一种高铁车厢车轴
阅读说明：本技术 一种高铁车厢车轴 (High-speed railway carriage axle ) 是由 吴文兵 何氢玲 向尚林 李立群 张昕 刘向东 王佳伟 杨鑫怡 周建强 于 2020-12-09 设计创作，主要内容包括：本发明涉及列车部件技术领域,具体涉及一种高铁车厢车轴；本发明包括轴体、控温组件、电动气囊和热感应变色圈层,轴体沿其中轴线方向贯穿有第一圆槽,轴体以其中轴线为对称轴对称地贯穿有一组第二圆槽,控温组件包括驱动组件和温度传感器,驱动组件包括数量、型号和形状均相同的冷却式半导体制冷装置和加热式半导体制冷装置,轴体两端的端部均设有电动气囊,轴体外侧壁沿其中轴线方向上均匀地包覆有若干个热感应变色圈层,热感应变色圈层包括沿其圆边方向一组临界温度逐渐增大且圆心角相等的热感应变色层块；本发明能够有效地解决现有技术存在检测难度较高和不具备动态控温能力等问题。(The invention relates to the technical field of train components, in particular to a high-speed rail carriage axle; the temperature control device comprises a shaft body, a temperature control assembly, an electric air bag and a heat-sensitive color-changing ring layer, wherein a first circular groove penetrates through the shaft body along the central axis direction of the shaft body, a group of second circular grooves symmetrically penetrate through the shaft body by taking the central axis of the shaft body as a symmetry axis, the temperature control assembly comprises a driving assembly and a temperature sensor, the driving assembly comprises a cooling type semiconductor refrigerating device and a heating type semiconductor refrigerating device which are identical in quantity, type and shape, the electric air bag is arranged at the end parts of two ends of the shaft body, the outer side wall of the shaft body is uniformly coated with a plurality of heat-sensitive color-changing ring layers along the central axis direction of the shaft body, and each heat-sensitive color-changing ring layer comprises a group of heat-sensitive color-changing layer blocks which; the invention can effectively solve the problems of higher detection difficulty, no dynamic temperature control capability and the like in the prior art.)
技术领域
本发明涉及列车部件技术领域，具体涉及一种高铁车厢车轴。
背景技术
高速行驶的列车在行驶过程中常因列车车轴的温度过高而造成 列车破损、列车故障，严重时甚至造成重大的列车出轨事故。因此为了避免列车事故，会在铁路沿线设有车检维修所，大量的铁路工人以 手工的办法来检测列车车轴的状态，但随着国家铁路的不断提速，列 车技术的不断更新，传统的检测办法需要大量的铁路工人检测列车车 轴的状态，需要大量人力物力，相应的提高了人工成本。
为了降低人工成本，目前还常使用红外探测的方式测量列车车轴 的温度，即在铁路沿线按照一定的距离间隔安装红外线探头，以此对 经过的列车车轴温度进行检测，但如此设置，红外线探头暴露在外比 较容易破坏，需要大量的检测人员对红外探头进行维护，并且列车只 有在经过安装了红外线探头的线路才能被检测，不能保证列车的车轴 可以随时进行检测。
在申请号为：CN201320355690.3的专利文件中公开了一种列车及车轴的检测装置，车轴的检测装置包括用于检测车轴温度的温度传感器；转子段，其包括固定套设于列车车轴上的绝缘架和多个信号环，且所述绝缘架外部设置有多个沿车轴的轴向排布的绝缘片，每两个绝缘片之间形成用于固定设置所述信号环的容纳槽，所述信号环通过导线与温度传感器通信连接；套设于所述转子段外侧并与其转动连接的定子段，其包括外壳和多个一端固定于所述外壳内侧，另一端与所述信号环抵接的电刷线。该列车车轴的检测装置的结构设计可以既降低人工成本又随时对列车的车轴进行检测。
但是，其仍存在以下不足：
第一，检测难度较高，因为检测人员仍需要通过相应的电子器件来读取传感器的检测数值，而不能直接快速地判断出车轴的温度；
第二，不具备动态控温能力，因为其只具备对车轴温度的检测能力，而不具备对车轴进行有效控温的能力。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，解决上述背景技术中提出的问题。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：一种高铁车厢车轴，包括轴体、控温组件、电动气囊和热感应变色圈层；
所述轴体沿其中轴线方向贯穿有第一圆槽，所述轴体以其中轴线为对称轴对称地贯穿有一组第二圆槽，所述第一圆槽、第二圆槽内侧壁靠近轴体端部的位置处均设有辅助组件；
所述控温组件包括驱动组件和温度传感器，所述驱动组件包括数量、型号和形状均相同的冷却式半导体制冷装置和加热式半导体制冷装置，所述冷却式半导体制冷装置和加热式半导体制冷装置以等间距圆周阵列且相互交叉的方式的分布，所述控温组件中的温度传感器同样呈等间距圆周阵列的方式分布，所述第一圆槽和第二圆槽的内壁沿各自中轴线方向均对称地设有一组控温组件；
所述轴体两端的端部均设有电动气囊，所述电动气囊上均贯穿有与第一圆槽、第二圆槽匹配且对应的第一通气槽、第二通气槽，所述电动气囊完全充气膨胀后呈凸出式的穹顶状，所述电动气囊完全泄气后呈圆柱状；
所述轴体外侧壁沿其中轴线方向上均匀地包覆有若干个热感应变色圈层，所述热感应变色圈层包括沿其圆边方向一组临界温度逐渐增大且圆心角相等的热感应变色层块；
所述冷却式半导体制冷装置、加热式半导体制冷装置和电动气囊均由外部电源供电且由车载控制室控制。
优选的，所述第一圆槽、第二圆槽靠近轴体端部的内侧壁上分别开设有第一环形凹槽、第二环形凹槽。
优选的，所述辅助组件包括与第一安装管、第二安装管和双向轴流螺旋桨，所述第一环形凹槽、第二环形凹槽中分别固定设有与之匹配且同轴的第一安装管、第二安装管，所述第一安装管和第二安装管中均设有与其同轴的双向轴流螺旋桨，所述第一安装管的内环半径尺寸大于等于第一圆槽的槽口半径尺寸，所述第二安装管的内环半径尺寸大于等于第二圆槽的槽口半径尺寸。
优选的，所述第一安装管和第二安装管的管口均设有与之匹配的风挡。
优选的，所述冷却式半导体制冷装置、加热式半导体制冷装置和温度传感器的外环侧壁上均设有与之匹配的导热绝缘层。
优选的，所述电动气囊的内部均设有与轴体端部形状匹配的塑形管。
优选的，所述热感应变色层块处于临界温度以下呈现的颜色均处于冷色域，所述热感应变色层块处于临界温度以上呈现的颜色均处于暖色域。
优选的，所述热感应变色层块处于临界温度以下所呈的颜色均相同，所述热感应变色层块处于临界温度以上时所呈颜色的深度随着其临界温度等级的递增而依次递增。
优选的，所述热感应变色圈层的数量为一圈热感应变色圈层中所包含热感应变色层块数量的正整数倍，所述轴体外侧壁上的热感应变色圈层以轴体中轴线为对称轴同方向等差式地偏转相同的角度。
优选的，所述热感应变色层块的外表面上都均匀地分布有纳米凸起。
与现有技术相比，本发明的优点和积极效果在于，
1、本发明中通过增加轴体外侧壁沿其中轴线方向上均匀地包覆有若干个热感应变色圈层，热感应变色圈层包括沿其圆边方向一组临界温度逐渐增大且圆心角相等的热感应变色层块，热感应变色层块处于临界温度以下呈现的颜色均处于冷色域，热感应变色层块处于临界温度以上呈现的颜色均处于暖色域，热感应变色层块处于临界温度以下所呈的颜色均相同，热感应变色层块处于临界温度以上时所呈颜色的深度随着其临界温度等级的递增而依次递增，热感应变色圈层的数量为一圈热感应变色圈层中所包含热感应变色层块数量的正整数倍，轴体外侧壁上的热感应变色圈层以轴体中轴线为对称轴同方向等差式地偏转相同的角度的设计；这样检测人员便可以根据热感应变色层块显示的颜色以及颜色的深度不同，直接通过肉眼观察的方式直接快速地了解车轴的实际温度；达到有效地的方便检修人员对车轴温度检测的效果。
2、本发明中通过增加轴体沿其中轴线方向贯穿有第一圆槽，轴体以其中轴线为对称轴对称地贯穿有一组第二圆槽，控温组件包括驱动组件和温度传感器，驱动组件包括数量、型号和形状均相同的冷却式半导体制冷装置和加热式半导体制冷装置，冷却式半导体制冷装置和加热式半导体制冷装置以等间距圆周阵列且相互交叉的方式的分布，控温组件中的温度传感器同样呈等间距圆周阵列的方式分布，第一圆槽和第二圆槽的内壁沿各自中轴线方向均对称地设有一组控温组件，轴体两端的端部均设有电动气囊，电动气囊上均贯穿有与第一圆槽、第二圆槽匹配且对应的第一通气槽、第二通气槽，电动气囊完全充气膨胀后呈凸出式的穹顶状，电动气囊完全泄气后呈圆柱状的设计；这样列车驾驶员便可以通过车载控制室实时了解车轴各个部位的温度，以及通过控温组件和电动气囊的配合来实现车载控制室对车轴的自动控温；达到有效地令本发明产品同时具备对车轴实时测温和控温能力的效果。
附图说明
图1为本发明第一视角下的直观图；
图2为本发明第一视角下轴体与电动气囊的爆炸视图；
图3为本发明电动气囊的剖视直观图；
图4为本发明第二视角下轴体经过第一种剖视后与热感应变色圈层的部分爆炸视图；
图5为本发明的热感应变色圈层的直观图；
图6为本发明的轴体去除其内部控温组件和辅助组件后的剖视截面图；
图7为本发明第三视角下轴体经过第二种剖视后与其内部的控温组件、辅助组件的爆炸视图；
图8为本发明的第四视角下的辅助组件中第一安装管及其内部双向轴流螺旋桨的爆炸视图；
图9为本发明轴体去除外侧壁的所有热感应变色圈层后的剖视截面图；
图10为图5中A区域的放大图；
图11为图7中B区域的放大图；
图12为图7中C区域的放大图；
图13为图7中D区域的放大图；
图14为图9中E区域的放大图；
图15中表格为本发明的轴体在不同环境温度、不同时速下运行时车轴温度与指定温度之间的差值。
图例说明：
1-轴体；2-电动气囊；3-热感应变色圈层；4-第一圆槽；5-第二圆槽；6-纳米凸起；7-温度传感器；8-冷却式半导体制冷装置；9-加热式半导体制冷装置；10-第一通气槽；11-第二通气槽；12-热感应变色层块；13-第一环形凹槽；14-第二环形凹槽；15-第一安装管；16-第二安装管；17-双向轴流螺旋桨；18-风挡；19-导热绝缘层；20-塑形管。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明并不限于下面公开说明书的具体实施例的限制。
本实施例的一种高铁车厢车轴，参照图1-15：包括轴体1、控温组件、电动气囊2和热感应变色圈层3。
轴体1沿其中轴线方向贯穿有第一圆槽4，轴体1以其中轴线为对称轴对称地贯穿有一组第二圆槽5，第一圆槽4、第二圆槽5内侧壁靠近轴体1端部的位置处均设有辅助组件。
控温组件包括驱动组件和温度传感器7，驱动组件包括数量、型号和形状均相同的冷却式半导体制冷装置8和加热式半导体制冷装置9，冷却式半导体制冷装置8和加热式半导体制冷装置9以等间距圆周阵列且相互交叉的方式的分布，控温组件中的温度传感器7同样呈等间距圆周阵列的方式分布，第一圆槽4和第二圆槽5的内壁沿各自中轴线方向均对称地设有一组控温组件。
轴体1两端的端部均设有电动气囊2，电动气囊2上均贯穿有与第一圆槽4、第二圆槽5匹配且对应的第一通气槽10、第二通气槽11，电动气囊2完全充气膨胀后呈凸出式的穹顶状，电动气囊2完全泄气后呈圆柱状；其中，两个电动气囊2分别独立控制，并且同一时间下有且只有一个电动气囊2处于工作状态。
轴体1外侧壁沿其中轴线方向上均匀地包覆有若干个热感应变色圈层3，热感应变色圈层3包括沿其圆边方向一组临界温度逐渐增大且圆心角相等的热感应变色层块12。
冷却式半导体制冷装置8、加热式半导体制冷装置9和电动气囊2均由外部电源供电且由车载控制室控制。
第一圆槽4、第二圆槽5靠近轴体1端部的内侧壁上分别开设有第一环形凹槽13、第二环形凹槽14。
辅助组件包括与第一安装管15、第二安装管16和双向轴流螺旋桨17，第一环形凹槽13、第二环形凹槽14中分别固定设有与之匹配且同轴的第一安装管15、第二安装管16，第一安装管15和第二安装管16中均设有与其同轴的双向轴流螺旋桨17，第一安装管15的内环半径尺寸大于等于第一圆槽4的槽口半径尺寸，第二安装管16的内环半径尺寸大于等于第二圆槽5的槽口半径尺寸，在本实施例中，第一安装管15、第二安装管16的内环半径尺寸分别等于第一圆槽4、第二圆槽5的槽口半径尺寸。
第一安装管15和第二安装管16的管口均设有与之匹配的风挡18。
冷却式半导体制冷装置8、加热式半导体制冷装置9和温度传感器7的外环侧壁上均设有与之匹配的导热绝缘层19，这样可以避免轴体1上的电流对冷却式半导体制冷装置8、加热式半导体制冷装置9和温度传感器7造成干扰或损坏。
电动气囊2的内部均设有与轴体1端部形状匹配的塑形管20，这样可以保证电动气囊2的在完全泄气后保持标准的圆柱状。
热感应变色层块12处于临界温度以下呈现的颜色均处于冷色域，热感应变色层块12处于临界温度以上呈现的颜色均处于暖色域。
热感应变色层块12处于临界温度以下所呈的颜色均相同，在本实施例中热感应变色层块12处于临界温度以下时均呈灰色，热感应变色层块12处于临界温度以上时所呈颜色的深度随着其临界温度等级的递增而依次递增，在本实施例中，热感应变色层块12处于临界温度以上时所呈颜色均属于红色。
热感应变色圈层3的数量为一圈热感应变色圈层3中所包含热感应变色层块12数量的正整数倍，轴体1外侧壁上的热感应变色圈层3以轴体1中轴线为对称轴同方向等差式地偏转相同的角度（在本实施例中，该角度等于单个热感应变色层块12圆心角的弧度值）。
热感应变色层块12的外表面上都均匀地分布有纳米凸起6，这样可以使得轴体1的外侧表面具有更好地可清洁性（这里运用了仿生学原理，具体的与荷叶表面不易粘尘的原理相同）。
其工作原理：
控温组件的工作过程：
第一步，车载控制室通过温度传感器7实时监测轴体1的温度；
第二步，当车载控制室检测到车轴的温度较高时，车载控制室指令冷却式半导体制冷装置8工作（加热式半导体制冷装置9均处于待机状态）来对轴体1进行冷却；
同时，车载控制室指令轴体1一端的电动气囊2完全充气膨胀至呈穹顶状（轴体1另一端的电动气囊2保持完全泄气的状态，即圆柱状），这样在列车前进的过程中，轴体1两端由于经过的空气流速不同（伯努利原理），从而使得外界空气穿过第一圆槽4、第二圆槽5，从而将冷却式半导体制冷装置8热端散发的热量带走，其中，辅助组件用于将穿过第一圆槽4、第二圆槽5的气流更好地将冷却式半导体制冷装置8热端释放的热量被带出；
值得注意的是，车载控制室下一次指令冷却式半导体制冷装置8工作来对轴体1进行冷却，车载控制室将指令上一次冷却过程中保持完全泄气状态的电动气囊2完全充气膨胀至呈穹顶状，即车载控制室指令电动气囊2的工作顺序是交叉式的；
第三步，当车载控制室检测到车轴的温度较低时，车载控制室指令加热式半导体制冷装置9工作（冷却式半导体制冷装置8均处于待机状态）来对轴体1进行加热；
值得注意的是，该过程中车载控制室指令轴体1两端的电动气囊2均保持完全泄气的状态。
值得注意的是，图15中的数据均是在轴体稳定运行至少30分钟后所测量的值。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例应用于其它领域，但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。