CN106080643A - 一种转向架构架横向振动控制装置 - Google Patents

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    • B61—RAILWAYS
    • B61F—RAIL VEHICLE SUSPENSIONS, e.g. UNDERFRAMES, BOGIES OR ARRANGEMENTS OF WHEEL AXLES; RAIL VEHICLES FOR USE ON TRACKS OF DIFFERENT WIDTH; PREVENTING DERAILING OF RAIL VEHICLES; WHEEL GUARDS, OBSTRUCTION REMOVERS OR THE LIKE FOR RAIL VEHICLES
    • B61F5/00—Constructional details of bogies; Connections between bogies and vehicle underframes; Arrangements or devices for adjusting or allowing self-adjustment of wheel axles or bogies when rounding curves
    • B61F5/02—Arrangements permitting limited transverse relative movements between vehicle underframe or bolster and bogie; Connections between underframes and bogies
    • B61F5/22—Guiding of the vehicle underframes with respect to the bogies
    • B61F5/24—Means for damping or minimising the canting, skewing, pitching, or plunging movements of the underframes

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Abstract

本发明提供了一种转向架构架横向振动控制装置，属于铁道机车车辆技术领域。包括由构架和轮对以及悬挂元件组成的转向架，构架与车体及轮对之间分别通过二系悬挂和一系悬挂连接。附加振子由弹簧与阻尼并联构成，其自由端设有质量块，另一端与构架纵梁固结，质量块设有传感器；构架的前、后端梁中部设有惯性作动器。附加振子上的传感器通过信号线与控制器连接，检测附加振子相对于构架的位移、速度和加速度的状态，并引入时滞量，通过控制器实时计算并输出控制信号至惯性作动器。所述附加振子水平设置在构架两侧纵梁的内侧，左、右交叉设置。所述时滞量的范围为1～100ms。主要用于高速转向架制造。

Description

一种转向架构架横向振动控制装置
技术领域：
本发明属于铁道机车车辆技术领域，特别涉及车辆转向架构架主动控制技术。
背景技术：
转向架机电主动控制是一项新兴技术，随着国内外高速铁路速度等级的提高、以及机电控制技术的发展，主动或半主动控制技术在高速铁路领域中的应用将会越来越普遍。轮轨车辆横向蛇行稳定性是车辆设计及运用中最关注的问题之一，轮轨车辆轮对采用锥形踏面以利于车辆通过曲线，但带来车辆直线运行时出现横向蛇行运动，当运行速度超过临界速度时，车辆横向蛇行运动失稳导致严重的横向振动，影响乘坐舒适性甚至脱轨安全性。转向架设计过程中通过折衷选取车辆结构悬挂参数以兼顾车辆横向稳定性及曲线通过性能，实际车辆临界速度为最大运行速度基础上提高10～20％。但是，车辆服役过程中悬挂元件故障失效、踏面磨耗、线路条件变差等原因，导致车辆横向稳定性降低。国内实际运行中的高速动车，经常发生因稳定性不足导致构架振动加速度超标而报警停车的事故，影响了列车的正常安全运营。
研究已表明，通过控制构架的横向振动间接提高转向架稳定性是一个有效可行的方法，机电主动控制可补偿转向架机械部分的故障失效从而保障轮轨车辆横向运行稳定性。
发明内容：
本发明的目的是提供一种转向架构架横向振动控制装置，它能有效地解决构架的横向振动主动控制的问题，以提高转向架的运行稳定性。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种转向架构架横向振动控制装置，包括由构架和轮对以及悬挂元件组成的转向架，构架与车体及轮对之间分别通过二系悬挂和一系悬挂连接，附加振子由弹簧与阻尼并联构成，其自由端设有质量块，另一端与构架纵梁固结，质量块设有传感器；构架的前、后端梁中部设有惯性作动器；附加振子上的传感器通过信号线与控制器连接，检测附加振子相对于构架的位移、速度和加速度的状态，并引入时滞量，通过控制器实时计算并输出控制信号至惯性作动器。
所述附加振子水平设置在构架两侧纵梁的内侧，左、右交叉设置。
所述时滞量的范围为1～100ms。
本发明可以提高车辆高速运行横向动力学性能，由于轮对踏面锥度以及轨道不平顺等原因，转向架运行时出现横向振动，尤其高速运行时横向振动加剧，甚至失稳而影响车辆运行平稳性和安全性。本发明解决方案是将附加振子横向固定在构架上，当构架横向振动时，带动附加振子振动，通过检测附加振子的振动状态，如相对构架的位移，附加振子的速度和加速度等，作为主动控制的反馈状态，控制构架的横向振动，以提高转向架运行稳定性。本发明通过安装在构架的前、后端梁中部的惯性作动器而施加横向控制力，控制构架的横向振动。研究表明，当直接通过反馈构架横向状态来实时控制构架横向振动时，由于控制系统中的时滞不可避免，某些时滞会使得控制系统不稳定，而导致转向架动力学性能恶化。本发明将参数可调的附加振子横向安装在构架上，构架横向振动时会带动该附加振子振动，将附加振子的振动状态作为反馈状态量。能够消除直接反馈构架振动状态因系统时滞导致控制不稳定的缺点，并通过调节附加振子参数，优化反馈控制后的转向架动力学性能；另外附加振子与构架的相对位置，相对于构架横向位移，具有状态检测方便、精度高的优点。
与现有技术相比的优点和积极效果：
(1)通过附加振子与构架相对于构架横向位移，具有状态检测方便、精度高的优点；
(2)能够消除直接反馈构架振动状态因系统时滞导致控制不稳定的缺点；
(3)附加振子参数可调，以适应不同主结构参数的转向架，最优化主动控制性能。
(4)惯性作动器可直接固定在构架两端而施加控制力，结构简易，安装方便，可适用于不同的转向架结构。
(5)采用构架主动振动控制转向架，尤其是在转向架结构悬挂元件发生故障时，可降低轮轨横向动作用力，明显提高机车或动车的横向稳定性，。
附图说明
图1为本发明转向架结构俯视图
图2为本发明附加振子结构示意图
实施例
下面通过附图对本发明做进一步描述：
本发明用于高速动车转向架，以提供构架振动反馈状态，实现构架的横向振动主动控制，以提高动车高速运行稳定性，降低轮轨横向动作用力，尤其当转向架出现故障时该发明能够保障动车高速安全运行。本发明包括由构架2和轮对3以及悬挂元件组成的转向架，转向架沿轨道8纵向运行。构架2与车体6及轮对3之间分别通过二系悬挂7和一系悬挂4连接，附加振子5由弹簧9与阻尼10并联构成，其自由端设有质量块11，另一端与构架2纵梁固结，质量块11设有传感器12；构架2的前、后端梁中部设有惯性作动器1。附加振子5上的传感器12通过信号线与控制器连接，检测附加振子5相对于构架2的位移和加速度的状态，并引入时滞量，通过控制器实时计算并输出控制信号控制惯性作动器1。
所述附加振子5水平设置在构架2两侧纵梁的内侧，左、右交叉设置。
所述时滞量的范围为1～100ms。
本发明主要用于200km/h及以上速度等级高速机车或动车转向架，通过检测附加振子5相对于构架2的位移、速度和加速度，以提供构架横向主动控制的反馈状态，使得该主动控制具有良好的控制性能，保障机车和动车高速运行时具有良好的横向动力学性能。尤其是在转向架构架悬挂元件发生故障时，采用构架主动振动控制转向架，可明显提高了机车或动车的横向稳定性，降低轮轨横向动作用力。

Claims (3)

1.一种转向架构架横向振动控制装置，包括由构架(2)和轮对(3)以及悬挂元件组成的转向架，构架(2)与车体(6)及轮对(3)之间分别通过二系悬挂(7)和一系悬挂(4)连接，其特征在于：附加振子(5)由弹簧(9)与阻尼(10)并联构成，其自由端设有质量块(11)，另一端与构架(2)纵梁固结，质量块(11)设有传感器(12)；构架(2)的前、后端梁中部设有惯性作动器(1)；附加振子(5)上的传感器(12)通过信号线与控制器连接，检测附加振子(5)相对于构架(2)的位移、速度和加速度的状态，并引入时滞量，通过控制器实时计算并输出控制信号至控制惯性作动器(1)。
2.根据权利要求1所述的一种转向架构架横向振动控制装置，其特征在于：所述附加振子(5)水平设置在构架(2)两侧纵梁的内侧，左、右交叉设置。
3.根据权利要求1所述的一种转向架构架横向振动控制装置，其特征在于：所述时滞量的范围为1～100ms。
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