CN108297883B - 一种空铁驱动与悬挂一体式结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种空铁驱动与悬挂一体式结构，包括轨道部、连接部，轨道部包括相互平行正对的顶板、底板，顶板位于底板正上方，还包括固定在顶板、底板之间的隔板，隔板垂直于顶板、底板，顶板、底板均被隔板左右等分；底板底部均匀分布若干加强筋；连接部包括两个支架，两个支架沿车体运行方向左右对称，支架上设置动力机构，每个动力机构与一个车轮相连，动力机构用于驱动车轮转动；车轮在车体顶部的投影、位于两个支架在车体顶部的投影之间。本发明用以解决现有技术中空铁轨道成本高、投入大，不便为车体提供动力的问题，实现在满足强度要求的同时，显著降低空铁建造成本、简单稳定的为空铁车体提供动力的目的。

Description

一种空铁驱动与悬挂一体式结构

技术领域

本发明涉及空铁领域，具体涉及一种空铁驱动与悬挂一体式结构。

背景技术

空铁，即悬挂式空中单轨交通系统，与地铁和有轨电车不同，空铁的轨道在上方，是悬挂在空中轨道上运行的一种轨道交通。空铁是一种新型新能源公共交通，集城市快速公交(BRT)与地铁的优点于一身，具有缓解交通拥堵、载客效率高、成本低、建设周期短、不占用停车场、节能环保等众多优点。空铁大都悬挂在高架、桥梁等市政设施的下方以降低成本，或是修建专用的承载梁进行悬挂。不管是采用哪种方式对空铁进行悬挂，都需要新建轨道，目前已知的投产或在建空铁，其轨道都与常规轨道交通的轨道基本一致，只是将常规轨道倒置安放、再配以适当的限位件进行防坠限位，或是直接使用传统的箱式轨道，使轮毂电机在基本封闭的箱体内进行滚动。这些现有技术不仅结构复杂、需要投入大量成本进行修建，耗费大量资源，并且还由于空铁与传统轨道交通所不同的倒挂式结构，因此还存在不便连接动力机构与空铁车体的缺陷。

发明内容

本发明的目的在于提供一种空铁驱动与悬挂一体式结构，以解决现有技术中空铁轨道成本高、投入大，不便为车体提供动力的问题，实现在满足强度要求的同时，显著降低空铁建造成本、简单稳定的为空铁车体提供动力的目的。

本发明通过下述技术方案实现：

一种空铁驱动与悬挂一体式结构，包括轨道部、连接部，所述轨道部包括相互平行正对的顶板、底板，所述顶板位于底板正上方，还包括固定在顶板、底板之间的隔板，所述隔板垂直于顶板、底板，所述顶板、底板均被隔板左右等分；所述底板底部均匀分布若干加强筋；

所述连接部包括固定连接在车体顶部的两个支架，两个支架沿车体运行方向左右对称，所述支架上设置动力机构，每个动力机构与一个车轮相连，所述动力机构用于驱动车轮转动；所述车轮在车体顶部的投影、位于两个支架在车体顶部的投影之间；所述车轮的轴线平行于车体顶面。

针对现有技术中空铁轨道成本高、投入大，不便为车体提供动力的问题，本发明提出一种空铁驱动与悬挂一体式结构，轨道部用于为空铁车体提供运行的轨道，连接部用于连接车体并提供动力。本发明中的轨道部中顶板和底板相互正对，顶板用于固定在空铁的安装工位，如各种高架桥梁等市政设施的下方，再通过隔板将底板提起进行悬挂，由隔板将顶板与底板连接成整体结构，确保本发明的整体性。通过顶板进行与安装工位之间的固定，由于顶板的接触面大，因此能够将顶板稳定的与安装工位进行连接，如采用大范围的锚固等方式，以确保整个轨道的安装稳定。同时顶板的存在还能够为隔板提供足够充分的连接，从而避免轨道在转弯处的扭曲，即使空铁的车体在转弯处对隔板施加较大的离心力，隔板也能够将受力整体传递至顶板上进行分散，从而极大的降低隔板的内应力，确保隔板受力均匀稳定。底板用于承载整个空铁的重量，并同时为空铁的车轮提供运动轨道。为了能够提高底板的结构强度与承载性能、并提高底板抗下压的能力，还在底板底部均匀设置若干加强筋，对底板提供进一步的支撑与加强，以确保底板将空铁车体整体托起。在车体顶部固定两个支架，用于支撑连接动力机构，两个支架沿车体运行方向左右对称，每个支架上都设置有动力机构，因此通过动力机构来驱动车轮进行转动。每个动力机构只与一个车轮相连接，因此每个车轮都由一个单独的动力机构驱动转动，以实现空铁转弯换向时的灵活控制，便于在转弯时的差速运动。由于两个支架分别分布在车体上方的两侧，因此支架上通过动力机构连接的车轮也会左右分布，使得车轮在车体顶部的投影、位于两个支架在车体顶部的投影之间，再使得车轮轴线平行于车体顶面，即可针对轨道部而言，将两侧的车轮分别放置在隔板两侧的底板上。本发明结构简单，通过支架进行连接和支撑，通过动力机构驱动车轮转动，由于两个支架沿车体运行方向左右对称，从而实现了与轨道部与连接部的完美配合，使得车轮能够在轨道部上运动，以此带动车体沿轨道进行移动。本发明具体使用时，使得空铁车体位于底板下方，并在隔板两侧分别设置车轮，使得两个车轮都在底板上进行滚动，再通过连接部将两个车轮连接至空铁车体即可。车轮在底板上沿着底板进行滚动，即可带动空铁车体进行移动，由于两个车轮之间有隔板的存在，因此两个车轮不会相互接触造成干扰，通过隔板也能够对车轮的前进方向进行良好的引导。此外作为本领域技术人员，还可在底板上设置与车轮相匹配的导向槽等加大对车轮的导向。本发明相较于现有技术在结构上有了极大的简化，若将顶板、底板、隔板作为整体看待，它们三者共同组成H型结构，因此采用常见的H型钢即可作为空铁轨道的主体，再配上加强筋即是本发明中的空铁轨道，不仅生产制作简单、成本低廉、维护方便，而且对于产业过剩的钢铁行业而言有突出的意义。通过对本发明进行有限元分析，可以明确得出本发明的强度与形变量均完全满足悬挂空铁所需的载荷要求。因此，本发明解决了现有技术中空铁轨道成本高、投入大的问题，实现了满足强度要求的同时显著降低空铁轨道成本、简单稳定的为空铁车体提供动力的目的。

优选的，所述加强筋沿底板的长度方向等间距分布。底板的长度方向即是轨道的运行方向，因此对于运行中的空铁而言，加强筋等间距的分布在运行方向上，底板所受到的载荷始终能够被不断交替出现的加强筋所分担，从而确保底板内部的内应力分布均匀，进一步降低底板瞬时受拉后的形变，并通过加强筋对底板提供反作用力，使得瞬时变形后的底板在载荷消失后能够瞬时复位。

进一步的，所述隔板自上而下穿过底板，隔板穿过底板的部分为延伸部，所述加强筋固定在延伸部的两侧。通过延伸部将加强筋分为沿底板左右两侧分布的两部分，使得位于隔板两侧的车轮对底板所施加的载荷能够分别被延伸部两侧的加强筋所承担，相对于整体式的加强筋设置而言，不仅能够减少加强筋的用料、节约成本，同时由于单块加强筋的长度变小，更是极大的提高了抗弯折抗扭曲能力。此外，对于整体式的加强筋设置而言，加强筋两端受极大载荷产生下坠形变而中间部位几乎不受纵向作用力，这就使得加强筋容易松动脱落甚至发生扭曲，而通过本方案中的设置，单块加强筋的内应力分布紧凑均匀、承载也非常均匀稳定，因此加强筋的使用寿命有了显著提高。

优选的，所述加强筋呈直角三角形，所述直角三角形的两直角边分别固定在底板底面、延伸部侧面；且所述直角三角形的两个锐角分别与底板、延伸部的外缘齐平。本方案中通过延伸部为加强筋提供更为稳定的连接工位，避免加强筋仅仅通过一侧边与底板连接导致稳定性较差的问题，使得加强筋的两侧边都能够得到连接。同时，呈直角三角形的加强筋结构，使得底板中线部位同时被两侧加强筋最厚的部位所支撑，对底板中线部位提供了极大的保护，以避免底板两端受车轮施加的极大载荷导致中间部位最先开始扭曲变形的问题，使得本发明整体具有极高的整体稳定性。

优选的，所述延伸部远离底板的一端至底板之间的距离，与底板和顶板之间间距的比值为1:9～1:10。从纵向上看，本方案即是指延伸部的高度和隔板的高度比介于1:9至1:10之间，延伸部的主要功能是提高加强筋的使用效果，而加强筋主要是克服横向的扭曲变形，因此影响加强筋的主要性能是其厚度和强度，对于纵向长度的要求反而较低。因此对应的，对于连接与分隔加强筋的延伸部，其纵向长度上也不需要很高要求，仅需在隔板长度的1/9至1/10之间即可满足使用需求，并且还避免了空铁的车体与放置在底板上的车轮之间高度差过大导致车体晃动加剧的问题，还具有提高车体运行稳定性的效果。

进一步的，所述顶板、底板均为向上拱起的圆弧状，顶板、底板的圆弧半径相等。空铁运行过程中，会对其上部的轨道产生极大的拉力，在此过程中，底板和顶板都会产生微小的形变。当空铁快速通过时，该形变能够快速复位，但是当空铁在某处停留过久时，则会造成不易恢复的微小的向下弯曲的形变，这种形变虽然不会对空铁正常运行造成安全事故，但是会加剧空铁运行中的磨损与能量损耗，使得能耗更大、维修更频繁。本方案正是为了克服这种问题而设置，将顶板与底板均设置为等径的向上拱起的圆弧状，在未产生形变的地方，空铁运行依次经过上坡下坡的过程，虽然上坡过程中能耗增多，但是下坡过程能耗减少，因此整体而言能耗基本保持不变，同时这种预起拱的结构能够有效抵消轨道的向下弯曲变形，使得轻微变形后的轨道趋于水平，有利于空铁的平稳通过，空铁每进入一根轨道的区域就将该根轨道下拉至趋于水平，从而使得有空铁运行中的轨道处于一个极度微小但却有益的依次水平的过程中，使得轨道对空铁能够产生自适应的效果，极大的提高了空铁运行过程中的稳定性。其中，顶板、底板的圆弧半径优选为700～800米。

优选的，所述动力机构包括固定在支架上的电机控制器、电机，所述电机控制器用于控制所述电机，所述车轮通过转轴带动进行转动，所述转轴与电机的输出轴相互垂直，转轴与电机的输出轴之间通过锥齿轮连接。所述电机控制器使用现有的控制器即可，它通过接收外部指令来控制电机的输出，从而实现对车轮转动的精确控制。本方案中电机的输出轴通过锥齿轮与转轴相连，由锥齿轮进行传动换向，再通过转轴带动车轮进行滚动。本方案能够极大的减少空间占用率，避免通过电机直接驱动时需要设置较宽的支架才能得以实现的问题，使得支架宽度很小也能够通过锥齿轮的换向进行传动，因此不仅降低了生产制造的成本，更是能够极大的减小支架所带来的风阻、降低风噪，对于空铁运行而言还具有十分显著的节能降噪的效果。

优选的，所述转轴与车轮的连接处设置轴承；还包括上连接件、下连接件，所述上连接件、下连接件均一端铰接在轴承上、另一端铰接在支架上；所述下连接件与支架之间铰接减震杆，所述减震杆外套设弹簧。轴承用于为上连接件、下连接件提供安装工位，避免其随着车轮进行转动。上连接件、下连接件同时还铰接在支架上，因此不仅能够通过上连接件、下连接件提高车轮与支架之间的连接稳定性，降低连杆的承载与强度需求，同时还能够限制车体的上下晃动，当车体上下晃动时，通过两端铰接的上连接件、下连接件，提高架体和车轮之间的牵扯，通过车轮拉扯住架体，并将车轮对架体的作用力传递至车体上，从而降低车体的振幅与频率，提高车体运行时的稳定性。减震杆连接在下连接件和支架之间，由于减震杆的两端均铰接，因此减震杆不会对支架上下左右的晃动产生过大的拉扯，而是通过减震杆上套设的弹簧来实现快速消耗动能的目的，以此快速对车体各方向的晃动进行减震，提高车体各方向上的稳定性。

优选的，所述减震杆与支架铰接的一端所处高度高于减震杆与下连接件铰接的一端。即是减震杆与支架铰接的一端更高，因此使得车体上下晃动时，车轮能够通过下连接件和减震杆拉住架体，从而更加提高车体稳定性。

优选的，所述上连接件、下连接件均为Y型杆，所述Y型杆两端与支架铰接、一端与轴承铰接。Y型杆共有三个端头，其中两端与支架铰接，只有一端与轴承铰接，以此提供对支架更大的控制范围，实现对车体稳定性更好的提升。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

本发明一种空铁驱动与悬挂一体式结构，相较于现有技术在结构上有了极大的简化，若将顶板、底板、隔板作为整体看待，它们三者共同组成H型结构，因此采用常见的H型钢即可作为空铁轨道的主体，再配上加强筋即是本发明中的空铁轨道，不仅生产制作简单、成本低廉、维护方便，而且对于产业过剩的钢铁行业而言有突出的意义。本发明解决了现有技术中空铁轨道成本高、投入大的问题，实现了满足强度要求的同时显著降低空铁轨道成本、简单稳定的为空铁车体提供动力的目的。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1为本发明具体实施例的侧视图；

图2为本发明具体实施例的结构示意图；

图3为本发明具体实施例中轨道部的示意图；

图4为图2中A处的局部放大图。

附图中标记及对应的零部件名称：

1-顶板，2-底板，3-隔板，31-延伸部，4-电机控制器，5-加强筋，6-支架，7-车轮，8-电机，9-转轴，10-轴承，11-上连接件，12-下连接件，13-减震杆，14-弹簧。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

实施例1：

如图1至图4所示的一种空铁驱动与悬挂一体式结构，包括轨道部、连接部，所述轨道部包括相互平行正对的顶板1、底板2，所述顶板1位于底板2正上方，还包括固定在顶板1、底板2之间的隔板3，所述隔板3垂直于顶板1、底板2，所述顶板1、底板2均被隔板3左右等分；所述底板2底部均匀分布若干加强筋5；所述连接部包括固定连接在车体顶部的两个支架6，两个支架6沿车体运行方向左右对称，所述支架6上设置动力机构，每个动力机构与一个车轮7相连，所述动力机构用于驱动车轮7转动；所述车轮7在车体顶部的投影、位于两个支架6在车体顶部的投影之间；所述车轮7的轴线平行于车体顶面。

实施例2：

如图1至图4所示的一种空铁驱动与悬挂一体式结构，在实施例1的基础上，所述加强筋5沿底板2的长度方向等间距分布。所述隔板3自上而下穿过底板2，隔板3穿过底板2的部分为延伸部31，所述加强筋5固定在延伸部31的两侧。所述加强筋5呈直角三角形，所述直角三角形的两直角边分别固定在底板2底面、延伸部31侧面；且所述直角三角形的两个锐角分别与底板2、延伸部31的外缘齐平。所述延伸部31远离底板2的一端至底板2之间的距离，与底板2和顶板1之间间距的比值为1:9～1:10。所述顶板1、底板2均为向上拱起的圆弧状，顶板1、底板2的圆弧半径相等。所述动力机构包括固定在支架6上的电机控制器4、电机8，所述电机控制器4用于控制所述电机8，所述车轮7通过转轴9带动进行转动，所述转轴9与电机8的输出轴相互垂直，转轴9与电机8的输出轴之间通过锥齿轮连接。所述转轴9与车轮7的连接处设置轴承10；还包括上连接件11、下连接件12，所述上连接件11、下连接件12均一端铰接在轴承10上、另一端铰接在支架6上；所述下连接件12与支架6之间铰接减震杆13，所述减震杆13外套设弹簧14。所述减震杆13与支架6铰接的一端所处高度高于减震杆13与下连接件12铰接的一端。所述上连接件11、下连接件12均为Y型杆，所述Y型杆两端与支架6铰接、一端与轴承10铰接。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种空铁驱动与悬挂一体式结构，包括轨道部、连接部，其特征在于，

所述轨道部包括相互平行正对的顶板（1）、底板（2），所述顶板（1）位于底板（2）正上方，还包括固定在顶板（1）、底板（2）之间的隔板（3），所述隔板（3）垂直于顶板（1）、底板（2），所述顶板（1）、底板（2）均被隔板（3）左右等分；所述底板（2）底部均匀分布若干加强筋（5）；

所述连接部包括固定连接在车体顶部的两个支架（6），两个支架（6）沿车体运行方向左右对称，所述支架（6）上设置动力机构，每个动力机构与一个车轮（7）相连，所述动力机构用于驱动车轮（7）转动；所述车轮（7）在车体顶部的投影、位于两个支架（6）在车体顶部的投影之间；所述车轮（7）的轴线平行于车体顶面；

所述加强筋（5）沿底板（2）的长度方向等间距分布；

所述隔板（3）自上而下穿过底板（2），隔板（3）穿过底板（2）的部分为延伸部（31），所述加强筋（5）固定在延伸部（31）的两侧；

所述加强筋（5）呈直角三角形，所述直角三角形的两直角边分别固定在底板（2）底面、延伸部（31）侧面；且所述直角三角形的两个锐角分别与底板（2）、延伸部（31）的外缘齐平；

所述动力机构包括固定在支架（6）上的电机控制器（4）、电机（8），所述电机控制器（4）用于控制所述电机（8），所述车轮（7）通过转轴（9）带动进行转动，所述转轴（9）与电机（8）的输出轴相互垂直，转轴（9）与电机（8）的输出轴之间通过锥齿轮连接；

所述转轴（9）与车轮（7）的连接处设置轴承（10）；还包括上连接件（11）、下连接件（12），所述上连接件（11）、下连接件（12）均一端铰接在轴承（10）上、另一端铰接在支架（6）上；所述下连接件（12）与支架（6）之间铰接减震杆（13），所述减震杆（13）外套设弹簧（14）。

2.根据权利要求1所述的一种空铁驱动与悬挂一体式结构，其特征在于，所述延伸部（31）远离底板（2）的一端至底板（2）之间的距离，与底板（2）和顶板（1）之间间距的比值为1:9~1:10。

3.根据权利要求1所述的一种空铁驱动与悬挂一体式结构，其特征在于，所述顶板（1）、底板（2）均为向上拱起的圆弧状，顶板（1）、底板（2）的圆弧半径相等。

4.根据权利要求1所述的一种空铁驱动与悬挂一体式结构，其特征在于，所述减震杆（13）与支架（6）铰接的一端所处高度高于减震杆（13）与下连接件（12）铰接的一端。

5.根据权利要求4所述的一种空铁驱动与悬挂一体式结构，其特征在于，所述上连接件（11）、下连接件（12）均为Y型杆，所述Y型杆两端与支架（6）铰接、一端与轴承（10）铰接。