 時(shí)各種制動(dòng)方式制動(dòng)力的分配比例。
[0010]表1緊急制動(dòng)時(shí)各制動(dòng)方式制動(dòng)力占比分配(％)。
[0011] 再生制動(dòng)是真空環(huán)境下唯一不產(chǎn)熱或產(chǎn)熱很少的一種制動(dòng)方式。目前標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)車編 組4節(jié)動(dòng)車的八個(gè)動(dòng)軸上安裝的再生制動(dòng)即可提供總制動(dòng)力的至少三分之一，如果在4節(jié)拖 車的八個(gè)車軸上安裝同樣的再生制動(dòng)系統(tǒng)，再生制動(dòng)將至少提供總制動(dòng)力的三分之二。所 以，再生制動(dòng)系統(tǒng)在真空管道輪軌列車的制動(dòng)中將成為主要的制動(dòng)手段。
[0012] 為了避免再生制動(dòng)因電網(wǎng)故障而失效，可將再生電能供給列車自身的儲(chǔ)能裝置， 從而將再生制動(dòng)作為緊急制動(dòng)的終極手段而非備用手段;為此，本發(fā)明設(shè)計(jì)了一種飛輪儲(chǔ) 能制動(dòng)裝置，其原理是將把列車的動(dòng)能從高速旋轉(zhuǎn)的車軸上經(jīng)離合器、傳動(dòng)軸傳遞給儲(chǔ)能 飛輪，從而達(dá)到制動(dòng)目的，在拖車上安裝飛輪儲(chǔ)能裝置，結(jié)合動(dòng)車再生發(fā)電驅(qū)動(dòng)的儲(chǔ)能飛 輪，可以將大部分制動(dòng)能量轉(zhuǎn)化為飛輪的動(dòng)能，飛輪的動(dòng)能在列車起動(dòng)時(shí)再回饋于列車，用 于列車的起動(dòng)加速;與傳統(tǒng)制動(dòng)裝置相比，該制動(dòng)裝置具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，節(jié)省能源、制動(dòng)效率 高、壽命長(zhǎng)的優(yōu)點(diǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0013] 本發(fā)明的目的是提供一種真空管道輪軌列車的制動(dòng)裝置，以滿足真空管道內(nèi)超高 速列車常規(guī)及緊急制動(dòng)的要求。
[0014] 所述的一種真空管道輪軌列車的制動(dòng)裝置，至少包括:齒輪箱、離合器、傳動(dòng)軸、永 磁聯(lián)軸器、磁懸浮軸承、飛輪、真空筒體及冷卻裝置。
[0015] 所述的齒輪箱裝在車軸的軸承上，齒輪箱的輸入軸為車軸，輸出軸與離合器的一 端相接，離合器的另一端與飛輪的傳動(dòng)軸連接，傳動(dòng)軸的另一端與永磁聯(lián)軸器連接;離合器 由電腦自動(dòng)控制，當(dāng)列車發(fā)出制動(dòng)指令時(shí)，離合器與齒輪箱的輸出軸結(jié)合，車軸通過(guò)齒輪箱 帶動(dòng)飛輪旋轉(zhuǎn)，車軸的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為飛輪的動(dòng)能，起到制動(dòng)作用，當(dāng)飛輪的轉(zhuǎn)速達(dá)到最高值 時(shí)，離合器與齒輪箱的輸出軸斷開(kāi)，飛輪繼續(xù)保持高速旋轉(zhuǎn)；列車啟動(dòng)時(shí)，離合器與齒輪箱 的輸出軸結(jié)合，飛輪的動(dòng)能通過(guò)齒輪箱轉(zhuǎn)遞給車軸，從而將制動(dòng)能量轉(zhuǎn)為牽引動(dòng)力供列車 加速啟動(dòng);裝置發(fā)熱較多的部件均配備冷卻裝置;拖車上一根車軸可以安裝一個(gè)或多個(gè)齒 輪箱，與之相應(yīng)，安裝一套或多套匹配的制動(dòng)飛輪。
[0016] 所述的齒輪箱至少含一對(duì)錐形齒輪，輸出軸可以豎直向上，也可以一定角度斜向 上;如果輸出軸斜向上，制動(dòng)裝置需用萬(wàn)向聯(lián)軸器連接輸出軸。
[0017] 所述的離合器安裝于列車底架上，離合器可以為單片或多片摩擦片式離合器，優(yōu) 選電磁多片式離合器;列車正常運(yùn)行時(shí)為斷