一种连杆长度实时主动调节方法及主动抗侧滚扭杆系统与流程

本发明属于轨道交通行业，具体涉及一种连杆长度实时主动调节方法及主动抗侧滚扭杆系统。

背景技术：

当列车以高速转弯，车内的物件和乘客都会受到离心运动的影响，就会引致车上的物件和行李倾侧滑行，座位上的乘客亦会被压向一旁，而站着的乘客更可能失去平衡而跌倒，因此列车转弯需要降低车速，这就限制了列车运行速度、制约了线路运力。而采用摆式列车可以提高列车转弯速度，从而提高列车的运行速度。

按照车体倾斜方式的不同,可分为自然摆式和强制摆式两种。自然摆式又称为无源摆。车体由滚轮装置和高位空气弹簧支承,当列车通过曲线时产生离心力,使车体绕其摆心转动,自然地向曲线内侧倾斜,而没有外加动力。无源摆式车体倾斜角度可达到3°～5°,采用带控制的无源摆的角度可达3°～6°度，能提高常规列车曲线运行速度10%～20%。

强制摆式又称为有源摆。就是利用曲线检测装置、车载计算机控制装置和倾摆传动装置倾摆,其倾摆角度最高可达到10°。有源摆式车体能提高常规列车曲线运行速度30%～35%。但是采用改变转向架二次悬挂空气弹簧充气高度不同的模式实现的强制摆，最大角度为2度。提速幅度多为10%以内但是造价更低廉。

现阶段我国部分干线铁路和城市地下铁路运力趋于饱和，列车运行速度成为制约线路运力的关键影响因素。在不改变现有线路结构的基础之上，发展摆式列车成为提高列车曲线通过速度的有效途径。摆式列车倾摆机构有四摆杆式、滚动导轨式、抗侧滚扭杆式和空气弹簧式。其中抗侧滚扭杆式具有结构简单、改造难度低、造价成本低和易于维护的优点，成为今后发展的重点方向。

传统的抗侧滚扭杆装置由扭杆组件、连杆组件和支撑座组件构成，其中连杆组件的长度在车体运行过程中无法调节，车体侧滚时扭杆轴被动地发生扭转变形，进而向车体提供抗侧滚反力矩。主动抗侧滚扭杆装置能够在列车运行过程中根据线路条件自适应地调节连杆长度，进而使扭杆轴扭转变形，向车体主动地提供抗侧滚力矩，达到调节车体侧滚角的目的。因此，如何通过设计一种连杆长度可调的抗侧滚扭杆装置，成为了解决车体侧滚角度主动调节的关键。

经专利检索，与本发明有一定关系的专利主要有以下专利：

1、申请号为“201610597642.3”、申请日为“2016.07.26”、公开号为“cn106184268b”、公开日为“2018.09.25”、名称为“一种主动控制抗侧滚方法”、申请人为“西南交通大学”的中国发明专利，该发明公开了一种轨道交通用的抗侧滚扭杆装置及主动控制抗侧滚方法。该发明公开了一种可以对车体侧滚角度主动控制调节的抗侧滚扭杆装置以及利用该装置实现主动控制抗侧滚的方法。与现有技术比较，该发明解决了抗侧滚扭杆对线路和天气等环境适应性差的问题，可以在不影响正常车辆动力学性能的前提下，通过作动器施加作用力，抑制车体的侧滚运动，并且该作动器可以根据车辆运行速度的不同快速做出反应，满足车辆系统对抗侧滚作用的需求，实现了抗侧滚作用力可调、作用时间可控的目标，进一步可以提高车辆在复杂环境下的运行速度。该专利只是一种对车体侧滚角度主动控制调节的原理及方法，没有涉及连杆长度实时主动调节的具体结构。

2、申请号为“201810071851.3”、申请日为“2018.01.25”、公开号为“cn108327479a”、公开日为“2018.07.27”、名称为“一种用于越野车的主动动力调节悬架系统”、申请人为“湖南大学”的中国发明专利，该发明公开了一种用于越野车的主动动力调节悬架系统，安装在车身上的前扭杆和后扭杆；前扭杆和后扭杆均一侧连接车身一侧的车轮，另一侧连接连杆；所述连杆包括与前扭杆连接的前连杆和与后扭杆连接的后连杆；前连杆连接有前液压缸，后连杆连接有后液压缸；前液压缸与后液压缸的两端分别连通构成两个封闭油路；前液压缸与后液压缸的上腔与中部液压缸的上腔连通，下腔与中部液压缸的下腔连通；中部液压缸的活塞杆连接有锁紧调节机构。本发明的主动动力调节悬架系统能够实现车辆抗侧倾性能和消扭性能的兼顾，能够增大车辆转弯时的侧倾刚度，使车辆具有良好的侧倾稳定性，同时，能够消除车身扭转载荷，增加车轮行程，使车辆具有良好的越野通过性。该专利只是一种连杆被动调节的锁定装置，使车辆适应不同的路况，本不能实现连杆长度实时主动调节。

3、申请号为“201910683078.0”、申请日为“2019.07.26”、公开号为“cn110329298a”、公开日为“2019.10.15”、名称为“一种抗侧滚扭杆自定位调整方法及装置”、申请人为“株洲时代新材料科技股份有限公司”的中国发明专利，该抗侧滚扭杆自定位调整方法及装置，将抗侧滚扭杆连杆从中间分成两部分，并在连杆两部分中间通过一个自定位调整装置连接起来，形成一个带有自定位调节装置的抗侧滚扭杆连杆；在连杆两部分中间安装带有调节连杆长度和自定位调整装置的自定位调节装置，通过带有调节连杆长度和自定位调整装置的自定位调节装置将连杆两部分连接起来。本发明通过自定位调节装置将连杆两部分连接起来即方便连杆的长度调整，而且在连杆的调整时能保证连杆的定位，避免在装车过程中由于可调式垂向连杆的上、下连杆节点相对位置偏差而影响连杆节点寿命；同时优化产品的检修工艺，能在不采取额外工装的情况下，更换锁紧螺母而完成产品检修。该专利只是一种连杆的安装调整装置，不能实现连杆长度实时主动调节。

4、申请号为“201621166973.3”、申请日为“2016.11.02”、公开号为“cn206141565u”、公开日为“2017.05.03”、名称为“一种用于直线电机车辆垂向连杆可调的抗侧滚扭杆装置”、申请人为“株洲时代新材料科技股份有限公司”的实用新型专利，该实用新型公开了一种用于直线电机车辆垂向连杆可调的抗侧滚扭杆装置，包括扭杆轴、扭转臂、支撑座组成、垂向连杆组成，所述垂向连杆组成包括左旋球头、垂向连杆和右旋球头，所述垂向连杆的上端和下端均设置为带内螺纹的管状且垂向连杆两端的内螺纹旋向相反；左旋球头和右旋球头通过螺纹连接方式分别连接在垂向连杆的上端和下端。本实用新型采用两端螺纹联接不同旋向特点，可在空间受限的情况下实现垂向连杆高度调节。可实现拆卸功能来节约维修成本和周期，而且可实现在空间受限的情况下调节垂向连杆高度，具备明显的优势。该专利只是一种连杆在安装和拆卸时的装置，不能实现连杆长度实时主动调节。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是针对现有技术中存在的缺陷，提供一种连杆长度实时主动调节方法及主动抗侧滚扭杆系统。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案为：一种连杆长度实时主动调节方法，将连杆分为连杆部件一和连杆部件二两部分，连杆部件一与连杆部件二通过主动调节装置活动连接，所述主动调节装置能够根据控制指令实时主动调节连杆长度。从而使扭杆产生扭转变形，向车体主动地提供抗侧滚力矩。相比传统的被动式抗侧滚扭杆系统只需在连杆上加装主动调节装置，就解决了传统连杆长度固定、无法调节的缺陷。实现了对车体侧滚角度的主动调节，有助于提高车辆通过弯道时的速度和安全性，从而提高列车的运行速度。

进一步地，所述主动调节装置采用滚珠丝杠机构，通过伺服电机带动丝杠螺母沿滚珠丝杠轴向移动，从而调节连杆长度。滚珠丝杠机构具有转动摩擦力小、传动效率高、反应快速的特点，能够根据控制指令快速调节连杆长度。

进一步地，所述主动调节装置设置有用来检测连杆长度的传感器和控制器，将传感器的检测结果反馈至控制器，实现闭环控制，以提高连杆长度的控制精度，精确控制主动抗侧滚力矩的大小。

本发明还涉及一种主动抗侧滚扭杆系统，包括：连杆、扭杆及支撑座，所述连杆两端分别设置有球铰一及球铰二，连杆的一端与扭杆铰接，其特征在于：所述连杆包括：连杆部件一、连杆部件二及主动调节装置，所述连杆部件一与连杆部件二通过主动调节装置活动连接。所述主动调节装置能够根据控制指令实时主动调节连杆长度，进而使扭杆产生扭转变形，向车体主动地提供抗侧滚力矩，使得车体侧滚角适应线路条件，从而提高列车的运行速度。

进一步地，所述主动调节装置为滚珠丝杠机构，所述滚珠丝杠机构，包括：外壳、伺服电机、丝杠螺母及滚珠丝杠，伺服电机根据控制指令带动滚珠丝杠转动，从而使得丝杠螺母沿滚珠丝杠轴向移动，从而调节连杆长度。滚珠丝杠机构具有转动摩擦力小、传动效率高、反应快速的特点，能够根据控制指令快速调节连杆长度。

进一步地，所述丝杠螺母与球铰一可拆卸连接，构成连杆部件一，便于安装、拆卸和维护保养。

进一步地，所述外壳与球铰二可拆卸连接，构成连杆部件二，便于安装、拆卸和维护保养。

进一步地，在外壳内还设置有用来检测连杆长度的传感器。以提高连杆长度的控制精度，精确控制主动抗侧滚力矩的大小和车体侧滚角度。

进一步地，所述外壳内灌注有润滑油，外壳上设置有丝堵。以便定期更换润滑油，确保滚珠丝杠机构得到良好润滑。

进一步地，在丝杠螺母与外壳之间设置有密封圈和防尘罩，以防止空气中颗粒物和水汽污染润滑油。

本发明的有益效果为：本发明的连杆采用滚珠丝杠机构，根据控制指令实时快速调节连杆长度，从而使扭杆产生扭转变形，进而向车体主动地提供抗侧滚力矩。相比传统的被动式抗侧滚扭杆系统，只需在连杆上加装主动调节装置，就解决了传统连杆长度固定、无法调节的缺陷。从而实现对车体侧滚角度的主动调节，有助于提高列车通过弯道时的速度和安全性，从而提高列车的运行速度。

附图说明

图1为现有技术的扭杆结构示意图，

图2为连杆长度实时主动调节结构示意图，

图3为主动抗侧滚扭杆系统实施例结构示意图，

图4为机电作动器收缩状态结构示意图，

图5为机电作动器伸长状态结构示意图，

图中：1—连杆、11—球铰一、12—卡环一、13—丝杠螺母、14—防尘罩、15—密封圈、16—丝堵、17—导轨、18—滚珠丝杠、19—外壳、20—齿轮、21—传感器、22—卡环二、23—球铰二、24—减速器、25—伺服电机、2—扭杆、3—支撑座、a—连杆一、b—连杆二、c—主动调节装置、l—连杆长度、l1—连杆收缩状态长度、l2—连杆伸长状态长度。

具体实施方式

下面通过具体的实施例并结合附图对本发明做进一步的描述：

现有的扭杆如图1所示：包括：连杆1、扭杆2及支撑座3，扭杆2通过支撑座3固定在转向架上，同时扭杆2的两个转臂通过两个连杆1分别与车体两侧铰接，当车体倾斜时，车体两侧的连杆1分别带动扭杆2的两个转臂反向转动，使得扭杆2产生扭转变形，从而产生与车体倾斜反向的抗侧滚力矩，以平衡车体倾斜后产生的重力矩，确保行车安全。

由于列车转弯的离心力有使车体具有侧滚的趋势，当速度较快时，扭杆2的抗侧滚力矩不足以平衡列车离心力所产生的倾覆力矩，因此需要增加扭杆2的抗侧滚力矩。可以采用本发明的实时主动调节连杆长度的方式来增加抗侧滚力矩。

如图2所示：本发明的连杆长度实时主动调节方法是将连杆分为连杆部件一a和连杆部件二b两部分，连杆部件一a与连杆部件二b通过主动调节装置c活动连接，所述主动调节装置c能够根据控制指令实时主动调节连杆长度l。进而使扭杆轴扭转变形，向车体主动地提供抗侧滚力矩，使得车体侧滚角适应线路条件，从而提高列车的运行速度。

所述主动调节装置c采用滚珠丝杠机构，通过伺服电机25带动丝杠螺母13沿滚珠丝杠18轴向移动，从而调节连杆长度l。滚珠丝杠机构具有转动摩擦力小、传动效率高、反应快速的特点，能够根据控制指令快速调节连杆长度l。

所述主动调节装置c设置有用来检测连杆长度l的传感器和控制器，将传感器的检测结果反馈至控制器，实现闭环控制，以提高连杆长度l的控制精度，精确控制主动抗侧滚力矩的大小。

如图3至5所示：本发明的主动抗侧滚扭杆系统，包括：连杆1、扭杆2及支撑座3，扭杆2通过支撑座3固定在转向架上，同时扭杆2的两个转臂通过两个连杆1分别与车体两侧铰接。

所述连杆1两端分别设置有球铰一11及球铰二23，连杆1的一端与扭杆2铰接，所述连杆1包括：连杆部件一a、连杆部件二b及滚珠丝杠机构，所述连杆部件一a与连杆部件二b通过滚珠丝杠机构活动连接。

所述滚珠丝杠机构，包括：外壳19、伺服电机25、丝杠螺母13及滚珠丝杠18。球铰一11与丝杠螺母13通过螺纹可拆卸连接，构成连杆部件一a，并通过卡环一12锁紧，防止球铰一11与丝杠螺母13松脱。球铰二23与外壳19通过螺纹可拆卸连接，构成连杆部件二b，并通过卡环二22锁紧，防止球铰二23与外壳19松脱。

伺服电机25根据控制指令通过减速器24减速后带动滚珠丝杠18转动，从而使得丝杠螺母13沿滚珠丝杠18轴向移动，能够使从连杆收缩状态长度l1调节到连杆伸长状态长度l2。这种滚珠丝杠机构具有转动摩擦力小、传动效率高、反应快速的特点，能够根据控制指令快速调节连杆长度l。

滚珠丝杠机构上还设置有传感器21和控制器，实现闭环控制，以提高连杆长度l的控制精度，精确控制主动抗侧滚力矩的大小。通过传感器21检测丝杠螺母13的位置来检测连杆长度l，然后传到控制器与控制指令进行对比，根据对比结果再控制伺服电机25转动，直到连杆长度l满足控制指令的要求。

当列车进入弯道时，驾驶员发出改变连杆长度l的控制指令，使处在弯道外侧的连杆1伸长长度，处在弯道内侧的连杆1缩短长度，从而是扭杆2产生较大的抗侧滚力矩，以平衡离心力所产生的侧滚力矩，使得列车能够以较快的速度安全通过弯道，以提高列车的运行速度。

所述外壳19内灌注有润滑油，确保滚珠丝杠机构得到良好润滑。外壳19上设置放油孔，放油孔上有螺纹，通过放油孔更换外壳19内的润滑油，然后拧上丝堵12密封。

在丝杠螺母13与外壳19接触面设置有密封圈15和防尘罩14，所述防尘罩14采用风箱式结构，在连杆1伸长长度变化较大时都能够起到防尘作用，以防止空气中颗粒物和水汽污染润滑油。

综上所述：本发明的有益效果为：本发明的连杆采用滚珠丝杠机构，根据控制指令实时快速调节连杆长度，从而使扭杆产生扭转变形，进而使扭杆轴扭转变形，向车体主动地提供抗侧滚力矩。相比传统的被动式抗侧滚扭杆系统只需在连杆上加装主动调节装置，就解决了传统连杆长度固定、无法调节的缺陷。从而实现对车体侧滚角度的主动调节，有助于提高列车通过弯道时的速度和安全性，从而提高列车的运行速度。

以上实施例仅供说明本发明之用，而非对本发明的限制，有关技术领域的技术人员在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化或变换，因此所有等同的技术方案也应该属于本发明的保护范围，本发明的保护范围应该由各权利要求限定。

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