CN108909758B - 一种跨坐式单轨列车双连杆耦合的耦合转向架系统 - Google Patents

一种跨坐式单轨列车双连杆耦合的耦合转向架系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种采用双连杆耦合的跨坐式单轨车辆的弹性耦合转向架，每个单轴转向架包括构架、走行轮、导向轮和稳定轮，走行轮、导向轮和稳定轮安装于构架上，该构架包括侧梁、横梁和竖向悬臂梁，还包括两根弹性连杆，两个单轴转向架通过两个平行设置的弹性连杆互相连接。与现有技术相比，本发明的弹性耦合转向架能够使两个单轴转向架处于圆曲线的径向位置，减小了导向轮胎的径向力，提高了车辆通过曲线的安全性，减小了走行轮胎的侧偏力，减少了走行轮胎的偏磨。

Description

一种跨坐式单轨列车双连杆耦合的耦合转向架系统
技术领域
本发明涉及一种跨坐式单轨车辆技术领域，尤其是涉及一种跨坐式单轨列车双连杆耦合的耦合转向架系统。
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。跨坐式单轨列车主要通过一条轨道梁来支撑、导向和稳定，列车骑跨在轨道梁上行驶，车体重心在轨道上方。与传统的铁道列车的主要区别是列车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。
目前跨坐式单轨列车主要有两种转向架：
一、双轴转向架：日立模式的跨坐式单轨列车采用了两轴转向架，如图1所示，每个车体设置两个双轴转向架，双轴转向架主要结构包括：两对走行轮、四个导向轮、两个稳定轮、“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。采用双轴转向架的日立模式单轨列车的优点是承载量大，缺点是地板面高度距轨道梁上表面高，救援通道设置复杂，救援通道景观性差，车体高度大，地下区间需要较大的断面尺寸，不能适应我国现有各类地铁的盾构断面。
二、单轴转向架：庞巴迪跨坐式单轨列车采用单轴转向架，如图2所示，每个车体设置两个单轴转向架，转向架主要结构包括：一对走行轮、四个导向轮、两个稳定轮、“口”字型构架、沙漏型橡胶弹簧、空间四连杆牵引装置、轮毂电机和受流靴。采用单轴转向架的庞巴迪模式单轨列车的优点是地板面高度距轨道梁上表面低，救援通道设置方便，救援通道景观性好，车体高度小，地下区间需要的断面尺寸较小。可以适应我国现有A型地铁的盾构断面。
如图3所示，虽然以庞巴迪跨坐式单轨列车为代表的单轴转向架具有一定优点，但是由于受到二系弹簧的约束，单轴转向架在圆曲线轨道上不能处于径向位置，对于运行方向前方的单轴转向架，转向架相对曲线轨道径向位置有一个正的冲角，前位右侧导向轮和后位左侧导向轮的径向力明显大于前位左侧和后位右侧导向轮的径向力，同时走行轮存在一个向外的侧偏力和顺时针方向的回转力矩；对于运行方向后方的单轴转向架，转向架相对曲线轨道的径向位置存在一个负的冲角，前位左侧导向轮和后位左侧导向轮的径向力明显大于前位右侧和后位左侧导向轮的径向力，同时走行轮存在一个向内的侧偏力和一个逆时针方向的回转力矩，使得单轴转向架的使用寿命、安全性、平稳性和可靠性都收到了一定的影响。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种跨坐式单轨列车双连杆耦合的耦合转向架系统，解决了单轴转向架通过曲线轨道时转向架不能处于径向位置的问题。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种跨坐式单轨列车双连杆耦合的耦合转向架系统，包括两个单轴转向架，每个单轴转向架包括构架、走行轮、导向轮和稳定轮，所述走行轮、导向轮和稳定轮安装于构架上，该构架包括侧梁、横梁和竖向悬臂梁，还包括两根弹性连杆，所述两个单轴转向架通过两个平行设置的弹性连杆互相连接。
进一步地，所述的两个单轴转向架近端侧的横梁端部各延伸成一个水平的连杆支架，所述两根弹性连杆水平并且互相平行设置于两个单轴转向架的连杆支架之间，弹性连杆和连杆支架的连接角度为直角。
进一步地，所述的弹性连杆包括芯轴、橡胶弹性节点、杆身和连杆端部，杆身为空心结构，杆身的两端分别通过螺纹连接两个连杆端部，所述的芯轴穿过连杆端部与构架上的支架座连接，所述的橡胶弹性节点包裹芯轴，并且预压在连杆端部的内孔内。
进一步地，所述单轴转向架还包括两套抗点头扭杆装置，该两套抗点头扭杆装置沿着车体中心线对称安装，每套抗点头扭杆装置一端连接车体下方，另一端连接竖向悬臂梁。
进一步地，所述的每套抗点头扭杆装置包括一根抗点头扭杆、两根抗点头连杆和两个扭臂，所述抗点头扭杆通过抗点头扭杆座水平安装于竖向悬臂梁的最下端，并且与侧梁平行，抗点头扭杆的两端与扭臂的一端固定连接，扭臂的另一端与竖直设置的抗点头连杆的一端活动连接，抗点头连杆的另一端与车体下方活动连接。
进一步地，所述构架呈“口”字型，所述单轴转向架还包括空气弹簧，所述空气弹簧安装于竖向悬臂梁上方。
进一步地，所述的构架沿其车体中心线方向设置牵引拉杆，所述牵引拉杆一端与横梁活动连接，另一端与车体活动连接。
进一步地，所述的走行轮采用高压充气橡胶轮胎，通过轴承安装在空心车轴上并与轨道梁的上表面配合，空心车轴固定连接构架的侧梁。
进一步地，所述导向轮和稳定轮分别钳住轨道梁的两个侧面，所述的竖向悬臂梁设置在侧梁下部中间，所述稳定轮水平安装于该竖向悬臂梁上并与轨道梁的侧面下部配合，所述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，所述活动连接采用球形转动关节结构进行连接。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
1、本发明通过两根弹性连杆将相邻车体的两个单轴转向架连接起来，通过设置弹性连杆中橡胶弹性节点的刚度和两根弹性连杆的间距，可使相邻的两个单轴转向架在圆曲线轨道上处于径向位置，减小了导向轮的载荷，提高了车辆通过曲线的安全性，消除了走行轮的侧偏力和回正力矩，减少了走行轮的偏磨。
2、弹性连杆的结构简单，占用空间小，弹性连杆的端部设有橡胶弹性节点，使得连杆在轴向具有了弹性，通过调整橡胶弹性节点的刚度和连杆之间的纵向间距，容易实现所需要的耦合刚度，弹性连杆大部分只承受拉伸和压缩载荷，可靠性高，弹性连杆位于两个转向架之间，容易接近，便于安装、检查和维护。
4、将单轴转向架的抗点头功能和纵向力传递功能分别由两套装置来实现，通过抗点头扭杆装置抑制单轴转向架的点头运动，通过单牵引拉杆传递纵向牵引力和制动力，实现了抗点头功能和纵向力传递的功能解耦，改善了抗点头扭杆装置和单牵引拉杆受力条件，提高了车辆的运行安全性。
5、使用球型转动关节提升抗点头装置的调节范围，增强了装置的随动性。
6、转向架的二系悬挂采用空气弹簧，以及走行抡、稳定轮和导向轮与导轨梁的互相配合，整体提高了车辆的运行平稳性。
附图说明
图1为日立跨坐式单轨列车的转向架的结构示意图；
图2为庞巴迪跨坐式单轨列车的转向架的结构示意图；
图3为现有技术单轴转向架的受力情况示意图；
图4为实施例一的主视结构示意图；
图5为实施例一的俯视结构示意图；
图6为图4的A-A剖视示意图；
图7为弹性连杆部分的主视结构示意图；
图8为图7的C-C结构示意图；
图9为弹性连杆的机构示意图；
图10为实施例一在圆曲线轨道上处于径向位置的示意图；
图11为实施例二的主视结构示意图；
图12为实施例二的俯视结构示意图；
图13为图10的B-B剖视示意图；
附图标记：1、轨道梁，2、车体，3连杆支架，4、走行轮，5、导向轮，6、稳定轮，7、构架，8、空气弹簧，9、牵引拉杆，10、抗点头扭杆，11、抗点头连杆，12、扭臂，13、抗点头扭杆座，14、弹性连杆，15、橡胶弹性节点，16、支架座，17、连杆端部，18、杆身，19、紧固螺母，20、防转垫片，21、防松螺母，22、螺栓，23、芯轴。
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。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例一
如图4～6所示，本实施了提供了一种跨坐式单轨列车双连杆耦合的耦合转向架系统，包括两个单轴转向架和两根连接相邻车体2单轴转向架的弹性连杆14，其中，每个单轴转向架包括跨坐于轨道梁1上部的构架7、安装于构架7上部的一对走行轮4、构架7两侧的两对导向轮5、构架7两侧的一对稳定轮6以及两套抗点头扭杆装置。
走行轮4采用高压充气橡胶轮胎，与轨道梁1的上表面配合，走行轮4的空心车轴固接在构架7的一侧侧梁，走行轮4通过轴承安装在空心车轴上，车轮旋转而车轴不转；四个导向轮5采用充气橡胶轮胎，设置在构架7的端部下方，呈水平状态，与轨道梁1的侧面上部配合；两个稳定轮6采用充气橡胶轮胎，设置在构架7中部下方，呈水平状态，与轨道梁1的侧面下部配合。
构架7主体整体呈“口”字形，主要包括两根侧梁、两根横梁和两根竖向悬臂梁。在构架7横梁的端部下方设置导向轮5，在侧梁中央向下设置竖向悬臂梁，在竖向悬臂梁下方设置稳定轮6，在竖向悬臂梁上方设置空气弹簧8。其中，导向轮5和稳定轮6分别钳住轨道梁1的两个侧面，竖向悬臂梁设置在侧梁下部中间，所述稳定轮6水平安装于该竖向悬臂梁上并与轨道梁1的侧面下部配合，所述横梁的两端向下设置安装座，所述的导向轮5水平安装于该安装座上并与轨道梁1的侧面上部配合。在构架7横梁内侧的中央设置牵引拉杆安装座，连接牵引拉杆9。
空气弹簧8一端连接构架7竖向悬臂梁上方，另一端与车体2的底架相配合，车体2的重量通过空气弹簧8传递到构架7，再由构架7传递到走行轮4。空气弹簧8同时具有竖向、横向和纵向柔性，通过空气弹簧8，实现了车体2的竖向和横向缓冲，以及车体2与构架7之间的纵向变位。
牵引拉杆9一端通过球形转动关节与构架7横梁连接，另一端通过球形转动关节与车体2连接，传递车体2与构架7之间的纵向牵引力和制动力。
抗点头扭杆装置沿着车体2中心线对称安装，每套抗点头扭杆装置一端连接车体2下方，另一端连接构架7，包括一根抗点头扭杆10、两根抗点头连杆11、两根扭臂12和两个抗点头扭杆座13。抗点头扭杆10通过抗点头扭杆座13水平安装于竖向悬臂梁的下端，并且与侧梁平行，抗点头扭杆10与扭杆座13之间可以自由回转。抗点头扭杆10的两端与扭臂12的一端固定连接，扭臂12的另一端与竖直设置的抗点头连杆11的一端活动连接，抗点头连杆11的另一端与车体2下方活动连接。抗点头扭杆装置抑制了构架7的点头运动，但不影响构架7在其他方向的运动。
如图7和图8所示，两个单轴转向架近端侧的横梁端部各延伸成一个水平的连杆支架3，两根弹性连杆14水平并且互相平行设置于两个单轴转向架的连杆支架3之间，弹性连杆14和连杆支架3的连接角度为直角，连接方式为滚轴连接。弹性连杆14包括芯轴23、橡胶弹性节点15、杆身18和连杆端部17，杆身18为空心结构，杆身18的两端设有丝孔并且左右旋向相反，连杆端部17为螺栓结构，与杆身18丝孔配合，杆身18与连杆端部17之间设置紧固螺母19、防转垫片20和防松螺母21，芯轴23穿过连杆端部17与构架7上的支架座16连接，所述的橡胶弹性节点15包裹芯轴23，并且预压在连杆端部17的内孔内。芯轴23的两端上设有通孔，构架7上的支架座16设有螺栓孔，通过螺栓22将芯轴23与支架座16固接。
通过两根弹性连杆14，约束了相邻的两个单轴转向架的摇头运动。
如图9所示，本发明通过合理地设置弹性连杆中橡胶弹性节点的刚度和两根弹性连杆的间距，可迫使相邻的两个单轴转向架在圆曲线上处于径向位置。
设弹性连杆中橡胶弹性节点的径向刚度为Kr，两根弹性连杆的间距为2Lr，则两根弹性连杆提供的回转刚度为：
设车体2的定距为2L，相邻单轴转向架的轴距为2a，转向架二系悬挂的纵向刚度为Ksx，二系悬挂的横向间距为2b。若使单轴转向架在圆曲线上处于径向位置，则两根弹性连杆提供的回转刚度为：
由此上述公式可知，根据转向架上已知的L，a，Ksx和b计算连杆所需要的Kr和Lr，即根据转向架的尺寸来设置合适的弹性连杆。图中Ksy表示转向架二系悬挂的纵向刚度，β表示单轴转向架与车体的摇头角，2α表示相邻两个单轴转向架之间的摇头角。
弹性耦合转向架系统的优点在于：两根弹性连杆提供的回转刚度只与车辆本身的参数有关，而与曲线半径无关，这说明不管曲线半径大小，只要两根弹性连杆提供的回转刚度与二系悬挂刚度匹配合理，耦合转向架系统就能在悬挂系统和两根弹性连杆的作用下自动调节走行轮趋于径向位置。
实施例二
如图10～12所示，本实施了提供了一种跨坐式单轨列车双连杆耦合的耦合转向架系统，包括两个单轴转向架和两根连接相邻车体2上单轴转向架的弹性连杆14，单轴转向架包括跨坐于轨道梁1上部的构架7、安装于构架7上部的一对走行轮4、构架7两侧的两对导向轮5以及一对稳定轮6，构架主体呈“口”字形，包括侧梁、横梁和竖向悬臂梁，构架7两侧竖向悬臂梁中央对称设有空气弹簧8，构架7内侧横梁设置单根牵引拉杆9，在构架7两侧设置两套抗点头扭杆装置，每套抗点头扭杆装置由一根抗点头扭杆10、两根抗点头连杆11、两根扭臂12和两个抗点头扭杆座13组成；两根弹性连杆14直接纵向平行地设置在相邻车体2下部的两个单轴转向架构架横梁之间，将两个相邻的单轴转向架连接起来。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (8)

1.一种跨坐式单轨列车双连杆耦合的耦合转向架系统，包括两个单轴转向架，每个单轴转向架包括构架(7)、走行轮(4)、导向轮(5)和稳定轮(6)，所述走行轮(4)、导向轮(5)和稳定轮(6)安装于构架(7)上，该构架(7)包括侧梁、横梁和竖向悬臂梁，其特征在于，还包括两根弹性连杆(14)，所述两个单轴转向架通过两个平行设置的弹性连杆(14)互相连接；
所述的两个单轴转向架近端侧的横梁端部各延伸成一个水平的连杆支架(3)，所述两根弹性连杆(14)水平并且互相平行设置于两个单轴转向架的连杆支架(3)之间，弹性连杆(14)和连杆支架(3)的连接角度为直角；
所述的弹性连杆(14)包括芯轴(23)、橡胶弹性节点(15)、杆身(18)和连杆端部(17)，杆身(18)为空心结构，杆身(18)的两端分别通过螺纹连接两个连杆端部(17)，所述的芯轴(23)穿过连杆端部(17)与构架(7)上的支架座(16)连接，所述的橡胶弹性节点(15)包裹芯轴(23)，并且预压在连杆端部(17)的内孔内。
2.根据权利要求1所述的跨坐式单轨列车双连杆耦合的耦合转向架系统，其特征在于，所述单轴转向架还包括两套抗点头扭杆装置，该两套抗点头扭杆装置沿着车体(2)中心线对称安装，每套抗点头扭杆装置一端连接车体(2)下方，另一端连接构架的竖向悬臂梁。
3.根据权利要求2所述的跨坐式单轨列车双连杆耦合的耦合转向架系统，其特征在于，所述的每套抗点头扭杆装置包括一根抗点头扭杆(10)、两根抗点头连杆(11)和两个扭臂(12)，所述抗点头扭杆(10)通过抗点头扭杆座(13)水平安装于竖向悬臂梁的最下端，并且与侧梁平行，抗点头扭杆(10)的两端与扭臂(12)的一端固定连接，扭臂(12)的另一端与竖直设置的抗点头连杆(11)的一端活动连接，抗点头连杆(11)的另一端与车体(2)下方活动连接。
4.根据权利要求1所述的跨坐式单轨列车双连杆耦合的耦合转向架系统，其特征在于，所述构架(7)呈“口”字型，所述单轴转向架还包括空气弹簧(8)，所述空气弹簧(8)安装于竖向悬臂梁上方。
5.根据权利要求1所述的跨坐式单轨列车双连杆耦合的耦合转向架系统，其特征在于，所述的构架(7)沿其车体(2)中心线方向设置牵引拉杆(9)，所述牵引拉杆(9)一端与横梁活动连接，另一端与车体(2)活动连接。
6.根据权利要求1所述的跨坐式单轨列车双连杆耦合的耦合转向架系统，其特征在于，所述的走行轮(4)采用高压充气橡胶轮胎，通过轴承安装在空心车轴上并与轨道梁(1)的上表面配合，空心车轴固定连接构架(7)的侧梁。
7.根据权利要求1所述的跨坐式单轨列车双连杆耦合的耦合转向架系统，其特征在于，所述导向轮(5)和稳定轮(6)分别钳住轨道梁(1)的两个侧面，所述的竖向悬臂梁设置在侧梁下部中间，所述稳定轮(6)水平安装于该竖向悬臂梁上并与轨道梁(1)的侧面下部配合，所述横梁的两端向下设置安装座，所述的导向轮(5)水平安装于该安装座上并与轨道梁(1)的侧面上部配合。
8.根据权利要求3或5所述的跨坐式单轨列车双连杆耦合的耦合转向架系统，其特征在于，所述活动连接采用球形转动关节结构进行连接。
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