[发明专利]列车轮对踏面热辐射温差发电机

说明书

技术领域

本发明涉及一种温差发电装置，特别是列车轮对踏面热辐射温差发电机。

背景技术

《综合交通网中长期发展规划》和《中长期铁路网发展规划》的实施我国铁路实现了跨越发展，除客运列车外，我国目前拥有65万辆货运列车，到2015年将增加至75万辆，然而，在高速发展的过程一些落后环节凸显出发展中的瓶颈，列车的关键部件，制动技术已经成为万吨以上的重大编组货车的关键制约，现有的制动技术已经无法正常的在全路系统推广万吨级编组运行及提速。

国外一些发达国家现有的货运列车制动技术是采用电控空气制动系统，通过电信号控制单节列车空气制动装置，使长、大编组重载列车组每一单节车辆同步制动，这种技术可以有效解决重载货运列车的纵向惯性冲撞，是发展重载大运量货运技术的前沿技术之一。这种技术在北美、澳洲等已经十分普遍采用称之为ECP(Electronically Controlled Pneumatic)。

ECP主要包括两种类型：一种是有线缆接方式简称ECP—L，通过贯通列车全长的电缆（称之为列车总线）传递制动信号及反馈制动信息。这种类型的技术仅适用货运专线运输，必须在列车固定编组条件下使用这种技术，因为线缆将列车已经固定连接，无法随机拆零重编组。

另一种是无线同步控制方式简称ECP—C，利用编组车辆相邻间的专用配套的车载无线通信装置，通过无线接接口收和发送系统发送制动信息和反馈制动执行信息。这种技术也只适合用于货运专线运输，也需要列车固定编组，因为它采用的一对一相邻无线接口。

第三种ECP技术称之ECP—R，是通过一种无线专用网络，将制动信号发送给编组各车辆并在网络中可实时监控制动信号的执行情况。

第一种技术由于有线传送信号，其执行机构的供电也可以通过有线传输，第二种、第三种技术属于无线通信技术，由于货运车辆不具有电力装置，所以车辆的信号装置的供电就需要专门供电电路，显然，一旦布上供电线路，随机编组的意义就不复存在了，因此需要一种车辆自给电源系统这些信号装置才能工作。车辆的自给电源无非两种途径，一是每一节货运列车配置蓄电池，另一种是每一节货运列车配置发电机，无论是采用那种方式都必须选取重量轻、体积小、可靠性好、安全性好、节约能源和环保。

实现列车自给电源有以下几种途径；

1、利用列车高速运行时的相对气流驱动风力发电；

2、利用列车高速运行时与路轨的相对运动驱动摩擦旋转励磁技术发电；

3、利用列车高速运行时轮对踏面与轮轨摩擦形成踏面高温温差发电；

研究表明，车轮表面上的一点,在车轮旋转一圈的过程中受到一次热冲击,而且车辆速度越高,热冲击的频率越高，车轮踏面被不同接触点轮流输人摩擦热量就越多。

4、利用列车高速运行时的相对气流作用于冷却的能量转换技术。

虽然摩擦热热冲击后轮对迅速离开轨道与环境空气的“冷却”效应存在，但是，散热的速度显然比再加热要慢,而且车辆速度越高,受到前一次摩擦热的热量蓄积就越大,“冷却”越加困难。持续温升的叠加后,轮对踏面的温度升高至一定的温度值，最后需要满足轮对踏面与对环境空气对流散热达到平衡，持续温升的叠加效应与环境空气的对流“冷却”效应会维持一个稳态。

二维稳态分析表明,在350km/h的车辆速度和10%的滑滚比情况下,车轮表面最高温度可达到800℃，研究结果表明,列车在牵引/制动，这样的滑动分量很大的情况下,轮轨接触温升会达到一个可观的数值；在正常运转时,随着车辆速度的提高,其绝对滑动速度也大大提高[裴有福，等.轮轨接触温升的有限元分析[J].中国铁道科学,1996,17（4）:48-58]。

不同制动工况下，机车车轮踏面的最高温度分析研究表明：20吨至22.5吨，速度130～160Km/h，列车车轮踏面温度332.5～480℃[虞丽娟.机车车轮瞬态温度场的有限元研究[J]．铁道学报，1993,15（3）:11-16]。

孙琼研究表明，列车高速(250km/h)和高蠕滑率(10%)的情况下,最高接触温度高达1102℃和1030℃[孙琼,等.轮轨接触温升及其数值分析研究[J].中国铁道科学,1997,18（4）:14-24]。

上述研究表明，选择利用列车高速运行时轮对踏面与轮轨摩擦形成踏面高温温差发电，无需增加列车任何载荷，属于纯粹废热利用。