一种高速列车升力翼姿态调整机构

1.本发明涉及机电液一体化设备技术领域，尤其涉及一种高速列车升力翼姿态调整机构。

背景技术：

2.轮轨耦合关系影响着高速列车的运行状态，轮轨之间不断摩擦并产生损耗，使列车的动力学表现明显劣化，使用寿命因此缩短，不安全性也随之增加。减少轮轨磨耗不仅可以延长列车稳定运行时长，还可降低运维成本。
3.近几年，有研究人员提出了借助气动升力减少轮轨磨耗的新思路，通过在列车顶部安装气动升力翼，将高速运行状态的气动升力传至车体以减少簧上荷载，进而降低轮轨接触的质量荷载。车载升力翼在“地面效应”的作用下，压缩了下翼面与车顶之间的空气流，机翼下方压力升高，使得翼的升力增大而翼尖诱导阻力减小进而提高了升阻比。在列车的运行过程中，行驶速度较低时升力翼的作用较小，此时将升力翼回收至车体轮廓内以降低气动阻力；当行驶速度提高后将其升起至车体轮廓外，以一定气动阻力为代价获得较大的气动升力，并通过调整迎角获得不同大小的气动升力，最终实现簧上荷载的减少。如何在单动力源的作用下实现升力翼组件机构的回收、抬升、迎角调整等动作则成为重要的一环，而现有技术中存在诸多问题，如调整机构结构复杂、机构可靠性不佳以及功能控制不够精确。

技术实现要素：

4.本发明提供了一种高速列车升力翼姿态调整机构，解决背景技术中所述的问题。
5.一种高速列车升力翼姿态调整机构，包括：设置在列车顶部区域的机架，机架铰接有连杆，连杆的另一端铰接有横架，横架与升力翼连接；横架的端部连接有主推杆，主推杆一端铰接在主滑块上，主滑块的另一端与驱动单元连接；升力翼上还铰接有次推杆，次推杆连接有次滑块，次滑块与主滑块平行设置且与驱动单元相接；驱动单元与主滑块之间还设有刚度元件和阻尼元件。
6.采用上述技术方案的有益效果：升力翼连接在横架上，横架铰接在多根推杆上，主推杆与横架铰接，次推杆与升力翼铰接，通过驱动主推杆与次推杆可以实现升力翼的回收、抬升和迎角调整动作，完成升力翼在不同需求下的姿态调整，高速列车车载气动升力翼不仅可以降低轮轨的磨损，还具有减少轮轨黏着阻力以降低一部分能耗的优势；此外，杆件之间与升力翼的连接均是通过铰接，可靠性好，可以精确控制升力翼的姿态和位置。
7.进一步地，上述主滑块与次滑块同轴设置且两者中部轴心线上均设有通孔，通过通孔设置有驱动杆，驱动杆一端与次滑块固定连接，另一端与驱动单元连接。
8.采用上述技术方案的有益效果：同轴设置的主滑块与次滑块与驱动杆一体连接，便于通过单一的动力源驱动主滑块和次滑块进行滑动，不仅可以节约能源，而且使整个结构更加简洁，同时，与主滑块连接的主推杆、与次滑块连接的次推杆在动作上同步性较好，使升力翼的姿态调整始终在可控范围内。
次推杆；202-次滑块；203-驱动杆；301-刚度元件；302-阻尼元件；303-驱动单元；401-升力翼。
具体实施方式
36.以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
37.实施例一
38.参考图1至图9，本发明提供了一种高速列车升力翼姿态调整机构，包括：设置在列车顶部区域的机架101、连杆102、横架103、主推杆104、主滑块105、支承杆106、次推杆201、次滑块202、驱动杆203与升力翼401，机架101所在的位置低于列车的车顶，为回收存放升力翼401与调整机构提供空间；
39.机架101上销轴铰接有四根连杆102，四根连杆102的尺寸相同且呈矩形分布，连杆102的另一端铰接有横架103，横架103与连杆102形成可以绕连杆102连接点转动的架体；横架103连接在升力翼401的下方，通过架体转动带动升力翼401进行姿态和位置调整。
40.机架101上转动连接有四根支承杆106，每根支承杆106分别靠近一根连杆102，支承杆106的另一端与连杆102铰接，与连杆102、机架101合并成力的三角形结构，规范连杆102的运动轨迹，分散连杆102上所受到的承载力以及抵消机构的横向力，同时可以加强整个调整机构与列车车体的连接。
41.横架103的一端连接有主推杆104，主推杆104与横架103通过销轴铰接连接，主推杆104的另一端铰接在主滑块105上；升力翼401上还铰接有次推杆201，次推杆201连接有次滑块202，次滑块202与主滑块105均呈u型结构，主滑块105的尺寸大于次滑块202，两者同轴布置使次滑块202包含于主滑块105内，主滑块105与次滑块202的底部均开设有通孔，两个通孔在一条直线上，通过两个通孔安装有驱动杆203；驱动杆203在径向上设有台阶面结构，通过台阶面结构将次滑块202卡紧限位，防止发生相对移动，与主滑块105滑动设置，当主滑块105与驱动杆203发生相对滑动时，刚度元件301和阻尼元件302开始作用；在远离主滑块105一侧的驱动杆203上设置有刚度元件301与阻尼元件302，同时在驱动杆203该侧的端面上连接有驱动单元303，通过驱动单元303推拉主滑块105、次滑块202做往复运动；机架101上设有导向座，导向座上设置有导向孔，主滑块105与次滑块202穿过导向孔做往复直线运动，限制主滑块105与次滑块202的动作范围，有利于精准控制升力翼401的位置和姿态。
42.刚度元件301与阻尼元件302均设置在驱动杆203台阶面上，刚度元件301、阻尼元件302的轴心线与驱动杆203的轴心线平行，刚度元件301安装在驱动杆203上时进行压缩预载，通过刚度元件301的弹性力压紧主滑块105，防止主滑块105在台阶面上晃动；利用阻尼元件302的阻尼消耗掉车载升力翼401接收并传递的振动。
43.刚度元件301包括螺旋弹簧、蝶形弹簧、可压缩弹性材料块。
44.阻尼元件302包括液压阻尼杆、电流变阻尼器、磁流变阻尼器、摩擦阻尼器、变阻尼气弹簧、涡流变阻尼器。
45.驱动单元303用于驱动驱动杆203做直线运动，包括液压缸、电动丝杆。驱动单元303上设有常闭锁紧装置，当升力翼401处于抬升状态时常闭锁紧装置用于定位驱动杆203和调整机构，常闭锁紧装置为现有技术，其基本作用原理为：装置在预载储存的机械能作用
下长时间夹紧，在需要时额外输入作用力解除夹紧，撤销作用力后继续恢复结构之间接触的夹紧作用，工程机械上常用的有液压常闭夹紧装置，铁道行业常用的常闭式刹车。
46.实施例二
47.参考图10，机架101上呈矩形布置的四根连杆102，其中相邻两根连杆102交叉设置，交叉点在连杆102的中部，两根连杆102通过销轴铰接连接，形成剪叉形状，调整机构的其余部件与布置、连接方式均和实施例一中相同。
48.实施例三
49.参考图11，将主滑块105、次滑块202设置在升力翼401的下侧，同时将驱动单元303设置在次滑块202的u型腔内，其余结构与布置、连接方式均和实施例一中相同，该布置形式可以进一步缩减整个机构的所占空间，使机构紧凑。与实施例一中的布置形式相比，该布置形式是将主滑块105、次滑块202反向连接在推杆上。
50.以实施例一为例，本发明升力翼机构的工作过程参考图8：
51.(a)在升力翼401为回收状态时，驱动单元303位于最外侧，驱动单元303被常闭锁紧装置锁定在相对于机架101确定的位置，升力翼401在整体机构确定的相对位置连接关系的作用下被收回至车顶以下。
52.(b)驱动单元303的常闭锁紧装置打开，驱动单元303将驱动力作用在驱动杆203上，推动主滑块105和次滑块202向左运动，此时连杆102绕机架101上的销轴连接点旋转，实现横架103和升力翼401的抬升动作，直至主滑块105与机架101上限位结构(止挡)接触而停止运动。同时，由于主推杆104和次推杆201之间的相对角度变化，升力翼401的底面水平线随机构运动成为负迎角的姿态。
53.(c)驱动单元303的常闭锁紧装置打开，主滑块105因与机架101上限位机构(止挡)接触而停止运动，此时连杆102和横架103的位置固定。驱动单元303继续向左施加推力，驱动杆203压缩刚度元件301和阻尼元件302，推动次滑块202向左运动，一定距离后调整升力翼401至水平姿态(即0迎角)。
54.(d)驱动单元303的常闭锁紧装置打开，主滑块105因与机架101上限位机构(止挡)接触而停止运动，此时连杆102和横架103的位置固定。驱动单元303进一步向左施加推力，驱动杆203压缩刚度元件301和阻尼元件302，推动次滑块202向左运动，此时升力翼401姿态为正迎角并且其角度随驱动杆203推动逐渐变大，直至到达需要的角度停止运动，此时驱动单元303的常闭锁紧装置锁定驱动单元303，使驱动单元303与机架101的相对位置固定，整体机构位置固定。同时，通过阻尼元件302中的阻尼耗材消耗掉升力翼401因受到非定常风载而传到机构中的振动能量，降低机构振动。
55.以上所述仅为本发明的较优实施例，该实施例不代表本发明的所有可能形式，本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种变形与改进，这些变形与改进仍然在本发明的保护范围内。

技术特征：

1.一种高速列车升力翼姿态调整机构，包括设置在列车顶部区域的机架(101)，其特征在于，所述机架(101)铰接有连杆(102)，所述连杆(102)的另一端铰接有横架(103)，所述横架(103)与升力翼(401)连接；所述横架(103)的端部连接有主推杆(104)，所述主推杆(104)一端铰接在主滑块(105)上，所述主滑块(105)的另一端与驱动单元(303)连接；所述升力翼(401)上还铰接有次推杆(201)，所述次推杆(201)连接有次滑块(202)，所述次滑块(202)与所述主滑块(105)平行设置且与所述驱动单元(303)相接；所述驱动单元(303)与所述主滑块(105)之间还设有刚度元件(301)和阻尼元件(302)。2.根据权利要求1所述的高速列车升力翼姿态调整机构，其特征在于：所述主滑块(105)与所述次滑块(202)同轴设置且两者中部轴心线上均设有通孔，通过所述通孔设置有驱动杆(203)，所述驱动杆(203)一端与所述次滑块(202)固定连接，另一端与所述驱动单元(303)连接。3.根据权利要求2所述的高速列车升力翼姿态调整机构，其特征在于：所述驱动杆(203)的一端设有台阶面，通过所述台阶面与所述次滑块(202)限位卡接且与主滑块(105)滑动设置；所述刚度元件(301)与所述阻尼元件(302)设置在所述主滑块(105)外侧的驱动杆(203)台阶面上且两者轴线平行。4.根据权利要求1所述的高速列车升力翼姿态调整机构，其特征在于：所述机架(101)上设有导向座，所述主滑块(105)与所述次滑块(202)穿过所述导向座做往复直线运动。5.根据权利要求1所述的高速列车升力翼姿态调整机构，其特征在于：所述机架(101)上转动设置有支承杆(106)，所述支承杆(106)的另一端与所述连杆(102)铰接。6.根据权利要求1所述的高速列车升力翼姿态调整机构，其特征在于：所述升力翼(401)下方的连杆(102)均尺寸相同且平行设置。7.根据权利要求1所述的高速列车升力翼姿态调整机构，其特征在于：两根相邻所述连杆(102)之间交叉转动连接。8.根据权利要求1所述的高速列车升力翼姿态调整机构，其特征在于：所述刚度元件(301)包括螺旋弹簧、蝶形弹簧、可压缩弹性材料块。9.根据权利要求1所述的高速列车升力翼姿态调整机构，其特征在于：所述阻尼元件(302)包括液压阻尼杆、电流变阻尼器、磁流变阻尼器、摩擦阻尼器、变阻尼气弹簧、涡流变阻尼器。10.根据权利要求1至9任一项所述的高速列车升力翼姿态调整机构，其特征在于：所述驱动单元(303)包括液压缸、电动丝杆。

技术总结

本发明涉及机电液一体化设备技术领域，公开了一种高速列车升力翼姿态调整机构，包括：设置在列车顶部区域的机架，机架铰接有连杆，连杆的另一端铰接有横架，横架与升力翼连接；横架的端部连接有主推杆，主推杆一端铰接在主滑块上，主滑块的另一端与驱动单元连接；升力翼上还铰接有次推杆，次推杆连接有次滑块，次滑块与主滑块平行设置且与驱动单元相接。该姿态调整机构在单一动力源的作用下，具有较高的可靠性和精确的控制能力来实现高速列车车载气动升力翼的回收、抬升、迎角调整等姿态变化，可有效降低轮轨之间的磨损，同时可以减少轮轨黏着阻力以降低运行能耗；同时，该机构结构简单，动力源单一，易于实现轻量化、高刚性和节能设计。设计。设计。