基于低刚度轴箱悬挂与双一系纵向拉杆的独立轮对转向架的制作方法

[0001]
本发明涉及轨道车辆技术领域，尤其是涉及一种使用基于低刚度轴箱悬挂且由轮毂电机驱动独立轮对，独立轮对与构架间通过双一系纵向拉杆进行连接的独立轮对转向架。


背景技术：

[0002]
随着机电一体化的进程与电机的更新换代，轮毂电机被越来越多的应用到轨道交通车辆上。通过使用轮毂电机直接控制转向架的四个车轮分别独立驱动的独立车轮转向架，使转向架充分发挥其独立旋转车轮轴桥可做成u型结构的优势，达到降低车辆地板高度的目的；同时使用轮毂电机与列车主动导向算法控制四个独立轮的转动力矩，可以有效解决独立轮对由于左右车轮解耦导致的丧失导向能力的问题，在曲线上可有效降低轮轨磨耗，避免独立轮对在曲线上轮缘导向。
[0003]
通过控制轮毂电机转矩/转速(dirw，driven independently rotating wheels)使独立车轮转向架具有导向能力已从理论及仿真研究方面被证明。然而由于驱动电机用于主动导向的输出转矩限制以及轮轨之间黏着力饱和等因素，采用“牵引与主动导向”复合形式的轮毂电机驱动的独立车轮转向架需要有较小的轴箱悬挂纵向定位刚度；而保持车轮牵引与制动时的稳定性则需要较高的轴箱悬挂定位刚度，此问题导致主动导向的独立车轮转向架较难工程化应用，亟待解决。


技术实现要素：

[0004]
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的牵引与主动导向对转向架轴箱悬挂定位刚度要求存在矛盾的缺陷而提供一种将轮对牵引与导向进行解耦，采用低刚度轴箱悬挂与双一系纵向拉杆的独立轮对转向架。
[0005]
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
[0006]
一种基于低刚度轴箱悬挂与双一系纵向拉杆的独立轮对转向架，适用于采用牵引与主动导向控制的低地板有轨电车车辆，包括独立轮对总成、轮毂电机总成、u型构架、轴箱悬挂总成和一系纵向拉杆，所述轮毂电机总成对所述独立轮对总成进行驱动与控制，所述轴箱悬挂总成连接独立轮对总成的端部与u型构架的端部，提供垂向以及较小的纵向与横向刚度，所述一系纵向拉杆连接独立轮对总成的中部与u型构架的中部，有效传递独立轮对总成与u型构架间的纵向牵引力与制动力，不影响独立轮对总成与u型构架的相对转动。
[0007]
所述独立轮对总成包括位于左右外侧的两个独立旋转车轮，所述独立旋转车轮通过轴桥进行旋转连接，所述轴桥端部设有用于独立旋转车轮的轴箱，所述轴箱的端部设有关于轴桥对称的轴桥平台，所述轴桥平台的两端设有轴箱悬挂轮对侧安装座，所述轴桥的中部焊接有一系纵向拉杆轮对侧安装座，一系纵向拉杆轮对侧安装座位于轴桥的外侧。
[0008]
所述轴桥在端部位置与沿轴桥方向对称的轴桥平台构成h型结构。
[0009]
进一步地，所述轮毂电机总成与独立旋转车轮同轴连接且安装于独立轮对总成的
外侧，由轮轨电机总成为独立旋转车轮提供驱动及控制力矩。
[0010]
进一步地，所述u型构架包括侧梁、横梁与牵引端梁，所述侧梁的数量为2个，分别固定在横梁的两侧，所述牵引端梁的数量为1个，固定在2个侧梁的同一端。
[0011]
进一步地，所述侧梁的结构为具有中空腔的中空密封结构，包括固定在一起的侧梁上盖板、侧梁下盖板和侧梁立板，所述侧梁的整体形状为中间下凹、两端上凸的类m型结构，侧梁两端的上凸型端部固定有轴箱悬挂侧梁侧安装座、一系纵向止挡和一系垂向止挡。
[0012]
进一步地，所述轴箱悬挂总成连接独立轮对总成的端部与u型构架的端部时，一端固定在所述轴桥平台的轴箱悬挂轮对侧安装座上，另一端与侧梁的轴箱悬挂侧梁侧安装座压紧连接。
[0013]
进一步地，所述横梁的结构为具有中空腔的中空密封结构，包括固定在一起的横梁上盖板、横梁下盖板和横梁立板，所述横梁的中部纵向外侧设有一系纵向拉杆横梁侧安装座。
[0014]
进一步地，所述一系纵向拉杆通过分别与一系纵向拉杆轮对侧安装座、一系纵向拉杆横梁侧安装座铰接进行固定。
[0015]
进一步地，所述横梁的每侧均设置有两个交叉分布的一系纵向拉杆。
[0016]
进一步地，所述交叉分布的一系纵向拉杆的延长线的相交点位于轴桥的中心线上。
[0017]
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
[0018]
1.本发明通过轴箱悬挂总成提供垂向以及较小的纵向与横向刚度，保证垂向刚度不受影响，通过较小的纵向、横向定位刚度使独立轮对摇头角刚度降低，有利于通过电机驱动独立轮对实现主动导向控制，保障独立轮对曲线径向通过的有效性。
[0019]
2.本发明的独立轮由设置在独立轮外侧的轮毂电机直接进行驱动，减少了相关传动组件以及复杂的机械结构，轮毂电机布置于独立轮外侧不会影响中部轴桥及低地板结构。
[0020]
3.本发明的四个独立轮分别由四个轮毂电机驱动，可通过牵引与主动导向结合的电机驱动控制转向架独立轮进行主线对中与曲线主动导向，有效减少轮轨之间的磨耗与轮缘导向。
[0021]
4.本发明的一系纵向拉杆成功将转向架纵向牵引或制动力传递从传统通过轴箱悬挂传递解耦，采用柔软的轴箱定位刚度可满足主动导向，实现轮对径向通过曲线的需要，轮对的纵向牵引力及制动力则由一系纵向拉杆有效传递，保证转向架纵向牵引运行的安全性与稳定性。
附图说明
[0022]
图1为本发明的结构示意图；
[0023]
图2为本发明独立轮对总成的结构示意图；
[0024]
图3为本发明u型构架的结构示意图；
[0025]
图4为本发明实施例一中轴箱悬挂总成的结构示意图；
[0026]
图5为本发明实施例一中一系纵向拉杆的结构示意图。
[0027]
附图标记：
[0028]
1-独立轮对总成；1.1-独立旋转车轮；1.2-轴桥；1.3-轴箱；1.4-轴桥平台；1.5-轴箱悬挂轮对侧安装座；1.6-一系纵向拉杆轮对侧安装座；2-轮毂电机总成；3-u型构架；3.1-侧梁；3.1.1-侧梁上盖板；3.1.2-侧梁下盖板；3.1.3-侧梁立板；3.2-横梁；3.2.1-横梁上盖板；3.2.3-横梁立板；3.3-牵引端梁；3.4-轴箱悬挂侧梁侧安装座；3.5-一系纵向止挡；3.6-一系垂向止挡；3.7-一系纵向拉杆横梁侧安装座；4-轴箱悬挂总成；4.1-橡胶元件；4.2-金属板；5-一系纵向拉杆；5.1-牵引拉杆体；5.2-拉杆球铰；5.2.1-拉杆轴芯；5.2.2-橡胶套。
具体实施方式
[0029]
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
[0030]
实施例一
[0031]
如图1所示，一种基于低刚度轴箱悬挂与双一系纵向拉杆的独立轮对转向架，适用于采用牵引与主动导向控制的低地板有轨电车车辆，包括独立轮对总成1、轮毂电机总成2、u型构架3、轴箱悬挂总成4和一系纵向拉杆5，轮毂电机总成2对独立轮对总成1进行驱动与控制，轴箱悬挂总成4连接独立轮对总成1的端部与u型构架3的端部，提供垂向以及较小的纵向与横向刚度，一系纵向拉杆5连接独立轮对总成1的中部与u型构架3的中部，有效传递独立轮对总成1与u型构架3间的纵向的牵引力与制动力。
[0032]
本实施例中，位于轴箱悬挂总成4下方的轴箱悬挂轮对侧安装座1.5通过螺栓与轴箱端部刚性连接，位于轴箱悬挂总成4上方的轴箱悬挂侧梁侧安装座3.4与u型构架3焊接，轴箱悬挂总成4通过压紧的方式分别与轴箱悬挂轮对侧安装座1.5和轴箱悬挂侧梁侧安装座3.4连接。
[0033]
如图2所示，独立轮对总成1包括位于左右外侧的两个独立旋转车轮1.1，独立旋转车轮1.1通过轴桥1.2进行旋转连接，轴桥1.2端部设有用于独立旋转车轮1.1旋转连接的轴箱1.3，轴箱1.3的端部设有关于轴桥1.2对称的轴桥平台1.4，轴桥平台1.4的两端设有轴箱悬挂轮对侧安装座1.5，轴桥1.2的中部焊接有一系纵向拉杆轮对侧安装座1.6，一系纵向拉杆轮对侧安装座1.6位于轴桥1.2的外侧。
[0034]
轴桥1.2在端部位置与沿轴桥方向对称的轴桥平台1.4构成h型结构。
[0035]
轮毂电机总成2与独立旋转车轮1.1同轴连接且安装于独立轮对总成1的外侧，由轮轨电机总成2为独立旋转车轮1.1提供驱动及控制力矩。
[0036]
如图3所示，u型构架3包括侧梁3.1、横梁3.2与牵引端梁3.3，侧梁3.1的数量为2个，分别固定在横梁3.2的两侧，牵引端梁3.3的数量为1个，固定在2个侧梁3.1的同一端。
[0037]
侧梁3.1的结构为具有中空腔的中空密封结构，包括固定在一起的侧梁上盖板3.1.1、侧梁下盖板3.1.2和侧梁立板3.1.3，侧梁3.1的整体形状为中间下凹、两端上凸的类m型结构，侧梁3.1两端的上凸型端部固定有轴箱悬挂侧梁侧安装座3.4、一系纵向止挡3.5和一系垂向止挡3.6。
[0038]
轴箱悬挂总成4连接独立轮对总成1的端部与u型构架3的端部时，一端固定在轴桥平台1.4的轴箱悬挂轮对侧安装座1.5上，另一端与侧梁3.1的轴箱悬挂侧梁侧安装座3.4压紧连接。
[0039]
横梁3.2的结构为具有中空腔的中空密封结构，包括固定在一起的横梁上盖板3.2.1、横梁下盖板和横梁立板3.2.3，横梁3.2的中部纵向外侧设有一系纵向拉杆横梁侧安装座3.7。
[0040]
如图5所示，一系纵向拉杆5包括牵引拉杆体5.1、拉杆芯轴5.2.1和橡胶套5.2.2，牵引拉杆体5.1的两端设置有球铰安装孔，拉杆芯轴5.2.1通过橡胶套5.2.2与球铰安装孔过盈配合组成拉杆球铰5.2，一系纵向拉杆5两端的拉杆球铰5.2允许两端拉杆芯轴5.2.1相对牵引拉杆体5.1发生一定角度内绕x、y、z三轴的转动，同一侧的两个一系纵向拉杆5交叉水平分布且其延长线的交点位于轴桥1.2中心位置，布置结构运行当独立轮对单元1相对u型构架3发生摇头运动时，独立轮对在角度较小时其旋转中心为轴桥1.2中心。
[0041]
球铰芯轴5.2.1中心为球形结构，橡胶套5.2.2的扭转刚度与摆动刚度很小，球铰5.2的转动范围内其绕各轴的转动几乎不受阻碍，可以满足独立轮对1与u型构架3间较大范围的沉浮位移，独立轮对1与u型构架3的相对横移、摇头与侧滚被球铰5.2和安装座间隙限制在一定范围内。
[0042]
横梁3.2的每侧均设置有两个交叉分布的一系纵向拉杆5，交叉分布的一系纵向拉杆5的延长线的相交点位于轴桥1.2的中心线上，保证独立旋转车轮1.1可绕u型构架3进行转动，一系纵向拉杆5通过两侧的拉杆球铰5.2分别与一系纵向拉杆轮对侧安装座1.6、一系纵向拉杆横梁侧安装座3.7铰接进行固定。
[0043]
一系纵向拉杆轮对侧安装座1.6和一系纵向拉杆横梁侧安装座3.7上设有转动铰接安装孔，拉杆芯轴5.2.1通过与转动铰接安装孔进行转动实现铰接，拉杆芯轴5.2.1绕一系纵向拉杆轮对侧安装座1.6和一系纵向拉杆横梁侧安装座3.7进行沿轴方向的转动。
[0044]
如图4所示，轴箱悬挂总成4采用叠层弹簧结构，包括多个橡胶元件4.1，橡胶元件4.1之间设有金属板4.2，金属板4.2采用硫化粘接与橡胶元件4.1进行连接，使悬挂纵向主要承受剪切变形、其他方向承受压剪符合变形，粘接处设置有工艺圆角，橡胶元件4.1与金属板4.2的边缘留有膨胀空隙，橡胶元件4.1与金属板4.2均朝向u型构架3的侧梁3.1。
[0045]
本实施例中，由于应用于主动导向的独立轮对转向架需要有较低的一系定位刚度，故轴箱悬挂总成4采用叠层弹簧结构，橡胶元件4.1的数量为4个，每层橡胶元件4.1为倒v型结构。
[0046]
轴箱悬挂总成4最下端的橡胶元件4.1支撑于用螺栓和轴桥1.2刚性连接的轴箱悬挂轮对侧安装座1.5上，轴箱悬挂总成4的上部则与焊接在u型构架3中侧梁3.1端部的轴箱悬挂侧梁侧安装座3.4通过承载的重量压紧，本实施例中的轴箱悬挂总成4可提供较小的纵向刚度，进而整个转向架拥有较小的独立轮对摇头刚度，满足主动导向控制需求。
[0047]
一系纵向拉杆5将纵向牵引力与制动力从独立轮对1传递到u型构架3，避免了由小刚度轴箱悬挂总成4传递纵向力,造成独立轮对1与u型构架3之间相对位移与转角较大而导致的运行安全性问题。
[0048]
本发明提供的采用低刚度轴箱悬挂与双一系纵向拉杆的独立轮对转向架由于其轴箱悬挂总成4的特殊结构导致其拥有较小的纵向与横向定位刚度，而垂向刚度则与正常转向架相同，较低的轴箱悬挂定位刚度满足主动导向控制需求，通过主动导向控制轮毂电机总成2输出控制力矩驱动独立车轮1.1转速、转矩使转向架运行时达到直线对中与曲线主动导向，降低轮轨间的磨耗与轮缘导向，同时为了解决轴箱悬挂定位刚度较小带来的无法
有效传递来自独立轮对1的牵引、制动力矩问题，本发明采用了使用交叉布置的一系纵向拉杆结构，独立轮对1与u型构架3间使用两根交叉分布的一系纵向拉杆5连接，两牵引拉杆交叉相交点位于轴桥1.2轴线上，以保证曲线或主动控制工况下轮对总成1相对于u型构架3相对摇头时轮对总成可绕轴桥1.2中心旋转，来自独立轮对1的驱动力与制动力由牵引拉杆进行有效传递，而同样连接独立轮对1与u型构架3的小刚度轴箱悬挂总成4满足主动导向的需求，本发明有效将牵引与导向进行解耦，解决了主动控制独立车轮转向架牵引与主动导向对转向架轴箱悬挂定位刚度要求的矛盾。
[0049]
此外，需要说明的是，本说明书中所描述的具体实施例子，所取名称可以不同，本说明书中所描述的以上内容仅仅是对本发明结构所做的举例说明。凡依据本发明构思的构造、特征及原理所做的等效变化或者简单变化，均包括于本发明的保护范围内。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实例做各种各样的修改或补充或采用类似的方法，只要不偏离本发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

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