一种智能除冰系统及带有智能除冰系统的高速列车

1.本发明涉及轨道交通技术领域，尤其涉及一种智能除冰系统及带有智能除冰系统的高速列车。


背景技术：

2.高速列车冬季在积雪的线路上运行时，雪粒在转向架舱内的高温元件如制动盘表面融化形成雪融水，并在列车轮对、制动轴盘等结构的高速旋转下飞溅。受雪融水飞溅及再结冰影响，高速列车转向架舱内往往存在严重的积雪结冰现象。在转向架表面的积雪结冰影响下，车体表面覆盖大量冰层，转向架轴重明显增加，列车运行的平稳性下降。当车体结冰逐渐发展至转向架区域并结冰时，列车转向架的运动性能严重衰减，更可能危害列车的运行安全。现有高速列车转向架舱多为一体式固定舱体，雪融水在寒冷车体表面直接凝结并附着，无法有效脱离高速列车车体，严重影响高速列车在高寒地区的冬季正常运营。


技术实现要素：

3.本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种智能除冰系统及带有智能除冰系统的高速列车，有效去除高速列车转向架舱表面积冰，提高高速列车冬季降雪环境下运行平稳性与安全性。
4.为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：
5.一种智能除冰系统，包括外挂除冰装置、冰面厚度探测装置、和除冰管理装置；所述外挂除冰装置包括外挂底座，所述外挂底座为硬质壳体结构，用于安装在待除冰客体的覆冰现象高发区，使冰层凝结在外挂底座的外表面；所述外挂除冰装置、冰面厚度探测装置及除冰管理装置之间设有信号连接；所述冰面厚度探测装置用于探测外挂底座表面冰层厚度，并将探测数据传递至除冰管理装置，所述除冰管理装置可对冰面厚度探测装置的探测数据进行分析形成除冰方案，并下达除冰指令至外挂除冰装置，所述外挂除冰装置基于除冰管理装置的除冰指令执行除冰动作，以去除外挂底座表面的附着冰层。
6.作为上述方案的进一步改进：
7.所述外挂除冰装置还包括除冰元腔、驱动装置、和可动刚性除冰元；所述除冰元腔为柱形腔体结构，设有若干个，间隔分布在外挂底座的外表面；所述可动刚性除冰元为刚性柱体，位于除冰元腔内；所述驱动装置位于除冰元腔底部，与可动刚性除冰元传动连接，可驱动可动刚性除冰元沿除冰元腔的腔体方向往复运动；所述可动刚性除冰元伸出时可破除附着于外挂底座表面的凝结冰层。
8.各所述可动刚性除冰元的往复伸缩运动可通过除冰管理装置独立控制；所述除冰管理装置通过控制相应的可动刚性除冰元作往复伸缩运动执行除冰方案。
9.所述可动刚性除冰元的驱动方式为齿轮传动或液压传动或弹簧驱动。
10.所述除冰元腔周围设置有防结冰的伴热带，所述伴热带在除冰管理装置的控制下可以产生热量。
11.所述冰面厚度探测装置包括冰面厚度探测器和信号传输系统；所述冰面厚度探测器为图像传感器或声学传感器；所述信号传输系统为抗弯折信号线，用于传输冰面厚度探测器的探测数据。
12.所述除冰管理装置包括信号接收装置、除冰管理电脑和信号发送装置；所述信号接收装置用于接收冰面厚度探测装置传送的探测数据，所述除冰管理电脑可对冰层覆盖情况信息进行分析并形成除冰方案，所述信号发送装置用于传送除冰方案至外挂除冰装置，以控制相应的可动刚性除冰元作往复伸缩运动执行除冰方案。
13.一种带有智能除冰系统的高速列车，包括转向架舱和转向架，带有上述的智能除冰系统；所述外挂底座固定连接在转向架舱表面；所述冰面厚度探测装置固定连接在转向架或外挂底座上。
14.所述信号传输系统包括抗弯折信号线；当冰面厚度探测器固定连接在转向架上时，所述抗弯折信号线集成于转向架的构架内部。
15.所述外挂底座的几何外形基于转向架舱及转向架几何结构进行设计，使其不与转向架发生干涉，且背面可紧贴于转向架舱表面；所述外挂底座的外部表面为准流线型结构。
16.与现有技术相比，本发明的优点在于：
17.本发明提出了一种智能除冰系统及带有智能除冰系统的高速列车，智能除冰系统中的冰面厚度探测装置可以实时探测外挂底座表层的冰面厚度，由除冰管理装置根据冰面位置形成除冰方案，控制外挂除冰装置执行除冰方案进行除冰。将外挂除冰装置安装于待除冰客体的覆冰现象高发区表面，使覆冰现象高发区的冰层直接凝结在外挂底座表层，在除冰管理装置的控制下，经冰面厚度探测装置探测冰层凝结情况后通过外挂除冰装置进行实时除冰，自动化程度高，除冰效果好。
18.进一步将该智能除冰系统安装于高速列车车体的在转向架舱内的易积冰区域，使原本会附着于转向架舱表面的结冰转而附着在外挂底座上；进而通过冰面厚度探测装置对外挂底座表层的积冰厚度进行实时的探测，并将探测数据传输至除冰管理装置，除冰管理装置根据冰面位置形成除冰方案，控制可动刚性除冰元进行往复伸缩运动，实现在高速列车运行过程中也能实时对转向架区域的冰层覆盖情况进行监控并及时除冰，提高高速列车在高寒地区运行的平稳性与安全性。
附图说明
19.图1是本发明实施例中智能除冰系统应用于高速列车的结构示意立体图；
20.图2是本发明实施例中外挂除冰装置的结构示意立体图；
21.图3是本发明实施例中外挂除冰装置执行除冰动作的结构示意立体图；
22.图4是本发明实施例中冰面厚度探测器固定于转向架上的结构示意立体图；
23.图5是本发明实施例中除冰管理装置的工作逻辑框图。
24.图中各标号表示：
25.1、车体；11、转向架舱；12、转向架；2、外挂除冰装置；21、外挂底座；22、除冰元腔；23、可动刚性除冰元；3、冰面厚度探测装置；31、冰面厚度探测器；32、信号传输系统；4、除冰管理装置。
具体实施方式
26.以下将结合说明书附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。
27.图1至图5示出了本发明的一种用于高速列车的智能除冰系统及高速列车的一种实施例。一种用于高速列车的智能除冰系统，包括外挂除冰装置2、冰面厚度探测装置3、和除冰管理装置4；外挂除冰装置2包括外挂底座21，外挂底座21为硬质壳体结构，用于安装在待除冰客体的覆冰现象高发区，使冰层凝结在外挂底座21的外表面；外挂除冰装置2、冰面厚度探测装置3及除冰管理装置4之间设有信号连接；冰面厚度探测装置3用于探测外挂底座21表面冰层厚度，并将探测数据传递至除冰管理装置4；除冰管理装置4可对冰面厚度探测装置3的探测数据进行分析形成除冰方案，并下达除冰指令至外挂除冰装置2，外挂除冰装置2基于除冰管理装置4的除冰指令执行除冰动作，以去除外挂底座21表面的附着冰层。
28.该结构中，冰面厚度探测装置3可以探测外挂底座21表层的冰面厚度，以得到外挂底座21表层的冰面凝结情况，由除冰管理装置根据冰面位置形成除冰方案，外挂除冰装置2执行除冰方案进行除冰。将外挂除冰装置安装于覆冰现象高发区表面，使覆冰现象高发区的冰层直接凝结在外挂底座21表层，经冰面厚度探测装置3探测冰层凝结情况后通过外挂除冰装置2进行除冰，自动化程度高，除冰效果好。
29.本实施例中，外挂除冰装置2还包括除冰元腔22、驱动装置、和可动刚性除冰元23；除冰元腔22为柱形腔体结构，设有若干个，间隔分布在外挂底座21的外表面；可动刚性除冰元23为刚性柱体，位于除冰元腔22内；驱动装置位于除冰元腔22底部，与可动刚性除冰元23传动连接，可驱动可动刚性除冰元23沿除冰元腔22的腔体方向往复运动；可动刚性除冰元23伸出时可破除附着于外挂底座21表面的凝结冰层。该结构中，通过将刚性除冰元腔22布置于外挂底座21的覆冰面，可通过高密度间隔排列实现对积冰严重区域的高度覆盖。通过设置可动刚性除冰元23的往复伸缩，使可动刚性除冰元23顶破外挂底座21表层的附着冰层，实现除冰，结构简单，破冰效果好。
30.本实施例中，各可动刚性除冰元23的往复伸缩运动可通过除冰管理装置4独立控制。通过该结构，使外挂除冰装置2可形成不同除冰阵型，实现最优除冰效果。
31.本实施例中，可动刚性除冰元23的驱动方式为液压传动或齿轮传动。通过该结构，以保证驱动装置能高寒环境中正常运作。
32.本实施例中，除冰元腔22周围设置有防结冰的伴热带，伴热带在除冰管理装置4的控制下可以产生热量。该结构中，伴热带为通有电流的电阻，与除冰管理装置4电性连接，通过除冰管理装置4控制伴热带通电生热，以避免除冰元腔周围结冰，堵住腔口。
33.本实施例中，冰面厚度探测装置3包括冰面厚度探测器31和信号传输系统32；冰面厚度探测器31为图像传感器或声学传感器；信号传输系统32为抗弯折信号线，用于传输冰面厚度探测器31的探测数据。该结构中，信号传输系统32同除冰管理装置4相连接，以实现将探测到的冰层厚度信息传输至除冰管理装置4进行进一步的分析。
34.本实施例中，除冰管理装置4包括信号接收装置、除冰管理电脑和信号发送装置；信号接收装置用于接收冰面厚度探测装置3传送的探测数据，除冰管理电脑可对冰层覆盖情况信息进行分析并形成除冰方案，信号发送装置用于传送除冰方案至外挂除冰装置2，以控制相应的可动刚性除冰元23作往复伸缩运动执行除冰方案。该结构中，信号接收装置同冰面厚度探测装置3的信号传输系统32相连接，用于接收冰面厚度探测器31测得的冰层附
着数据，除冰管理电脑基于得到的数据规划出最优的除冰阵型，传输至外挂除冰装置2，控制相应的可动刚性除冰元23进行往复伸缩快速除冰。
35.一种带有智能除冰系统的高速列车，包括转向架和转向架舱，还包括上述的智能除冰系统；外挂底座21固定连接在转向架舱表面；冰面厚度探测装置3固定连接在转向架12或外挂底座21上。该结构中，通过将外挂底座21固定连接在转向架舱内的易积冰区域，使原本会附着于转向架舱表面的结冰转而附着在外挂底座21上；通过将除冰元腔22的位置布置于外挂底座21上覆冰现象高发区域，并通过高密度排列实现对积冰严重区域的高度覆盖。进而通过冰面厚度探测装置3对外挂底座表层的积冰厚度进行实时的探测，并通过信号传输系统32将冰层厚度信号传输至除冰管理装置4，除冰管理装置4的除冰管理电脑根据冰面位置形成除冰方案，将可动刚性除冰元23的动作信号传输至外挂除冰装置2，控制可动刚性除冰元23进行往复伸缩运动；可动刚性除冰元23的运动范围可根据转向架舱内空间进行独立设定，范围一般不大于50mm。实现在高速列车运行过程中也能实时对转向架舱11表面的冰层覆盖情况进行监控并及时除冰，提高高速列车在高寒地区运行的平稳性与安全性。
36.进一步，智能除冰系统的各个主要部件可采用螺栓连接固定于车体1上，外挂底座21上的螺栓孔的位置与数量可以根据车体1结构进行调整，孔径尺寸也可根据满足结构强度的所需螺栓进行调整。螺栓孔的分布需远离积冰严重区域，以提高除冰效率。
37.本实施例中，信号传输系统32包括抗弯折信号线；当冰面厚度探测器31固定连接在转向架上时，抗弯折信号线集成于转向架12的构架内部。该结构中，将抗弯折信号线集成于转向架12的构架内部，避免抗弯折信号线直接暴露于外部，降低损坏风险，有助于提高装置的结构稳定性。
38.本实施例中，外挂底座21外形基于转向架舱11及转向架12几何结构进行设计，使其不与转向架12发生干涉，且背面可紧贴于转向架舱11表面，外挂底座21的外部表面为准流线型结构。通过结构中，确保外挂底座21的结构稳定性，且降低附加结构对列车气动力的影响。
39.虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围的情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。

技术特征：
1.一种智能除冰系统，其特征在于：包括外挂除冰装置(2)、冰面厚度探测装置(3)、和除冰管理装置(4)；所述外挂除冰装置(2)包括外挂底座(21)，所述外挂底座(21)为硬质壳体结构，用于安装在待除冰客体的覆冰现象高发区，使冰层凝结在外挂底座(21)的外表面；所述外挂除冰装置(2)、冰面厚度探测装置(3)及除冰管理装置(4)之间设有信号连接；所述冰面厚度探测装置(3)用于探测外挂底座(21)表面冰层厚度，并将探测数据传递至除冰管理装置(4)；所述除冰管理装置(4)可对冰面厚度探测装置(3)的探测数据进行分析形成除冰方案，并下达除冰指令至外挂除冰装置(2)，所述外挂除冰装置(2)基于除冰管理装置(4)的除冰指令执行除冰动作，以去除外挂底座(21)表面的附着冰层。2.根据权利要求1所述的智能除冰系统，其特征在于：所述外挂除冰装置(2)还包括除冰元腔(22)、驱动装置、和可动刚性除冰元(23)；所述除冰元腔(22)为柱形腔体结构，设有若干个，间隔分布在外挂底座(21)的外表面；所述可动刚性除冰元(23)为刚性柱体，位于除冰元腔(22)内；所述驱动装置位于除冰元腔(22)底部，与可动刚性除冰元(23)传动连接，可驱动可动刚性除冰元(23)沿除冰元腔(22)的腔体方向往复伸缩运动；所述可动刚性除冰元(23)伸出时可破除附着于外挂底座(21)表面的凝结冰层。3.根据权利要求2所述的智能除冰系统，其特征在于：各所述可动刚性除冰元(23)的往复伸缩运动可通过除冰管理装置(4)独立控制；所述除冰管理装置(4)通过控制相应的可动刚性除冰元(23)作往复伸缩运动执行除冰方案。4.根据权利要求2所述的智能除冰系统，其特征在于：所述驱动装置的驱动方式为液压传动或齿轮传动。5.根据权利要求2所述的智能除冰系统，其特征在于：所述除冰元腔(22)周围设置有防结冰的伴热带，所述伴热带在除冰管理装置(4)的控制下可以产生热量。6.根据权利要求1所述的智能除冰系统，其特征在于：所述冰面厚度探测装置(3)包括冰面厚度探测器(31)和信号传输系统(32)；所述冰面厚度探测器(31)为图像传感器或声学传感器；所述信号传输系统(32)为抗弯折信号线，用于传输冰面厚度探测器(31)的探测数据。7.根据权利要求3所述的智能除冰系统，其特征在于：所述除冰管理装置(4)包括信号接收装置、除冰管理电脑和信号发送装置；所述信号接收装置用于接收冰面厚度探测装置(3)传送的探测数据，所述除冰管理电脑可对冰层覆盖情况信息进行分析并形成除冰方案，所述信号发送装置用于传送除冰方案至外挂除冰装置(2)，以控制相应的可动刚性除冰元(23)作往复伸缩运动执行除冰方案。8.一种带有智能除冰系统的高速列车，包括转向架舱(11)和转向架(12)，其特征在于：带有权利要求1至7任一项所述的智能除冰系统；所述外挂底座(21)固定连接在转向架外舱表面；所述冰面厚度探测装置(3)固定连接在转向架(12)或外挂底座(21)上。9.根据权利要求8所述的带有智能除冰系统的高速列车，其特征在于：所述信号传输系统(32)包括抗弯折信号线；当冰面厚度探测器(31)固定连接在转向架上时，所述抗弯折信号线集成于转向架(12)的构架内部。10.根据权利要求8所述的带有智能除冰系统的高速列车，其特征在于：所述外挂底座(21)的几何外形基于转向架舱(11)及转向架(12)几何结构进行设计，使其不与转向架(12)发生干涉，且背面可紧贴于转向架舱(11)表面；所述外挂底座(21)的外部表面为准流线型
结构。

技术总结
本发明公开了一种智能除冰系统及带有智能除冰系统的高速列车，智能除冰系统，包括外挂除冰装置、冰面厚度探测装置、和除冰管理装置；所述外挂除冰装置包括外挂底座，所述冰面厚度探测装置用于探测外挂底座表面冰层厚度，并将探测数据传递至除冰管理装置，所述除冰管理装置可对冰面厚度探测装置的探测数据进行分析形成除冰方案，并下达除冰指令至外挂除冰装置，所述外挂除冰装置基于除冰管理装置的除冰指令执行除冰动作，以去除外挂底座表面的附着冰层。所述高速列车带有上述的智能除冰系统，并设置在转向架区域内。智能除冰系统能实时对转向架区域的覆冰情况进行实时监测，并进行及时有效的除冰，提高高速列车在高寒地区运行的平稳性与安全性。行的平稳性与安全性。行的平稳性与安全性。


技术研发人员：王家斌 高广军 商雯斐 张洁 姜琛 王田天 张琰 于尧
受保护的技术使用者：中南大学
技术研发日：2023.02.24
技术公布日：2023/5/30