CN104554327A - 一种防冰雪扰流装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种防冰雪扰流装置及方法，所述防冰雪扰流装置包括扰流板，所述扰流板包括沿中心线对称设置的安装部和扰流部，所述扰流部一体成形于所述安装部的下侧，所述安装部的上表面为平面，所述扰流部的外表面为平滑的流线型弧面。本发明还提供了一种防冰雪扰流方法，用于高寒动车组，所述防冰雪扰流方法包括：在所述高寒动车组的设备舱底板靠近转向架的位置固装有防冰雪扰流装置，本发明基于空气动力学原理在车体结构上增加扰流板，减少气流夹带着冰雪进入转向架关键区域，从而减少车底结冰并减轻制动盘划伤。

Description

一种防冰雪扰流装置及方法

技术领域

本发明涉及高寒动车组防冰雪技术领域，尤其涉及一种高寒动车组的防冰雪扰流装置及方法。

背景技术

高速列车在高寒有积雪的轨道上运行时，剧烈的空气动力学效应会卷起车辆下面或侧面的积雪形成飞扬的雪雾。雪雾随着气流飞入转向架，一部分雪雾会在其上的某些部位附着堆积形成雪块；还有一部分雪雾触及到牵引电机、因制动而发热的制动元器件等发热部分后融化并顺着气流飞落到发热部件周围或附近的结构上凝固，逐渐累积形成大冰块。

典型的结冰部位有空气弹簧高度阀及其附近、制动夹钳和制动盘、横向止档等。转向架上的冰块给动车组带来以下三方面的危害：①关键部位结冰会妨碍动车组与转向架之间的相互运动,导致运行安全问题以及悬挂装置部分失效；②轨道上的硬质颗粒，包括动车组喷砂，与冰雪结合后变轻，在空气动力学效应作用下吸入转向架，并附着在制动部件上关键部件结冰，这样会导致动车组悬挂装置部分失效，导致制动盘划伤或制动失效；③冰块从高速运行的动车组上脱落还会损坏道旁的电务设施，这些都会危及列车运营组织和行车安全。

目前，为解决列车在高纬度地区冬季冰雪天气运行时底部关键部位结冰的问题，各国铁路部门温度、降雪量、积雪量以及附冰量的不同，应对措施不尽相同。

瑞典传统的列车除冰方法是，将列车送入车库，采用热空气将冰吹掉。但是此种方法要花费10小时之久，非常耗能，而且可能造成腐蚀。2009年，瑞典铁路技术人员借鉴航空部门的Nordic De-Icing除冰法，采用丙烯胶溶液融冰，可以在短短一分钟之内把一节车型的冰块都除去，而且残留的溶液能防止再结冰。所消耗的能量只有传统方法的1/10，除冰时间大大缩短。瑞典的北欧地面支持设备部应用这种融冰方法开发了新的列车自动除冰***。

列车除冰***的自动除冰过程如下：列车通过除冰装置的第一个超声波传感器时，除冰***进入准备状态；当通过第二个传感器时，除冰装置转为全功率工作，每分钟喷射出的加热丙烯胶溶液达1200L；当最后一节车辆通过***末端的传感器时，***自动关闭。***也可由人工操纵除冰，除冰***的最大消耗功率为100kW。

丙烯胶溶液无公害，可以回收重新使用。融冰内的废物(例如重金属及油污等)被一个过滤器收集，并把它们排走进行分解处理。

俄罗斯铁路采用高温气体或热水进行除冰，虽然除冰过程根据不同的结冰状况会持续长达几个小时，但只有经过除冰的列车，如同飞机和公路车辆一样，才能保证安全运行，这样的花费在运营计划中必不可少。为了使设备能够经得起无法避免的冰雪侵害，在北方国家的铁路通常采用水和丙烯类混合液，对除冰后的列车通过喷淋设备在下部喷射混合液，由此大大减少结冰。俄罗斯铁路首次建造了相应的除冰设备，并投入了试运行。

目前，我国现有动车组除冰雪方法有限，主要以下几种形式：

1、利用热能融雪除冰：提高检修库温度，增加热辐射，增加暖气片，红外加热设备等，缺点是效率低、能耗大、投资大、占地多。

2、机械能除冰：人工用橡胶锤等敲打除冰，劳动强度大，效率低，冰层覆盖检修无法正常进行，除冰不彻底，且入库时间有限，无法快速高效除冰。

3、物理除冰：用60℃以上热水喷淋除冰，利用热交换溶化冰，较为经济，个别动车段采用。但动车在检修库中停留时间很短，经检修要立即投入使用，来不及烘干，水附着车体，造成二次结冰，水也会车危害车底关键部件，导致锈蚀和劣化，降低其使用寿命。

上所述方法均存在有滞后的问题，列车需要驶入检修区停车或者慢行进行除冰作业，而在列车高速运营过程中列车底部粘附的冰雪如果不能及时清除，将会对列车造成损害。特别是风雪夹杂着沙子粘附在制动盘表面，划伤制动盘表面，危害列车的运行安全。

此外，许多国家，如日本、德国、英国、挪威、芬兰、加拿大、美国等，采用除冰设备、道岔加热器和除雪车辆等对线路积雪进行清理，从而减少冰雪进入列车底部，减轻列车底部关键部位结冰现象，保证列车正常运行，但存在有投资大，耗时长的缺陷。对于我国人口众多，运力有限的现状，特别是春运期间旅客激增又恰逢寒冬季节，在遇到强降雪天气时，现有的清除线路积雪的方法难以保证列车准点运行。

发明内容

本发明的目的是提供一种能够减少气流夹带着冰雪进入转向架关键区域、减少车底结冰并减轻制动盘划伤的高寒动车组的防冰雪扰流装置。

本发明的另一目的是提供一种能够减少气流夹带着冰雪进入转向架关键区域、减少车底结冰并减轻制动盘划伤的高寒动车组的防冰雪扰流方法。

为达到上述目的，本发明提出一种防冰雪扰流装置，所述防冰雪扰流装置包括扰流板，所述扰流板包括沿中心线对称设置的安装部和扰流部，所述扰流部一体成形于所述安装部的下侧，所述安装部的上表面为平面，所述扰流部的外表面为平滑的流线型弧面。

如上所述的防冰雪扰流装置，其中，所述流线型弧面的中部向前凸出，其两侧逐渐向后延展。

如上所述的防冰雪扰流装置，其中，所述流线型弧面沿水平方向的截面为抛物线形。

如上所述的防冰雪扰流装置，其中，所述扰流板采用304型奥氏体不锈钢。

本发明还提供了一种防冰雪扰流方法，用于高寒动车组，所述防冰雪扰流方法包括：在所述高寒动车组的设备舱底板靠近转向架的位置固装有防冰雪扰流装置，所述防冰雪扰流装置包括扰流板，所述扰流板包括沿中心线对称设置的安装部和扰流部，所述安装面一体成形于所述安装部的下方，所述安装部的上表面为平面，所述扰流部的外表面为平滑的流线型弧面。

如上所述的防冰雪扰流方法，其中，所述流线型弧面呈中部向前凸出，其两侧逐渐向后延展，所述流线型弧面的凸出部背向所述转向架安装。

如上所述的防冰雪扰流方法，其中，所述流线型弧面沿水平方向的截面为抛物线形。

与现有技术相比，本发明具有以下特点和优点：

本发明基于空气动力学原理，在动车组设备舱底板靠近转向架的位置加装防冰雪扰流板，扰流板采用流线型设计，中间凸起，向两侧平滑过渡，从而将气流导向车体两侧通过，从而减少气流对转向架的冲击，进而减少气流夹带着冰雪进入转向架关键区域，减少了车底结冰并减轻了制动盘划伤。

附图说明

在此描述的附图仅用于解释目的，而不意图以任何方式来限制本发明公开的范围。另外，图中的各部件的形状和比例尺寸等仅为示意性的，用于帮助对本发明的理解，并不是具体限定本发明各部件的形状和比例尺寸。本领域的技术人员在本发明的教导下，可以根据具体情况选择各种可能的形状和比例尺寸来实施本发明。

图1为本发明防冰雪扰流装置的主视结构示意图；

图2为本发明防冰雪扰流装置的立体结构示意图；

图3为本发明防冰雪扰流装置的安装时的俯视结构示意图；

图4为本发明防冰雪扰流装置的安装时的侧视结构示意图。

附图标记说明：

10-扰流板；1-安装部；2-扰流部；3-中心线；4-设备舱底板；5-转向架。

具体实施方式

结合附图和本发明具体实施方式的描述，能够更加清楚地了解本发明的细节。但是，在此描述的本发明的具体实施方式，仅用于解释本发明的目的，而不能以任何方式理解成是对本发明的限制。在本发明的教导下，技术人员可以构想基于本发明的任意可能的变形，这些都应被视为属于本发明的范围。

请参考图1至图4，图1为本发明防冰雪扰流装置的主视结构示意图；图2为本发明防冰雪扰流装置的立体结构示意图；图3为本发明防冰雪扰流装置的安装时的俯视结构示意图；图4为本发明防冰雪扰流装置的安装时的侧视结构示意图。

如图1、图2所示，本发明防冰雪扰流装置包括扰流板10，扰流板10包括沿中心线3对称设置的安装部1和扰流部2，扰流部2一体成形于所述安装部1的下侧，安装部1的上表面为平面，用于与高寒动车组的设备舱底板相连接，扰流部2的外表面为平滑的流线型弧面。这样，在列车运行过程中，具有流线型弧面的扰流部2对气流产生扰流作用，气流从扰流部2的两侧翼分流，从而减少气流对扰流板后方的转向架冲击，进而减少气流夹带着冰雪进入转向架关键区域，减少了车底结冰并减轻了制动盘划伤。

进一步的，在本发明的一个实施例中，扰流部2的流线型弧面的中部向前凸出，其两侧逐渐向后延展，形成导流面。在本发明的另一个实施例中，扰流部2的流线型弧面沿水平方向的截面为抛物线形。

进一步的，扰流板采用304型奥氏体不锈钢。扰流板采用304型奥氏体不锈钢板挤压成型，具有较强的防锈性能。

如图3、图4所示，本发明还提供了一种用于高寒动车组的防冰雪扰流方法，该方法包括：在高寒动车组的设备舱底板4靠近转向架5的位置固装有防冰雪扰流装置，防冰雪扰流装置包括扰流板，扰流板包括沿中心线3对称设置的安装部1和扰流部2，扰流部2一体成形于所述安装部1的下侧，安装部1的上表面为平面，用于与高寒动车组的设备舱底板相连接，扰流部2的外表面为平滑的流线型弧面。这样，在列车运行过程中，具有流线型弧面的扰流部2对气流产生扰流作用，气流从扰流部2的两侧翼分流，使车下气流分散从车体两侧通过，从而减少气流对扰流板后方的转向架冲击，进而减少气流夹带着冰雪进入转向架关键区域，减少了车底结冰并减轻了制动盘划伤。

进一步的，扰流部2的流线型弧面的中部向前凸出，其两侧逐渐向后延展，形成导流面。流线型弧面的凸出部背向转向架5安装，即凸出部对向气流的来向设置，从而起到减少气流对转向架5冲击的作用。

进一步的，流线型弧面沿水平方向的截面为抛物线形。

经过调研分析，积雪的产生是由于在列车高速运行中气流夹带着冰雪通过转向架。本发明基于空气动力学原理在车体结构上增加扰流板，减少气流夹带着冰雪进入转向架关键区域，从而减少车底结冰并减轻制动盘划伤。

为保证本发明的技术效果，采用有限元仿真软件对列车底部流场进行数值模拟分析，对比有/无扰流板结构的转向架区域(特别是容易产生积雪的制动盘区域)空气流场分布情况。选取列车底部同一平面上的空气流域进行对比分析。按照同一标尺显示气流强度对比。实验证明，在扰流板的作用下制动盘两侧及车轴中心区域气流强度明显降低，可以有效降低积雪产生。

综上所述，本发明防冰雪扰流装置具有对车体运行过程中产生的升力和阻力小、减少列车底部转向架上关键部件的积雪、减轻制动盘的划伤等优点。本发明防冰雪扰流方法为预防性手段，能够减少车底关键部位的积雪粘附，不同与现有的对已经产生的积雪进行清除的方法，并且本发明结构简单，安装方便，大大节约成本。

针对上述各实施方式的详细解释，其目的仅在于对本发明进行解释，以便于能够更好地理解本发明，但是，这些描述不能以任何理由解释成是对本发明的限制，特别是，在不同的实施方式中描述的各个特征也可以相互任意组合，从而组成其他实施方式，除了有明确相反的描述，这些特征应被理解为能够应用于任何一个实施方式中，而并不仅局限于所描述的实施方式。

Claims (7)

1.一种防冰雪扰流装置，其特征在于，所述防冰雪扰流装置包括扰流板，所述扰流板包括沿中心线对称设置的安装部和扰流部，所述扰流部一体成形于所述安装部的下侧，所述安装部的上表面为平面，所述扰流部的外表面为平滑的流线型弧面。

2.如权利要求1所述的防冰雪扰流装置，其特征在于，所述流线型弧面的中部向前凸出，其两侧逐渐向后延展。

3.如权利要求1所述的防冰雪扰流装置，其特征在于，所述流线型弧面沿水平方向的截面为抛物线形。

4.如权利要求1至3中任一项所述的防冰雪扰流装置，其特征在于，所述扰流板采用304型奥氏体不锈钢。

5.一种防冰雪扰流方法，用于高寒动车组，其特征在于，所述防冰雪扰流方法包括：在所述高寒动车组的设备舱底板靠近转向架的位置固装有防冰雪扰流装置，所述防冰雪扰流装置包括扰流板，所述扰流板包括沿中心线对称设置的安装部和扰流部，所述安装面一体成形于所述安装部的下方，所述安装部的上表面为平面，所述扰流部的外表面为平滑的流线型弧面。

6.如权利要求5所述的防冰雪扰流方法，其特征在于，所述流线型弧面呈中部向前凸出，其两侧逐渐向后延展，所述流线型弧面的凸出部背向所述转向架安装。

7.如权利要求5所述的防冰雪扰流方法，其特征在于，所述流线型弧面沿水平方向的截面为抛物线形。