一种轨道车辆车顶翼型板装置及轨道车辆的制作方法

本实用新型涉及轨道车辆技术领域，尤其涉及一种轨道车辆车顶翼型板装置及轨道车辆。

背景技术：

目前，普通高速列车车顶上安装的设备主要是受电弓、高压设备、空调等部件，具有风阻制动功能的高速列车车顶设备还安装有制动风阻翼板、液压控制及执行机构等。但是，上述两类高速列车均不能通过车顶上的相关设备为整车提供气动升力，导致功能单一，消耗能源。

技术实现要素：

(一)要解决的技术问题

本实用新型的第一目的是：提供一种结构简单、设计合理、低成本且在轨道车辆运行或制动时，能有效利用高速气流的能量产生气动升力或阻力，以在运行时降低车辆的轮轨作用力及制动时缩短制动距离的轨道车辆车顶翼型板装置，以解决现有的高速列车均不能通过车顶上的相关设备为整车提供气动升力的问题。

本实用新型的第二目的是：提供一种包括结构简单、设计合理、低成本且在轨道车辆运行或制动时，能有效利用高速气流的能量产生气动升力或阻力，以在运行时降低车辆的轮轨作用力及制动时缩短制动距离的轨道车辆车顶翼型板装置的轨道车辆，以解决现有的高速列车均不能通过车顶上的相关设备为整车提供气动升力的问题。

(二)技术方案

一方面，为了解决上述技术问题，本实用新型提供了一种轨道车辆车顶翼型板装置，包括驱动电机、传动组件、翼型板，所述驱动电机设于所述轨道车辆的车顶上且所述驱动电机的输出轴沿着车顶的宽度方向设置；所述传动组件包括两根分别与所述驱动电机的输出轴的两端连接的转臂，两根所述转臂与所述翼型板的后梁均采用转动铰链连接，且所述输出轴、翼型板的后梁及两根转臂共同构成一个平行四边形机构；所述翼型板的前梁可转动地安装在所述车顶上；所述驱动电机的输出轴驱动所述传动组件绕着所述输出轴转动，以控制所述翼型板的迎角。

进一步优选的，本申请提供的轨道车辆车顶翼型板装置还包括翼型板收回组件，所述翼型板收回组件包括两组滑动机构，每组所述滑动机构均包括滑轨、滑块及连杆，所述滑轨平行于所述轨道车辆的车顶的长度方向设于所述车顶上，所述连杆的一端与所述滑块可转动连接，所述连杆的另一端与所述翼型板的前梁可转动连接。

进一步优选的，每组所述滑动机构均还包括锁紧器，所述锁紧器设置于所述滑轨及滑块上，当所述滑块沿着所述滑轨的走向滑动至预定的锁定位置时，所述锁紧器能将所述滑块锁定于所述滑轨上。

优选的，所述锁紧器包括卡凸部、弹性连接件及设于所述滑轨上的卡槽部，所述卡凸部设于所述滑块的底部且其轴线方向垂直于所述滑轨的走向，所述弹性连接件设于所述滑块与卡凸部之间；当所述滑块沿着所述滑轨的走向滑动至预定的锁定位置时，所述卡凸部在所述弹性连接件的弹力作用下嵌入所述卡槽部内。

优选的，所述轨道车辆的车顶上设有两个与所述驱动电机的输出轴可转动连接的轴承座，两个所述轴承座沿着所述轨道车辆的车顶的宽度方向设置。

优选的，所述翼型板的纵剖面形状包括低速翼型剖面形状，所述低速翼型剖面形状的前端朝向所述轨道车辆的前进方向。

优选的，所述翼型板采用高强度轻量化的复合材料制成。

另一方面，本实用新型还提供了一种轨道车辆，包括轨道车辆控制系统及所述的轨道车辆车顶翼型板装置，所述轨道车辆控制系统与所述驱动电机连接。

(三)有益效果

本实用新型的上述技术方案具有如下优点：

本实用新型提供了一种轨道车辆车顶翼型板装置，包括驱动电机、传动组件、翼型板，驱动电机设于轨道车辆的车顶上且驱动电机的输出轴沿着车顶的宽度方向设置；传动组件包括两根分别与驱动电机的输出轴的两端连接的转臂，两根转臂与翼型板的后梁均采用转动铰链连接，且输出轴、翼型板的后梁及两根转臂共同构成一个平行四边形机构；翼型板的前梁可转动地安装在车顶上；驱动电机的输出轴驱动传动组件绕着输出轴转动，以控制翼型板的迎角。本申请提供的轨道车辆车顶翼型板装置，结构简单，设计合理，生产成本低；使用时，通过驱动电机的输出轴带动翼型板随之转动，以根据需要合理调节翼型板的迎角的角度范围，实现在轨道车辆高速运行过程中能够充分借助气动升力，降低车辆轴重和轮轨作用力，提高车辆的舒适性和平稳性及在轨道车辆制动工况下还能增加气动阻力，缩短制动距离以提高列车制动效率，实用性强，利于进行标准化生产及推广。

附图说明

图1是本实用新型一种轨道车辆车顶翼型板装置实施例的翼型板装置处于使用状态下的结构示意图；

图2是本实用新型一种轨道车辆车顶翼型板装置实施例的翼型板装置处于未使用状态下的结构示意图；

图3是本实用新型一种轨道车辆车顶翼型板装置实施例的翼型板的迎角为零度时的状态示意图；

图4是本实用新型一种轨道车辆车顶翼型板装置实施例的翼型板的迎角为正角时的状态示意图；

图5是本实用新型一种轨道车辆车顶翼型板装置实施例的翼型板的迎角为负角时的状态示意图。

图中：1：车顶；2：驱动电机；3：输出轴；4：轴承座；5：转臂；6：第一铰链；7：翼型板；8：第二铰链；9：连杆；10：第三铰链；11：滑块；12：滑轨；13：锁定位置；14：后梁；15：前梁；θ：平行四边形机构相对车顶所在平面转动的角度；β：迎角。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

如图1至图5所示，本实用新型实施例提供了一种轨道车辆车顶翼型板装置，包括驱动电机2、传动组件、翼型板7，驱动电机2设于轨道车辆的车顶1上且驱动电机2的输出轴3沿着车顶1的宽度方向设置；传动组件包括两根分别与驱动电机2的输出轴3的两端连接的转臂5，两根转臂5与翼型板7的后梁14均采用转动铰链连接，且输出轴3、翼型板7的后梁14及两根转臂5共同构成一个平行四边形机构；翼型板7的前梁15可转动地安装在车顶1上；驱动电机2的输出轴3驱动传动组件绕着输出轴3转动，以控制翼型板7的迎角。其中，两根转臂5与翼型板7的后梁14均通过第一铰链6实现可转动连接；翼型板7的前梁15朝向车辆前进方向设置。

在本实施例中，使用时，驱动电机2驱动输出轴3转动，输出轴3带动转臂5绕着输出轴3的轴线方向转动，进而带动翼型板7随之转动，以有效控制翼型板7的迎角。具体地，在轨道车辆运行时，通过驱动电机2使得翼型板7的迎角处于正角状态，即气动升力为正值，实现在轨道车辆高速运行过程中能够充分借助气动升力，降低车辆轴重和轮轨作用力，提高车辆的舒适性和平稳性；在轨道车辆制动工况下，通过驱动电机2使得翼型板7的迎角处于负角状态，即气动升力为负值，以增加气动阻力，缩短制动距离，提高列车制动效率。

另外，本申请提供的轨道车辆车顶翼型板装置，结构简单，设计合理，加工工艺简便，生产成本低，通过将传动组件与驱动电机2的输出轴3相配合，以形成平行四边形机构，运行平稳，传动效果好，利于确保整个轨道车辆车顶翼型板装置能长期、有效且可靠的运行。

除上述之外，将驱动电机2设于轨道车辆的车顶1上且驱动电机2的输出轴3沿着车顶1的宽度方向设置，如此，使得翼型板7的设置方向与车顶1的长度方向平行，在通过驱动电机2驱动转臂5带动翼型板7转动时，使得翼型板7在沿着车顶1的长度方向提供最大的气动升力或气动阻力，以最大化降低车辆轴重和轮轨作用力，或最大化增加气动阻力，达到最佳的使用效果。

进一步优选的，本申请提供的轨道车辆车顶翼型板装置，还包括翼型板收回组件，翼型板收回组件包括两组滑动机构，每组滑动机构均包括滑轨12、滑块11及连杆9，滑轨12平行于轨道车辆的车顶1的长度方向设于车顶1上，连杆9的一端与滑块11可转动连接，连杆9的另一端与翼型板7的前梁15可转动连接。其中，连杆9通过第三铰链10与滑块11可转动连接，连杆9的另一端通过第二铰链8与翼型板7的前梁15可转动连接；连杆9通过滑块11沿着滑轨12的走向移动，滑块11和滑轨12采用滑动连接，并且滑块11不能脱离滑轨12平面。

在本实施例中，本申请提供的轨道车辆车顶翼型板装置还包括翼型板收回组件，用于将翼型板7在未使用时收回至与轨道车辆的车顶1所在平面平行(即使得翼型板7处于初始状态)。具体应用时，通过驱动电机2的输出轴3驱动转臂5向靠近翼型板收回组件的方向转动，相应的，翼型板7的前梁15带动连杆9，使其通过滑块11沿着滑轨12的走向移动，直至翼型板7转动至与轨道车辆的车顶1所在平面平行为止，即翼型板7平铺于轨道车辆的车顶1上(具体如图2所示)，美观且避免翼型板始终处于受力状态，以提高翼型板的使用寿命。

进一步优选的，每组滑动机构均还包括锁紧器，锁紧器设置于滑轨12及滑块11上，当滑块11沿着滑轨12的走向滑动至预定的锁定位置13时，锁紧器能将滑块11锁定于滑轨12上。

在本实施例中，翼型板收回组件还包括锁紧器，当转臂5转动θ角，使滑块11处于锁定位置13时，滑块11通过锁紧器锁定在滑轨12上。此后，通过驱动电机2驱动输出轴3转动，输出轴3带动转臂5转动，可使得翼型板7的姿态处于图3(β＝0°)或图4(β＞0°)或图5(β＜0°)的位置，β为翼型板7与气流的来流方向的夹角；具体可通过改变驱动电机2的输出轴3的转角，调整翼型板7的姿态，进而调整翼型板7为轨道车辆提供气动升力或气动阻力的大小。滑块11解锁后，通过驱动电机2驱动输出轴3转动，输出轴3带动转臂5转动，可使翼型板7恢复至初始状态，见图2。

优选的，锁紧器包括卡凸部、弹性连接件及设于滑轨12上的卡槽部，卡凸部设于滑块11的底部且其轴线方向垂直于滑轨12的走向，弹性连接件设于滑块11与卡凸部之间；当滑块11沿着滑轨12的走向滑动至预定的锁定位置13时，卡凸部在弹性连接件的弹力作用下嵌入卡槽部内。结构简单，设计合理且固定效果好。

在本实施例中，锁紧器由三部分组成，即设于滑块11上的弹性连接件及卡凸部和设于滑轨12上的卡槽部，具体地，当需要翼型板7提供气动升力或气动阻力时，通过驱动电机2驱动输出轴3转动，输出轴3带动转臂5向背离锁紧器的方向转动，进而转臂5通过翼型板7带动连杆9，使得连杆9通过滑块11沿着滑轨12滑向预定的锁定位置13，卡凸部在弹性连接件的弹力作用下嵌入卡槽部内，实现对滑块11的锁定。

优选的，弹性连接件可以是弹簧或弹力较好的其它材质，如弹力橡胶件。具体可根据实际实施条件来选择合理的弹性材料。

优选的，轨道车辆的车顶1上设有两个与驱动电机2的输出轴3可转动连接的轴承座4，两个轴承座4沿着轨道车辆的车顶1的宽度方向设置。

在本实施例中，驱动电机2的输出轴3通过两个轴承座4固定在轨道车辆的车顶1上，结构简单，设计合理且连接效果好，生产工艺简便，利于降低生产成本。

优选的，翼型板7的纵剖面形状包括低速翼型剖面形状，低速翼型剖面形状的前端朝向轨道车辆的前进方向。

在本实施例中，对于高速列车，翼型板7为低速翼型板7，为了提高升力系数，翼型板7的纵向截面形状为圆头尖尾形。特别的，随着迎角的增大(但未达到临界迎角)，翼型板7上的驻点逐渐后移，最大速度点越靠近前缘，最大速度值越大，上下翼面的压差越大，因而升力越大。

优选的，翼型板7采用高强度轻量化的复合材料制成。其中，翼型板7可采用钢板、铝合金及树脂基纤维增强复合材料中的一种，优选常见的纤维增强复合材料有玻璃纤维增强复合材料(GFRP)、碳纤维增强复合材料(CFRP)，这种复合材料密度小，质轻，设计灵活美观，易成型，耐腐蚀，隔热隔电，耐冲击，抗振，易于涂装，且强度高、弹性模量高，具有和金属材料相近的机械性能。另外，纤维增强复合材料在质量减轻与强度方面达到甚至超过了铝材，而整体成本更低，经济性好。具体地，可根据实际实施条件来选择适宜的翼型板7材质。

另一方面，本实用新型还提供了一种轨道车辆，包括轨道车辆控制系统及所述的轨道车辆车顶翼型板装置，轨道车辆控制系统与驱动电机连接，具体地,轨道车辆控制系统可根据当前轨道车辆的车速、风速、列车重量、制动等信号，实时控制翼型板的姿态，有效改善高速运行中轨道车辆的轮轨作用力以提高车辆的舒适性和平稳性及在轨道车辆制动工况下还能有效增加气动阻力，缩短制动距离，以提高列车制动效率。

需说明的是，本申请提供的轨道车辆，因设置有上述技术方案中的轨道车辆车顶翼型板装置，因而具备上述技术方案中的全部有益效果，为避免重复，不再赘述。

综上所述，本实用新型提供了一种轨道车辆车顶翼型板装置，包括驱动电机、传动组件、翼型板，驱动电机设于轨道车辆的车顶上且驱动电机的输出轴沿着车顶的宽度方向设置；传动组件包括两根分别与驱动电机的输出轴的两端连接的转臂，两根转臂与翼型板的后梁均采用转动铰链连接，且输出轴、翼型板的后梁及两根转臂共同构成一个平行四边形机构；翼型板的前梁可转动地安装在车顶上；驱动电机的输出轴驱动传动组件绕着输出轴转动，以控制翼型板的迎角。本申请提供的轨道车辆车顶翼型板装置，结构简单，设计合理，生产成本低；使用时，通过驱动电机的输出轴带动翼型板随之转动，以根据需要合理调节翼型板的迎角的角度范围，实现在轨道车辆高速运行过程中能够充分借助气动升力，降低车辆轴重和轮轨作用力，提高车辆的舒适性和平稳性及在轨道车辆制动工况下还能增加气动阻力，缩短制动距离以提高列车制动效率，实用性强，利于进行标准化生产及推广。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。