CN107054395A - 一种主动控制式作动器及转向架 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种主动控制式作动器及转向架，所述主动控制式作动器包括作动器和控制器，作动器和控制系统之间通过连接线连接，所述作动器包括两端的球铰、减振器、空气弹簧、电机、位移及加速度传感器和噪声传感器；所述控制器包括电源、风源与控制模块；控制器采集作动器上传感器获取的信息，实现作动器变刚度、变阻尼、变长度特性。本发明还公开了设有所述主动控制式作动器的转向架。本发明解决了现有铁路货车轮被动悬挂装置参数固定、无法调整、难以满足不同工况需求的问题。

Description

一种主动控制式作动器及转向架
技术领域
本发明涉及一种铁路车辆转向架及主动控制式作动器，属于铁路车辆转向架悬挂技术领域。
背景技术
轮对是铁路货车的核心部件，其各向定位刚度对的铁路货车的运行性能有决定性的影响。在直线线路上，为了获得高运行速度，需要较高的轮对定位刚度，避免蛇行失稳；在曲线线路上，需要较低的轮对定位刚度，以减小车轮和和轨道的冲角，保证曲线通过灵活、车轮磨耗低。现有车辆轮对定位采用被动悬挂系统，典型型式为钢弹簧、橡胶弹簧、橡胶节点等。各悬挂元件的刚度参数综合考虑运用情况确定，以针对常用工况获得相对优化的性能并兼顾各种运用情况下的普遍适应性。不可避免的，由于悬挂元件的刚度、阻尼特性和位移参数都是定值、不可调整，无法针对某个工况自动调整获得最佳的运行性能。目前铁路货车转向架轮对被动悬挂定位模式存在参数单一、不可调整，不能满足将来高速运行需要的问题。随着铁路货车运行速度需求越来越高，不同工况对悬挂系统特性要求的差异也越来越大，传统综合考虑确定参数的被动悬挂模式将难以满足不同工况的需要。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术存在的缺陷，提供一种主动控制式作动器及转向架。
为解决这一技术问题，本发明提供了一种主动控制式作动器，包括作动器和控制器，作动器和控制系统之间通过连接线连接，所述作动器包括两端的球铰、减振器、空气弹簧、电机、位移及加速度传感器和噪声传感器，电机两端分别与减振器和空气弹簧连接；位移及加速度传感器分别与减振器和空气弹簧连接，噪声传感器安装在空气弹簧外部；所述控制器包括电源、风源与控制模块，控制器采集作动器上传感器获取的信息，并根据分析结果按照控制策略控制减振器阻尼变化、空气弹簧、电机两端位移变化，实现作动器变刚度、变阻尼、变长度特性。
所述连接线包括空气管路和电缆，空气弹簧与控制器之间通过空气管路连接，噪声传感器、电机、位移和加速度传感器分别通过电缆与控制器连接。
所述减振器包括减振器内筒和活塞组成，活塞组成上设有节流孔；所述空气弹簧由空气弹簧外筒、气囊和减振器的外壁围成，内部充有压力空气；所述活塞组成端部与空气弹簧外筒端部内壁固定连接；所述电机一端与空气弹簧外筒端部内壁固定，另一端与减振器内筒端部外壁固定，所述位移和加速度传感器一端与空气弹簧外筒端部内壁固定，另一端与减振器内筒端部外壁固定；所述噪声传感器安装在空气弹簧外筒的外壁上；所述两件球铰分别与减振器内筒的外端和空气弹簧外筒的外端固定。
所述减振器为磁流变液可调阻尼减振器，减振器内筒内充有磁流变液，通过控制电流大小改变阻尼力。
所述电机为直线音圈电机。
本发明还提供了一种设有主动控制式作动器的转向架，包括构架、轮对、轴箱、作动器和控制器，所述作动器安装在轴箱和构架之间，控制器安装在构架上，作动器和控制器之间通过连接线连接，控制器采集作动器上传感器获取的信息，并根据分析结果按照控制策略控制作动器作动。
有益效果：本发明针对车辆在直线和曲线轨道上运行产生不同噪声和加速度信号的特点，通过噪音传感器、位移和加速度传感器进行采集，由控制器进行分析并对作动器进行控制，通过电流调整实现磁流变液变阻尼减振器阻尼变化，通过气源调整空气弹簧的空气压力实现刚度变化，通过电流控制直线音圈电机实现长度变化，最终实现轮对定位刚度、阻尼的改变和位置调整，解决现有铁路货车轮被动悬挂装置参数固定、无法调整、难以满足不同工况需求的问题。
附图说明
图1为本发明作动器的结构示意图；
图2为本发明转向架结构示意仰视图；
图3为本发明转向架A向示意图。
图中：1作动器、2控制器、3构架、4轮对、5轴箱、6连接线、11球铰、12减振器、121减振器内筒、122活塞组成、123节流孔、13空气弹簧、131空气弹簧外筒、132气囊、14噪声传感器、15电机、16位移和加速度传感器、61空气管路、62电缆。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明做具体描述。
图1所示为本发明作动器的结构示意图。
本发明的主动控制式作动器包括作动器1和控制器2，作动器1和控制系统2之间通过连接线6连接。
所述作动器1包括两端的球铰11、减振器12、空气弹簧13、电机15、位移及加速度传感器16和噪声传感器14。
所述电机15为直线音圈电机，其两端分别与减振器12和空气弹簧13连接，可以改变作动器1整体长度。
所述位移及加速度传感器16分别与减振器12和空气弹簧13连接，可以采集作动器1两端的相对位移和加速度。
所述噪声传感器14安装在空气弹簧13外部，可以采集轮对与轨道的噪声信号。
所述控制器2包括电源、风源与控制模块，控制器2采集作动器1上传感器获取的信息，并根据分析结果按照控制策略控制减振器12阻尼变化、空气弹簧13、电机15两端位移变化，实现作动器1变刚度、变阻尼、变长度特性。
所述连接线6包括空气管路61和电缆62，空气弹簧13与控制器2之间通过空气管路61连接，噪声传感器14、电机15、位移和加速度传感器16分别通过电缆62与控制器2连接。
所述减振器12包括减振器内筒121和活塞组成122，活塞组成122上设有节流孔123；所述空气弹簧13由空气弹簧外筒131、气囊132和减振器12的外壁围成，内部充有压力空气；所述活塞组成122端部与空气弹簧外筒131端部内壁固定连接；所述电机15一端与空气弹簧外筒131端部内壁固定，另一端与减振器内筒121端部外壁固定，所述位移和加速度传感器16一端与空气弹簧外筒131端部内壁固定，另一端与减振器内筒121端部外壁固定；所述噪声传感器14安装在空气弹簧外筒131的外壁上；所述两件球铰11分别与减振器内筒121的外端和空气弹簧外筒131的外端固定。
所述减振器12为磁流变液可调阻尼减振器，减振器内筒121内充有磁流变液，通过控制电流大小改变阻尼力。
所述空气弹簧13内空气压力可通过控制器2调整，改变弹簧刚度。
图2所示为本发明转向架结构示意仰视图。
图3所示为本发明转向架A向示意图。
本发明的设有主动控制式作动器的转向架包括构架3、轮对4、轴箱5、作动器1和控制器2，所述作动器1安装在轴箱5和构架3之间，控制器2安装在构架3上，作动器1和控制器2之间通过连接线6连接，控制器2采集作动器1上传感器获取的信息，并根据分析结果按照控制策略控制作动器作动。
本发明的工作原理：
车辆在直线轨道运行时，其运行速度快，轮对2摇头运动频率高、加速度大，轴箱5相对构架2快速的接近和远离，作动器1两端球铰11快速相对运动，加速度信号被位移和及速度传感器16采集；同时，轮对2的车轮的轮缘与轨道冲角小，不产生持续接触摩擦，产生较低的噪音值，并被噪声传感器14采集。加速度和噪声信号通过电缆62传送到控制器2，控制器2通过分析控制模块对信号进行分析，按照控制策略，控制电源通过线缆62加大活塞组成122的电流，减振器12中的磁流变液流动阻力增加，活塞122运动时磁流变液通过节流孔123的阻力增大，从而增加减振器12的阻尼力；控制风源通过空气管路61对空气弹簧13充风，增加空气压力，从而提高作动器刚度。最终实现轮对的大定位刚度和大阻尼，适应直线高速运行性能需要。
车辆在曲线轨道上运行时，运行速度较低，轮对2摇头运动频率低，作动器1两端球铰11低速相对运动，加速度信号被位移和及速度传感器16采集；同时，轮对2的车轮和钢轨冲角变大，车轮和钢轨持续摩擦，噪音升高，并被噪声传感器14采集。低加速度和高噪声信号通过电缆62传送到控制器2，控制器2通过分析控制模块对信号进行分析，按照控制策略，控制电源通过线缆62减小活塞组成122的电流，减振器12中的磁流变液流动阻力变小，活塞122运动时磁流变液通过节流孔1221的阻力降低，从而降低减振器12的阻尼力；控制风源通过空气管路61对空气弹簧13排风，降低空气压力，从而降低作动器刚度；通过电源和电缆62控制直线音圈电机15按作动器1在转向架上的位别进行伸长或缩短，使轮对2的车轴轴线沿轨道曲线的径向分布。最终实现轮对的低定位刚度、低阻尼和大位移，适应曲线通过灵活性高和低磨耗的要求。
本发明针对车辆在直线和曲线轨道上运行产生不同噪声和加速度信号的特点，通过噪音传感器、位移和加速度传感器进行采集，由控制器进行分析并对作动器进行控制，通过电流调整实现磁流变液变阻尼减振器阻尼变化，通过气源调整空气弹簧的空气压力实现刚度变化，通过电流控制直线音圈电机实现长度变化，最终实现轮对定位刚度、阻尼的改变和位置调整，解决现有铁路货车轮被动悬挂装置参数固定、无法调整、难以满足不同工况需求的问题。
本发明上述实施方案，只是举例说明，不是仅有的，所有在本发明范围内或等同本发明的范围内的改变均被本发明包围。

Claims (6)

1.一种主动控制式作动器，其特征在于：包括作动器(1)和控制器(2)，作动器(1)和控制系统(2)之间通过连接线(6)连接，所述作动器(1)包括两端的球铰(11)、减振器(12)、空气弹簧(13)、电机(15)、位移及加速度传感器(16)和噪声传感器(14)，电机(15)两端分别与减振器(12)和空气弹簧(13)连接；位移及加速度传感器(16)分别与减振器(12)和空气弹簧(13)连接，噪声传感器(14)安装在空气弹簧(13)外部；所述控制器(2)包括电源、风源与控制模块，控制器(2)采集作动器(1)上传感器获取的信息，并根据分析结果按照控制策略控制减振器(12)阻尼变化、空气弹簧(13)、电机(15)两端位移变化，实现作动器(1)变刚度、变阻尼、变长度特性。
2.根据权利要求1所述的主动控制式作动器，其特征在于：所述连接线(6)包括空气管路(61)和电缆(62)，空气弹簧(13)与控制器(2)之间通过空气管路(61)连接，噪声传感器(14)、电机(15)、位移和加速度传感器(16)分别通过电缆(62)与控制器(2)连接。
3.根据权利要求1所述的主动控制式作动器，其特征在于：所述减振器(12)包括减振器内筒(121)和活塞组成(122)，活塞组成(122)上设有节流孔(123)；所述空气弹簧(13)由空气弹簧外筒(131)、气囊(132)和减振器(12)的外壁围成，内部充有压力空气；所述活塞组成(122)端部与空气弹簧外筒(131)端部内壁固定连接；所述电机(15)一端与空气弹簧外筒(131)端部内壁固定，另一端与减振器内筒(121)端部外壁固定，所述位移和加速度传感器(16)一端与空气弹簧外筒(131)端部内壁固定，另一端与减振器内筒(121)端部外壁固定；所述噪声传感器(14)安装在空气弹簧外筒(131)的外壁上；所述两件球铰(11)分别与减振器内筒(121)的外端和空气弹簧外筒(131)的外端固定。
4.根据权利要求3所述的主动控制式作动器，其特征在于：所述减振器(12)为磁流变液可调阻尼减振器，减振器内筒(121)内充有磁流变液，通过控制电流大小改变阻尼力。
5.根据权利要求1所述的主动控制式作动器，其特征在于：所述电机(15)为直线音圈电机。
6.一种设有主动控制式作动器的转向架，包括构架(3)、轮对(4)和轴箱(5)，其特征在于：还包括作动器(1)和控制器(2)，所述作动器(1)安装在轴箱(5)和构架(3)之间，控制器(2)安装在构架(3)上，作动器(1)和控制器(2)之间通过连接线(6)连接，控制器(2)采集作动器(1)上传感器获取的信息，并根据分析结果按照控制策略控制作动器(1)作动。
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GR01 Patent grant
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