一种高速磁悬浮列车升力翼装置

本发明涉及铁路车辆的动力装置，具体而言，尤其涉及一种高速磁悬浮列车升力翼装置。

背景技术：

1、常规高速列车是通过轮轨相互作用产生的牵引力和制动黏着摩擦力来实现列车的高速运行，利用车轮和钢轨之间的相互作用来解决支撑、导向和驱动这三大问题，但是随着火车速度的提高，车轮和钢轨之间的磨损增大，轮缘和钢轨的磨耗加剧，增大了机车车辆和线路的维护工作，并导致列车动力消耗增加，速度降低且列车平稳性下降，轮轨磨损问题亟待解决。不仅如此，由于列车在行驶中所受到的阻力(空气阻力和摩擦阻力)与速度的平方成正比，列车的速度越高，列车受到的阻力就越大，列车的牵引能耗约占列车总能耗的60％以上，其中气动阻力能耗占比最大。为了解决常规高速列车在轮轨磨耗和能耗方面的问题，磁悬浮列车应运而生。磁悬浮列车利用电磁吸力使列车悬浮于轨道，实现无接触运行。相比于常规的高速列车，磁悬浮列车的优点有：磁浮列车利用电磁场所特有的“同性相斥、异性相吸”的相互作用，来实现机车和路轨间的上浮、约束和驱动，从而实现了机车紧贴路面但又是无接触的高速飞行。由于这一电磁体系完全取消了列车和钢轨间的直接接触所引起的摩擦力，因而大幅度降低了能耗、磨损、振动和噪声，也比轮轨列车更容易实现高速运行。然而磁悬浮方法存在的缺点有是列车不能变轨，不像运行在常规铁路上的列车可以借助道岔从一条轨道进入另一条轨道，一条轨道只能容纳一列列车往返运行，造成资源浪费。参考飞机提升气动升力的方法，给高速列车安装升力翼来提升列车的升力，从而降低动力消耗，节约运行成本。

2、目前升力翼装置鲜有实际投入应用的，现有设计存在如下主要问题：(1)基本上固定在列车车顶升力翼，升力装置占用空间大，且无法贴合列车车顶，影响列车的流线型外形。(2)如安装在列车两侧的升力翼，则只能在单向行驶时为列车提供气动升力，升力装置无法根据列车行驶方向进行调整，即提升气动升力方向单一。

技术实现思路

1、根据上述提出的技术问题，提供一种高速磁悬浮列车升力翼装置。本发明采用的技术手段如下：

2、一种高速磁悬浮列车升力翼装置，安装在列车车顶，包括：若干升力翼和驱动机构，所述升力翼通过连接板或转动装置与驱动机构相连；所述连接板用于连接升力翼和驱动机构并且降低列车运行过程中空气对升力翼装置的阻力；所述转动装置用于实现升力翼的转动和旋转；所述驱动机构用于驱动升力翼进行升降，实现列车升力装置的开启和关闭。

3、进一步地，所述驱动机构为多级液压装置驱动，包括液压油缸以及连接在液压油缸上的多级活塞杆，顶部活塞杆与连接板或转动装置相连，连接板或转动装置随活塞杆的伸缩运动进行升降运动；

4、当活塞杆伸出时，升力翼伸出，升力翼装置开启；当活塞杆收回时，升力翼回落，升力翼装置关闭，实现装置的开启和关闭。

5、进一步地，所述升力翼与驱动机构通过连接板连接时，驱动机构连接有转动机构，转动机构连接有安装底座，安装底座固定嵌入于列车顶部；所述转动机构用于实现驱动机构、连接板和升力翼的转动，从而实现列车行进时提升气动升力作用；

6、所述连接板上部为圆弧状，在列车行驶过程中直接切开空气的方向为流线型，且连接板的厚度较薄，可使列车升力装置在开启状态受到的空气阻力较小；

7、所述安装底座用于将整个装置固定在车顶内部，当装置关闭时保证贴合在车顶，不破坏列车的流线型外形；所述安装底座由铝合金制成，其四周设有四个螺栓孔，螺栓孔按照正方形进行分布，以固定安装底座；

8、所述升力翼为平板型翼，典型的鸟翼剖面，上拱下略平的翼型剖面，在列车运行的过程中为列车提供较大的升力。

9、进一步地，所述转动机构为圆盘形状，包括两个直径不同、高度相同的圆盘，大圆盘与小圆盘同心，大圆盘包裹住小圆盘，小圆盘与安装底座固定不动，大圆盘可相对于小圆盘进行360度旋转。

10、进一步地，所述转动装置包括第一驱动机构、第二驱动机构、第一转动机构和第二转动机构，所述升力翼与第一转动机构相连，第一转动机构与第一驱动机构相连，第一驱动机构用于实现第一转动机构驱动升力翼进行转动，从而实现升力翼的攻角调整；

11、所述第二转动机构的上方与第一转动机构相连，下方与驱动机构的顶部活塞杆相连，第二转动机构还与第二驱动机构相连，第二驱动机构用于实现第二转动机构驱动第一转动机构带着升力翼进行水平面内的转动，从而实现升力翼的方向调整。

12、进一步地，所述第一转动机构和第二转动机构上分别设置有转轴和转动轴，其中，升力翼绕第一转动机构的转轴进行转动，第一转动机构带着升力翼绕第二转动机构的转动轴进行水平面内转动，转轴安装在升力翼下的接头处，转动轴安装在驱动机构的顶部活塞杆上；

13、所述第一驱动机构选用电动角度调节机构，其上设置的电机与第一转动机构的转轴连接，当电机启动时使升力翼围绕转轴转动，实现升力翼的攻角的调整；

14、所述第二驱动机构选用电动旋转机构，其上设置的电机与第二转动机构的转动轴连接，当电机起动时使第一转动机构带着升力翼绕转动轴转动180度，实现升力翼的方向随列车行驶方向改变而改变。

15、进一步地，所述升力翼可在非工作状态时收缩到车顶位置，其与列车前进方向夹角为0-75°，要在0-75°范围内根据所需升力调整角度。

16、进一步地，所述升力翼与驱动机构通过转动装置连接时，驱动机构还连接有折叠机构，用于实现升力翼装置的折叠和开启；所述折叠机构连接在箱体上，箱体固定嵌入于列车顶部；

17、所述折叠机构包括第三驱动机构、转动机构ⅰ、转动机构ⅱ和转动机构ⅲ，第三驱动机构的两侧分别与转动机构ⅰ和转动机构ⅱ相连，转动机构ⅰ焊接在箱体上，转动机构ⅱ与驱动机构相连，转动机构ⅲ的一侧与驱动机构相连，另一侧焊接在箱体上；升力翼装置关闭时，升力翼随第三驱动机构折叠贴合在车顶。

18、进一步地，第三驱动机构为液压驱动装置，包括液压油缸ⅰ以及连接在液压油缸ⅰ上的活塞杆ⅰ，所述转动机构ⅰ包括支架ⅰ以及连接在支架ⅰ上的转轴ⅰ，所述转动机构ⅱ包括支架ⅱ以及连接在支架ⅱ上的转轴ⅱ，所述转动机构ⅲ包括支架ⅲ以及连接在支架ⅲ上的转轴ⅲ，支架ⅰ焊接在箱体上，液压油缸ⅰ与转轴ⅰ相连，活塞杆ⅰ与转轴ⅱ相连，支架ⅱ与驱动机构的液压油缸侧壁相连，转轴ⅲ与驱动机构的液压油缸底部相连，支架ⅲ焊接在箱体上。

19、进一步地，所述升力翼与箱体的底板间的夹角为0-90°，实现升力翼在0-90°内任意角度的开启；

20、所述箱体由铝合金制成。

21、较现有技术相比，本发明具有以下优点：

22、1、本发明提供的高速磁悬浮列车升力翼装置，可以根据列车的行驶方向进行双向的列车升力提升，能够解决目前主流通过改善铁路线路或者直接更换更高速列车带来的成本较大的问题，且本发明作为伸缩式高速列车双向升力装置不额外消耗能量，且无污染，结构简单小巧，安装、维修和拆卸简便，可靠性高，能够明显提升磁悬浮列车的气动升力，从而提升磁悬浮列车的速度。本发明可以根据列车行驶方向进行调整提供升力，能够解决目前单向提供升力，所需安装空间较大等问题，无污染，结构简单小巧，安装、维修和拆卸简便，可靠性高，能够满足在铁路限界条件下高速列车加装升力翼，解决高速列车安装升力翼难的问题。

23、2、本发明提供的高速磁悬浮列车升力翼装置，将整体装置安装在磁悬浮列车的车顶上表面，通过驱动机构带动升力的伸缩达到充分减小安装空间，解决了安装空间不足的问题的同时满足提升磁悬浮列车气动升力的需求。本发明将升力翼安装于高速列车车顶，通过升力翼的伸缩达到充分减小安装空间，解决安装空间狭小的问题的同时可以满足升力翼对迎风面积的需要，以达到所需的升力。本发明安装于列车的车顶，非工作状态时折叠平行贴合于车顶，不会增加车辆的高度和宽度。本发明装置不产生污染，不额外消耗能源，结构紧凑、安装与维护简便，可以在日常行驶时为列车提供升力，并解决现有高速磁悬浮列车升力翼装置的不足。

24、3、本发明提供的高速磁悬浮列车升力翼装置，通过转动机构和升力翼，实现双向气动力提升的目的。当列车运行方向反向时，通过转动机构转动升力翼方向，满足列车在双向运行时均可提升气动升力。

25、4、本发明提供的高速磁悬浮列车升力翼装置，安装底座将整个气动升力提升装置固定在车顶内部，通过螺纹固定，易于拆卸和维护，且安装底座固定良好，能够保证气动升力提升装置在列车运行过程中不发生弯折或破损。

26、5、本发明提供的高速磁悬浮列车升力翼装置，通过电动旋转机构实现双向提供升力的目的。当列车运行方向改变时，启动电动旋转机构旋转升力翼，使升力翼正常工作，以满足高速列车的要求。具体地，通过电动旋转机构为列车双向行驶提供升力。当列车运行方向改变时，启动电动旋转机构，升力翼随旋转机构水平方向转动180°，使升力翼工作方向始终与列车行驶方向保持一致。本发明所提供的升力翼装置可以根据组列车行进的方向不同进行调整，从而使用一套装置即可为双向都能提供气动升力，不仅在高速磁悬浮列车向前行驶可以使用，反向行驶时也可使用。

27、6、本发明提供的高速磁悬浮列车升力翼装置，通过电动角度调节机构实现升力翼攻角的调整。当列车运行环境不同时，启动电动角度调节机构调整升力翼攻角，以实现升力翼提供最佳升力的目的。具体地，通过电动转动机构实现升力翼攻角的变化。启动电动转动机构可以调整升力翼攻角，在不同环境下始终能为高速列车提供最佳升力。

28、7、本发明提供的高速磁悬浮列车升力翼装置，其选择gaw-1翼型作为升力翼翼型，能够在低马赫数速度的工况下，具备较好的升力性能。

29、8、本发明提供的高速磁悬浮列车升力翼装置，其底座固定安装在车顶向下凹陷的容置腔内用于支撑升力翼装置保证其能稳定工作。

30、9、本发明提供的高速磁悬浮列车升力翼装置，通过液压伸缩杆的上下运动，实现升力翼的升降，可以更灵活为高速磁悬浮列车提供升力，以满足线路限界要求。

31、基于上述理由，本发明可在高速列车、磁悬浮列车等领域广泛推广。