CN108791325A - 一种永磁直驱转向架及其轨道车辆 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种永磁直驱转向架,包括构架、轮对、永磁电机,在轮对的车轴上套装有空心轴,车轴上固定设有传力座,永磁电机套装于空心轴上,空心轴一端通过柔性联轴器与永磁电机联结、空心轴另一端通过柔性联轴器与传力座联结;横梁纵向两侧均设有突出部;永磁电机通过摆杆和吊杆与构架柔性连接,摆杆一端吊挂于突出部、另一端连接于永磁电机外壳,摆杆轴线方向沿纵向设置;吊杆一端与永磁电机外壳连接、另一端悬挂于端梁,永磁电机可横向移动。本发明通过对构架结构形状的改进,并配合永磁电机吊挂结构和架悬安装、低位牵引、以及联轴器的配合应用,使得永磁电机作为动力源驱动高速机车成为可能。
Description
技术领域
本发明属于轨道车辆领域,具体涉及一种永磁直驱转向架及其轨道车辆。
背景技术
目前,国内外高速机车均采用带齿轮传动装置的驱动系统,存在结构复杂、传递损耗大、可靠性较低的问题,特别是高速运行时的润滑密封难题较难以解决。同时,还存在噪声大、维修成本高等问题。
随着永磁电机技术的进步,轨道车辆采用直驱的应用也越来越多。目前永磁直驱主要应用于独立旋转车轮轻轨车辆,主要形式为轮毂直驱或轮边直驱,均为永磁电机直接驱动车轮旋转。轮毂直驱或轮边直驱由于电机功率小,只能用于轻轨车辆,大功率机车或动车无法采用该技术。
地铁或动车组也有采用永磁直驱技术,永磁电机转子直接安装在车轴表面,通过定子和转子的电磁作用直接驱动轮对旋转。例如:专利CN106515750A公开的永磁直驱地铁列车,包括车体、设置于车体下方的构架装置和轮对装置,轮轴上抱轴安装有永磁同步牵引电机,永磁同步牵引电机转子两端与车轴联接,永磁同步牵引电机定子的内侧通过弹性支撑装置与构架装置连接,与直驱式永磁同步电机配套的牵引系统采用轴控方式,在每台电机与牵引逆变器之间设置有隔离接触器。
专利CN204956480U公开的电机抱轴安装式永磁直驱转向架,包括两个构架装置、两个永磁同步牵引电机、两个三角形弹性支撑装置、四个轮对轴箱装置,前后相邻的两个轮对轴箱装置通过构架装置连接,左右对称两侧的两个车轮用车轴连接,永磁同步牵引电机通过转子与车轴一体,通过转动车轴实现驱动;两个构架装置对称位于轨道车辆前进方向左右两侧,两个构架装置通过双牵引拉杆装置连接,三角形弹性支撑装置连接永磁同步牵引电机和双牵引拉杆装置。
上述专利均属于直接驱动转向架的结构形式,电机直接弹性或非弹性悬挂于车轴上,永磁电机质量完全是簧下质量,车辆轴重大,簧下质量对轮轨垂向和横向动作用力有较大影响,使得车辆速度难以提升到高速,不适用于比动车组速度更高的高速机车。而且,一旦速度提高,振动会更大,振动会对永磁电机的使用寿命造成影响。同时,上述专利由于构架设计的弊端,导致永磁电机与构架横梁的间距大,需要的摆杆长度长,运行过程中永磁电机振幅过大,容易损坏电机。
另外,在地铁、轻轨或动车组等中低速车辆中,永磁电机也有采用架悬吊挂结构的案例。例如:专利201610304015.6 公开了一种双T型构架弹性铰接的柔性架悬直驱径向转向架,创新点主要为具有柔性功能的双T型弹性铰接式构架、永磁直驱电机三点式架悬等。但是,其架悬采用的是刚性架悬,永磁电机悬挂未解耦,运行过程中的振动会对永磁电机造成过大影响。
除此之外,现有的永磁直驱转向架的牵引点较高,不适用于大功率大牵引力条件下的高速机车。
另外,对本案中所提到的方向词汇进行定义,在轨道车辆领域中,技术人员通常认定的方向有三种:
垂向:竖直垂直于轨面的方向。
纵向:沿着轨道的方向。
横向:水平垂直于轨道的方向。
对于机车的分类,行业内按车速的分类标准为:
普速机车:构造速度未达到160km/h。
准高速机车:构造速度介于160km/h-200km/h。
高速机车:构造速度不低于200km/h。
发明内容
针对上述问题,本发明旨在提供一种能应用于高速机车的永磁直驱转向架。
本发明解决问题的技术方案是:一种永磁直驱转向架,包括构架、设置于构架上的轮对、永磁电机,构架包括纵梁、与纵梁垂直的横梁、设置于纵梁两端的端梁,在轮对的车轴上套装有空心轴,车轴上固定设有传力座,永磁电机套装于空心轴上,所述空心轴一端通过柔性联轴器与永磁电机联结、空心轴另一端通过柔性联轴器与传力座联结;
所述横梁纵向两侧均设有突出部;
所述永磁电机通过摆杆和吊杆与构架柔性连接,摆杆一端吊挂于突出部、另一端连接于永磁电机外壳,摆杆轴线方向沿纵向设置;吊杆一端与永磁电机外壳连接、另一端悬挂于端梁,永磁电机可横向移动。
上述方案中,由于横梁设有突出部,使得横梁与永磁电机之间的距离缩短,摆杆的长度减小,运行过程中永磁电机摆动的幅度小,所受的振幅小。
永磁电机采用弹性架悬的方式支承于构架上,属于簧上质量,有利于机车高速运行,且摆杆和吊杆的悬挂使得永磁电机悬挂解耦,运行过程中可在横向有少许位移,因线路不平和冲击所引起的轮对垂向、横向加速度不会直接传到永磁电机上,使其工作条件大为改善。故障率减小,使用寿命延长。而且机车速度越高,其优点就越明显。而且上述方案的架悬方式,摒弃空心轴六连杆结构,寿命更长。
综合来看,上述方案通过对构架结构形状的改进,并配合永磁电机的吊挂结构和架悬安装、以及联轴器的配合应用,解决了永磁电机应用于高速机车的振动大、轴重大等一系列难点问题,使得永磁电机作为动力源驱动高速机车成为可能。
具体的,所述柔性联轴器为叠片联轴器,叠片联轴器包括第一传动盘、第二传动盘、金属叠片,永磁电机的内套与第一传动盘连接,第一传动盘与空心轴一端通过金属叠片联结,第二传动盘与空心轴另一端联结,第二传动盘通过金属叠片与传力座连接。
金属叠片的联轴器使用寿命更长。
优选的,所述横梁中间设有贯通孔。贯通孔一方面可以减重,另一方面可以提供更大的维修空间,使得维修更方便。
为使得结构更加稳定可靠,所述横梁外轮廓为八边形结构,八边形横梁在纵向方向上的两条最外侧边为突出部。
进一步的,所述构架还包括设置于纵梁两端的端梁,在永磁电机与端梁之间设有缓冲永磁电机振动的减振器,减振器的轴向方向与铅垂面的夹角大于0度且小于90度。
相应的,本发明还提供一种轨道车辆,包括车体、以及上述永磁直驱转向架,所述构架还包括设置于纵梁两端的前端梁和后端梁,在后端梁底部设有第一牵引座;在车体上设有牵引梁,在牵引梁底部设有第二牵引座;第一牵引座与第二牵引座通过牵引杆连接。
上述方案中,将牵引座的牵引点下移,实现低位牵引,减少轴重转移,提高了粘着利用率,更加利于应用于高速机车。
本发明还提供另一种轨道车辆,包括车体、以及上述永磁直驱转向架,在横梁纵向两侧的突出部的底部均设有第三牵引座,所述横梁中间设有贯通孔;
还包括牵引销、两根拉杆、以及设置于车体上的第四牵引座,第四牵引座对应贯通孔设置;
两根拉杆的一端分别各自一一对应与第三牵引座连接、另一端均与牵引销连接,且两根拉杆相对于牵引销中心对称;
所述第四牵引座插入贯通孔内并与牵引销连接。
上述方案的轨道车辆提供了另一种低位牵引方式,牵引点位于构架横梁的贯通孔下方,利用“Z”字形双拉杆的结构实现低位牵引,减少轴重转移,提高了粘着利用率,更加利于应用于高速机车。
本发明通过对构架结构形状的改进,并配合永磁电机的吊挂结构和架悬安装、低位牵引、以及联轴器的配合应用,解决了永磁电机应用于高速机车的振动大、轴重大、牵引点高等一系列难题,使得永磁电机作为动力源驱动高速机车成为可能。消除了高速机车润滑密封问题,降低了现有高速机车驱动系统的传递损耗、噪声及维修成本。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步说明。
图1为实施例1转向架主视图。
图2为实施例1转向架俯视图。
图3为实施例2转向架主视图。
图4为实施例2转向架俯视图。
图5为实施例2转向架局部剖视图。
图6为永磁电机与轮对装配示意图。
图7为永磁电机吊挂示意图。
图中:1-构架,2-轮对,3-永磁电机,4-空心轴,5-传力座,6-柔性联轴器,7-摆杆,8-减振器,9-车体,10-牵引杆,11-纵梁,12-横梁,13-端梁,14-第一牵引座,15-牵引销,16-拉杆,17-吊杆, 21-车轴,31-内套,61-第一传动盘,62-第二传动盘,63-金属叠片,91-牵引梁,92-第二牵引座,94-第四牵引座,121-突出部,122-贯通孔,123-第三牵引座,131-前端梁,132-后端梁。
具体实施方式
实施例1
如图1~2、6~7所示,一种永磁直驱转向架,包括构架1、设置于构架1上的轮对2、永磁电机3。构架1包括纵梁11、与纵梁11垂直的横梁12、设置于纵梁11两端的端梁13。端梁13分为前端梁131和后端梁132。所述横梁12中间设有贯通孔122。
在轮对2的车轴21上套装有空心轴4。车轴21上固定设有传力座5。永磁电机3套装于空心轴4上。所述空心轴4一端通过柔性联轴器6与永磁电机3联结、空心轴4另一端通过柔性联轴器3与传力座5联结。所述柔性联轴器6为叠片联轴器。叠片联轴器包括第一传动盘61、第二传动盘62、金属叠片63。永磁电机3的内套31与第一传动盘61连接。第一传动盘61与空心轴4一端通过金属叠片63联结。第二传动盘62与空心轴4另一端联结。第二传动盘62通过金属叠片63与传力座5连接。
所述横梁12纵向两侧均设有突出部121。所述横梁12外轮廓为八边形结构,八边形横梁12在纵向方向上的两条最外侧边为突出部121。
所述永磁电机3通过摆杆7和吊杆17与构架1柔性连接,摆杆7一端吊挂于突出部121、另一端连接于永磁电机3外壳,摆杆7轴线方向沿纵向设置。吊杆17一端与永磁电机3外壳连接、另一端悬挂于端梁13。永磁电机3可横向移动。
在永磁电机3与端梁13之间设有缓冲永磁电机3振动的减振器8。减振器8的轴向方向与铅垂面的夹角大于0度且小于90度。
相应的,本实施例还提供一种轨道车辆,包括车体9、及上述永磁直驱转向架。在后端梁132底部设有第一牵引座14。在车体9上设有牵引梁91。在牵引梁91底部设有第二牵引座92。第一牵引座14与第二牵引座92通过牵引杆10连接。
实施例2
如图3~7所示,一种永磁直驱转向架,包括构架1、设置于构架1上的轮对2、永磁电机3。构架1包括纵梁11、与纵梁11垂直的横梁12、设置于纵梁11两端的端梁13。端梁13分为前端梁131和后端梁132。所述横梁12中间设有贯通孔122。
在轮对2的车轴21上套装有空心轴4。车轴21上固定设有传力座5。永磁电机3套装于空心轴4上。所述空心轴4一端通过柔性联轴器6与永磁电机3联结、空心轴4另一端通过柔性联轴器3与传力座5联结。
本实施例中柔性联轴器6优选为叠片联轴器。叠片联轴器包括第一传动盘61、第二传动盘62、金属叠片63。永磁电机3的内套31与第一传动盘61连接。第一传动盘61与空心轴4一端通过金属叠片63联结。第二传动盘62与空心轴4另一端联结。第二传动盘62通过金属叠片63与传力座5连接。
柔性联轴器6中,金属叠片63可采用带橡胶关节的六连杆机构代替。
所述横梁12纵向两侧均设有突出部121。所述横梁12外轮廓为八边形结构,八边形横梁12在纵向方向上的两条最外侧边为突出部121。
所述永磁电机3通过摆杆7和吊杆17与构架1柔性连接,摆杆7一端吊挂于突出部121、另一端连接于永磁电机3外壳,摆杆7轴线方向沿纵向设置。吊杆17一端与永磁电机3外壳连接、另一端悬挂于端梁13。永磁电机3可横向移动。
在永磁电机3与端梁13之间设有缓冲永磁电机3振动的减振器8。减振器8的轴向方向与铅垂面的夹角大于0度且小于90度。
本实施例还提供一种轨道车辆,包括车体9、及上述永磁直驱转向架。在横梁12纵向两侧的突出部121的底部均设有第三牵引座123。所述横梁12中间设有贯通孔122。
还包括牵引销15、两根拉杆16、以及设置于车体9上的第四牵引座94。第四牵引座94对应贯通孔122设置。
两根拉杆16的一端分别各自一一对应与第三牵引座123连接、另一端均与牵引销15连接,且两根拉杆16相对于牵引销15中心对称。
所述第四牵引座94插入贯通孔122内并与牵引销15连接。
Claims (7)
1.一种永磁直驱转向架,包括构架(1)、设置于构架(1)上的轮对(2)、永磁电机(3),构架(1)包括纵梁(11)、与纵梁(11)垂直的横梁(12)、设置于纵梁(11)两端的端梁(13),其特征在于: 在轮对(2)的车轴(21)上套装有空心轴(4),车轴(21)上固定设有传力座(5),永磁电机(3)套装于空心轴(4)上,所述空心轴(4)一端通过柔性联轴器(6)与永磁电机(3)联结、空心轴(4)另一端通过柔性联轴器(3)与传力座(5)联结;
所述横梁(12)纵向两侧均设有突出部(121);
所述永磁电机(3)通过摆杆(7)和吊杆(17)与构架(1)柔性连接,摆杆(7)一端吊挂于突出部(121)、另一端连接于永磁电机(3)外壳,摆杆(7)轴线方向沿纵向设置;吊杆(17)一端与永磁电机(3)外壳连接、另一端悬挂于端梁(13),永磁电机(3)可横向移动。
2.根据权利要求1所述的永磁直驱转向架,其特征在于:所述柔性联轴器(6)为叠片联轴器,叠片联轴器包括第一传动盘(61)、第二传动盘(62)、金属叠片(63),永磁电机(3)的内套(31)与第一传动盘(61)连接,第一传动盘(61)与空心轴(4)一端通过金属叠片(63)联结,第二传动盘(62)与空心轴(4)另一端联结,第二传动盘(62)通过金属叠片(63)与传力座(5)连接。
3.根据权利要求1所述的永磁直驱转向架,其特征在于:所述横梁(12)中间设有贯通孔(122)。
4.根据权利要求3所述的永磁直驱转向架,其特征在于:所述横梁(12)外轮廓为八边形结构,八边形横梁(12)在纵向方向上的两条最外侧边为突出部(121)。
5.根据权利要求1所述的永磁直驱转向架,其特征在于:在永磁电机(3)与端梁(13)之间设有缓冲永磁电机(3)振动的减振器(8),减振器(8)的轴向方向与铅垂面的夹角大于0度且小于90度。
6.一种轨道车辆,包括车体(9),其特征在于:还包括上述权利要求1-5任一项所述的永磁直驱转向架,所述端梁(13)分为前端梁(131)和后端梁(132),在后端梁(132)底部设有第一牵引座(14);在车体(9)上设有牵引梁(91),在牵引梁(91)底部设有第二牵引座(92);第一牵引座(14)与第二牵引座(92)通过牵引杆(10)连接。
7.一种轨道车辆,包括车体(9),其特征在于:还包括上述权利要求1-5任一项所述的永磁直驱转向架,在横梁(12)纵向两侧的突出部(121)的底部均设有第三牵引座(123),所述横梁(12)中间设有贯通孔(122);
还包括牵引销(15)、两根拉杆(16)、以及设置于车体(9)上的第四牵引座(94),第四牵引座(94)对应贯通孔(122)设置;
两根拉杆(16)的一端分别各自一一对应与第三牵引座(123)连接、另一端均与牵引销(15)连接,且两根拉杆(16)相对于牵引销(15)中心对称;
所述第四牵引座(94)插入贯通孔(122)内并与牵引销(15)连接。
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