背景技术
磁悬浮列车是一种靠磁悬浮力(即磁的吸引力或排斥力)来推动的列车。由于其轨道的磁力使之悬浮在空中,行走时不需接触地面,因此其阻力只有空气的阻力,磁悬浮列车的最高速度可以达每小时500公里以上,具有高速,低噪音,环保,经济和舒适等特点。
参照图1-A示出的磁悬浮列车转向装置的结构示意图和图1-B所示的图1-A中局部M的放大图及其受力示意图。转向架11安装于轨道14上,转向架11上设置有空气弹簧12,空气弹簧12的上部设置有转向机构13,用于连接车体。其中,电磁铁16、直线电机15均安装在转向架11上,电磁铁15位于轨道14的下方,直线电机15位于轨道14的上方。
磁悬浮列车是靠直线电机15产生牵引力,即形成列车的推进系统151。靠电磁铁16产生悬浮力N1和导向力N2,即形成列车的导向系统和悬浮系统161。
中低速磁悬浮列车的每辆车采用三到五个转向架沿车体全长布置来支撑车体。通过转向机构将磁悬浮转向架与车体连接起来。在列车通过曲线时,转向架要沿轨道运动(拟合轨道);此时转向架与车体间产生相对运动。实现此相对运动(轨道、转向架、车体间)必须解决如下问题:1)转向架需拟合轨道,以获得最大的悬浮力和保持运动方向;2)转向架与车厢必须保持一定的相对位置关系,以防止偏载;3)转向架需带动车体偏转,改变运动方向,故转向架与车体必须有连接点,此连接又不能限制转向架沿轨道运行的自由性。
为实现车体与转向架之间的相对运动,在车体和转向架中间必须引入转向模块,转向模块的分析和设计必须考虑转向架、车体、轨道间的相对位置。
以五转向架车为例,五个转向架在曲线轨道上的分布如图2所示,前端第一转向架21、前端第二转向架22构成第一转向模块201,后端第一转向架24、后端第二转向架25构成第二转向模块202。车辆通过曲线轨道AA′时,转向模块201、202相对于车体横向中心线成对称分布。转向模块201、202的四个角分别以车体与转向架的连接点为圆心,作圆弧运动,中间转向架23仅平动。五个转向架的连动便实现了车体向对于转向架的转动和平动,使车辆顺利通过曲线。车体平动产生y方向上的位移为Δy。
下面以一个转向模块作为分析对象,参照图3-A和图3-B分别说明转向模块位于直线轨道和弯曲轨道时的位置示意图。
如图3所示,点O1、O2、O3、O4、C、D处与车体固定连接,相对车体静止;点P、P1、P2、C1、C2、Q、Q1、Q2、D1、D2处与车体相对运动。
下面以转向模块中的一点P1为例,描述车辆通过曲线轨道时该点的运动过程。如图4所示,车辆通过曲线时,电磁铁的侧向回复力带动P1,P2偏向轨道,偏离车厢→P1,P2通过杆
推动P点→使T型杆P-C1-C2绕C点旋转→带动钢缆
→钢缆带动T型杆O-D1-D2绕D点旋转→Q点与P点反向运动,通过杆
带动Q1,Q2偏离车厢,向轨道方向移动。转向模块201带动车体一位端转动,同理转向模块202带动车体二位端转动,转向架23带动车体平动,这样车辆便顺利通过了曲线轨道AA′。
在上述转向模块中,为实现图5-A所示的运动点P1绕相对静止点O1作圆弧运动,实现车体和转向架之间的相对运动,必须引入一个转向机构。转向机构的要素是使车体与转向模块端部连接,以实现二者之间的相对圆弧运动,且限制转向模块与车体之间的垂向运动和纵向运动。转向机构上方连接车体,下方连接转向架,车辆通过曲线时,通过运动点绕相对静止点作圆弧运动,实现转向架直线拟合曲线轨道,与车体之间产生相对运动,使车辆顺利通过曲线。
现有技术采用的转向机构为直线导轨式转向机构,参照图4所示的现有技术直线导轨式转向架的示意图,包括直线导轨41和滑块42,其中,滑块42的下方连接空气弹簧,空气弹簧安装于转向架上;直线导轨41上方连接车体,通过滑块42沿导轨在x方向上滑动来实现车体与转向架之间的相对运动。
列车通过曲线轨道时,滑块与直线导轨发生相对位移,即该转向机构使运动点P1作沿x方向的直线运动,轨迹如图5-B实线所示。而点P1的真实轨迹为绕相对静止点O1的圆弧运动,轨迹如图5-B虚线所示。假设点P1沿x方向严生位移Δx,采用直线导轨式的转向机构时P1到达点P11处;而P1真实运动为以O1为圆心的圆弧运动,故到达点P12处。P11与P12在y方向产生位移差Δy和转角α,二者需要通过其他方式来补偿,从而使列车顺利通过曲线轨道。该技术的缺点:
1.列车通过曲线轨道时须补偿空气弹簧产生的两个位移量,且运动轨迹不是端部的真实运动轨迹,易发生附加震动;
2.产生附加的力,影响转向架转动灵活性;
3.导致机构复杂,增加制造和维护成本。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种磁悬浮转向机构,安装于车体与转向架之间,当车体通过曲线轨道时,带动车体随转向架作圆弧运动,使列车顺利通过曲线轨道。
为了解决上述问题,本发明公开了一种磁悬浮转向机构,支撑于磁悬浮车辆的车体和转向架之间,所述转向机构为弧形运动滑台;所述弧形运动滑台的上部与所述车体连接,所述弧形运动滑台的下部与所述转向架连接;所述弧形运动滑台的上部和下部作轨迹为圆弧形的相对运动。
优选的,所述弧形运动滑台具体包括:滚子座和滚道体;所述滚道体作为所述滑台的上部与所述车体连接,所述滚子座作为所述滑台的下部与所述转向架连接;所述滚道体呈弧形结构,上方平面与车体固定连接;下方平面与所述滚子座接触,作圆弧形轨迹的相对运动。
优选的,所述滚子座具体由滚子座体和数个滚子组成;所述数个滚子呈扇形均匀布置在所述滚子座体上。
优选的,所述弧形运动滑台还包括:连接定位装置,与所述滚子座固定连接;其中,所述滚道体包括支撑梁和下方滚道;所述支撑梁的一端连接所述车体,另一端连接所述下方滚道;所述下方滚道呈圆弧形,该下方滚道的上表面被所述支撑梁间隔成左、右滚道斜面;所述下方滚道的下表面为平面;所述连接定位装置由座体和数个小滚子组成;所述数个小滚子安装在所述座体上;所述滚道体的下方滚道的下表面与所述滚子座的滚子接触,二者作相对圆弧形运动;所述滚道体的下方滚道的左、右滚道斜面与所述连接定位装置的小滚子接触,使所述滚子座和滚道体只能沿所述下方滚道的圆弧方向作相对运动。
优选的,所述小滚子轴承的轴线与水平面的夹角等于所述左、右滚道斜面的倾斜角。
优选的,所述滚道体还包括连接所述车体的上方平面;呈工字型或半工字型结构。
优选的,每个所述滚子由一个滚筒、二个轴承和一个滚子轴组成;其中,所述滚子轴的中间部位加工有滚子轴凸台,用以限制每个所述轴承的内圈沿所述滚子轴向里的轴向位移;所述滚子轴上安装有两个弹簧挡圈,用于限制每个所述轴承的内圈沿所述滚子轴向外的轴向位移;所述滚筒内侧的中间部位加工有滚筒凸台,用于限制每个所述轴承的外圈沿所述滚子轴向里的轴向位移;所述滚筒内安装有两只轴套,用于限制每个所述轴承的外圈沿所述滚子轴向外的轴向位移。
优选的,所述轴套的另外一侧还安装有推力球轴承,该推力球轴承的外侧加装有密封压盖,外设轴用弹簧挡圈限制所述密封压盖的轴向位移。
与现有技术相比,本发明具有以下优点:
使用本发明提供的转向机构,实现了车体与转向架垂向滚动连接,可以传递较大的垂向力。
连接定位装置座体上安装小滚子,小滚子的轴线与水平面的夹角与滚道体上表面的滚道斜面的倾斜角度相等,限制滚道体与滚子座只能有圆弧方向的相对运动,不能有圆弧径向和垂直于圆弧平面方向的相对运动。
转向架长度或转向机构安装位置变化时,只需改变滚子座上滚子扇形布置的夹角和滚道的圆弧半径即可。
转向机构的引入实现了转向模块中运动点绕相对静止点的弧线运动,使得车辆顺利通过曲线轨道。降低了列车通过曲线轨道时作用在转向架上的附加力,延长了转向架的使用寿命,减少了制造和维修成本。
具体实施方式
本发明在车体和转向架之间引入了一种转向机构,采用圆弧形运动滑台结构,支撑于磁悬浮车辆的车体和转向架之间。该圆弧形运动滑台分别安放于图3-A、3-B所示的转向模块的P1、P2、Q1、Q2点,其上部连接车体,下部固定安装于转向架的空气弹簧上。滑台的上部和下部作运动轨迹为圆弧形的相对运动,进而带动车体和转向架也作运动轨迹为圆弧形的相对运动,使磁悬浮车辆顺利通过曲线轨道。其中,上述滑台的上部、下部,以及上述圆弧形运动轨迹所在平面,都平行于上述车体的底板面,减小车辆的垂向震动。
本发明提供的磁悬浮转向机构适用于包括常导吸引型、常导排斥型、超导吸引型、超导排斥型等各种类型的磁悬浮式车辆,尤其适用于常导吸引型磁悬浮式车辆。上述常导吸引型磁悬浮式车辆,安装有与轨道底部相对配置的常导电磁铁的成对模块,模块装备了悬挂支撑的车体,车体与模块组成的转向架之间安装本发明实施例提供的转向机构。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂,下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
第一实施例
参照图6-1,示出了本发明磁悬浮转向机构第一实施例的示意图,上述磁悬浮转向机构为弧形运动滑台,包括:第一第一滚道体601和第一第一滚子座602。其中,第一滚道体601作为弧形运动滑台的上部与车体连接;第一滚子座602作为弧形运动滑台的下部与转向架连接;第一滚道体601与第一滚子座602接触,作相对圆弧形运动。第一滚子座602第一滚道体601
具体参见图6-2所示第一滚道体的示意图,这里定义第一滚道体601与第一滚子座602接触的平面为第一滚道体601的第一下方平面6011。第一滚子座602可以在第一下方平面6011上滚动,也可以滑动。如图6-2所示,第一滚道体601为圆弧形结构,可以是圆弧形金属块,中间部位设置了多个连接孔6012。
图6-3示出了第一滚道体沿A-A向的剖视图,上述连接孔6012可以包括:沉孔和通孔,沉孔的直径大于通孔的直径。其内部可以插入螺栓603,与车体对应位置开通的连接孔配合,将车体600和第一滚道体601固定连接,参见图6-1。沉孔的高度大于螺栓头部的高度,即螺栓603的头部外表面低于第一下方平面6011,这样不会妨碍第一滚道体601与第一滚子座602之间的相对运动。
本实施例采用配套的螺栓和螺母将第一滚道体601和车体600固定连接。此外,第一滚道体601与车体600之间,也可以是滚道体作为车体的一部分、与车体一体成型;或者通过其他连接部件将滚道体与车体固定连接。
第二实施例
参照图6-4所示的本发明磁悬浮转向机构第二实施例的剖视图,弧形运动滑台型磁悬浮转向机构包括:一个第二滚子座61、一个第二滚道体63和两个连接定位装置62。
下面结合各部分的具体结构示意图,对本发明磁悬浮转向机构实施例二的组成部件进行详细说明。
一、滚子座实施例
参照图7所示的滚子座实施例的结构示意图,第二滚子座61由一个滚子座体71和数个滚子72组成。本实施例中,滚子座体71上设置了三个滚子72。三个滚子72呈扇形均匀布置在滚子座体71上。图8示出了磁悬浮转向机构的工作弧线示意图,每个滚子的轴向指向该转向机构所作圆弧运动的圆心O1。上述滚子同时可以承受垂向压力和横向力。
滚子座体71上设有数个空气弹簧安装孔711、滚子安装孔712和定位装置安装孔713。本实施例中,滚子座体71的底部四角设置有四个空气弹簧安装孔711,用于将滚子座体71与转向架的空气弹簧连接。即:滚子座体71通过其上的空气弹簧安装孔711用螺栓等连接部件将转向机构整体与转向架上的空气弹簧连接。
滚子座体71的上部设有六个滚子安装孔712,与滚子轴端设置的安装孔相对应,可以使用螺钉将二者连接。
滚子座体71的上部还设有四个滚子安装孔712,与连接定位装置上的安装孔相对应,也可以使用螺栓将连接定位装置62与第二滚子座61固定连接。
作为滚子72的优选实施例,参照图9,示出了本发明滚子实施例的结构示意图,每个滚子由一个滚筒92、二个轴承93和一个滚子轴91组成。
其中,滚子轴91的中间部位加工有滚子轴凸台901,用以限制每个轴承93的内圈913沿滚子轴向里的轴向位移;滚子轴91上安装有两个弹簧挡圈911,用于限制每个轴承93的内圈913沿滚子轴向外的轴向位移。滚子轴91的轴端为平面,上面设置有安装孔,可以通过螺钉将滚子与滚子座体连接。
滚筒92内侧的中间部位加工有滚筒凸台902,用于限制每个轴承93的外圈923沿滚子轴向里的轴向位移;另外,滚筒92内侧还安装有两只轴套912,用于限制每个轴承93的外圈923沿滚子轴向外的轴向位移。
此外,在本发明滚子的另一优选实施例中,轴套912的另外一侧还安装有推力球轴承94,该推力球轴承的外侧加装有密封压盖95,外侧设置有轴用弹簧挡圈96,用于限制密封压盖95的轴向位移。本实施例中,滚子两侧采用推力球轴承94和轴承93一起进行轴向定位,加设的推力球轴承94,可以有效增加滚子的轴向承受力。
二、连接定位装置实施例
参照图10所示的连接定位装置实施例的结构示意图,其中,图A为连接定位装置的立体示意图;图B为连接定位装置的正视图。
连接定位装置由一个座体101和数个小滚子102组成。本实施例中,每个座体101上设置有两个小滚子102。对应滚子座上设置的连接定位装置连接孔713,座体101上设置有滚子座连接孔103,可以通过螺栓连接,使连接定位装置与上述滚子座固定连接。
小滚子102通过小滚子轴承1021安装在座体101上。本实施例中,小滚子轴承1021可以但不限于是滚轮滚针轴承,每个座体上安装两个;小滚子轴承1021的轴线与水平面成一定夹角,夹角大小等于滚道上表面倾斜角度。
三、滚道体实施例
参照图11所示的本发明第二滚道体实施例的结构示意图,整个滚道体呈工字型结构,包括上方平面111、下方滚道112和支撑梁113。其中,上方平面111为连接车体的安装平面,设有车体安装孔1101,可以通过螺栓将滚道体与车体直接连接。
下方滚道112呈圆弧形,其上表面被支撑梁113间隔成左滚道斜面1121和右滚道斜面1122。上述左、右滚道斜面的倾斜角等于小滚子轴承的轴线与水平面的夹角。下方滚道112的下表面1123为平面,在整个磁悬浮机构中,与第二滚子座61上的滚子接触,滚子可以在其上滚动。参照图8,下方滚道112的弧形半径等同于运动点P1与车体之间作相对运动时的相对静止点O1的距离。
以上对本发明磁悬浮转向机构的组成部件进行了详细介绍,下面结合图12、13和上述各图,说明各部件的连接关系:
参照图12示出的连接定位装置和滚子座的连接关系示意图,采用螺栓插入第二滚子座61上的定位装置安装孔713和连接定位装置62上的滚子座连接孔103,将第二滚子座61和连接定位装置62固定连接。
参照图13所示的磁悬浮转向机构的整体连接关系示意图,第二滚道体63通过连接定位装置62与第二滚子座61连接;其中,第二滚道体63的下方滚道112的下表面与第二滚子座61的滚子72接触,二者作相对圆弧形运动;第二滚道体63的下方滚道112的左滚道斜面1121、右滚道斜面1122分别与连接定位装置62的小滚子102接触,使第二滚子座61和第二滚道体63只能沿下方滚道112的圆弧方向作相对运动。
以转向模块中的一点P1处的转向机构为例,描述车辆通过曲线轨道时转向机构的作用。车辆通过曲线时,安放于车体上P1点处的滚道体沿着滚道下方的滚子以O1为圆心作圆弧运动,连接定位装置上的小滚子与滚道体的左、右滚道斜面接触,限制滚道体的垂向位移和横向位移,保证滚道体始终以O1为圆心,O1P1为半径,作圆弧运动。
第三实施例
参照图14所示,示出了本发明磁悬浮转向机构第三滚道体的示意图,与磁悬浮转向机构第二实施例不同的是,本实施例中的第三滚道体611的第三下方平面6111为一边是直线,另一边是弧线的平面。图15示出的第三滚道体611沿A-A向的剖视图,第三滚道体611呈半工字型结构。整个磁悬浮机构与车体的连接关系如图16所示,第三滚道体611的第三下方平面6111与车体600固定连接,其余部件的连接关系与实施例二相同或类似,此处不再赘述。
本发明实施例中,随着滚道体结构的不同,其与车体的连接形式也有很多种,此处不再一一描述。
值得说明的是,本发明安装于磁悬浮列车,当转向架长度或图3-A、3-B中转向机构的安装位置P1、P2、Q1、Q2点变化时,只需改变滚子座上滚子扇形布置的夹角和滚道体下方滚道的圆弧半径即可。
总之,在中低速磁悬浮列车上,使用本发明提供的转向机构,实现了车体与转向架垂向滚动连接,可以传递较大的垂向力。
连接定位装置座体上安装小滚子,小滚子的轴线与水平面的夹角与滚道体上表面的滚道斜面的倾斜角度相等,限制滚道体与滚子座只能有圆弧方向的相对运动,不能有圆弧径向和垂直于圆弧平面方向的相对运动。
转向架长度或转向机构安装位置P1、P2、Q1、Q2点变化时,只需改变滚子座上滚子扇形布置的夹角和滚道的圆弧半径即可。
转向机构的引入实现了转向模块中运动点P1绕相对静止点O1的弧线运动,使得车辆顺利通过曲线轨道。降低了由通过曲线轨道时作用在转向架上的反作用力,延长了转向架的使用寿命,减少了制造和维修成本。
值得说明的是,本发明提供的转向机构不仅仅适用于磁悬浮式车辆技术领域,依据本发明的核心构思提供的转向机构同样适用于其他领域,如用于对滚子或其功能相当零件的强度、尺寸要求很小,材质要求比较低的儿童玩具模型等领域。
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述,每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处,各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。
以上对本发明所提供的一种磁悬浮转向机构,进行了详细介绍,本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述,以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想;同时,对于本领域的一般技术人员,依据本发明的思想,在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处,综上所述,本说明书内容不应理解为对本发明的限制。