一种基于电磁驱动抱扣轨的高速铁路列车主动防脱轨方法

1.本发明属于高铁列车安全领域，具体为一种基于电磁驱动抱扣轨的高速铁路列车主动防脱轨方法。


背景技术：

2.大多数高速铁路的铺设是以桥梁为载体，其抗震设防不可忽略，突发地震致使高铁列车发生脱轨的现象时有发生，因此需要考虑高铁列车的脱轨安全。
3.目前已有诸多学者对高铁列车防脱轨方向进行了广泛研究，如西南交通大学公开的博士学位论文“地震条件下车辆脱轨安全性研究”，如中南大学的已授权专利“一种抱轨型轨道列车防脱轨装置”，如德国hema公司生产的夹紧元件等。
4.论文“地震条件下车辆脱轨安全性研究”中公开的l形脱轨防护装置是在高铁轮轴箱下端安装l形止挡，当高铁列车发生脱轨后l形止挡与轨道外侧配合从而起到限制高铁列车横向位移的作用。该装置的优点是构造简单、安装方便，不足之处是属于被动防护，不能做到在高铁列车脱轨前就对其脱轨进行有效预防，并且在高铁列车发生脱轨后其较难能成功与轨道进行配合而保证列车不滑出轨道。
5.专利一种抱轨型轨道列车防脱轨装置，安装在高铁列车转向架两侧底部，包括位于轨道外侧的外瓣和位于轨道内侧的内瓣整体；该装置需预先安装，其内、外瓣与轨道腹板间预留空隙，防止高铁列车在高速运行时装置内、外瓣与轨道间摩损；该装置的优点是简单、实用、防脱轨性能稳定、可提高轨道列车安全性和运输效率。不足之处在于不可主动触发，只能在高铁列车发生脱轨行为后防止列车脱轨，以限制列车的横向和竖向位移。
6.hema公司生产的夹紧元件采用气动控制原理，通过释放压缩空气应用位于舱室内的两个弹簧钢隔膜之间，形成弹簧钢板并缩短它们在水平方向上的夹体变形，使其在顶部与弹簧钢板接触并在刹车蹄片周围的底部展开，从而将制动蹄从导轨上抬起，最终实现夹紧轨道的目的。该装置的最大优点在于其触发原理采用气动控制，可以实现在列车发生脱轨前预先启动来夹紧轨道。不足之处在于采用气动控制的效率低，并且当列车高速行驶时其提供的制动力会出现不足的情况。
7.上述列车防脱轨技术存在的问题主要是两个方面，一方面是不能在高铁列车发生脱轨行为前主动进行有效预判制动，而只能在高铁列车脱轨行为发生后被动限制，另一方面是由于高铁列车本身质量较大，其发生脱轨后防脱轨装置与轨道间的瞬时接触会使防脱轨装置很容易产生变形，并且高铁列车运行过程中经常会产生左右晃动，碰撞与磨损不可避免。


技术实现要素：

8.本发明的目的在于提供一种可主动触发且快速稳定抱、扣住轨道的基于电磁驱动抱扣轨的高速铁路列车主动防脱轨方法。
9.本发明提供的这种基于电磁驱动抱扣轨的高速铁路列车主动防脱轨方法，在高铁
列车转向架的下侧可拆卸连接抱扣轨装置，抱扣轨装置可自动开合，列车正常行驶时，抱扣轨装置位于轨道外围，不影响列车正常行驶；列车在突发地震作用下出现脱轨倾向时，抱扣轨装置的扣轨组件先缩小与轨道之间的间隙处于抱轨状态，然后通过电磁力驱动抱扣轨组件的扣轨执行组件快速弹出同时扣住轨道翼缘两侧面和轨道腹板两侧面。
10.上述方法的一种实施方式中，所述抱扣轨组件包括l形安装架及其上设置的电磁驱动组件及扣轨执行组件的整体件两组，两组整体件对称布置于轨道两侧形成倒u形罩。
11.上述方法的一种实施方式中，所述l形安装架内设置有安装腔，所述电磁驱动组件设置于安装腔内。
12.上述方法的一种实施方式中，所述电磁驱动组件包括上部电磁线圈组和下部电磁线圈组，上部电磁线圈组和下部电磁线圈组分别有多对电磁线圈，每对电磁线圈包括上、下正对的电磁线圈，多对电磁线圈左右排布。
13.上述方法的一种实施方式中，所述下部电磁线圈组的电磁线圈长度大于上部电磁线圈组的电磁线圈长度。
14.上述方法的一种实施方式中，所述扣轨执行组件包括一级执行组件和二级执行组件；一级执行组件包括上滑套、t形扣件和永磁体块，t形扣件置于上滑套内，上滑套外端内壁设置有使t形扣件翼板限位的挡板，永磁体块固定于t形扣件的翼板外表面中心位置；二级执行组件包括下滑套、大t形扣件、小t形扣件和永磁体块，大t形扣件置于下滑套内，小t形扣件置于大t形扣件内，大t形扣件和小t形扣件的翼板外表面中心位置处分别固定永磁体块，且两永磁体块的相近侧磁极相同，下滑套外端内壁设置有使小t形扣件翼板限位的挡板，小t形扣件的初始状态为其翼板与挡板接触。
15.上述方法的一种实施方式中，所述上滑套和下滑套的内端与所述倒l形安装架的竖直段内侧外壁垂直固定，一级执行组件的永磁体块伸入l形安装架的内腔中，对应上部电磁线圈组的上下电磁线圈之间间距的中间位置，二级执行组件的大t形扣件固定的永磁体块伸入l形安装架的内腔中，对应下部电磁线圈组的上下电磁线圈之间间距的中间位置。
16.上述方法的一种实施方式中，所述l形安装架的水平臂设置有内外两个导线固定轴，其中外导线固定轴位于上部电磁线圈组的上方，导线列车控制室内的总线进入安装腔后先绕过内导线固定轴上，然后绕于外导线固定轴上并分成多根分别穿过同一列的所有电磁线圈。
17.上述方法的一种实施方式中，所述抱扣轨装置通过直线伸缩装置安装，直线伸缩装置为外倾斜布置的液压缸/电动推杆，其下端通过紧固件固定于所述l形安装架的水平臂顶面中间位置，上端通过紧固件固定于列车转向架的底板上。
18.本发明的抱扣轨装置可拆卸连接于列车转向架的下侧，左右两个部分可自动开合，在列车正常行驶过程中抱扣轨装置位于轨道外围，与轨道之间有较大的间隙，不影响列车的行驶。在遇到地震作用时，给抱扣轨装置的抱扣轨组件通电，通过强大的电磁力驱动扣轨执行组件同时扣住轨道翼缘两侧面和轨道腹板两侧面，将列车锁定于轨道上避免倾覆，而且抱扣轨装置不易出现变形损坏。简言之，本发明可快速安装，既不影响高速列车的正常行驶，也能在遇到地震作用时主动触发快速实现抱扣轨动作，限制列车侧向脱轨和向上跳轨，最大限度保证列车安全。
附图说明
19.图1为本发明一个实施例中列车处于正常行驶时抱扣轨装置的初始状态示意图。
20.图2为本实施例中抱扣轨装置处于抱轨工作状态的示意图。
21.图3为本实施例中抱扣轨装置处于扣轨工作状态的剖视示意图。
22.图4为本实施例中电磁力出发一级和二级执行组件的原理图。
具体实施方式
23.本发明公开的这种基于电磁驱动抱扣轨的高速铁路列车主动防脱轨方法，在高铁列车转向架的下侧可拆卸连接抱扣轨装置，抱扣轨装置可自动开合；列车正常行驶时，抱扣轨装置位于轨道外围，不影响列车正常行驶；在列车在突发地震作用下出现脱轨倾向时，抱扣轨装置的扣轨组件先缩小与轨道之间的间隙处于抱轨状态，然后通过电磁力驱动扣轨组件的扣轨执行组件伸出同时扣住轨道翼缘两侧面和轨道腹板两侧面，限制列车侧向脱轨和向上跳轨，最大限度保证列车安全。
24.下面结合图1至图4详细说明本发明的一种具体应用。
25.如图1至图3所示，抱扣轨装置包括l形安装架及其上设置的电磁驱动组件、扣轨执行组件整体件两组，两组整体件对称布置于轨道两侧形成倒u形罩，l形安装架作为装置的外部保护结构。
26.l形安装架1内设置有安装腔，电磁驱动组件2设置于安装腔内。
27.电磁驱动组件2包括上部电磁线圈组和下部电磁线圈组，上部电磁线圈组和下部电磁线圈组分别有多对电磁线圈，每对电磁线圈包括上、下电磁线圈，多对电磁线圈左右排布。下部电磁线圈组的电磁线圈长度大于上部电磁线圈组的电磁线圈长度。
28.扣轨执行组件包括一级执行组件3和二级执行组件4。
29.一级执行组件3包括上滑套31、t形扣件32和永磁体块ck，t形扣件置于上滑套内，上滑套外端内壁设置有使t形扣件翼板限位的挡板db，永磁体块固定于t形扣件的翼板外表面中心位置。
30.二级执行组件4包括下滑套41、大t形扣件42、小t形扣件43和永磁体块ck，大t形扣件置于下滑套内，小t形扣件置于大t形扣件内，大t形扣件42和小t形扣件32的翼板外表面中心位置处分别固定永磁体块ck，且两永磁体块的相近侧磁极相同，下滑套外端内壁设置有使小t形扣件43翼板限位的挡板db，小t形扣件的初始状态为其翼板与挡板接触。当然其它实施例可根据需要将二级执行组件设置为多级执行组件，即设置多个t形扣件套置，最大的t形扣件通过电磁力驱动，各t形扣件之间通过相互之间的排斥力定位。
31.上滑套31和下滑套41的内端与倒l形安装架1的竖直段内侧外壁垂直固定，一级执行组件3的永磁体块ck伸入l形安装架1的内腔中，对应上部电磁线圈组的上下电磁线圈之间间距的中间位置，二级执行组件4的大t形扣件42固定的永磁体块伸入l形安装架1的内腔中，对应下部电磁线圈组的上下电磁线圈之间间距的中间位置。
32.l形安装架1的水平臂设置有内外两个导线固定轴5，其中外导线固定轴位于上部电磁线圈组的上方，导线列车控制室内的总线进入安装腔后先绕过内导线固定轴上，然后绕于外导线固定轴上并分成对根分别穿过同一列的所有电磁线圈。
33.抱扣轨装置的两组整体件分别通过直线伸缩装置6对称安装。
34.直线伸缩装置6为外倾斜布置的液压缸/电动推杆，其下端通过紧固件固定于l形安装架1的水平臂顶面中间位置，上端通过紧固件固定于列车转向架的底板7上。
35.电磁驱动组件2和直线伸缩装置6的控制系统设置于驾驶室内，由操作人员控制。直线伸缩装置的伸缩杆初始状态为回缩状态，使抱扣轨装置的扣轨组件与轨道之间有角度的间隙。即列车正常行驶过程中，直线伸缩装置的伸缩杆处于回缩状态，使抱扣轨装置不影响列车正常行驶，如图1所示。
36.当列车受到地震作用时，抱扣轨装置先实现抱轨功能，此时直线伸缩装置的伸缩杆伸出，使抱扣轨装置的两整体件同时向轨道靠近但不接触，如图2所示，可防止列车在轨道的转弯角度处行驶时，抱扣轨装置与轨道之间发生碰撞。
37.当地震作用加强时，抱扣轨装置实现扣轨功能，通过驾驶室内的操作给电磁线圈组通电，通过电磁力同时出发一级执行组件3和二级执行组件4：
38.如图4所示，上部电磁线圈组产生的电磁力水平作用于一级执行组件的永磁体块ck，将t形扣件向外快速弹出，使两侧的t形扣件同时扣住轨道的翼缘两侧；下部电磁线圈组产生的电磁力水平作用于二级执行组件4的大t形扣件42翼板固定的永磁体块ck，将大t形扣件往外快速弹出。由于大t形扣件和小t形扣件固定的永磁体块相近侧的磁极相同，所以小t形扣件的初始状态为推出状态。所以两侧的大t形扣件弹出时，小t形扣件的末端将轨道的腹板两侧同时扣住，如图3所示。
39.由于电磁力的大小与电流的平方成正比，因此可通过控制系统来调整电流的大小来调整电磁力的大小，进而实现扣轨效果的可控制性。
40.总结来说，本发明具备以下特点：直线伸缩装置的两端分别通过紧固件连接列车转向架的底板和l形安装架，装卸快捷；扣轨执行组件可主动触发，触发原理采用电磁驱动，电磁线圈组产生的电磁力驱动与永磁体块相连的t形扣件快速弹出顶住钢轨以达到扣轨和制动的效果；抱扣轨装置通过直线伸缩装置悬挂于转向架两侧，在轨道转弯处，可借助转向架的灵活性实现正常通过。
41.相较于气动制动装置，本发明的抱扣轨装置制动效果显著，效率高，电磁线圈的磁场产生的强大的电磁力可以使t形扣件有效扣紧钢轨；可控性强，由于电磁力与电流的平方成正比，因此在控制系统的作用下，可以自由调整电流大小，来控制电磁力的大小，进而调整装置的制动效果。装置采用电能，可以利用高铁在紧急制动时因再生制动产生的大量电能，高效、环保、清洁。
42.简言之，本发明可快速安装，既不影响高速列车的正常行驶，也能在遇到地震作用时主动触发快速实现抱扣轨动作，限制列车侧向脱轨和向上跳轨，最大限度保证列车安全。

技术特征：
1.一种基于电磁驱动抱扣轨的高速铁路列车主动防脱轨方法，其特征在于：该方法在高铁列车转向架的下侧可拆卸连接抱扣轨装置，抱扣轨装置可自动开合，列车正常行驶时，抱扣轨装置位于轨道外围，不影响列车正常行驶；在列车在突发地震作用下出现脱轨倾向时，抱扣轨装置的抱扣轨组件先缩小与轨道之间的间隙处于抱轨状态，然后通过电磁力驱动抱扣轨组件的扣轨执行组件伸出同时扣住轨道翼缘两侧面和轨道腹板两侧面。2.如权利要求1所述的基于电磁驱动抱扣轨的高速铁路列车主动防脱轨方法，其特征在于：所述抱扣轨组件包括l形安装架及其上设置的电磁驱动组件、扣轨执行组件整体件两组，两组整体件对称布置于轨道两侧形成倒u形罩。3.如权利要求2所述的基于电磁驱动抱扣轨的高速铁路列车主动防脱轨方法，其特征在于：所述l形安装架内设置有安装腔，所述电磁驱动组件设置于安装腔内。4.如权利要求3所述的基于电磁驱动抱扣轨的高速铁路列车主动防脱轨方法，其特征在于：所述电磁驱动组件包括上部电磁线圈组和下部电磁线圈组，上部电磁线圈组和下部电磁线圈组分别有多对电磁线圈，每对电磁线圈包括上、下电磁线圈，多对电磁线圈左右排布。5.如权利要求4所述的基于电磁驱动抱扣轨的高速铁路列车主动防脱轨方法，其特征在于：所述下部电磁线圈组的电磁线圈长度大于上部电磁线圈组的电磁线圈长度。6.如权利要求5所述的基于电磁驱动抱扣轨的高速铁路列车主动防脱轨方法，其特征在于：所述扣轨执行组件包括一级执行组件和二级执行组件；一级执行组件包括上滑套、t形扣件和永磁体块，t形扣件置于上滑套内，上滑套外端内壁设置有使t形扣件翼板限位的挡板，永磁体块固定于t形扣件的翼板外表面中心位置；二级执行组件包括下滑套、大t形扣件、小t形扣件和永磁体块，大t形扣件置于下滑套内，小t形扣件置于大t形扣件内，大t形扣件和小t形扣件的翼板外表面中心位置处分别固定永磁体块，且两永磁体块的相对侧磁极相同，下滑套外端内壁设置有使小t形扣件翼板限位的挡板，小t形扣件的初始状态为其翼板与挡板接触。7.如权利要求4所述的基于电磁驱动抱扣轨的高速铁路列车主动防脱轨方法，其特征在于：所述上滑套和下滑套的内端与所述倒l形安装架的竖直段内侧外壁垂直固定，一级执行组件的永磁体块伸入l形安装架的内腔中，对应上部电磁线圈组的上下电磁线圈之间间距的中间位置，二级执行组件的大t形扣件固定的永磁体块伸入l形安装架的内腔中，对应下部电磁线圈组的上下电磁线圈之间间距的中间位置。8.如权利要求4所述的基于电磁驱动抱扣轨的高速铁路列车主动防脱轨方法，其特征在于：所述l形安装架的水平臂设置有内外两个电线固定轴，其中外电线固定轴位于上部电磁线圈组的上方，电线列车控制室内的总线进入安装腔后先绕过内电线固定轴上，然后绕于外电线固定轴上并分成对根分别穿过同一列的所有电磁线圈。9.如权利要求4所述的基于电磁驱动抱扣轨的高速铁路列车主动防脱轨方法，其特征在于：所述抱扣轨装置通过直线伸缩装置安装，直线伸缩装置为外倾斜布置的液压缸/电动推杆，其下端通过紧固件固定于所述l形安装架的水平臂顶面中间位置，上端通过紧固件固定于列车转向架的底板上。

技术总结
本发明公开了一种基于电磁驱动抱扣轨的高速铁路列车主动防脱轨方法，在高铁列车转向架的下侧可拆卸连接抱扣轨装置，抱扣轨装置可自动开合，列车正常行驶时，抱扣轨装置位于轨道外围，不影响列车正常行驶；列车在突发地震作用下出现脱轨倾向时，抱扣轨装置的扣轨组件先缩小与轨道之间的间隙处于抱轨状态，然后通过电磁力驱动抱扣轨组件的扣轨执行组件快速弹出同时扣住轨道翼缘两侧面和轨道腹板两侧面。在遇到地震作用时，给抱扣轨装置的抱扣轨组件通电，通过强大的电磁力驱动扣轨执行组件同时扣住轨道翼缘两侧面和轨道腹板两侧面，将列车锁定于轨道上避免倾覆，限制列车侧向脱轨和向上跳轨，最大限度保证列车安全。且抱扣轨装置不易出现变形损坏。装置不易出现变形损坏。装置不易出现变形损坏。


技术研发人员：江力强 段皓鹏 刘俊滔 蒋丽忠 胡壹 国巍 周旺保
受保护的技术使用者：中南大学
技术研发日：2022.10.31
技术公布日：2023/2/3