CN101596909A - 粘着力可控的轨道车辆动力转向架 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种粘着力可控的轨道车辆动力转向架，包括车轮、轮轴、侧梁、横梁、悬挂缓震器和轮轴驱动装置；轮轴包括主动和被动轮轴，该转向架还包括监测装置、电力电子控制装置和粘着力发生装置；监测装置包括测速传感器，电力电子控制装置包括单片机控制器和IGBT模块电路，粘着力发生装置包括固定在侧梁上的壳体、风缸、铁芯、励磁线圈以及复位压簧；励磁线圈套装在铁芯上置于壳体内；风缸与车辆气源相连且其活塞杆固定连接在铁芯的上端；单片机控制器与测速传感器及IGBT模块电路相连；风缸通过电磁阀与单片机控制器相连；本发明能实时动态控制并能在空转打滑前及时提高轮轨粘着力，从而能防止车轮空转打滑、保证牵引力能发挥最大的使用效率。

Description

粘着力可控的轨道车辆动力转向架

技术领域

本发明涉及一种轨道车辆，尤其是涉及一种车轮与钢轨之间粘着力可控制的轨道车辆动力转向架。

背景技术

轨道车辆运行的一个重要动力装置是动力转向架，其包括若干个可在钢轨表面滚动的车轮、与所述车轮固定连接的轮轴、设置在所述转向架横向两侧的侧梁、位于所述两侧梁之间的横梁、与所述侧梁滑动连接的多个悬挂缓震器以及轮轴驱动装置，所述轮轴包括主动轮轴和被动轮轴，所述主动轮轴通过轮轴驱动装置驱动转动；根据牵引理论，车辆的车轮在钢轨表面上借助轮轨之间的粘着力滚动前行，而且粘着力的大小随着车辆速度的提高而迅速下降，当车速到达一定限度后，车轮产生的轮周牵引力大于轮轨间的粘着力，车轮将发生空转打滑。空转打滑时车轮的转速迅速上升，并使车辆牵引力的使用效率急剧下降，另外，高速空转会使车轮的踏面严重擦伤，同时车辆的牵引电机转子也可能因离心力过大而飞散“扫膛”，从而引起重大事故。

为防止车轮发生空转打滑，避免发生事故，以及为了使车辆牵引力能发挥最大的使用效率，必须提高轮轨间的粘着力；目前，通常采取以下二种结构方式来提高轮轨粘着力，第一种采取增大轮轴重量，这种方式虽然对防止车轮空转打滑的作用较大，并提高了牵引效率，但其大大增加了转向架整体重量，这样对路基的要求就很高，当路基松软时，则会对其造成很大损坏。第二种方式采用向轨道上撒沙来增加车轮与轨道的粘着力，沙子能改善粘着条件，增大钢轨踏面的摩擦系数，因此，在列车起动、爬坡或者紧急制动时，通过人工操作向车轮与钢轨之间撒下一层沙子，但是这种人工撒沙在实际操作中较难实施，既消耗了大量的原材料，而且还很不可靠，尤其在雨雪天气更无法操作，因此不能可靠、有效地防止车轮空转打滑。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种能自动实时动态检测控制并能可靠地在发生空转打滑前及时提高轮轨间粘着力，从而能有效防止车轮空转打滑、保证牵引力能发挥最大的使用效率，且对轮轨及路基不会造成损坏的粘着力可控的轨道车辆动力转向架。

为解决上述技术问题，本发明采用这样的一种粘着力可控的轨道车辆动力转向架，包括若干个可在钢轨表面滚动的车轮、与所述车轮固定连接的轮轴、设置在所述转向架横向两侧的侧梁、位于所述两侧梁之间的横梁、与所述侧梁滑动连接的多个悬挂缓震器以及轮轴驱动装置；所述轮轴包括主动轮轴和被动轮轴，所述主动轮轴通过轮轴驱动装置驱动转动，该转向架还包括监测装置、电力电子控制装置和粘着力发生装置；所述的监测装置包括测速传感器，所述主动轮轴和被动轮轴分别安装有一个测速传感器；所述的电力电子控制装置包括单片机控制器和IGBT模块电路，该IGBT模块电路与车辆主电源相连；所述的粘着力发生装置包括具有敞开端且固定连接在所述侧梁上的壳体、风缸、铁芯、励磁线圈以及复位压簧；所述励磁线圈套装在铁芯上置于所述壳体内；所述风缸通过管路与该轨道车辆的气源相连且其活塞杆固定连接在铁芯的上端；在所述壳体的底部设有大小、形状与所述铁芯相适配的通孔，所述铁芯在风缸接通气源时，在风缸活塞杆的推动下穿过该通孔邻近钢轨，且在风缸断开气源时在所述复位压簧的推动下穿过该通孔远离钢轨；所述单片机控制器与所述分别安装在主动轮轴和被动轮轴上的测速传感器及IGBT模块电路连接；所述风缸通过电磁阀与所述单片机控制器相连；所述测速传感器对主动轮轴和被动轮轴的转速分别进行检测，并输出电压信号，所述单片机控制器读取上述由测速传感器输出的电压信号并进行运算处理，由单片机控制器对IGBT模块电路进行电流控制，由IGBT模块电路对粘着力发生装置中的励磁线圈输送励磁电流。

所述的单片机控制器优选为8051单片机，所述的IGBT模块电路优选由开关电路、控制电路和隔离耦合电路构成；其中，开关电路中IGBT的E极与所述励磁线圈相连，单片机控制器与隔离耦合电路的输入端相连。

采用这样的结构后，由于转向架设有监测装置、电力电子控制装置和粘着力发生装置；在主动轮轴和被动轮轴分别安装有一个测速传感器；因此，当车轮正常运行无打滑现象时，主动轮轴和被动轮轴的转速相同，主动轮轴和被动轮轴上的测速传感器将有相同的电压信号输出，单片机控制器读取由测速传感器输出的相同电压信号并进行运算处理后，单片机控制器对IGBT模块电路无信号输出，这样，励磁线圈无电流输入，同时，单片机控制器对电磁阀也无信号输出，风缸不工作；当车轮将发生空转打滑，即主动轮轴和被动轮轴的转速出现不相同现象，存在转速差时，则主动轮轴和被动轮轴上的测速传感器将有不同的电压信号输出，单片机控制器读取由测速传感器输出的不同电压信号并进行运算处理后，单片机控制器对电磁阀输出信号使其接通，风缸接通气源，风缸活塞杆将铁芯压向钢轨并与之相近，同时，单片机控制器对IGBT模块电路输出控制信号，并由IGBT模块电路对粘着力发生装置中的励磁线圈输送励磁电流，励磁线圈通电励磁，使铁芯产生磁力，通过铁芯对钢轨产生的电磁吸力从而提高了轮轨间粘着力，及时有效地防止了车轮空转打滑，保证了牵引力发挥最大的使用效率，又由于该转向架结构没有增加轮轴重量，且铁芯与钢轨不相接触，因此该转向架结构对轮轨及路基不会造成损坏，从而节省了大量的设备制造及维修成本。

作为本发明的一种改进，所述的铁芯呈U型，所述的励磁线圈有二个且分别套装在该U型铁芯的两支脚上，所述风缸有二个且分别位于U型铁芯的两支脚的正上方，所述U型铁芯的横向两端设有向外的沿伸部，在所述壳体内设有台肩，所述复位压簧有二个且分别设在所述沿伸部与台肩之间。采用这样的结构后，一方面，当励磁线圈通电时，铁芯将产生更强的电磁吸力，从而使轮轨粘着力更大；另一方面，风缸及复位压簧的这种结构，能保证风缸接通或断开气源时，铁芯贴近及远离钢轨的动作更为可靠。

作为本发明的进一步改进，铁芯在风缸接通气源，在风缸活塞杆的推动下邻近钢轨，其邻近距离为铁芯下端与钢轨相距3～10毫米。这样的结构，既能保证铁芯与钢轨之间的电磁吸力效果，又能防止因钢轨不平整而与其接触，从而防止两者发生摩擦或碰撞而损坏。

作为本发明的另一种改进，所述粘着力发生装置有多个，且对称地设置在所述转向架横向两侧的侧梁上。这样的结构，使轮轨之间增加的粘着力分布更为合理，使车辆运行更为平稳。

作为本发明的一种优选实施方式，所述壳体上具有用于封闭所述敞开端的盖板，所述风缸固定安装在该壳体内，。这样的结构，能防止灰尘、雨水及其它杂质进入壳体内，从而更好地保证粘着力发生装置可靠地工作，并延长其使用寿命。

作为本发明的另一种优选实施方式，在所述粘着力发生装置的内侧设有与所述侧梁平行布置且固定连接在所述横梁上的侧板，所述粘着力发生装置与该侧板固定连接。这样的结构，粘着力发生装置能更牢靠地安装在转向架上，防止其在车辆运行时松脱。

作为本发明的再一种改进，所述的监测装置还包括测重传感器，该测重传感器有多个且分别设置在所述悬挂缓震器内，所述单片机控制器与各测重传感器电连接。采用这样的结构后，通过测重传感器对车辆的左右摇摆状况进行检测，当车辆出现左右摇摆状况时，转向架横向两侧的侧梁上分别安装的测重传感器将有不同的电压信号输出，单片机控制器读取由测重传感器输出的不同电压信号并进行运算处理后，单片机控制器对电磁阀输出信号使其接通，风缸接通气源，风缸活塞杆将铁芯压向钢轨并与之相近，同时，单片机控制器对IGBT模块电路输出控制信号，并由IGBT模块电路对粘着力发生装置中的励磁线圈输送励磁电流，励磁线圈通电励磁，使铁芯产生磁力，通过铁芯对钢轨产生的电磁吸力提高轮轨间粘着力，从而消除车辆左右摇摆，确保车辆的安全运行。

附图说明

以下结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。

图1为本发明粘着力可控的轨道车辆动力转向架的一种结构示意图。

图2为本发明中铁芯、励磁线圈和风缸的一种连接结构示意图。

图3为本发明中粘着力发生装置的一种结构示意图。

图4为本发明中电力电子控制装置的一种结构示意图。

图5为本发明中粘着力发生装置工作时磁力通路示意图。

具体实施方式

参见图1至5所示的一种粘着力可控的轨道车辆动力转向架，其包括若干个可在钢轨11表面滚动的车轮1、与所述车轮1固定连接的轮轴2、设置在所述转向架横向两侧的侧梁3、位于所述两侧梁3之间的横梁4、与所述侧梁3滑动连接的多个悬挂缓震器5以及轮轴驱动装置6；所述轮轴2包括主动轮轴2-1和被动轮轴2-2，所述主动轮轴2-1通过轮轴驱动装置6驱动转动，该转向架还包括监测装置7、电力电子控制装置8和粘着力发生装置9；所述的监测装置7包括测速传感器7-1，所述主动轮轴2-1和被动轮轴2-2分别安装有一个测速传感器7-1；所述的电力电子控制装置8包括单片机控制器8-1和IGBT模块电路8-2，该IGBT模块电路8-2与车辆主电源相连；所述的粘着力发生装置9包括具有敞开端且通过螺栓固定连接在所述侧梁3上的壳体9-1、风缸9-2、铁芯9-3、励磁线圈9-4以及复位压簧9-5；所述励磁线圈9-4套装在铁芯9-3上置于所述壳体9-1内，在壳体9-1上还可开设一些散热孔9-1-3用于铁芯及线圈等部件的散热；所述风缸9-2通过管路与该轨道车辆的气源相连且其活塞杆固定连接在铁芯9-3的上端；在所述壳体9-1的底部设有大小、形状与所述铁芯9-3相适配的通孔，所述铁芯9-3在风缸9-2接通气源时，在风缸活塞杆的推动下穿过该通孔邻近钢轨11，且在风缸9-2断开气源时在所述复位压簧9-5的推动下穿过该通孔远离钢轨11；所述单片机控制器8-1与所述分别安装在主动轮轴2-1和被动轮轴2-2上的测速传感器7-1及IGBT模块电路8-2连接；所述风缸9-2通过电磁阀与所述单片机控制器8-1相连；所述测速传感器7-1对主动轮轴2-1和被动轮轴2-2的转速分别进行检测，并输出电压信号，所述单片机控制器8-1读取上述由测速传感器7-1输出的电压信号并进行运算处理，由单片机控制器8-1对IGBT模块电路进行电流控制，由IGBT模块电路对粘着力发生装置9中的励磁线圈9-4输送励磁电流。

如图4所示，所述的单片机控制器8-1可为8051单片机，所述的IGBT模块电路8-2可由开关电路8-2-1、控制电路8-2-2和隔离耦合电路8-2-3构成；所述开关电路8-2-1包括电阻R1、绝缘棚极型功率管IGBT；所述控制电路8-2-2包括电阻R2、R3、电容C1至C4、晶体三极管T1、T2以及场效应管K，其中，由晶体三极管T1和T2组成推挽输出；所述隔离耦合电路8-2-3包括光电耦合器件D1、D2和晶体三极管T3，其中，由光电耦合器件D1和D2组成光电耦合；所述的开关电路8-2-1中IGBT的E极与所述励磁线圈9-4相连，单片机控制器8-1与隔离耦合电路8-2-3的输入端相连，控制电路8-2-2中的推挽输出端与开关电路8-2-1中的栅极限流电阻R1相连，隔离耦合电路8-2-3中的晶体三极管T3的集电极与控制电路8-2-2中的电阻R2的下电位端相连。所述测速传感器7-1可通过比较电路与所述单片机控制器8-1输入回路连接。

如图2、3所示，所述铁芯9-3呈U型，所述的励磁线圈9-4有二个且分别套装在该U型铁芯的两支脚9-3-1、9-3-2上，所述风缸9-2有二个且分别位于U型铁芯的两支脚9-3-1、9-3-2的正上方，所述U型铁芯9-3的横向两端设有向外的沿伸部9-3-3，在所述壳体9-1内设有台肩9-1-1，所述复位压簧9-5有二个且分别设在所述沿伸部9-3-3与台肩9-1-1之间。本发明的铁芯9-3还可呈E型等形状，可采用软磁电工材料制成。安装时，铁芯9-3位于钢轨11的正上方。

本发明动力转向架中的粘着力发生装置9可有多个，图1所示为二个，且对称地设置在所述转向架横向两侧的侧梁3上。

为防止灰尘、雨水或它杂质进入壳体9-1内，可在壳体9-1上设置用于封闭敞开端的盖板9-1-2，同时，将风缸9-2固定安装在该壳体9-1内。输电电缆和风缸气源经粘着力发生装置盖板9-1-2上电缆管12和气管接头13进入粘着力发生装置9内部。

为保证粘着力发生装置9与转向架的连接更为可靠，可在粘着力发生装置9的内侧设置与所述侧梁3平行布置且固定连接在所述横梁4上的侧板10，所述粘着力发生装置9通过螺栓与该侧板10固定连接。

为了防止车辆因剧烈晃动或严重摇摆以至可能离轨，如图1所示，所述的监测装置7还包括测重传感器7-2，该测重传感器7-2有多个且分别设置在所述悬挂缓震器5内，所述单片机控制器8-1与各测重传感器7-2电连接。

本发明的工作过程如下：当车轮1正常运行无打滑现象时，主动轮轴2-1和被动轮轴2-2的转速相同，主动轮轴2-1和被动轮轴2-2上的测速传感器7-1将有相同的电压信号输出，单片机控制器8-1读取由测速传感器7-1输出的相同电压信号并进行运算处理后，单片机控制器8-1对IGBT模块电路8-2无信号输出，这样，励磁线圈9-4无电流输入，同时，单片机控制器8-1对电磁阀也无信号输出，风缸9-2不工作，铁芯9-3在复位压簧9-5的推力下远离钢轨11；当车轮1将发生空转打滑，即主动轮轴2-1和被动轮轴2-2的转速出现不相同现象，存在转速差时，则主动轮轴2-1和被动轮轴2-2上的测速传感器7-1将有不同的电压信号输出，单片机控制器8-1读取由测速传感器7-1输出的不同电压信号并进行运算处理后，单片机控制器8-1对电磁阀输出信号使其接通，风缸9-2接通车辆上的气源，风缸活塞杆将铁芯9-3压向钢轨11并与之相近，相近距离为铁芯9-3下端与钢轨11相距3～10毫米，同时，单片机控制器8-1对IGBT模块电路8-2输出控制信号，并由IGBT模块电路8-2对粘着力发生装置9中的励磁线圈9-4输送励磁电流，励磁线圈9-4通电励磁，使铁芯9-3产生磁力，通过铁芯9-3对钢轨11产生的电磁吸力从而提高了轮轨间粘着力，及时有效地防止了车轮1空转打滑，如图5所示，其中，励磁电流大小可根据单片机控制器8-1输出的控制信号而变化，铁芯9-3产生的磁力随着励磁电流的增大而增强，即磁力的大小可通过电力电子控制装置8对励磁线圈9-4通电流的调节来控制。当车辆出现左右摇摆状况时，转向架横向两侧的侧梁3上分别安装的测重传感器7-2将有不同的电压信号输出，单片机控制器8-1读取由测重传感器7-2输出的不同电压信号并进行运算处理后，单片机控制器8-1对电磁阀输出信号使其接通，风缸9-2接通车辆上的气源，风缸活塞杆将铁芯9-3压向钢轨并与之相近，相近距离为铁芯9-3下端与钢轨11相距3～10毫米，同时，单片机控制器8-1对IGBT模块电路8-2输出控制信号，并由IGBT模块电路8-2对粘着力发生装置9中的励磁线圈9-4输送励磁电流，励磁线圈9-4通电励磁，使铁芯9-3产生磁力，通过铁芯9-3对钢轨产生的电磁吸力提高轮轨间粘着力，从而消除车辆左右摇摆，确保车辆的安全运行。由此可知，本发明是采用全自动闭环反馈方式，即全程自动检测、自动跟踪、自动反馈、自动比较、自动补偿修正、自动执行而无需任何人为干预的过程。

以上所述的仅是本发明的优选实施方式。应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应视为属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1、一种粘着力可控的轨道车辆动力转向架，包括若干个可在钢轨11表面滚动的车轮(1)、与所述车轮(1)固定连接的轮轴(2)、设置在所述转向架横向两侧的侧梁(3)、位于所述两侧梁(3)之间的横梁(4)、与所述侧梁(3)滑动连接的多个悬挂缓震器(5)以及轮轴驱动装置(6)；所述轮轴(2)包括主动轮轴(2-1)和被动轮轴(2-2)，所述主动轮轴(2-1)通过轮轴驱动装置(6)驱动转动，其特征在于：该转向架还包括监测装置(7)、电力电子控制装置(8)和粘着力发生装置(9)；所述的监测装置(7)包括测速传感器(7-1)，所述主动轮轴(2-1)和被动轮轴(2-2)分别安装有一个测速传感器(7-1)；所述的电力电子控制装置(8)包括单片机控制器(8-1)和IGBT模块电路(8-2)，该IGBT模块电路(8-2)与车辆主电源相连，所述的粘着力发生装置(9)包括具有敞开端且固定连接在所述侧梁(3)上的壳体(9-1)、风缸(9-2)、铁芯(9-3)、励磁线圈(9-4)以及复位压簧(9-5)；所述励磁线圈(9-4)套装在铁芯(9-3)上置于所述壳体(9-1)内；所述风缸(9-2)通过管路与该轨道车辆的气源相连且其活塞杆固定连接在铁芯(9-3)的上端；在所述壳体(9-1)的底部设有大小、形状与所述铁芯(9-3)相适配的通孔，所述铁芯(9-3)在风缸(9-2)接通气源时，在风缸活塞杆的推动下穿过该通孔邻近钢轨11，且在风缸(9-2)断开气源时在所述复位压簧(9-5)的推动下穿过该通孔远离钢轨11；所述单片机控制器(8-1)与所述分别安装在主动轮轴(2-1)和被动轮轴(2-2)上的测速传感器(7-1)及IGBT模块电路(8-2)连接；所述风缸(9-2)通过电磁阀与所述单片机控制器(8-1)相连；所述测速传感器(7-1)对主动轮轴(2-1)和被动轮轴(2-2)的转速分别进行检测，并输出电压信号，所述单片机控制器(8-1)读取上述由测速传感器(7-1)输出的电压信号并进行运算处理，由单片机控制器(8-1)对IGBT模块电路进行电流控制，由IGBT模块电路对粘着力发生装置(9)中的励磁线圈(9-4)输送励磁电流。

2、根据权利要求1所述的粘着力可控的轨道车辆动力转向架，其特征在于：所述的单片机控制器(8-1)为8051单片机，所述的IGBT模块电路(8-2)由开关电路(8-2-1)、控制电路(8-2-2)和隔离耦合电路(8-2-3)构成；其中，开关电路(8-2-1)中IGBT的E极与所述励磁线圈(9-4)相连，单片机控制器(8-1)与隔离耦合电路(8-2-3)的输入端相连。

3、根据权利要求1所述的粘着力可控的轨道车辆动力转向架，其特征在于：所述的铁芯(9-3)呈U型，所述的励磁线圈(9-4)有二个且分别套装在该U型铁芯的两支脚(9-3-1、9-3-2)上，所述风缸(9-2)有二个且分别位于U型铁芯的两支脚(9-3-1、9-3-2)的正上方，所述U型铁芯(9-3)的横向两端设有向外的沿伸部(9-3-3)，在所述壳体(9-1)内设有台肩(9-1-1)，所述复位压簧(9-5)有二个且分别设在所述沿伸部(9-3-3)与台肩(9-1-1)之间。

4、根据权利要求1所述的粘着力可控的轨道车辆动力转向架，其特征在于：所述铁芯(9-3)在风缸(9-2)接通气源，在风缸活塞杆的推动下邻近钢轨11，其邻近距离为铁芯下端与钢轨11相距3～10毫米。

5、根据权利要求1至4中任一项所述的粘着力可控的轨道车辆动力转向架，其特征在于：所述粘着力发生装置(9)有多个，且对称地设置在所述转向架横向两侧的侧梁(3)上。

6、根据权利要求1至4中任一项所述的粘着力可控的轨道车辆动力转向架，其特征在于：所述壳体(9-1)上还具有用于封闭所述敞开端的盖板(9-1-2)，所述风缸(9-2)固定安装在该壳体(9-1)内。

7、根据权利要求1至4中任一项所述的粘着力可控的轨道车辆动力转向架，其特征在于：在所述粘着力发生装置(9)的内侧还设有与所述侧梁(3)平行布置且固定连接在所述横梁(4)上的侧板(10)，所述粘着力发生装置(9)与该侧板(10)固定连接。

8、根据权利要求1所述的粘着力可控的轨道车辆动力转向架，其特征在于：所述的监测装置(7)还包括测重传感器(7-2)，该测重传感器(7-2)有多个且分别设置在所述悬挂缓震器(5)内，所述单片机控制器(8-1)与各测重传感器(7-2)电连接。

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