CN104755352B - 设置有侧倾刚度控制装置的铁路交通工具悬架 - Google Patents

Abstract

气动悬架，包括：待分别在行驶系(14)的中间纵向垂直平面(102)的左侧和右侧上定位在铁路交通工具(10)的交通工具本体(12)和行驶系(14)之间以将交通工具本体(12)支撑在行驶系(14)上的至少一个左空气波纹管(34L)和至少一个右空气波纹管(34R)，以及利用抗侧倾阀门装置(40L、40R)连接到左空气波纹管和右空气波纹管(34L、34R)的附加空气容积装置(36L、36R)。弯道检测器(42)连接到抗侧倾阀门装置(40L、40R)，以便在检测到弯道时将左空气波纹管和右空气波纹管(34L、34R)与附加空气容积装置(36L、36R)隔离，以在检测到弯道时使气动悬架变硬。

Description

设置有侧倾刚度控制装置的铁路交通工具悬架

发明技术领域

本发明涉及用于铁路交通工具的气动悬架，特别地然而非排他地涉及副气动悬架(secondary pneumatic suspension)。本发明还涉及行驶系(running gear)，并且特别涉及设置有此类气动悬架的转向架。本发明还涉及设置有此类气动悬架的铁路交通工具和控制此类气动悬架的方法。

背景技术

EP0568043中披露了具有主悬架和副悬架的铁路交通工具。副悬架是包括定位在车厢本体(car body)和转向架的两侧上的转向架框架之间的环形空气波纹管(toroidalair bellow)的气动悬架。每个空气波纹管利用气动管线连接到密闭的辅助容积，以降低空气悬架的垂直刚度，并增加所感受到的乘坐舒适度。遗憾的是，垂直刚度的该降低还导致了侧倾刚度的下降，在铁路交通工具通过弯道时具有不良影响，例如被乘客所感受到的增加的侧向加速度、导电弓(pantograph)的侧向位移和车厢本体宽度限制。为应对侧倾刚度的该下降，两个三向阀门被布置在环形空气波纹管和辅助容积之间，以在交通工具进入弯道时，选择性地将转向架的一侧上的一个空气波纹管与关联的辅助容积隔离，并且同时将该辅助容积连接到转向架的另外一侧上的另外的空气波纹管并连接到关联的辅助容积。当交通工具进入弯道时，弯道的内侧上的空气波纹管被隔离，这减小了其有效气动容积并增加了其刚度，同时弯道外侧上的空气波纹管被连接到两个空气辅助容积，这进一步降低了该侧上的刚度。取决于空气波纹管和辅助容积之间的容积比，副悬架的总体侧倾刚度可以轻微地增加或甚至减少，这在转弯时是不利的。

因此，存在对简单并可靠的装置的需求，以在铁路交通工具通过弯道时充分地增加气动悬架的侧倾刚度。

发明概述

根据本发明的一个方面，提供了气动悬架，该气动悬架包括待分别在行驶系的中间纵向垂直平面的左侧和右侧上定位在交通工具本体和行驶系之间以将交通工具本体支撑在行驶系上的至少一个左空气波纹管和至少一个右空气波纹管。附加空气容积装置利用抗侧倾阀门装置连接到左空气波纹管和右空气波纹管。弯道检测器连接到抗侧倾阀门装置，以便在检测到弯道时将左空气波纹管和右空气波纹管与附加空气容积装置隔离。

空气波纹管的垂直刚度与空气波纹管中的空气体积成反比。侧倾刚度的一阶近似是行驶系的左侧和右侧上的悬架的垂直刚度的绝对值之和。当交通工具在直线轨道上行驶时，每个空气波纹管与一个附加容积相关联，以提供相对柔软的悬架，例如，悬架的低垂直和侧倾刚度。当检测到弯道时，左空气波纹管和右空气波纹管这二者同时与附加空气容积装置隔离，并且行驶系的两侧上的垂直刚度增加，这引起侧倾刚度的增加。

根据实施例，抗侧倾阀门装置包括用于将附加空气容积装置连接到左空气波纹管的左抗侧倾阀门和用于将附加空气容积装置连接到右空气波纹管的右抗侧倾阀门。根据一个实施例，左抗侧倾阀门和右抗侧倾阀门中的每一个都是双位、双向阀门，是特别简单的配置。

附加空气容积装置可以包括一个或多个腔。根据优选实施例，附加空气容积装置包括经由抗侧倾阀门装置连接到左空气波纹管的至少一个左附加空气腔，和经由抗侧倾阀门装置连接到右空气波纹管的至少一个右附加空气腔。左附加空气腔和右附加空气腔可以完全地相互隔离，或者可以利用含有或者不含喷嘴的压差式阀门相互连接。如以上所述，抗侧倾阀门装置可包括一个共用阀门或两个独立阀门，即，在左附加空气腔和左空气波纹管之间的左抗侧倾阀门，以及在右附加空气腔和右空气波纹管之间的右抗侧倾阀门。

附加空气容积装置可以包括经由抗侧倾阀门装置连接到左空气波纹管和右空气波纹管二者的一个或多个共用空气腔。共用空气腔或多个共用空气腔可以是附加空气容积装置的仅有的腔，或者可以与左附加空气腔和右附加空气腔组合。

根据一个实施例，附加空气容积装置可以包括经由抗侧倾阀门装置连接到左空气波纹管的至少一个左附加空气容积，和经由抗侧倾阀门装置连接到右空气波纹管的至少一个右附加空气容积。抗侧倾阀门装置可以包括单独的双位、四向阀门。

优选地，附加空气容积装置具有至少大于左空气波纹管和右空气波纹管的总容积的一半的总容积。

附加空气容积装置可被实现为一个或多个密闭的室，该一个或多个密闭的室在行驶系的框架内或在车厢本体的框架内实现。替代性地，附加空气容积可包括一个或多个气动罐。

弯道检测器可以包括一个或多个侧向加速度检测器，特别是一个传输电信号的加速度计，或者位于行驶系的前端和后端处的一对侧向加速度计，或者利用联动件(linkage)联接到阀门或多个阀门的摆动质量块。弯道检测器还可以包括联接到轨道地图的GPS系统以预测进入弯道。其还可以包括检测车厢本体围绕垂直轴线相对于行驶系的旋转运动的旋转传感器。其还可以包括侧倾传感器，例如检测车厢本体围绕水平、纵向轴线相对于行驶系的旋转的旋转传感器。其还可以包括位移传感器，用于检测车厢本体相对于行驶系的侧向运动。旋转传感器和/或位移传感器可以包括联动件，例如连接在车厢本体和行驶系之间并机械地联接到阀门的一个或多个连接杆或连接杠。

根据优选实施例，在没有来自弯道检测器的信号的情况下，抗侧倾阀门装置被向着关闭位置偏置以将左空气波纹管和右空气波纹管与附加空气容积装置隔离。这提供了检测器故障情况下的故障保护运行模式。

根据本发明的另一个方面，提供了用于铁路交通工具的行驶系，该行驶系包括轮组、框架和与行驶系相关联的以上所描述的气动悬架。行驶系可以是单轴行驶系、具有超过两个轮组的双轴转向架或行驶系。其可以是常规的枕梁(bolster)转向架或无枕梁转向架。

悬架优选地是副悬架，即，用于将铁路交通工具的交通工具本体(例如车厢本体或车舱本体)支撑在行驶系的框架之上的悬架平台(suspension stage)。该副悬架可以与在轮子和行驶系的框架之间的主悬架平台互补或可以不与轮子和行驶系的框架之间的主悬架平台互补。根据一个实施例，气动悬架优选地与行驶系的框架连接。气动悬架还可以连接到行驶系的枕梁，在该情况下其可以在枕梁和框架之间延伸，或者在枕梁和车厢本体之间延伸。

行驶系还可以包括用于将框架支撑在轮组上的主悬架。

行驶系可以包括设置有用于引导行驶系相对于交通工具本体的旋转运动的枢轴的枕梁，在该情况下，副空气悬架在枕梁和交通工具本体之间、枕梁和行驶系框架之间或者交通工具本体和行驶系框架之间可以是有效的。

根据本发明的另一方面，提供了铁路交通工具，其包括支撑在至少一个、优选地至少两个如以上所描述的行驶系上的交通工具本体。行驶系可定位在车厢本体的两个端部之间。替代性地，行驶系还可以是位于两节邻接的车厢之间的所谓的Jacob类型或铰接的行驶系，支撑前车厢的后端部和邻接的后车厢的前端部。

根据本发明的另一方面，提供了控制在轨道上行驶的铁路交通工具的侧倾运动的方法，该铁路交通工具设置有气动悬架，该气动悬架包括左垂直空气波纹管和右垂直空气波纹管以及附加空气容积装置，该方法包括：

-检测轨道的弯道；

-当检测到弯道时，将左空气波纹管和右空气波纹管与附加空气容积装置隔离，以使气动悬架变硬；

-当未检测到弯道时，将左空气波纹管和右空气波纹管连接到附加空气容积装置，以使气动悬架变软。

左垂直空气波纹管和右垂直空气波纹管的变硬引起了侧倾刚度的增加。

附图说明

现在将仅通过示例且以不限制权利要求范围的方式，并参照附图来描述本发明的阐释性实施例，在附图中：

图1是根据本发明的第一实施例的铁路交通工具的示意图；

图2是根据本发明的第二实施例的铁路交通工具的示意图；

图3是根据本发明的第三实施例的铁路交通工具的示意图；

图4是根据本发明的第四实施例的铁路交通工具的示意图；

图5是根据本发明的第五实施例的铁路交通工具的示意图；

图6是根据本发明的第六实施例的铁路交通工具的示意图。

在每幅图中，对应的参考编号指代相同或对应的部件。

优选实施例详细描述

参照图1，铁路交通工具10包括支撑在一个或多个行驶系(在本实例中为转向架14)上的车厢本体12。每个转向架14包括在铁路轨道18上行驶并且轴颈容纳在一对轴箱20L、20R中的至少一个轮组16，利用主悬架24联接到轴箱20的转向架框架22，主悬架24可以是气动式或机械式的例如具有螺旋状和/或橡胶弹簧或者不同弹簧的任何组合的悬架。

转向架框架22支撑可利用中心枢轴28相对于转向架框架22围绕垂直轴线100自由地旋转的枕梁26。侧托架(bearer)30限制两个部件之间的其它自由度。枕梁26由包括分别定位在车厢本体的垂直纵向平面102的左侧和右侧的至少一个左波纹管34L和一个右波纹管34R的副悬架32联接到车厢本体12。左波纹管和右波纹管34L、34R沿着垂直方向支撑车厢本体12，并且可以在侧向和纵向方向上提供刚度或可以不提供刚度。一个或多个纵向连接杆(未示出)还被提供以在车厢本体12和枕梁26之间完整地传递纵向力。侧向减震器(shockabsorber)(未示出)可以补充枕梁26和车厢本体12之间的机械连接。

左波纹管和右波纹管34L、34R中的每一个利用分别的左空气连接管线、右空气连接管线38L、38R连接到分别的左附加空气腔、右附加空气腔36L、36R，左空气连接管线、右空气连接管线38L、38R分别包括左抗侧倾阀门、右抗侧倾阀门40L、40R。每个抗侧倾阀门40L、40R都是双向、双位阀门，在该特定案例中为电连接到弯道检测器42的电磁阀门。

弯道检测器42可以包括定位在转向架框架上的用于检测转向架的侧向加速度，并且联接到包括低通滤波器和电源单元的控制电路的侧向加速度计。控制电路使得当交通工具在直道上时，即，当由加速度计测得的侧向加速度的低通分量的绝对值低于预先设定的阈值时，发送控制信号以触发两个电磁线圈(solenoid)，并将左波纹管和右波纹管连接到对应的左附加腔和右附加腔。当交通工具进入弯道时，由加速度计测得的侧向加速度的低通分量的绝对值增加到高于预先设定的阈值，并且控制信号被切断以断开电磁线圈。弹簧偏置的左抗侧倾阀门和右抗侧倾阀门返回到其闭合位置以将左波纹管和右波纹管与左附加腔和右附加腔隔离。

图2的实施例区别于先前的实施例的地方在于，左波纹管和右波纹管34L、34R定位在转向架框架22和枕梁26之间，枕梁26设置有与车厢本体12的枢转连接件28。

左波纹管和右波纹管34L、34R以类似于第一实施例的方式分别连接到左附加空气腔、右附加空气腔36L、36R。

图3的实施例阐释了设置有无枕梁转向架14的铁路交通工具10。本发明的副悬架系统32直接布置在转向架14的框架22和车厢本体12之间。抗偏荡阻尼器44可以被提供以限制转向架框架和交通工具本体之间的相对偏荡运动。纵向连接杆46在车厢本体和转向架框架之间传递纵向力。

左波纹管和右波纹管34L、34R以类似于第一实施例的方式分别连接到左附加空气腔、右附加空气腔36L、36R。

图4的实施例区别于先前的实施例的地方仅仅在于，使用单独的双位、四向抗侧倾阀门140代替先前实施例的左抗侧倾阀门和右抗侧倾阀门40L、40R来达到相同效果。

图5中阐释了简化的配置，其具有共用的附加空气腔236来代替两个独立的空气腔36L、36R。在该示例中，电路设置有两个单独的抗侧倾阀门40L、40R，然而，两个单独的抗侧倾阀门40L、40R可以用单独的双位四向抗侧倾阀门140来代替。

如果配置包括多于一个左波纹管，例如前左空气波纹管和后左空气波纹管34LF、34LR，和多于一个右波纹管，例如前右空气波纹管和后右空气波纹管34RF、34RR，则交通工具的每侧上的波纹管可以如图6中所阐释的连接到共用的附加空气腔，或者连接到单独的空气腔。还将可能的是，将交通工具的两侧上的空气波纹管连接到共用的空气腔。

尽管以上示例阐释了本发明的优选实施例，应当注意的是，属于所附的权利要求的范围之内的抗侧倾悬架装置的多种其它配置也可以被考虑。

特别地，图1至图6的多种配置的细节可相互组合，例如共用的附加空气腔236可以添加到单独的空气腔36L、36R。抗偏荡阻尼器可以在图3的实施例中被去掉，且可以在其它实施例中被添加。

多种类型的检测器或检测器组合可被使用以检测交通工具进入弯道。检测器可以向阀门发送电子信号或机械信号。优选地，检测器应当在达到阈值时发送信号。

Claims (21)

1.一种气动悬架，包括：

-至少一个左空气波纹管(34L)和至少一个右空气波纹管(34R)，其分别待在行驶系(14)的中间纵向垂直平面(102)的左侧和右侧上被定位在铁路交通工具(10)的交通工具本体(12)和所述行驶系(14)之间，以将所述交通工具本体(12)支撑在所述行驶系(14)上，以及

-附加空气容积装置(36L、36R、236)，其利用抗侧倾阀门装置(40L、40R、140)连接到所述左空气波纹管(34L)和所述右空气波纹管(34R)；

其特征在于，所述气动悬架还包括用于检测弯道的弯道检测器(42)，所述弯道检测器连接到所述抗侧倾阀门装置(40L、40R、140)，以便在检测到弯道时将所述左空气波纹管(34L)和所述右空气波纹管(34R)与所述附加空气容积装置(36L、36R、236)隔离，从而将在所述左空气波纹管(34L)和所述右空气波纹管(34R)中的每个中的空气隔离。

2.如权利要求1所述的气动悬架，其特征在于，所述抗侧倾阀门装置包括用于将所述附加空气容积装置(36L、36R)连接到所述左空气波纹管(34L)的左抗侧倾阀门(40L)、和用于将所述附加空气容积装置(36L、36R)连接到所述右空气波纹管(34R)的右抗侧倾阀门(40R)。

3.如权利要求2所述的气动悬架，其特征在于，所述左抗侧倾阀门(40L)和所述右抗侧倾阀门(40R)中的每一个都是双位、双向阀门。

4.如权利要求1所述的气动悬架，其特征在于，所述抗侧倾阀门装置包括用于将所述附加空气容积装置(36L、36R、236)连接到所述左空气波纹管(34L)和所述右空气波纹管(34R)的双位、四向阀门(140)。

5.如权利要求1所述的气动悬架，其特征在于，所述附加空气容积装置包括经由所述抗侧倾阀门装置(40L、40R、140)连接到所述左空气波纹管(34L)的至少一个左附加空气腔(36L)、和经由所述抗侧倾阀门装置(40L、40R、140)连接到所述右空气波纹管(34R)的至少一个右附加空气腔(36R)。

6.如权利要求1-5中任一项所述的气动悬架，其特征在于，所述附加空气容积装置包括经由所述抗侧倾阀门装置(40L、40R、140)连接到所述左空气波纹管(34L)和所述右空气波纹管(34R)的至少一个共用的附加空气腔(236)。

7.如权利要求1-5中任一项所述的气动悬架，其特征在于，所述抗侧倾阀门装置(40L、40R、140)在没有来自所述弯道检测器(42)的信号的情况下被朝向关闭位置偏置，以将所述左空气波纹管(34L)和所述右空气波纹管(34R)与所述附加空气容积装置(36L、36R、236)隔离。

8.如权利要求6所述的气动悬架，其特征在于，所述抗侧倾阀门装置(40L、40R、140)在没有来自所述弯道检测器(42)的信号的情况下被朝向关闭位置偏置，以将所述左空气波纹管(34L)和所述右空气波纹管(34R)与所述附加空气容积装置(36L、36R、236)隔离。

9.如权利要求1-5和8中任一项所述的气动悬架，其特征在于，所述附加空气容积装置(36L、36R、236)具有超过所述左空气波纹管(34L)和所述右空气波纹管(34R)的总容积的一半的总容积。

10.如权利要求6所述的气动悬架，其特征在于，所述附加空气容积装置(36L、36R、236)具有超过所述左空气波纹管(34L)和所述右空气波纹管(34R)的总容积的一半的总容积。

11.如权利要求7所述的气动悬架，其特征在于，所述附加空气容积装置(36L、36R、236)具有超过所述左空气波纹管(34L)和所述右空气波纹管(34R)的总容积的一半的总容积。

12.如权利要求1-5、8和10-11中任一项所述的气动悬架，其特征在于，所述弯道检测器(42)包括侧向加速度检测器。

13.如权利要求6所述的气动悬架，其特征在于，所述弯道检测器(42)包括侧向加速度检测器。

14.如权利要求7所述的气动悬架，其特征在于，所述弯道检测器(42)包括侧向加速度检测器。

15.如权利要求9所述的气动悬架，其特征在于，所述弯道检测器(42)包括侧向加速度检测器。

16.一种用于铁路交通工具的行驶系(14)，包括轮组(16)、框架(22)和支承在所述框架(22)上的权利要求1-15中任一项所述的气动悬架。

17.如权利要求16所述的行驶系，其特征在于，所述行驶系还包括用于将所述框架(22)支撑在所述轮组(16)上的主悬架(24)。

18.如权利要求16或权利要求17所述的行驶系，其特征在于，所述行驶系还包括设置有用于支撑交通工具本体(12)的枢转轴承(28)的枕梁(26)，其中所述左空气波纹管(34L)和所述右空气波纹管(34R)支承在所述枕梁(26)上。

19.一种铁路交通工具(10)，包括交通工具本体(12)，其特征在于，所述交通工具本体(12)被支撑在至少一个根据权利要求16至18中任一项所述的行驶系(14)上。

20.一种铁路交通工具(10)，包括交通工具本体(12)，其特征在于，所述交通工具本体(12)被支撑在至少两个根据权利要求16至18中任一项所述的行驶系(14)上。

21.一种控制在轨道上行驶的铁路交通工具(10)的侧倾运动的方法，所述铁路交通工具(10)设置有气动悬架，所述气动悬架包括左空气波纹管(34L)和右空气波纹管(34R)、以及附加空气容积装置(36L、36R)，所述方法包括：

-检测所述轨道的弯道；

-当检测到弯道时，将所述左空气波纹管(34L)和所述右空气波纹管(34R)与所述附加空气容积装置(36L、36R)隔离，从而隔离所述左空气波纹管和所述右空气波纹管中的空气以使所述气动悬架变硬；

-当未检测到弯道时，将所述左空气波纹管(34L)和所述右空气波纹管(34R)连接到所述附加空气容积装置(36L、36R)，以使所述气动悬架变软。