高铁列车防脱轨紧急刹车装置的制作方法

本发明涉及刹车装置，特别是一种能够实现短距制动停车高铁列车防脱轨紧急刹车装置。

背景技术

高铁列车的刹车性能，尤其是紧急制动的刹车性能，是关系到乘员生命及列车安全的重大问题，刹车滑行距离愈长，风险率愈高。以京沪高铁为例，时速300公里，刹车距离要3800米，实际情况时速常有超过300公里（复兴号350公里），假想一下，如果前方事故点出现在4000米之外，那就万事大吉了，但是如果是出现在3000米、2000米、1000米，那么将是怎样的结果，不难想象；这就是说，刹车距离愈短则遭遇重大恶性事故的机率愈低，而问题是要想刹车距离缩短就要加大制动强度，但情况是，高速行驶中的列车突然制动过急会造成脱轨翻车等重大事故。

高铁列车不同于飞机，它直接依附在坚固的道床和无尽的钢轨上。钢轨具有良好的机械性能，又是通体无缝连接，是最佳的抗拉结构体，也就是说利用高铁轨道的钢轨这个即现有又可靠的基础条件，来改进高铁列车的刹车性能，应有望实现。

技术实现要素：

本发明旨在解决上述问题，从而提供一种能够实现短距离制动停车的高铁列车防脱轨紧急刹车装置。

本发明解决所述问题，采用的技术方案是：

一种高铁列车防脱轨紧急刹车装置，包括磁力制动机构和应急发电机构；

磁力制动机构包括固定基座(3)、铁芯(4)、线圈(7)、磁触头(8)、铜垫块(6)和拉力弹簧(5)；固定基座(3)设置在列车轮对（1）之间，固定基座(3)的上端与列车的摇枕（2）底面固接，铁芯(4)套装在固定基座(3)的筒腔内，线圈(7)绕组设在铁芯(4)的下段部位，磁触头(8)与铁芯(4)为一体成形结构，磁触头(8)的底面上设置有凹槽，铜垫块(6)嵌置在磁触头(8)底面的凹槽里，用于与钢轨（9）摩擦，拉力弹簧(5)设置两个且分别布置在固定基座(3)的两侧，固定基座(3)的两侧上分别设置有弹簧着挂件(21)，磁触头(8)的两侧上端面上分别设置有弹簧着钩件(20)，拉力弹簧(5)的上端点吊挂在固定基座(3)的弹簧着挂件(21)上，拉力弹簧(5)的下端点钩挂在磁触头(8)上端面的弹簧着钩件(21)上；

应急发电机构包括发电机吊架(15)、铰动轴(14)、发电机(16)、主动摩擦轮(18)、被动摩擦轮(17)、推力弹簧(12)和电磁锁(11)；发电机吊架(15)通过铰动轴(14)固定在列车的摇枕翼缘部(13)上，发电机(16)设置在发电机吊架(15)上，被动摩擦轮(17)安装在发电机（16）的驱动轴上，主动摩擦轮(18)安装在列车的车轴（10）上，主动摩擦轮(18)与被动摩擦轮(17)连接，通过发电机(16)向列车的车轴（10）传递动力，推力弹簧(12)的上端与摇枕（2）的摇枕翼缘部(13)固接，推力弹簧(12)的下端与发电机吊架(15)抵接，电磁锁(11)固定在摇枕翼缘部(13)上，用于将发电机吊架(15)吊起、锁定或放下，发电机吊架(15)上设置有与电磁锁(11)相适应的衔铁（19）。

采用上述技术方案的本发明，与现有技术相比，其突出的特点是：

①磁力制动机构不仅能够实现短距离制动停车，而且还有更重要的防脱轨、侧翻的安全保险作用。

②应急发电机构，用于正当紧急刹车实施时，突发铁路供电线路断电的危急时刻，在此刻该设备能在供电线路断电的同一时节实现自动投触，发电机是利用此时车轴在惯性阶段仍有高速转动的能量，实现即断即发，以在最短的断电间隔内为刹车系统补救供电。

③该装置，在实施紧急制动时，不致产生瞬间强烈的顿撞伤害反应，而是在比较柔性的缓冲状态下，实现短距停车。

作为优选，本发明更进一步的技术方案是：

固定基座(3)为等径的圆筒结构，竖向设置在列车轮对之间的中间部位。

铁芯(4)为圆柱体结构，竖向套装在固定基座(3)的筒腔内，铁芯(4)的下段部位设有容纳线圈的缩径区段，线圈(7)绕组设在铁芯(4)的圆柱体下段的缩径区段上。

磁触头(8)为矩形结构，并且与铁芯(4)构成倒t字型结构。

铜垫块(6)与钢轨（9）摩擦的作功面为矩形，其宽度与钢轨（9）的轨顶宽度相同。

铁芯（4）的外径比固定基座（3）的筒腔内径的小0.6-1mm，铁芯（4）的长度比固定基座（3）的筒腔净高小20-30mm。

磁触头(8)与钢轨（9）之间通过铜垫块(6)设置有隔离间隙。

附图说明

图1是本发明实施例磁力制动机构的主视结构示意图；

图2是图1中a-a剖面结构示意图；

图3是本发明实施例应急发电机构的主视结构示意图；

图4是本发明实施例应急发电机构的俯视结构示意图；

图中：轮对1；摇枕2；固定基座3；铁芯4；拉力弹簧5；铜垫块6；线圈7；磁触头8；钢轨9；车轴10；电磁锁11；推力弹簧12；摇枕翼缘部13；铰动轴14；发电机吊架15；发电机16；被动摩擦轮17；主动摩擦轮18；衔铁19；弹簧着钩件20；弹簧着挂件21。

具体实施方式：

下面结合实施例对本发明作进一步说明，目的仅在于更好地理解本发明内容，因此，所举之例并不限制本发明的保护范围。

参见图1、图2、图3、图4，一种高铁列车防脱轨紧急刹车装置，包括磁力制动机构和应急发电机构；磁力制动机构包括固定基座3、铁芯4、线圈7、磁触头8、铜垫块6和拉力弹簧5；固定基座3设置在列车轮对1之间，固定基座3的上端与列车的摇枕2底面固接，铁芯4套装在固定基座3的筒腔内，线圈7绕组设在铁芯4的下段部位，磁触头8与铁芯4为一体成形结构，磁触头8的底面上设置有凹槽，铜垫块6嵌置在磁触头8底面的凹槽里，用于与钢轨9摩擦，拉力弹簧5设置两个且分别布置在固定基座3的两侧，固定基座3的两侧上分别设置有弹簧着挂件21，磁触头8的两侧上端面上分别设置有弹簧着钩件20，拉力弹簧5的上端点吊挂在固定基座3的弹簧着挂件21上，拉力弹簧5的下端点钩挂在磁触头8上端面的弹簧着钩件21上；应急发电机构包括发电机吊架15、铰动轴14、发电机16、主动摩擦轮18、被动摩擦轮17、推力弹簧12和电磁锁11；发电机吊架15通过铰动轴14固定在列车的摇枕翼缘部13上，发电机16设置在发电机吊架15上，被动摩擦轮17安装在发电机16的驱动轴上，主动摩擦轮18安装在列车的车轴10上，主动摩擦轮18与被动摩擦轮17连接，通过发电机16向列车的车轴10传递动力，推力弹簧12的上端与摇枕2的摇枕翼缘部13固接，推力弹簧12的下端与发电机吊架15抵接，电磁锁11)固定在摇枕翼缘部13上，用于将发电机吊架15吊起、锁定或放下，发电机吊架(15)上设置有与电磁锁(11)相适应的衔铁（19）。

磁力制动机构是用于实现不脱轨不侧翻短距刹车的功能设备，其中：固定基座3是磁力作功机构的外壳主体，是刹车制动的基础部件，固定基座3相当于铁芯4的作功缸套，也是铁芯4、线圈7的收藏维护部件，固定基座3为等径的圆筒结构，壁厚20mm，竖向设置在列车轮对1之间的中间部位，其上端部与列车的摇枕2底面固定连接，下端部为敞口，垂直对中于钢轨9；铁芯4是生成作功磁吸力的作用部件，铁芯4为圆柱体结构，竖向套装在固定基座3的筒腔内，铁芯4的下段部位设有容纳线圈的缩径区段，制动作功时，铁芯4在固定基座3的筒腔内向下滑动抵近钢轨9；线圈7是磁力制动作功的生磁部件，线圈7绕组设在铁芯4的圆柱体下段的缩径区段上；磁触头8是该刹车装置中的直接作用部件，刹车制动时它与钢轨9生成强力的磁吸效应实现刹车阻进，磁触头是以近距间接的状态与钢轨产生磁吸生阻效应，磁触头8为矩形结构，磁触头8与铁芯4为同材料一体成形，并且与铁芯4构成倒t字型结构，磁触头8的底面设有用于嵌置铜垫块6的凹槽，凹槽里镶嵌着用于隔离磁触头8与钢轨9实贴的铜垫块6；铜垫块6是起到控制磁触头8的磁吸力渐变升值的调控作用，并能获得一定的缓冲性的摩擦阻力，也是起到防止磁触头8与钢轨9强吸抱死的隔离作用，刹车制动时，仅铜垫块6与钢轨9轨顶面实体相触，铜垫块6与钢轨9摩擦的作功面为矩形并且，其宽度与钢轨9的轨顶宽度相同；拉力弹簧5主要是用作车箱箱体与钢轨9相互拉紧的功能部件，用于防范车体侧翻，并是吊拉磁触头8自动回位的功能装部件，拉力弹簧5的具体作用在两个方面：一是当磁触头8不做功时，拉力弹簧5将磁触头8自动拉起回位，并长期保持与轨顶的设定间隙，同时也将铁芯4、线圈7收置在固定基座3密闭的腔筒空间之内，让制动作功的核心部件长期的处于良好的待命环境，二是当紧急制动时，拉力弹簧5将磁触头8与摇枕2给以高强度的相互拉紧，为防止车体侧翻起到了保险作用。

应急发电机构是在实施紧急制动时突发供电线路断电而能立即自动发电补救的供电设备，仅用于正当紧急刹车实施时，突发铁路供电线路断电的危急时刻，在此刻该设备能在供电线路断电的同一时节实现自动投触，发电机16是利用此时车轴在惯性阶段仍有高速转动的能量，实现即断即发，以在最短的断电间隔内为刹车系统补救供电，其中：发电机16是应急供电的功能部件；主动摩擦轮18是传递车轴10动力的机件；被动摩擦轮17是联带发电机16旋转的机件，其受主动摩擦轮18的驱动联带发电机16旋转发电；发电机吊架15是用于安装发电机16及相关装置的安装构架，也是支撑发电机16作功的力臂，一端由铰动轴14固定在摇枕翼缘部13上，另一端为自由端；推力弹簧12是实现发电机16自动投触的动作机件，也有保证主动摩擦轮18与被动摩擦轮17抵紧的功能作用，其上端与摇枕翼缘部13固定，下端与发电机吊架15抵接；电磁锁11是用于将发电机吊架15吊起、锁定或放下的部件，固定在摇枕翼缘部13上；铰动轴14是用作发电机吊架15与摇枕翼缘部13铰动联接的部件，固定在摇枕翼缘部13上；当铁路供电线路给列车供电正常时，电磁锁11生效将发电机吊架15在吊起的状态下锁闭，以使主动摩擦轮18与被动摩擦轮17长期保持分离状态下待命，当铁路供电线路断电时，电磁锁11因失电而自动失磁解锁，致使发电机吊架15在自身及发电机16等各机件的重力以及推力弹簧12的作用下，实现被动摩擦轮17与主动摩擦轮18自动触接，而驱动发电机16转动。

应急发电所需的驱动动力是靠消耗车身前冲滑行的动能来解决，全车若干个发电负荷的共同作用，也可生成一定的电阻刹车的附助功能作用，每节车至少设置两台。

铁芯4的外径比固定基座3的筒腔内径的小0.6-1mm，铁芯4的长度比固定基座3的筒腔净高小20-30mm，刹车下降作功及收起回位时，以活塞形式在固定基座3筒腔内上、下滑动，

磁触头8与钢轨9之间通过铜垫块6设置有隔离间隙，磁触头8与钢轨9之间设有一定隔离间隙的目的是：即能使磁吸力达到作用峰值的临界点，又不致使磁触头8与钢轨9形成实贴抱死，铜质材料作成的铜垫块6在这里除防止实贴抱死外，也属调控磁吸力渐渐变大的调控部件，其以摩擦减损变薄而缩小磁吸间隙的物理方式起到替代机械机构来调控渐变大的等同目的，确切的说，刹车作功的磁吸力由小渐变大的调控是由线圈7过流增量和铜垫块6磨损变薄的双重机理来实现。

该紧急刹车装置，是在列车原有刹车系统的基础上额外附加的设备，其与原有制动系统溶为一体，在执行紧急刹车时共同工作；该应急发电机只是在紧急制动时突发线路断电时刻，立即给刹车系统补救供电的装置.

磁力制动机构是应用电磁铁与钢轨9产生磁吸生阻的效应原理构成，启用时,磁触头8与钢轨9不实贴相触，之间用铜质材料来隔离一定的间隙，采用电磁作功的目的是利用其有可调可控的特性，可调可控就是通过调增线圈7电流的过流量，使磁吸强度由小渐大逐渐达到峰值，这样可以在紧急制动的初始有一个短时间的渐变缓冲，以避免瞬间产生粗爆强烈的制动反应。

磁力制动机构除有刹车制动的作用外，还有更重要的防脱轨、侧翻的安全保险作用，当刹车的磁吸效果生成的同时，车身的磁吸作用部件与钢轨9也同时生成了相互拉紧的势态，刹车所生成的磁吸力愈强，就等于车身与钢轨9抱的愈紧，只要线路钢轨9与道床的结构性足够牢固，就可避免因紧急刹车所造成的重大事故。

磁力制动机构在设置条件允许时，最好是每个轮对1间各有设置，作用点位愈多，装置结构受力承担值愈小，防脱轨、侧翻的作用覆盖愈全保证率愈高。

磁力制动机构中各部件构造及作用：

固定基座3，为制动作功的首要受力机件，是磁芯4的作功缸套，也是铁芯4、线圈7的收藏维护装置，型体为厚壁、等经的圆筒形构造，其筒壁厚20mm，上端与摇枕2结构固为一体，下端敞口与回缩归位的磁触头8要形成密闭，可为线圈7构成一个较为洁净又免损伤的保护空间，固定基座3筒体外侧的上部在对应左右两个拉力弹簧5的点位，各设有一个坚固的弹簧着挂件21。

铁芯4，是生成作功磁力的作用部件，也是刹车受力、传力的主体部件，铁芯4呈等径圆柱形，竖向套装在固定基座3筒腔之内，铁芯4的外径小于固定基座3筒腔内径0.6-1mm，其长度小于固定基座3筒腔净高的20-30mm，刹车下降作功及收起回位时，铁芯4以活塞形式在固定基座3筒腔内上、下滑动，铁芯4在缠绕线圈7的部位要有容纳线圈7体量的缩径凹槽段，也就是说线圈7缠完后，最后一层绕线不得凸出铁芯4的外径边缘，以避免铁芯4上、下滑动时磨伤线圈7，铁芯4的柱体上要留有竖向沟槽，用作给线圈7供电线路的过线通道。

线圈7，是磁力制动作功的生磁装置，是刹车效果的主责装置，线圈7设定的相关参数由实际验证来最终确定，进线口设在固定基座顶部为宜。

磁触头8，为该刹车装置中的直接作用部件，刹车制动时它与钢轨9生成强力的磁吸效应而实现刹车阻进，磁触头8为矩形，磁触头8与铁芯4为同材一体成形构成，磁触头8下降作功的动作靠自身与钢轨9生成磁吸力来实现，构成磁触头8作功的相关机件另有：铁芯4、线圈7、铜垫块6，磁触头8待命时受拉力弹簧5的作用，向上回位吊悬，当刹车启用时，随着生磁线圈7过流的加大，磁触头8与钢轨9的磁吸效应逐渐增大，磁吸渐大的效应迫使磁触头8自动下降与钢轨9顶面接近，随着效应界面间隔的缩小，致使磁吸力愈来愈强，当磁触头8下降到接近临界程度时受铜垫块6的阻止，既完成刹车初始程序动作的第一步，在磁触头8受阻停降的状态下，线圈7过流一直再继续加大，这时磁触头8与钢轨9的磁吸力持续生强，迫使铜垫块6与钢轨9触抵，进入高强度摩擦，开始进入实质制动作功的程序。

铜垫块6作用性质定性为：一次性作功的耗损件，铜垫块6的作功面为长条矩形，宽度与钢轨9轨顶同宽，嵌置在磁触头8底面的凹槽里，一个磁触头8设置两个铜垫块6，在紧急刹车的全时段，只有铜垫块6直接与钢轨9实贴摩擦滑行，随着铜垫块6被钢轨9的磨损变薄，致使磁触头8与钢轨9间隙渐渐缩小，渐小的间隙使磁吸力逐渐生强，铜垫块6的磨损过程相对的说是较缓慢的，这就是说，刹车磁力的作用峰值是在渐变的趋势中逐渐形成，这就使列车在紧急制动中有了一定的梯度缓冲性。

铜垫块6虽然是与钢轨9实贴摩擦，但铜质材料与钢轨9相比前者硬度较低，不会损伤钢轨9，另外，铜质材料具有良好的导热特性，并且最大摩擦时段应不超过十几秒钟左右，摩擦点应不会生成剧烈的高温，铜垫块6的磨耗损量的确定、块体的大小、材质的成份由实际验证来确定。

拉力弹簧5，主要是用作车箱箱体与钢轨9相互拉紧的功能装置，并是吊拉磁触头8自动回位的动作装置，拉力弹簧5设为两个，竖向设在固定基座3两侧，左右对称布置，拉力弹簧5在磁触头8完成作功后将其自动回拉归位，并对磁触头8的归位状态保持长效拉紧作用。

应急发电机构中各部件构造及作用：

发电机16，是应急供电的功能设备。

主动摩擦轮18与被动摩擦轮17，是驱动应急发电的关键机件。

发电机吊架15是用于安装发电机16及相关装置的安装构架，一端由铰动轴14铰接在摇枕翼缘部13上，另一端为仅可上下摆动的自由端，待命时自由端由电磁锁11自动吸附吊起并锁定，发电机吊架15除是安装相关部件的构架外，也是发电机16作功的支撑力臂，为了使主动摩擦轮18与被动摩擦轮17持续保有紧密的抵触性，这就需要将其力臂旋转半径的有效长度适度加长，有了这份加长的余量，主动摩擦轮18与被动摩擦轮17并在推力弹簧12推力的作用下，能够使主动摩擦轮18与被动摩擦轮17在作功时段的抵紧性得以有效的保持。

推力弹簧12，是实现发电机16自动投触作功的动作机件，也有保证主动摩擦轮18与被动摩擦轮17抵紧的功能任务，其上端与摇枕翼缘部13固定，下端与发电机吊架15抵接，推力弹簧12起到为主动摩擦轮18与被动摩擦轮17旋转施加抵紧顶推的作用。

电磁锁11，是用于将发电机吊架15吊起、锁定或放下的部件，当通电时电磁锁11生成磁吸力将发电机吊架15自动收起并保持长效性锁定，当电磁锁11失电时自动失磁解锁。

铰动轴14，是用作发电机吊架15与摇枕括大体13铰动联接的装置，固定在摇枕括大体13上。

本发明磁力制动机构不仅能够实现短距离制动停车，而且还有更重要的防脱轨、侧翻的安全保险作用，应急发电机构，用于正当紧急刹车实施时，突发铁路供电线路断电的危急时刻，在此刻该设备能在供电线路断电的同一时节实现自动投触，发电机16是利用此时车轴在惯性阶段仍有高速转动的能量，实现即断即发，以在最短的断电间隔内为刹车系统补救供电。

以上所述仅为本发明较佳可行的实施例而已，并非因此局限本发明的权利范围，凡运用本发明说明书及其附图内容所作的等效变化，均包含于本发明的权利范围之内。