能发电的火车多功能车厢技术领域
本发明涉及一种火车车厢，它和传统的火车车厢具有本质上的区别，它是一种具
有，发电，节能，刹车，功能的车厢，对提高火车运输效率增加经济效益有重大作用。
背景技术
火车再生制动技术在火车的刹车中已经被广泛应用，它最大的优势是能够把火车
在坡度路面行驶时产生的势能转化成电能，然后通过输电线反馈给电网。
由于我国东西部之间有超过5000米以上的巨大落差，随着铁路建设的不断发展，
铁路坡度路面的里程会越来越长，这将会成为一个巨大的可再生能源，如果我们通过再生
制动技术，把火车在大坡度路面产生的势能全部转化成电能，国家每年将会获得大量电能。
火车在大坡度路面行驶时会产生自动加速，例如在20‰的大坡度路面上(1秒就会
自动加速0，69公里)，这给火车的安全行驶造成了重大隐患，可是采用再生制动技术后，列
车就能以高速度，满负荷，在长大下坡道上安全恒速运行.可是这样的刹车方式存在一个缺
陷，就是在雨天雪天，道路结冰等恶天气时，车轮和轨道会出现滑湿，如果牵引电动机功率
过大，转化成发电机后制动力就会过大，在这种情况下进行再生制动时，车轮会产生滑行和
蠕动，长期工作后车轮会变成多边型造成机车走行时产生震动，导致齿轮箱，油压减震器等
部件过早损坏。
发明内容
在我国西南西北地区铁路坡度路面非常多占85％以上，其中坡度在10‰-20‰，长
度在几十公里上百公里的有很多，由于火车在大坡度长距离下坡路面上行驶时，必须要减
速和降低牵引重量，因此成了火车在大坡度路面上提高火车速度增加运输能力的瓶颈，还
有在火车的运行中如果出现长距离大坡度路面时必须要进行连续的循环制动，由于连续制
动闸瓦会在多次摩擦后升温从而降低摩擦系数，导致火车制动力减少当制动力达到一个低
值时，就会无法控制火车的速度对火车的安全运行危害非常大，为了解决这一问题我发明
了一种多功能火车车厢，能够解决火车在大坡度下坡路面和上坡路面行驶时不能够满负
荷，高速度行驶的瓶颈，同时还能够把火车产生的势能全部转化成电能，具体的方法是；
(1)增加回收电网
回收电网是一个在铁路大坡度下坡路面上增加的电网线，它是在铁轨大坡度的最
高点把回收电网和电网用绝缘材料断开，同时在铁轨大坡度的最低点也把回收电网和电网
用绝缘材料断开，但是回收电网和电网连接的地方必须能够保障受电弓在两个电网线之间
顺利运行，这样回收电网就成了一个没有任何电能的空网，它只负责接收多功能车厢通过
再生制动把火车在大坡度路面产生的势能转化成电能发出的电，不接收以外的任何电能。
为了保证火车能够顺利的进入和退出再生制动，还要在铁路大坡度的最高点建设
一条隔离电网，它一面用绝缘线和电网断开另一面用绝缘 线和回收电网断开，连接处要保
障受电弓能够在电网，隔离电网，回收电网之间顺利通过，在大坡度的最低点也用同样的方
法建设一条隔离电网。
隔离电网长度在1公里左右，下面的铁轨要有2‰的下坡，火车的一节普通车厢上
带磁刹车设施保障火车在2‰的下坡不会出现滑行，由于火车在隔离电网内完成启动，同时
运行时有2‰的下坡所以能够大幅度的降低电池组的耗电，然后火车从大坡度最低点退出
回收电网的同时，最高点的火车要能够在同一时间进入回收电网发电，这样就能够始终保
持回收电网的稳定，同时要在大坡度的最低点或大坡度的最高点建设一个变电站，把回收
电网接收的电送入变压器经过调整后并入电网也可以为其它用电单位供电。
隔离电网上要设置电阻器，把隔离电网内从最高点接收的多功能车厢启动时发的
电和火车在最低点退出回收电网后多功能车厢在隔离电网内通过惯性产生的电，全部用电
阻器消耗掉。
(2)制造火车多功能车厢
能发电的火车车厢是一种多用途的车厢它的上面是平板，平板上面是满载的集装
箱，如果卸下集装箱时必须要同时换上满载的集装箱，因为只有这样才能保证多功能车厢
进行再生制动时始终保持稳定发电，还有每制造三节多功能车厢其中要有一节带受电弓的
多功能车厢。一节多功能车厢有四个车轴每个车轴带一台发电机，发电机，转向架的安装位
置要统筹设计不能出现在工作中相互干扰的情况，多功能车厢再生制动发的电，通过受电
弓全部送入回收电网，回收电网是一个 没有任何电能的空网只负责接收火车在大坡度路
面再生制动发的电不接收以外的任何电能，多功能车厢的数量要根据坡度大小配置。
火车到大坡度的最低点后就卸下负责再生制动的多功能车厢，然后把上面的集装
箱装到普通车厢上重新编组到火车上继续运行，而卸下集装箱的多功能车厢也重新装上集
装箱编组到上坡的火车，同时要把车厢上的发电机转换成电动机然后用电网或者大型电池
组供电为火车增加牵引力，这样就能保障火车在上坡大坡度路面时能够高速满负荷行驶使
火车的运输能力提高一倍以上，为了避免多功能车厢进行再生制动时出现滑行和蠕动每个
车轴带的发电机应该在500kw一节多功能车厢4个车轴应该带2000kw的发电机。
为了节省电池组的电，如果在20‰的坡度路面用十节多功能车厢进行再生制动，
势能和阻力处平衡点，因此可以用九节多功能车厢进行再生制动把第十节改成(机动车厢)
它的四个车轴上的发电机都单独控制，火车行驶时让机动车厢上两台发电机停止工作这样
平衡就被打破，火车就处在不用动力也会自动慢加速状态，这时只要用很小的动力就能使
火车进入快加速保持正常行驶，如果火车速度超过正常值时可以减少牵引电机数量，同时
增加再生制动发电机数量，这样就能使火车速度恢复正常，如果火车速度低于正常值时可
以通过增加牵引电机数量，减少再生制动发电机数量就能使火车速度恢复正，这种通过变
化牵引电机数量和再生制动发电机数量使火车保持稳定行驶的技术需要的电非常少，理论
上用八台电动公交车的电池就能满足需要。每列火车都要配置两节固定的多功能车厢，两
节多功能车厢发电机总 功率是4000kw其中两节多功能车厢8个车轴上的发电机都要单独
控制，由于火车在大坡度下坡路面进行再生制动时要求火车产生的势能和发电机的阻力处
在平衡点，因此需要的牵引力不高这时可以通过大型电池组为两节多功能车厢上的电动机
供电牵引火车正常行驶，完成大坡度下坡路面的火车牵引工作后，到达大坡度的最低点这
两节多功能车厢停止牵引工作，改由机车牵引火车正常运行，但是这两节多功能车厢要继
续和火车在全线路上共同运行，同时要把电动机转换成发电机，由于两节多功能车厢上每
个车轴带的发电机都是单独控制，所以火车在下坡小坡度路面行驶时就可以根据坡度大小
使用不同数量的发电机通过再生制动把势能全部转化成电，在用受电弓把电送入电网，在
上坡小坡度路面行驶时就用电网或者电池组为多功能车厢的电动机供电，增加机车的牵引
力保障火车正常行驶。
火车在平路行驶时也要配置两节多功能车厢，，这样火车在平路时就用机车牵引
火车正常行驶，如果遇到起伏路面时下坡就通过再生制动把势能转化成电，上坡时就用电
池组或者电网为多功能车厢的电动机供电，增加机车的牵引力保障火车正常行驶。
使用多功能车厢后，就可以把机车的功率全部降低到平路行驶需要的功率，遇到
上坡时就用多功能车厢增加火车的牵引力保证火车正常行驶，这样通过降低机车功率就能
降低平路时机车的电耗实现节能。
(3)增加升温电阻
升温电阻在多功能车厢中具有非常重要的作用，它是保障火车回收电网稳定和在
大雨天，大雪天，轨道结冰，时保障火车全天候，高速度， 满负荷，运行的保障它的组成包
括；
在多功能车厢车底下都用绝缘材料和耐高温材料制造一个中间用挡板隔开变成
两个密封空间的盒子，下面出口要对准轨道和车轮，在火车的迎风面安装上口大下口小的
喇叭口型集风装置它的下口和其中一个密封空间的上口连接利用火车行驶采集的风从上
向下吹向盒子内的电阻器，用高温高压的气使轨道和车轮上面的水和雪快速蒸发，集风装
置上的喇叭口要能够左右旋转90度每节车厢安装8个。
密封盒的另一个密封空间和输气管连接通过风机供气使风从上向下吹向盒子内
的电阻器，用高温高压的气使轨道和车轮上面的水，雪，冰，快速蒸发，为了提高效率可以在
多功能车厢前面的三节普通车厢上也安装相同的装置进行第一次清除水，雪，冰，然后用多
功能车厢进行第二次清除这样就能保障轨道和车轮上的水，雪，冰全部消除，因此能够保障
火车在恶劣天气下实现全天候运输。
下面对多功能车厢的工作过程进行具体的说明；
配置多功能车厢必须经过严格的计算，例如一列50节的火车在20‰的大坡度下坡
路面行驶时，要首先在大坡度的最高点和大坡度的最低点都设置一个1公里的隔离电网，隔
离电网一面用绝缘材料和电网断开另一面用绝缘材料和回收电网断开，它们的连接处受电
弓要能够顺利通过，火车用多功能车厢在大坡度下坡路面通过再生制动发出的电全部用受
电弓送入回收电网，同时火车到大坡度的最低点驶出回收电网前5分钟要给最高点的火车
发一个信号最高点的火车要在5分钟内完成启动和运行工作，然后通过调度使最低点的火
车驶出回收电网和 最高点的火车进入回收电网要在同一时间内完成，如果衔接出现误差
回收电网电压升高时就用多功能车厢上的升温电阻消耗掉一部分电避免回收电网出现波
动。隔离电网内，因为坡度最高点发电机启动产生的电和坡度最低点火车惯性产生的电都
用电阻器消耗掉，这样我们就有了维护电网稳定的技术。
如果火车在20‰的大坡度下坡路面产生的势能需要2万kw的发电机发电产生的阻
力才能达到平衡(2万÷2000＝10节)因此需要10节多功能车厢进行再生制动，如果大坡度
路面是60公里我们把火车的时速也定为60如公里，发车的间隔是15分钟，那么火车从最高
点进入大坡度路面到火车从大坡度路面的最低点驶出，其中在大坡度路面内会始终有四列
火车进行再生制动发电，(2000kw×10×4×24＝192万kw)每天可以回收192万kw的电。
在大坡度下坡路面时要用大型电池组为两节固定的多功能车厢上的8台每台
500kw的发电机供电(8×500＝4000kw)同时使用定速巡航技术牵引火车匀速行驶这样就能
获得一个非常稳定的电源，由于使用电池组供电所以不用向回收电网取电，因此就排除了
牵引车厢工作时对回收电网的干扰。
火车到大坡度的最低点后就卸下10节多功能车厢，把上面的集装箱装到普通车厢
上重新编组到火车上继续运行，然后把多功能车厢装上集装箱后编组到上坡的火车，同时
要把车厢上的发电机转换成电动机为火车增加牵引力就能保障火车在大坡度上坡路面满
负荷高速行驶，这样多功能车厢就在大坡度的最高点和大坡度的最低点形成一个闭 路循
环链，因此可以大幅度的提高运输能力，多功能车厢只在大坡度路面上循环运行不参加其
它路面的运输工作，同时要在大坡度的最高点或最低点建设变电站把火车在大坡度路面产
生的电用回收电网送到变电站经过调整后并到电网也可以为其它用电单位供电。
如果多功能车厢在10‰的大坡度下坡路面行驶时，需要5节多功能车厢进行再生
制动能使火车的势能和阻力达到平衡，那么在不同的坡度路面通过变化多功能车厢的数量
就能把火车在不同坡度下坡路面产生的势能全部转化成电能然后用受电弓送入回收电网，
其它方面的工作方式都和坡度20‰时相同。
火车在小坡度路面行驶时要带两节固定的多功能车厢，车厢车轴上带的发电机都
要单独控制，例如一列火车在5‰的下坡路面时需要用两节多功能车厢总功率4000kw的发
电机进行再生制动，能够使火车产生的势能和发电产生的阻力达到平衡，如果小坡度路面
是80公里我们把火车的时速也定为80公里，发车的间隔是15分钟，那么火车从进入小坡度
路面的最高点到火车从小坡度路面的最低点驶出，其中在小坡度路面内会始终有四列火车
进行再生制动发电，(4000kw×4×24＝38万kw)每天可以回收38万kw的电。火车返程在5‰
的上坡路面时就把两节多功能车厢上的发电机转换成电动机增加火车的牵引力就能保障
火车满负荷高速行驶。
因此火车在下坡小坡度路面时，只要根据坡度的不同通过使用不同数量的多功能
车厢，就能把火车在小坡度路面产生的势能，减速刹车，进站刹车的势能全部转化成电能，
同时在上坡时按照需要增加不同数 量的车厢和电动机通过电网或电池组供电就能保证火
车正常运行。
于由火车在大雨天，大雪天，轨道结冰，进行再生制动时车轮会出现滑行和蠕动，
长期工作后车轮会变成多边型造成机车走行时产生震动，导致齿轮箱，油压减震器等部件
过早损坏为了解决这一问题，在多功能车厢车底下面都用绝缘材料和耐高温材料制造一个
中间用档板隔开变成两个密封空间的盒子，盒子里面安装升温电阻，下面出口对准轨道和
车轮，在火车的迎风面安装，上口大下口小的喇叭口型集风装置下口和其中一个密封空间
的上口连接利用火车行驶采集的风从上向下吹向盒子内的电阻器，用高温高压的气使轨道
和车轮上面的水和雪快速蒸发，集风装置上的喇叭口要能够旋转90度每节车厢安装8个。密
封盒的另一半空间和输气管连接通过风机供气使风从上向下吹向盒子内的电阻器，用高温
高压的气使轨道和车轮上面的水，雪，冰，快速蒸发，为了保证清除彻底要在多功能车厢前
面的三节普通车厢上也安装相同的装置进行第一次消除，然后用多功能车厢进行第二次消
除，这样就能保障轨道和车轮上的水，雪，冰全部消除，因此就能够保障火车在恶劣天气下
实现全天候运输。
(如果轨道上是雨水可以只用喇叭口型集风装置清除，如果轨道上是雪和冰就用
两套装置同时清除)，同时如果监测到电网高于正常值时可以通过升温电阻消耗掉多余的
电使电网恢复正常，如果监测到电网低于正常值时就通过发电机发电使电网恢复正常。
下面结合附图及具体的实施方案对本发明做进一步的描述。
图1火车整体示意图
图2回收电网，隔离电网示意图
图3两节固定多功能车厢示意图
图4多功能车厢示意图
图5两节固定多功能车厢电机示意图
图6多功能车厢电机示意图
本发明的设计思想是，利用多功能车厢通过再生制动把火车在下坡路面产生的势
能，刹车减速的势能，进站刹车的势能，全部转化成电能，在上坡路面时就把多功能车厢上
的发电机转换成电动机为火车增加牵引力使火车在上坡路面满负荷高速行驶，既可以大幅
度提高运输能力还可以回收大量电能，方法是；
参见，图1，图2，图3，图4，图5，图6，首先在铁轨长度30公里以上，坡度6‰以上的大
坡度路面都建一条回收电网4，它用绝缘材料在坡度的最高点和电网6断开，在坡度的最低
点也用绝缘材料和电网6断开，但是回收电网和电网连接的地方必须能够保障受电弓在两
个电网线之间顺利运行，这样回收电网就成了一个没有任何电能的空网，它只负责接收多
功能车厢通过再生制动把火车在大坡度路面产生的势能转化成电能发出的电，不接收以外
的任何电。
同时要在大坡度的最高点建一条1公里长的隔离电网5，隔离电网一边用绝缘材料
和电网6断开另一边用绝缘材料和回收电4网断开，在大坡度的最低点也建一条1公里的隔
离电网5一边用绝缘材料和电网6断开另一边用绝缘材料和回收电4网断开，电网，隔离电
网，回收电网的连接处受电弓要能够顺利运行，隔离电网下面的轨道要有2‰ 的下坡，在一
节普通车厢上设磁力刹车防止火车滑行，火车在隔离电网内完成启动后由于有2‰的下坡
所以运行时电池组的耗电会非常低，隔离电网5上要配置电阻器，用它消耗掉坡度最高点发
电机启动产生的电和坡度最低点火车驶出回收电网4时由惯性产生的电。
多功能车厢8上面是平板，平板上面是满载的集装箱，如果卸下集装箱时必须要同
时换上满载的集装箱，一节多功能车厢有四个车轴每个车轴带一台发电机，发电机，转向架
的安装位置要统筹设计不能出现在工作中相互干扰的情况，还有每制造三节多功能车厢8
其中要有一节带受电弓用它把火车在大坡度路面产生的势能经过再生制动转化成电后送
入回收电网4，每个车轴带一台500kw的发电机一节车厢四个车轴带2000kw的发电机。
在大坡度路面配置多少节多功能车厢8都要经过严格计算，要求是火车在大坡度
路面产生的势能和发电机10发电产生的阻力要处在平衡点，如果一条长60公里，坡度20‰
的下坡路面需要十节多功能车厢8进行再生制动，10‰的下坡路面需用五节多功能车厢8进
行再生制动，这样只要根据坡度的不同配置不同数量的多功能车厢8就能把火车产生的势
能全部转化成电。
为了节省电池组的电，如果在20‰的坡度路面用十节多功能车厢进行再生制动，
势能和阻力处平衡点，就用九节多功能车厢8进行再生制动把第十节改成(机动车厢)它的
四个车轴上的发电机10都单独控制，火车行驶时让机动车厢上的两台发电机停止工作这样
平衡就被打破，火车就处在不用动力也会自动慢加速状态，这时只要用很小的 动力就能使
火车进入快加速保持正常行驶，如果火车速度偏快时可以减少牵引电机数量增加发电机数
量就能使火车速度恢复正常，如果火车速度偏低可以通过增加牵引电机数量，减少再生制
动发电机数量火车速度就会恢复正常，利用上述方法就可以降低牵引电动机的功率，用(8-
10)台电动公交车的电机就能完成牵引任务，为了能够把小坡度路面的势能，减速刹车的势
能，进站刹车的势能全部转化成电能，可以通过增加一节机动车厢，配合两节固定多功能车
厢的工作就能同时完成小坡度路面的牵引，刹车和把势能转化成电的工作。
火车在大坡度下坡路面的工作方式是，用大型电池组为两节固定多功能车厢7的
电动机9供电牵引火车运行，然后火车到大坡度的最低点驶出回收电网前5分钟要给最高点
的火车发一个信号最高点的火车要在5分钟内完成启动运行工作，然后通过调度使最低点
的火车驶出回收电网4和最高点的火车进入回收电网4在同一时间内完成，其中回收电网4
内有多少列火车同时进行再生制动要看大坡度最高点到最低点的铁路线长度和发车间隔
时间，火车到大坡度最低点后就卸下负责再生制动的多功能车厢8然后把上面的集装箱装
到普通车厢上重新编组到火车上继续运行，而卸下集装箱的多功能车厢8也重新装上集装
箱编组到上坡的火车，同时要把车厢上的发电机转换成电动机通过电网或电池组供电为火
车增加牵引力，这样就能保障火车在上坡大坡度路面时能够高速满负荷行驶，多功能车厢8
只在大坡度路面上循环运行不参加其它路面的工作，同时要在大坡度的最高点或大坡度的
最低点建变电站，然后把回收电网4的电送到变电站经过调整后并 入电网也可以为用电单
位供电。
火车在下坡小坡度路面的工作方式是，两节固定的多功能车厢7，发电机总功率是
4000kw，8个车轴每个车轴带一台500kw的发电机，发电机都要单独控制，完成大坡度下坡路
面的火车牵引工作后，到大坡度的最低点这两节固定的多功能车厢7就停止牵引工作，改由
机车牵引火车正常运行，但是这两节固定的多功能车厢7要继续和火车在全线路上共同运
行，同时要把电动机9转换成发电机在下坡坡度5‰时用8台发电机再生制动，4‰时用6台发
电机再生制，3‰时用4台发电机再生制动，这样只要根据坡度的不同投入不同数量的发电
机9就能把火车在小坡度路面产生的势能，减速刹车的势能，进站刹车的势能全部转化成电
能，火车返程时在上坡路面只要根据坡度的不同，利用电池组或电网为不同数量的电动机
供电增加牵引力就能保证火车正常运行，如果两节固定的多功能车厢7不能满足需要时可
以增加一节多功能车厢8，上面的发电机10也要单独控制，在运行中如果监测到电网高于正
常值时可以通过升温电阻消耗掉多余的电使电网恢复正常，如果监测到电网低于正常值时
可以通过发电机10发电使电网恢复正常，这样就有了维护电网稳定的技术。
在多功能车厢车底下面都用绝缘材料和耐高温材料制造一个中间用档板隔开变
成两个密封空间的盒子，盒子里面安装升温电阻下面出口对准轨道和车轮，在火车的迎风
面安装上口大下口小的喇叭口型集风装置它的下口和其中一个密封空间的上口连接，利用
火车行驶采集的风从上向下吹向盒子内的电阻器，用高温高压的气使轨道和车轮上面 的
水和雪快速蒸发，集风装置上的喇叭口要能够旋转90度每节车厢安装8个，密封盒的另一半
空间和输气管连接通过风机供气使风从上向下吹向盒子内的电阻器，用高温高压的气使轨
道和车轮上面的水，雪，冰，快速蒸发，为了提高效率要在多功能车厢(7-8)前面的三节普通
车厢上也安装相同的装置进行第一次清除雨雪冰，然后用多功能车厢进行二次清除(如果
轨道上是雨水可以只用喇叭口型集风装置清除，如果轨道上是雪和冰就用两套装置同时清
除)。
能发电的火车多功能车厢(7-8)的技术在客车上也同样适用，不同的是火车到大
坡度的最低点后就卸下多功能车厢8换上同样数量的普通客车车厢和火车继续运行，然后
把多功能车厢上的发电机转换成电动机编组到上坡路面的火车为机车增加牵引力，这样就
能保障火车在大坡度上坡路面高速行驶，多功能车厢8只在大坡度路面循环运行不参加其
它路面的工作，在小坡度路面就用两节固定的多功能车厢7上的发电机9把火车在小坡度路
面产生的势能，减速刹车的势能，进车刹车的势能全部转化成电，上坡时就把发电机9转换
成电动机为火车增加牵引力保障火车正常行驶，如果两节固定的多功能车厢无法完成发电
和牵引任务时可以增加一节多功能车厢，上面的发电机都要单独控制，而乘客只需要转换
一下车厢就能保证顺利到达目的地。
图1中，1是机车，2是多功能车厢，3是两节固定多功能车厢。
(上面所述具体数字都是参考值，实际多少要根据具体情况决定)。