CN107200033B - 一种采用转臂式摇枕的跨坐式单轨车辆的单轴转向架 - Google Patents

一种采用转臂式摇枕的跨坐式单轨车辆的单轴转向架 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种采用转臂式摇枕的跨坐式单轨车辆的单轴转向架，包括一对走行轮、两对导向轮以及一对稳定轮，以及安装走行轮、导向轮和稳定轮的构架，构架呈“口”字型，包括侧梁和横梁，在构架横梁上方沿横向对称设有两对摇枕，摇枕采用转臂式结构，摇枕的内端通过转动关节与构架的横梁连接并沿侧滚方向旋转，摇枕的外端与构架之间沿竖直方向设有空气弹簧。与现有技术相比，本发明通过转臂式摇枕和空气弹簧实现垂向缓冲，垂向平稳性好；通过吊杆实现横向缓冲，横向平稳性好；通过吊杆适应曲线上车体与转向架之间的变位，曲线通过性好；通过转臂式摇枕和抗侧滚弹簧提供抗侧滚刚度，提高了车体的抗侧倾能力；可大幅度降低客室地板面的高度。

Description

一种采用转臂式摇枕的跨坐式单轨车辆的单轴转向架
技术领域
本发明涉及跨坐式单轨车辆技术领域，具体涉及一种采用转臂式摇枕的跨坐式单轨车辆的单轴转向架。
背景技术
跨坐式单轨交通系统具备对复杂地形有较强的适应性、土地占用少、运输量适中、造价低的优势，成为中小城市、山地城市和地质复杂城市轨道交通的首选型式之一。跨坐式单轨车辆主要通过一条轨道梁来支撑、导向和稳定，车辆骑跨在轨道梁上行驶，车体重心在轨道上方。与传统的铁道车辆的主要区别是车辆的走行部使用橡胶轮胎，并且在轨道梁两侧设置导向轮和稳定轮。跨坐式单轨的轨道梁构造简单，既是承重结构又是轨道结构，结构性能得以充分发挥，轨道梁的维护工作量很低。
我国重庆市使用的是日立模式的跨坐式单轨车辆。日立模式的跨坐式单轨车辆采用了两轴转向架，转向架主要结构包括：2对走行轮、4个导向轮、2个稳定轮、“日”字型构架、空气弹簧悬挂、橡胶堆牵引装置、电机架悬驱动装置、液气转换基础制动装置和受流靴，2对走行轮安装在构架的悬臂式车轴上，通过悬臂式内的半轴驱动，车轮旋转而车轴不转动，悬挂系统采用膜式空气弹簧，同时提供垂向和横向缓冲功能，车体与转向架之间的纵向力采用橡胶堆传递，2个牵引电机斜对称安装在构架上，通过齿轮箱和半轴驱动车轮旋转。基础制动装置采用液压制动缸和液气转换装置。
庞巴迪跨坐式单轨车辆采用单轴转向架，转向架主要结构包括：1对走行轮、4个导向轮、2个稳定轮、“口”字型构架、沙漏型橡胶弹簧、空间4连杆牵引系统、轮毂电机和受流靴，走行轮的车轴上固接于构架侧梁上，永磁同步电机的定子设置于车轴上，转子设置在车轮轮毂上，车轮旋转而车轴不转动，悬挂系统采用沙漏式橡胶弹簧，同时提供垂向和横向缓冲功能，空间4连杆牵引系统不仅传递车体与转向架之间的纵向力，同时抑制转向架与车体之间的点头运动，但现有单轴转向架的垂向平稳性、横向平稳性以及曲线通过性不理想。
发明内容
本发明的目的就是为了解决上述问题而提供一种采用转臂式摇枕的跨坐式单轨车辆的单轴转向架，其垂向以及横向平稳性好，曲线通过性好，实现单轴转向架的承载、导向、驱动等功能，大幅度降低车体客室的地板面高度。
本发明的目的通过以下技术方案实现：
一种采用转臂式摇枕的跨坐式单轨车辆的单轴转向架，包括走行于轨道梁上表面的一对走行轮、抱紧轨道梁两个侧面的两对导向轮以及一对稳定轮以及安装走行轮、导向轮和稳定轮的构架，所述的构架为“口”字型构架，包括侧梁和横梁，所述的构架横向对称设有两对摇枕，所述的摇枕采用转臂式结构，摇枕的内端通过转动关节与构架的横梁连接并沿侧滚方向旋转，摇枕的外端与构架之间沿竖直方向设有空气弹簧。
进一步地，所述的摇枕最外端的下方竖直吊挂吊杆，所述的吊杆上端通过球形关节与摇枕连接，吊杆下端通过球形关节与车体连接。
进一步地，成对的摇枕之间设有抗侧滚弹簧并通过该抗侧滚弹簧连接。
进一步地，所述的摇枕和构架之间设置垂向减振器，所述的构架和车体之间设置横向减振器以及限制车体与构架之间过大横向位移的横向止档。
进一步地，所述的构架侧梁固接空心车轴，所述的走行轮通过轴承安装在空心车轴上并与轨道梁的上表面配合。
进一步地，所述的构架侧梁下部中间设置支撑梁，所述的稳定轮水平安装于该支撑梁上并与轨道梁的侧面下部配合；所述的构架横梁的两端向下设置安装座，所述的导向轮水平安装于该安装座上并与轨道梁的侧面上部配合。
进一步地，所述的走行轮采用高压充气橡胶轮胎。
进一步地，所述的构架沿其纵向中心线方向设置传递牵引力和制动力的牵引拉杆，所述的牵引拉杆一端通过球形转动关节与构架的横梁连接，另一通过端球形转动关节与车体连接。
进一步地，所述的构架侧梁的外侧设置牵引电机和轮边减速箱，所述的牵引电机与轮边减速箱设置在走行轮的同侧或者两侧，当轮边减速箱与牵引电机设置在走行轮的同侧时，牵引电机的输出轴联接到轮边减速箱的输入轴，轮边减速箱的输出轴联接半轴，半轴穿过空心车轴后与轮毂联接，驱动车轮旋转；当轮边减速箱与牵引电机分别设置在走行轮的两侧时，牵引电机的输出轴联接半轴，半轴穿过空心车轴与轮边减速箱的输入轴联接，轮边减速箱的输出轴与轮毂联接，驱动车轮旋转。
进一步地，所述的轮边减速箱的输出轴端或走行轮上设置制动盘，所述的空心车轴或构架上设置制动钳夹及制动缸。
本发明的摇枕横向布置在构架的横梁上，摇枕可绕构架转动关节在侧滚方向旋转，通过摇枕和空气弹簧，实现垂向缓冲；在摇枕的外侧端部设置吊杆，通过吊杆的横向摆动，依靠车体重力实现横向缓冲；通过吊杆适应曲线上车体与转向架之间的变位，曲线通过性好；在构架同侧横梁上方的两个摇枕，在转动关节内侧通过抗侧滚弹簧连接，抗侧滚弹簧不约束车体与转向架之间的浮沉运动，只约束车体与转向架之间的侧滚运动。本发明通过改变摇枕转动关节的位置以及空气弹簧的垂向刚度和抗侧滚弹簧的垂向刚度，可灵活地改变悬挂系统的垂向刚度和抗侧滚刚度。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1、通过转臂式摇枕和空气弹簧实现垂向缓冲，垂向平稳性好；
2、通过吊杆实现横向缓冲，横向平稳性好；
3、通过吊杆适应曲线上车体与转向架之间的变位，曲线通过性好；
4、通过转臂式摇枕和抗侧滚弹簧提供抗侧滚刚度，提高了车体的抗侧倾能力；
5、使用牵引电机和齿轮驱动，技术成熟，拆卸操作方便；
6、配合车体设计，可大幅度降低客室地板面的高度，客室地板面距轨道梁上表面的高度在400-600mm之间。
附图说明
图1为本发明的主视结构图；
图2为本发明的俯视结构图；
图3为本发明的侧视结构图；
图4为本发明的结构示意图；
图5为牵引电机与轮边减速箱设置在走行轮同侧的结构示意图；
图6为牵引电机与轮边减速箱设置在走行轮两侧的结构示意图；
图中：1-车体；2-走行轮；3-导向轮；4-稳定轮；5-构架；6-摇枕；7-吊杆；8-空气弹簧；9-抗侧滚弹簧；10-牵引电机；11-轮边减速箱；12-转动关节；13-轨道梁；14-牵引拉杆；15-半轴；16-空心车轴；17-制动盘；18-轮毂；19-第一联轴节；20-第二联轴节。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例1
一种跨坐式单轨车辆单轴转向架，参照图1-3，包括跨坐于轨道梁13上部的构架5、安装于构架5下部的一对走行轮2、构架两侧的两对导向轮3以及一对稳定轮4，构架5为“口”字型构架，包括侧梁和横梁，构架5横向对称设有两对摇枕6，摇枕6采用转臂式结构，摇枕6的内端通过转动关节12与构架5的横梁连接并沿侧滚方向旋转，摇枕6的外端与构架5之间沿竖直方向设有空气弹簧8。
走行轮2采用高压充气橡胶轮胎，与轨道梁13的上表面配合，空心车轴16固接在构架5一侧侧梁的内侧，走行轮2通过轴承安装在空心车轴16上，车轮旋转而车轴不转；4个导向轮3设置在构架5端部下方，呈水平状态，与轨道梁13的侧面上部配合；2个稳定轮4设置在构架5中部下方，呈水平状态，与轨道梁13的侧面下部配合。
构架5主体整体呈“口”字形，主要由2根侧梁和2根横梁组成。在构架一个侧梁的中央设置牵引电机10和轮边减速箱11的支撑座，用来安装牵引电机10和轮边减速装置11；在侧梁中央向下设置稳定轮4的支撑梁，用来安装稳定轮4；在构架5横梁的端部向下设置导向轮3的安装座，用来安装导向轮3；在构架5横梁的上方设置转动关节12安装座，用于安装摇枕6；在构架5横梁的端部上部设置空气弹簧8安装座，用于安装空气弹簧8；在构架5内侧横梁的中央设置牵引拉杆14安装座，用于安装牵引拉杆14，牵引拉杆14一端通过球形转动关节与构架5横梁连接，牵引拉杆14另一通过球形转动关节与车体1连接，传递车体1与构架2之间的纵向牵引力和制动力。
4个摇枕6横向布置在构架5的横梁上方，摇枕6采用转臂式结构，摇枕6可绕构架横梁上的转动关节12在侧滚方向旋转，在摇枕转轴外侧的下方设置空气弹簧8安装座，用来安装空气弹簧8；在摇枕6外侧的端部设置吊杆7安装座，用来安装吊杆7；在摇枕6内侧的端部设置抗侧滚弹簧9安装座，用来安装抗侧滚弹簧9。空气弹簧8设置在摇枕6和构架5横梁之间，由于摇枕6绕只有绕转动关节12的自由度，故空气弹簧8只承受垂向载荷，车体1通过吊杆7吊挂在摇枕6上，通过转臂结构的摇枕6和空气弹簧8，实现了垂向振动的缓冲。在摇枕6和构架5之间设置垂向减振器，实现了垂向振动的衰减。
车体1通过4根吊杆7吊挂在摇枕6外端，吊杆7上端通过球形关节与摇枕6外端连接，吊杆7下端通过球形关节与车体1连接。通过吊杆7的横向摆动，依靠车体重力实现横向缓冲；通过吊杆7的纵向摆动，适应车体1与构架5通过水平曲线时的位移，在构架5和车体1之间设置横向减振器，衰减车体1与构架5之间的横向振动。在构架5和车体1之间还设有横向止档，限制车体1与构架5之间过大的横向位移。
在构架5同侧横梁上方的2个摇枕6，在内端通过抗侧滚弹簧9连接。当车体1产生浮沉运动时，左、右连接的2个摇枕6内侧同时向上或向下，抗侧滚弹簧9没有发生变形，故不产生作用力，车体1的浮沉运动没有收到约束；当车体1产生侧滚运动时，左、右连接的2个摇枕6中一个向上一个向下，抗侧滚弹簧9发生变形而产生作用力，约束车体1的侧滚运动。
牵引电机10设置在构架5侧梁的外侧。轮边减速箱11可与牵引电机10设置在走行轮2的同侧，也可分别设置在走行轮2的两侧。当轮边减速箱11与牵引电机10设置在走行轮2的同侧时，牵引电机10的输出轴联接到轮边减速箱11的输入轴，轮边减速箱11的输出轴联接半轴15，半轴15穿过空心车轴16后与轮毂18联接，驱动车轮旋转。当轮边减速箱11与牵引电机10分别设置在走行轮1的两侧时，牵引电机10的输出轴联接半轴15，半轴15穿过空心车轴16与轮边减速箱11的输入轴联接，轮边减速箱11的输出轴与轮毂18联接，驱动车轮旋转。
制动盘17可设置在轮边减速箱11的输出轴端，也可设置在走行轮2上，制动钳夹及制动缸设置在空心车轴16或构架5上，制动钳夹的作用力来自制动缸，制动缸的动力源可以是空气的，也可以是液压的。
图5、图6分别提供了两种牵引传动系统方案。当轮边减速箱11与牵引电机10设置在走行轮2的同侧时，可采取图5所示的牵引传动方式，牵引电机10的输出轴联接到轮边减速箱11的输入轴，之间通过第一联轴节19和第二联轴节20连接，轮边减速箱11的输出轴联接半轴15，半轴15穿过空心车轴16后与轮毂18联接，驱动车轮旋转。
当轮边减速箱11与牵引电机10分别设置在走行轮1的两侧时，可采取图6所示的牵引传动方式，牵引电机10的输出轴联接半轴15，半轴15穿过空心车轴16与轮边减速箱11的输入轴联接，轮边减速箱11的输出轴与轮毂18联接，驱动车轮旋转。
本发明通过改变摇枕转动关节的位置以及空气弹簧的垂向刚度和抗侧滚弹簧的垂向刚度，可灵活地改变悬挂系统的垂向刚度和抗侧滚刚度。如图4，设吊杆悬挂点到转动关节的长度为L1、空气弹簧支撑点到转动关节的长度为L2、抗侧滚弹簧到转动关节的长度为L3，空气弹簧的刚度为Ka，抗侧滚弹簧的刚度为Kr，则有：
每侧悬挂的等效垂向刚度：
每侧悬挂的等效侧滚刚度为：
本发明结构紧凑，使转向架构架侧梁外侧中央部位的空间大，可灵活选择牵引传动方式，避免使用了复杂的轮毂电机，降低了跨坐式单轨车辆单轴转向架的技术难度。

Claims (8)

1.一种采用转臂式摇枕的跨坐式单轨车辆的单轴转向架，包括走行于轨道梁(13)上表面的一对走行轮(2)、抱紧轨道梁(13)两个侧面的两对导向轮(3)以及一对稳定轮(4)以及安装走行轮(2)、导向轮(3)和稳定轮(4)的构架(5)，所述的构架(5)为“口”字型构架，包括侧梁和横梁，其特征在于，在所述的构架(5)横梁上方沿横向对称设有两对摇枕(6)，所述的摇枕(6)采用转臂式结构，摇枕(6)的内端通过转动关节(12)与构架(5)的横梁连接并沿侧滚方向旋转，摇枕(6)的外端与构架(5)之间沿竖直方向设有空气弹簧(8)，
所述的摇枕(6)最外端的下方竖直吊挂吊杆(7)，所述的吊杆(7)上端通过球形关节与摇枕(6)连接，吊杆(7)下端通过球形关节与车体(1)连接，成对的摇枕(6)之间设有抗侧滚弹簧(9)并通过该抗侧滚弹簧(9)连接。
2.根据权利要求1所述的单轴转向架，其特征在于，所述的摇枕(6)和构架(5)之间设置垂向减振器，所述的构架(5)和车体(1)之间设置横向减振器以及限制车体(1)与构架(5)之间过大横向位移的横向止档。
3.根据权利要求1所述的单轴转向架，其特征在于，所述的构架(5)侧梁固接空心车轴(16)，所述的走行轮(2)通过轴承安装在空心车轴(16)上并与轨道梁(13)的上表面配合。
4.根据权利要求1所述的单轴转向架，其特征在于，所述的构架(5)侧梁下部中间设置支撑梁，所述的稳定轮(4)水平安装于该支撑梁上并与轨道梁(13)的侧面下部配合；所述的构架(5)横梁的两端向下设置安装座，所述的导向轮(3)水平安装于该安装座上并与轨道梁(13)的侧面上部配合。
5.根据权利要求1所述的单轴转向架，其特征在于，所述的走行轮(2)采用高压充气橡胶轮胎。
6.根据权利要求1所述的单轴转向架，其特征在于，所述的构架(5)沿其纵向中心线方向设置传递牵引力和制动力的牵引拉杆(14)，所述的牵引拉杆(14)一端通过球形转动关节(12)与构架(5)的横梁连接，另一通过端球形转动关节(12)与车体(1)连接。
7.根据权利要求1所述的单轴转向架，其特征在于，所述的构架(5)侧梁的外侧设置牵引电机(10)和轮边减速箱(11)，所述的牵引电机(10)与轮边减速箱(11)设置在走行轮(2)的同侧或者两侧；
当轮边减速箱(11)与牵引电机(10)设置在走行轮(2)的同侧时，牵引电机(10)的输出轴联接到轮边减速箱(11)的输入轴，轮边减速箱(11)的输出轴联接半轴(15)，半轴(15)穿过空心车轴(16)后与轮毂(18)联接，驱动车轮旋转；
当轮边减速箱(11)与牵引电机(10)分别设置在走行轮(1)的两侧时，牵引电机(10)的输出轴联接半轴(15)，半轴(15)穿过空心车轴(16)与轮边减速箱(11)的输入轴联接，轮边减速箱(11)的输出轴与轮毂(18)联接，驱动车轮旋转。
8.根据权利要求7所述的单轴转向架，其特征在于，所述的轮边减速箱(11)的输出轴端或走行轮(2)上设置制动盘(17)，所述的空心车轴(16)或构架(5)上设置制动钳夹及制动缸。
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