一种轨道车辆用低阻力烟囱及其控制方法与流程

本发明特别涉及一种轨道车辆用低阻力烟囱及其控制方法。

背景技术：

目前轨道交通领域对内燃柴油机的应用越来越多，如内燃动车组、内燃工车程等产品。现有的内燃柴油机废气排放主要是通过烟囱，把高温气体从车体顶部排放到大气环境中。

现有的轨道车辆烟囱一般为突出设置于车顶的圆柱形烟囱，烟囱的排烟方向兼容轨道车辆双向运行的特点，采用侧向排烟和垂直向上排烟等方案。这种既有的烟囱形式带来的主要问题有：1)突出设置于车顶的圆柱形烟囱，随着列车运行速度的增加阻力也在增加，影响列车能耗，不利于节能减排；2)高速情况下，随着气动激励的影响，容易产生气动激励噪声，影响列车运行对环境的影响；3)列车运行速度增加，烟囱出风口处的阻力增加，不利于排烟。

此外，现有技术中，为了实现防风排烟，一般是采用在烟囱上加装风向标或者尾翼(如申请号为201510833671.0、201610429929.5、201610663086.5、201921091505.8的中国专利)，从而实现根据风向主动调整烟囱排烟方向，实现背风排烟。此种排烟方向均为外力选择，属于被动换向。

在轨道交通行业运用工况中，列车运行速度大小和方向是变化的，周围的环境风也是在不断变化的，产生的合力也是在不断的脉动和变化中，因此，若利用现有的这种依靠风向标或者尾翼被动选择排烟口方向的方案，则需要不断被动调整排烟口方向，影响排烟效果和工作寿命。

技术实现要素：

本发明的目的在于，针对上述现有技术的不足，提供一种轨道车辆用低阻力烟囱及其控制方法，有利于降低阻力，便于节能减排，列车运行不易对环境产生气动激励噪声影响，且排烟方便。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

一种轨道车辆用低阻力烟囱，其结构特点是包括沿车辆长度方向为流线型的烟囱本体；所述烟囱本体内设有第一子排烟道、第二子排烟道和竖直设置的公共排烟道，所述第一子排烟道和第二子排烟道的下端均与所述公共排烟道相连通，所述第一子排烟道上端的排烟口和第二子排烟道上端的排烟口沿车辆长度方向相背布置；所述烟囱还设有可打开或关闭所述第一子排烟道的第一盖板、可打开或关闭所述第二子排烟道的第二盖板。

由于高速运行的轨道车辆速度通常比周围环境风速大，因此，本发明主要考虑车辆运行方向的空气阻力，首先，将烟囱的外形采用流线型减阻设计，降低了列车能耗，且列车运行不易对环境产生气动激励噪声影响。此外，根据轨道车辆可双向行驶的特性，在车辆运行时，主动选择排烟口与车辆行驶方向相背的子排烟道进行排烟，并关闭排烟口与车辆行驶行驶方向相同的子排烟道，在车辆行驶气流的带动下，减小了排烟的阻力，更加有利于排烟。

进一步地，还包括用于打开第一盖板的第一执行机构、用于打开第二盖板的第二执行机构，所述第一执行机构与第一盖板传动相连，所述第二执行机构与第二盖板传动相连。

进一步地，还包括电源，所述第一执行机构和第二执行机构均为电动执行机构，所述电源通过第一开关与第一执行机构的电源端电连接，所述电源通过第二开关与第二执行机构的电源端电连接。

关闭第一开关，第一执行机构得电，打开第一盖板。关闭第二开关，第二执行机构得电，打开第二盖板。关闭第一开关和第二开关，第一执行机构和第二执行机构均得电，打开第一盖板和第二盖板。

进一步地，还包括控制单元；所述控制单元：用于在车辆行驶时选择第一子排烟道、第二子排烟道之一进行排烟并控制未被选择的子排烟道对应的盖板关闭，其中，被选择的子排烟道的排烟口的方向与车辆行驶方向相背。

进一步地，所述控制单元还用于在轨道车辆控制电源得电时控制第一盖板和第二盖板打开。

进一步地，还包括用于将第一盖板复位的第一复位机构，用于将第二盖板复位的第二复位机构。

进一步地，还包括用于在打开或关闭第一盖板时起导向作用的第一导轨，用于在打开或关闭第二盖板时起导向作用的第二导轨。

作为一种优选方式，所述烟囱本体材质为隔热材料。隔热功能可以阻止烟囱热传导至车体顶盖。

基于同一个发明构思，本发明还提供了一种所述轨道车辆用低阻力烟囱的控制方法，其特点是包括：

在车辆行驶时，选择第一子排烟道、第二子排烟道之一进行排烟并关闭未被选择的子排烟道对应的盖板，其中，被选择的子排烟道的排烟口的方向与车辆行驶方向相背。

进一步地，还包括：在轨道车辆控制电源得电时，打开第一盖板和第二盖板。

与现有技术相比，本发明有利于降低阻力，便于节能减排，列车运行不易对环境产生气动激励噪声影响，且排烟方便。

附图说明

图1为本发明烟囱的机械结构示意图。

图2为本发明烟囱的电气控制原理图。

图3为本发明烟囱的控制方法流程图。

其中，1为烟囱本体，2为第一子排烟道，3为第二子排烟道，4为公共排烟道，5为第一盖板，6为第二盖板，7为第一执行机构，8为第二执行机构，9为电源，10为控制单元，s1为第一开关，s2为第二开关。

具体实施方式

如图1和图2所示，本发明所述轨道车辆用低阻力烟囱包括沿车辆长度方向为流线型的烟囱本体1；所述烟囱本体1内设有第一子排烟道2、第二子排烟道3和竖直设置的公共排烟道4，所述第一子排烟道2和第二子排烟道3的下端均与所述公共排烟道4相连通，所述第一子排烟道2上端的排烟口和第二子排烟道3上端的排烟口沿车辆长度方向相背布置；所述烟囱还设有可打开或关闭所述第一子排烟道2的第一盖板5、可打开或关闭所述第二子排烟道3的第二盖板6。

烟囱本体1安装在车顶，其外形可根据列车运行速度进行选择和优化，以求达到较优的阻力值，达到减阻效果。本发明中，烟囱本体1的流线型造型的长细比可以与轨道列车流线型头型的长细比相近。第一子排烟道2和第二子排烟道3形成双向靠背双排气口烟囱，两个排烟口的方向沿着列车运行方向前后布置。通过将烟囱双向靠背双排气口集成到流线型烟囱本体1中，实现对烟囱减阻的目的。

由于高速运行的轨道车辆速度通常比周围环境风速大，因此，本发明主要考虑车辆运行方向的空气阻力，首先，将烟囱的外形采用流线型减阻设计，降低了列车能耗，且列车运行不易对环境产生气动激励噪声影响。此外，根据轨道车辆可双向行驶的特性，在车辆运行时，主动选择排烟口与车辆行驶方向相背的子排烟道进行排烟，并关闭排烟口与车辆行驶行驶方向相同的子排烟道，在车辆行驶气流的带动下，减小了排烟的阻力，更加有利于排烟。

本发明还包括用于打开第一盖板5的第一执行机构7、用于打开第二盖板6的第二执行机构8，所述第一执行机构7与第一盖板5传动相连，所述第二执行机构8与第二盖板6传动相连。第一执行机构7和第二执行机构8可以为气动或者液动马达等，用于为第一盖板5或第二盖板6提供向下运动的动力，从而实现对应排烟口的开启或关闭。

本发明还包括电源9，所述第一执行机构7和第二执行机构8均为电动执行机构，所述电源9通过第一开关s1与第一执行机构7的电源端电连接，所述电源9通过第二开关s2与第二执行机构8的电源端电连接。关闭第一开关s1，第一执行机构7得电，打开第一盖板5。关闭第二开关s2，第二执行机构8得电，打开第二盖板6。关闭第一开关s1和第二开关s2，第一执行机构7和第二执行机构8均得电，打开第一盖板5和第二盖板6。

本发明还包括控制单元10；所述控制单元10：用于在车辆行驶时选择第一子排烟道2、第二子排烟道3之一进行排烟并控制未被选择的子排烟道对应的盖板关闭，其中，被选择的子排烟道的排烟口的方向与车辆行驶方向相背。所述控制单元10还用于在轨道车辆控制电源得电时控制第一盖板5和第二盖板6打开。本发明的控制逻辑与轨道车辆上的主控端方向手柄相关联，通过识别方向手柄信号，控制第一开关s1和/或第二开关s2闭合，即，根据方向手柄信号，开启列车尾部方向的子排烟道对应的盖板(背风侧盖板)排烟，实现向运行方向相反的方向排烟，有效减小了排烟口的背压阻力，更加有利于排烟。

控制单元10设于控制盒内，其通过识别轨道车辆方向手柄信号，通过继电器等动作机构，控制第一开关s1和第二开关s2的通断状态，从而控制第一执行机构7和/或第二执行机构8动作，最终实现将车辆尾部方向的排烟口盖板开启，将迎风口的排烟口盖板关闭，实现对排烟方向进行控制。

本发明还包括用于将第一盖板5复位的第一复位机构，用于将第二盖板6复位的第二复位机构。第一复位机构和第二复位机构可以为设置为对应盖板上部的回位弹簧等，在第一执行机构7和第二执行机构8断电时，依靠回位弹簧的拉力，将第一盖板5和第二盖板6恢复关闭状态。

本发明还包括用于在打开或关闭第一盖板5时起导向作用的第一导轨，用于在打开或关闭第二盖板6时起导向作用的第二导轨。第一盖板5固定安装在第一导轨上，第二盖板6固定安装在第二导轨上，两个盖板采用上下滑动的运动方式，实现烟囱两个排烟口的关闭和开启。

本实施例中，第一复位机构、第二复位机构、第一导轨、第二导轨均未在附图中示出，但并不影响本领域的技术人员对本发明的理解和实现。

所述烟囱本体1材质为隔热材料。隔热功能可以阻止烟囱热传导至车体顶盖。

本发明还提供了一种所述轨道车辆用低阻力烟囱的控制方法，包括：

在轨道车辆控制电源得电时，打开第一盖板5和第二盖板6。

在车辆行驶时，选择第一子排烟道2、第二子排烟道3之一进行排烟并关闭未被选择的子排烟道对应的盖板，其中，被选择的子排烟道的排烟口的方向与车辆行驶方向相背。

具体地，如图3所示：

在初始状态下，第一盖板5和第二盖板6均关闭。在车辆控制电源启动后，控制单元10得电，控制单元10控制第一开关s1和第二开关s2均闭合，第一执行机构7和第二执行机构8均得电动作，第一盖板5和第二盖板6均开启。启动牵引动力柴油机后，即可实现排烟。

在车辆启动过程中，根据车辆占用段司机给定的方向手柄信号，确定车辆运行方向信号。通过控制单元10的控制逻辑判断，在方向手柄信号为零位时，保持两个盖板的开启状态。在方向手柄信号为向前或者向后位时，控制迎风侧盖板关闭，仅保持背风侧盖板为打开状态，从而实现向运行方向尾部排烟，减小排烟阻力，提高牵引动力柴油机运行稳定性。

上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是局限性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护范围之内。

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