[发明专利]一种列车制动能量存储与利用的方法及其装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种列车制动的方法及其装置，特别涉及一种列车制动能量的存储与利用技术。

背景技术

在科学和经济的飞速发展，人们生活水平不断提高，轨道交通已成为重要的交通工具。列车质量大，运行速度快，当它们制动时需要很大的制动能量。 

再生制动是目前能够实现制动能量回收的制动方式。把电动机械无用的或不需要的或有害的惯性转动产生的动能转化为电能，并回馈电网，同时产生制动力矩，使电动机械快速停止无用的惯性转动。电动机械是一个电能转化为机械能的带有运动部件的装置，常见为旋转运动，例如电动机。而这个转化过程常见的是通过电磁场的能量变化来传递能量和转化能量的，从更直观的力学角度来讲，是磁场大小的变化。电动机接通电源，产生电流，构建了磁场。交变的电流产生了交变的磁场，当绕组们在物理空间上呈一定角度布置时，将产生圆形旋转磁场。运动是相对的，等于该磁场被其空间作用范围内的导体进行了切割，于是导体两端建立了感应电动势，通过导体本身和连接部件，构成了回路，产生了电流，形成了一个载流导体，该载流导体在旋转磁场中将受到力的作用，这个力最终成为电动机输出的扭矩中的力。当切除电源时，电动机惯性转动，此时通过电路切换，往转子中提供相比而言功率较小的励磁电源，产生磁场，该磁场通过转子的物理旋转，切割定子的绕组，定子于是感应出电动势，此电动势通过电力装置接入电网，即为能量回馈。同时转子受力减速，此为制动。电再生制动是把电动机转变成发电机使用，把车辆的动能转变成电能。转化得到的电能会储存起来或透过电网送走，再生循环使用。这种制动方式已经达到了回收制动能量的目的，实现了节能环保的社会理念，已被用到各类电动列车上。

然而，这种制动方式存在着转化效率低的不足，一般的再生制动只会把约百分之三十的动能再生使用，其余的动能还是成为热；技术含量要求高；需要建造体积庞大的储能装置；且这种制动方式只能局限于电力驱动的交通工具。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术存在的不足，提供一种结构简单、成本低廉、运行灵活可靠、节能高效的列车制动能量存储与利用的方法及其装置。

本发明的技术方案是提供一种列车制动能量存储与利用的方法，包括如下步骤的操作：

1、机车运行时，两个高速直齿圆柱齿轮与两个一级减速直齿圆柱齿轮分别齿合在一起；所述的两个高速直齿圆柱齿轮固定在机车轮轴上，两个一级减速直齿圆柱齿轮和两个二级高速直齿圆柱齿轮分别固定在一级减速轴上，一级减速轴固定于车身上，两个二级高速直齿圆柱齿轮与两个滑动直齿圆柱齿轮分别处于分离状态；所述的两个滑动直齿圆柱齿轮分别固定在两根滑动轴上；两根滑动轴对称固定于车身的两侧，在两根滑动轴的中间通过直线轴承与滑动轴支撑座将它们连接，每个滑动轴上分别固定一个滑动锥齿轮和一个滑动直齿圆柱齿轮；

2、机车刹车时，拨动扳手带动滑动轴轴向滑动，在引齿作用下，滑动直齿圆柱齿轮与二级高速直齿圆柱齿轮啮合，实现二级减速；滑动锥齿轮和固定锥齿轮齿合，实现三级减速； 所述的固定锥齿轮与一个直齿圆柱齿轮同轴固定于齿轮齿条轴上，齿轮齿条轴与车身固定；

3、固定于齿轮齿条轴上的直齿圆柱齿轮与齿条齿合，固定锥齿轮带动齿条向弹簧的压缩方向移动，压缩后的弹簧实现能量储存； 

4、机车启动时，拨动扳手至原位，带动滑动轴轴向滑动，被压缩的弹簧释放弹性势能，推动齿条反向运动，齿条带动与之啮合的直齿圆柱齿轮反转，固定锥齿轮带动滑动轴上的滑动锥齿和滑动直齿圆柱齿轮旋转，传递至机车轮轴，机车获得初始启动动能。

实现上述列车制动能量存储与利用方法的一种装置，包括第一级减速系统、第二级减速系统、第三级减速系统和能量储存系统；

所述的第一级减速系统的结构为：两个高速直齿圆柱齿轮固定在机车轮轴上，两个一级减速直齿圆柱齿轮固定在一级减速轴上，一级减速轴固定于车身上；

所述的第二级减速系统的结构为：两根滑动轴对称固定于车身的两侧，在两根滑动轴的中间通过直线轴承与滑动轴支撑座将它们连接；二级高速直齿圆柱齿轮固定在一级减速轴上；滑动轴上分别固定滑动锥齿轮、滑动直齿圆柱齿轮，扳手控制滑动轴实现轴向平动；

所述的第三级减速系统的结构为：滑动锥齿轮固定在滑动轴上，固定锥齿轮、直齿圆柱齿轮固定于齿轮齿条轴上；齿轮齿条轴与车身固定，滑动锥齿轮与固定锥齿轮的锥齿倾角之和为90度； 

所述的能量储存系统的结构为：固定于齿轮齿条轴上的直齿圆柱齿轮与齿条啮合，齿条的一端固定在弹簧挡板上，弹簧挡板与弹簧固定。