CN109383531A - 轨道车辆防倾覆方法、驱动制动系统及轨道车辆 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种轨道车辆防倾覆方法、驱动制动系统及轨道车辆，在构架两侧分别设置有电机传动机构和基础制动装置，所述电机传动机构包括纵向耦合连接的牵引电机和齿轮箱，构架两侧的牵引电机的电机轴在车辆运行时旋转方向为对向旋转或背向旋转，所述基础制动装置控制电机轴制动,控制构架两侧的基础制动装置在车辆运行过程中制动时带给构架的作用力方向相同。本发明使车辆在运行过程中制动时，构架两侧的齿轮箱处产生的制动力方向相同，进而避免制动时对构架产生倾覆力矩，有效防止制动时车辆产生倾覆，提高了车辆运行的安全性。

Description

轨道车辆防倾覆方法、驱动制动系统及轨道车辆

技术领域

本发明涉及一种轨道车辆，特别涉及一种轨道车辆防倾覆方法、驱动制动系统，属于轨道车辆制造技术领域。

背景技术

城市轨道交通低地板车辆的转向架为了降低地板面的高度，驱动制动系统一般采用纵向耦合的安装方案。该驱动制动系统包括两组电机传动机构，分别吊挂安装在转向架构架的两个侧梁的外侧。如专利号为201510023470.8中公开的一种低地板轨道车辆转向架。

其中，每组电机传动机构均由一个牵引电机和两个齿轮箱组成，牵引电机的两侧输出端分别连接一个齿轮箱，牵引电机同时驱动同侧的两个齿轮箱和车轮运转。每个转向架共安装有两个牵引电机及四个齿轮箱，四个齿轮箱的输出轴分别与四个车轮连接。

该转向架的驱动系统中，四个齿轮箱共包括两种类型，齿轮箱A和齿轮箱B，齿轮箱A和齿轮箱B分别为两个，同种类型(即内部齿轮副的连接方向相同)的两个齿轮箱呈对角的关系安装在转向架上，即两个齿轮箱A呈对角线安装在两个侧梁的外侧，两个齿轮箱B呈对角线安装在两个侧梁的外侧，每个牵引电机的两端分别连接一个齿轮箱A和一个齿轮箱B，在其中对角设置的同种类型的齿轮箱处(如两个齿轮箱B处)配合安装基础制动装置。该方案的优点是齿轮箱仅有两种形式，有利于降低大批量时的生产成本，组装过程中不容易装混引起事故。

但该方案也存在不足，当车辆制动时，两组电机齿轮箱处产生的制动力方向相反，其中一个齿轮箱B在制动时带给构架的作用力与另一个齿轮箱B在制动时带给构架的作用力的方向相反，两个方向相反的作用力会给构架产生一个较大的倾覆力矩，同一辆车厢上的两台转向架由制动产生的倾覆力矩转向相同，因此会给整辆车带来更大的倾覆力矩，该倾覆力矩产生的作用类似于侧风引起的倾覆力矩。该倾覆力矩会导致车辆轮种不均，继而影响车辆运行时的脱轨系数、轮重减载率、倾覆系数等指标，会对车辆运行安全造成一定的影响，特别是在车辆运行于曲线的工况，对车辆运行安全影响更大。

发明内容

本发明主要目的在于解决上述问题和不足，提供一种可有效避免制动时产生倾覆力矩，提高车辆运行安全性的轨道车辆防倾覆方法，同时提供一种实现该防倾覆方法的驱动制动系统及轨道车辆。

为实现上述目的，本发明的第一个技术方案是：

一种轨道车辆防倾覆方法，包括在构架两侧分别设置的基础制动装置，控制构架两侧的基础制动装置在车辆运行过程中制动时带给构架的作用力方向相同。

进一步，一位侧转向架制动时两侧基础制动装置所产生的制动力带给构架的作用力方向同时向上，二位侧转向架制动时两侧基础制动装置所产生的制动力带给构架的作用力方向同时向下。

本发明的第二个技术方案是：

一种实现如上所述防倾覆方法的驱动制动系统，在构架两侧分别设置有电机传动机构和基础制动装置，所述电机传动机构包括纵向耦合连接的牵引电机和齿轮箱，构架两侧的牵引电机的电机轴在车辆运行时旋转方向为对向旋转或背向旋转，所述基础制动装置控制电机轴制动。

进一步，所述电机传动机构的牵引电机的两侧分别耦合连接一个齿轮箱，在构架上安装的四个齿轮箱中，同侧的两个齿轮箱内的齿轮副连接方向不同，对角安装的两个齿轮箱内的齿轮副连接方向不同。

进一步，一位侧转向架和二位侧转向架在车辆运行时牵引电机的电机轴旋转方向相反，一位侧转向架的电机轴旋转方向为在制动时两侧基础制动装置所产生的制动力带给构架的作用力方向同时向上，二位侧转向架的电机轴旋转方向为在制动时两侧基础制动装置所产生的制动力带给构架的作用力方向同时向下。

进一步，在其中一组对角线安装的齿轮箱位置配合安装基础制动装置。

进一步，所述牵引电机的电机轴与齿轮箱的齿轮箱输入轴之间通过刚性联轴节装配在一起。

进一步，在所述齿轮箱内设置有用于支撑所述齿轮箱输入轴的轴承，所述电机轴与齿轮箱输入轴刚性连接后由齿轮箱内的所述轴承进行支撑。

进一步，所述基础制动装置包括制动盘和制动夹钳，所述制动盘安装在牵引电机的电机轴上。

进一步，所述电机轴的前端部具有电机轴前段，电机轴前段和电机轴主体之间通过台阶结构过渡，所述电机轴前段的直径小于电机轴主体的直径，所述电机侧半联轴节安装在电机轴前段上，所述制动盘安装在电机轴主体上。

本发明的第三个技术方案是：

一种轨道车辆，采用如上所述的防倾覆方法。

本发明的第四个技术方案是：

一种轨道车辆，安装有如上所述的驱动制动系统。

综上内容，本发明所述的一种轨道车辆防倾覆方法、驱动制动系统及轨道车辆，使车辆在运行过程中制动时，构架两侧的齿轮箱处产生的制动力方向相同，进而避免制动时对构架产生倾覆力矩，有效防止制动时车辆产生倾覆，提高了车辆运行的安全性。

附图说明

图1是本发明转向架结构示意图；

图2是本发明一位侧转向架结构示意图；

图3是本发明二位侧转向架结构示意图；

图4是本发明第一齿轮箱结构示意图；

图5是本发明第四齿轮箱结构示意图；

图6是本发明电机传动机构刚性连接的结构示意图；

图7是本发明电机传动机构弹性连接的结构示意图；

图8是本发明制动盘压装结构结构示意图。

如图1至图8所示，构架1，二系悬挂2，一系悬挂3，轴桥4，车轮5，侧梁6，横梁7，纵梁8，悬臂梁9，吊挂装置10，辅助梁11，垂向减振器12，电机传动机构13，电机传动机构14，基础制动装置15，第一牵引电机16，第二牵引电机17，第一齿轮箱18，第二齿轮箱19，第三齿轮箱20，第四齿轮箱21，齿轮箱输入轴22，电机轴23，输入轴伞齿轮24，输出轴伞齿轮25，齿轮箱输出空心轴26，轴承27，轴承28，螺栓 29，螺栓30，输出联轴节31，输入联轴节32，螺栓33，螺栓34，端面齿35，制动盘 36，制动夹钳37，油缸38，钳体机构39，法兰盘40，第一油路41，第二油路42，电机侧半联轴节43，齿轮箱侧半联轴节44，螺栓45，电机轴承46，工艺螺纹孔47，第三油路48，工艺螺纹孔49，端盖50。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述：

如图1所示，本发明提供的一种轨道车辆，为城际车等低地板轨道车辆，在该轨道车辆上安装的转向架采用独立车轮形式。该转向架包括构架1、二系悬挂2、一系悬挂3、轴桥4、车轮5及驱动制动系统等部件。

其中，构架1包括两个侧梁6、两个横梁7和两个纵梁8，两个侧梁6的中心分别向外凸出一悬臂梁9，驱动制动系统通过吊挂装置10吊挂在侧梁6的外侧。两个横梁7安装在侧梁6的底部，横梁7的两端通过连接梁与侧梁6的底部焊接固定，两个纵梁8焊接在两个横梁7之间，两个横梁7和两个纵梁8焊接围成一个方形框架，在两个横梁7的中间还焊接固定一个辅助梁11，起到增加整体强度的作用。其中，侧梁6、横梁7、纵梁8、悬臂梁9均是由多块板材焊接而成的箱体形结构。一系悬挂3包括一系橡胶弹簧，在每个轴桥4的两侧各安装两个一系橡胶弹簧。二系悬挂2采用钢弹簧，在每个悬臂梁9的上方安装两个二系钢弹簧。在每个悬臂梁9 与车体之间还安装有垂向减振器12。

本实施例中提供的驱动制动系统，包括两组电机传动机构13、14和两组基础制动装置，两组电机传动机构13和14分别吊挂在构架1两侧的外侧，电机传动机构 14配合安装一组基础制动装置15，电机传动机构13配合安装另一组基础制动装置 (图中未示出)。

如图1和图2所示，本实施例中电机传动机构13由中间的第一牵引电机16及两端的第一齿轮箱18和第二齿轮箱19组成，第一牵引电机16与第一齿轮箱18和第二齿轮箱19纵向耦合连接。电机传动机构14由中间的第二牵引电机17及两端的第三齿轮箱20和第四齿轮箱21组成，第二牵引电机17第三齿轮箱20和第四齿轮箱21纵向耦合连接。本实施例中，四个齿轮箱均采用一级螺旋伞齿轮直角传动，并优选四个齿轮箱为四种不同类型的齿轮箱，即四个齿轮箱内部齿轮副的连接方向不相同。第一齿轮箱18和第四齿轮箱21对角线安装，第二齿轮箱19和第三齿轮箱20 对角线安装。在其中一组对角线安装的齿轮箱位置配合安装基础制动装置，如在第二齿轮箱19和对角的第三齿轮箱20的位置分别配合安装一组基础制动装置。

第一齿轮箱18、第四齿轮箱21组装完成后，外形一致，但内部伞齿轮副的连接方向不同，第三齿轮箱20、第二齿轮箱19组装完成后，同样也是外形一致，但内部伞齿轮副的连接方向不同。在组装时需要清晰的标示区分，避免四个齿轮箱组装错误。

如图4所示，第一齿轮箱18的齿轮箱输入轴22与电机轴23通过输入联轴节32 连接，齿轮箱输入轴22连接输入轴伞齿轮24，输入轴伞齿轮24与输出轴伞齿轮25 呈直角相互啮合，输出轴伞齿轮25套装在齿轮箱输出空心轴26上。齿轮箱输入轴 22通过两组背对背轴承27固定安装在齿轮箱的箱体内，轴承27通过螺栓29与箱体固定连接，齿轮箱输入轴22通过过盈配合固定在两组轴承27的内圈内部，轴承27 对齿轮箱输入轴22起到支撑固定的作用。齿轮箱输出空心轴26与输出轴伞齿轮25 之间通过螺栓30固定连接在一起，输出轴伞齿轮25再通过两组面对面轴承28固定安装在齿轮箱的箱体内，输出轴伞齿轮25通过过盈配合固定在一个轴承28(背离车轮方向的轴承)的内圈内部，另一个轴承28(靠近车轮方向的轴承)通过过盈配合固定在齿轮箱输出空心轴26的外侧，两组轴承28对输出轴伞齿轮25和齿轮箱输出空心轴26起到支撑固定的作用。

第一齿轮箱18通过输出联轴节31与车轮5连接，本实施例中，输出联轴节31 优选采用橡胶楔块型弹性联轴节，输出联轴节31穿过齿轮箱输出空心轴26，输出联轴节31的一端与齿轮箱输出空心轴26通过螺栓33固定连接，输出联轴节31的另一端与车轮5之间通过高强度螺栓34固定连接。为了提高传递钮矩的能力，提高性能强度，输出联轴节31与齿轮箱输出空心轴26之间连接端面通过端面齿35相互啮合连接。齿轮箱输出空心轴26通过输出联轴节31直接驱动车轮5旋转从而牵引车辆前进。

根据牵引电机的具体结构形式，输入联轴节32可以使用弹性联轴节，也可以使用刚性联轴节。牵引电机16的电机轴23通过输入联轴节32将驱动扭矩传递至齿轮箱输入轴22，进而通过输入轴伞齿轮24、输出轴伞齿轮25、齿轮箱输出空心轴26、输出联轴节31，将驱动扭矩传递至车轮5。

如图4所示，本实施例中，第一齿轮箱18内，输出轴伞齿轮25设置在输入轴伞齿轮24远离车轮5的一侧。第三齿轮箱20与第一齿轮箱18相同，输出轴伞齿轮 25设置在输入轴伞齿轮24远离车轮5的一侧。

如图5所示，第四齿轮箱21与第一齿轮箱18为对角安装在转向架上，第四齿轮箱21的结构与第一齿轮箱18基本相同，区别在于输出轴伞齿轮25设置在输入轴伞齿轮24靠近车轮5的一侧。第二齿轮箱19与第四齿轮箱21相同，输出轴伞齿轮 25设置在输入轴伞齿轮24靠近车轮5的一侧。四个齿轮箱中，同侧的两个齿轮箱内的齿轮副连接方向不同，对角安装的两个齿轮箱内的齿轮副连接方向也不同。

该驱动制动系统实现防倾覆的方法如下：

如图2所示，为一位侧转向架，当车辆向左运行时，与第一齿轮箱18、第二齿轮箱19连接的电机轴23(看向该侧制动端的电机方向)为逆时针旋转(即图中所示的向构架的方向旋转)。与第三齿轮箱20、第四齿轮箱21连接的电机轴23(看向该侧制动端的电机方向)同样为逆时针旋转(即图中所示的向构架的方向旋转)。

车辆在向左运行的过程中，车辆制动，在第二齿轮箱19和第三齿轮箱20处产生制动力，右上角的第二齿轮箱19其在制动时带给构架的作用力方向向上(即垂直于纸面向外⊙)，左下角的第三齿轮箱20其在制动时带给构架的作用力同样是方向向上(即垂直于纸面向外⊙)，两侧的齿轮箱处产生的制动力方向相同，因此不会对构架产生倾覆力矩，提高了车辆运行的安全性。

如图3所示，为同一节车厢的二位侧转向架，二位侧转向架为一位侧转向架旋转180°，当车辆在向左运行时，电机轴23为顺时针旋转，即构架1两侧的电机轴 23均向背离构架的方向旋转)，在制动时带给构架的作用力方向向下(即垂直于纸面向里⊕)，两侧的第二齿轮箱19和第三齿轮箱20处产生的制动力方向同样是相同的，进而也不会对构架产生倾覆力矩。该种方法有效地避免了车辆在运行过程中由于制动产生车体倾覆的可能，大幅提高了车辆运行的安全性。

如图6所示，本实施例中，优选牵引电机与齿轮箱之间采用刚性连接的方式。牵引电机17与两侧的第三齿轮箱20和第四齿轮箱21的箱体之间通过法兰盘40刚性连接。电机轴23和齿轮箱输入轴22之间通过输入联轴节32传递扭矩和转速，输入联轴节32采用刚性联轴节，输入联轴节32的电机侧半联轴节43和齿轮箱侧半联轴节44之间通过多个螺栓45固定连接。由于输入联轴节32采用刚性联轴节，牵引电机的内部不再安装轴承支撑电机轴23，电机轴23利用两侧的安装在齿轮箱内的轴承27进行支撑，不但使电机结构简单，制造成本降低，也有效避免了电机轴承由于长期高速旋转而烧损的风险，进一步保证了车辆运行的安全性。

如图7所示，牵引电机与两侧的齿轮箱之间也可采用弹性连接的方式，输入联轴节32采用弹性连接时优选采用梅花弹性联轴节，电机侧半联轴节43和齿轮箱侧半联轴节44之间安装尼龙等弹性材料。由于输入联轴节32采用弹性联轴节，牵引电机内部需要两个电机轴承46支撑电机轴23。

如图6和图7所示，本实施例中，基础制动装置15由制动盘36和制动夹钳37 组成，

制动夹钳37固定在牵引电机17的外壳上，制动夹钳37由油缸38和钳体机构 39组成，油缸38安装在钳体机构39的一侧，钳体机构39由两个钳体、两个闸片组成，闸片对应固定在钳体上，两个闸片之间通过上、下两个闸片销轴连接，制动盘 36位于两个闸片之间，制动时油缸38动作带动闸片移动夹紧中间的制动盘36实现制动。

如图6和图7所示，在电机轴23与第三齿轮箱20连接的端部安装有制动盘36 和用于与齿轮箱侧半联轴节44连接的电机侧半联轴节43，电机侧半联轴节43和制动盘36均采用压装的方式直接固定在电机轴23上，制动盘36安装在电机侧半联轴节43的后方(即靠近牵引电机主体的一侧)。

本实施例中，制动盘36呈碗状，中间的部分向一侧凹陷，凹陷部分的中心压装在电机轴23上，凹陷部分的直径大于电机侧半联轴节43的外径，电机侧半联轴节 43可容纳在凹陷部分内部，使凹陷部分巧妙地避开了电机侧半联轴节43，有利于为电机侧半联轴节43的安装提供足够的安装空间，也使安装更加紧凑,解决了制动盘 36和电机侧半联轴节43安装空间狭小的问题。

由于轨道车辆的运营环境复杂，联轴节在恶劣的环境下工作易出现故障，此时需要将电机侧半联轴节43退卸进行更换，本实施例中将制动盘36直接压装在电机轴23上，并避开了电机侧半联轴节43的安装位置，可以避免在需要更换电机侧半联轴节43时需要将制动盘36一并退卸的弊端。

为了利于安装制动盘36和电机侧半联轴节43，如图8所示，本实施例中，将电机轴23设计成台阶状的结构，电机侧半联轴节43压装在前部直径较小的电机轴23 上，制动盘36压装在后部直径较大的电机轴23上。在电机轴23的端部设置有第一油路41和第二油路42，第一油路41和第二油路42的入口一端开设于电机轴23的前端面，出口的一端开设于电机轴23的侧部圆周面上。其中，第一油路41的出口一端开在在前部直径较小的电机轴23的侧部圆周面上，位于电机侧半联轴节43与电机轴23连接的位置处，用于在压装电机侧半联轴节43时提供压装用油；第二油路42的出口一端开在在后部直径较大的电机轴23的侧部圆周面上，位于制动盘36 与电机轴23连接的位置处，用于在压装制动盘36时提供压装用油。

在安装制动盘36时，先将制动盘36从端部套装在电机轴23上，同时，将压装制动盘36用的液压缸(图中未示出)固定安装在电机轴23的端部，液压缸与电机轴23的端部之间通过螺栓与电机轴23端部的工艺螺纹孔47固定连接。压装时，向第二油路42内输入油，油从第二油路42的另一端流出，同时利用液压缸的活塞水平推动制动盘36向后移动，利用油压将制动盘36的内径撑开，安装到位后，即活塞顶到台阶结构的位置时，压装到位，退回活塞，收回油，此时，没有油压的作用，制动盘36依材料变形压紧在电机轴23上，完成制动盘36的压装。压装后卸下液压缸等。

然后，再将电机侧半联轴节43从端部套装在电机轴23上，将用于压装电机侧半联轴节43的液压缸(图中未示出)固定安装在电机轴23的端部，向第一油路41 内输入油，其它过程与上述的制动盘36压装过程相同。

本实施例中，通过两路油路分别用于压装电机侧半联轴节43和制动盘36，可以进一步保证退卸电机侧半联轴节43时，制动盘36不被同时退卸。

如图4所示，本实施例中，齿轮箱侧半联轴节44同样通过过盈配合压装在齿轮箱输入轴22上。在齿轮箱输入轴22的端部上设置有为齿轮箱侧半联轴节44提供压装用油的第三油路48和用于安装压装工装的第二工艺螺纹孔49，第三油路48的入口直接开设在第二工艺螺纹孔的盲端，第三油路48的出口开在齿轮箱输入轴22的外圆周面上，压装过程与制动盘36的压装过程相同。

在齿轮箱输入轴22的端部还安装有一端盖50，端盖50的直径大于齿轮箱输入轴22的直径，端盖50通过螺栓固定在齿轮箱输入轴22上，在安装后端盖50将齿轮箱侧半联轴节44限制在内侧，对齿轮箱侧半联轴节44起到进一步固定限位的作用，保证运行安全。

如上所述，结合附图所给出的方案内容，可以衍生出类似的技术方案。但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (12)

1.一种轨道车辆防倾覆方法，包括在构架两侧分别设置的基础制动装置，其特征在于：控制构架两侧的基础制动装置在车辆运行过程中制动时带给构架的作用力方向相同。

2.根据权利要求1所述的一种轨道车辆防倾覆方法，其特征在于：一位侧转向架制动时两侧基础制动装置所产生的制动力带给构架的作用力方向同时向上，二位侧转向架制动时两侧基础制动装置所产生的制动力带给构架的作用力方向同时向下。

3.一种实现如权利要求1所述防倾覆方法的驱动制动系统，其特征在于：在构架两侧分别设置有电机传动机构和基础制动装置，所述电机传动机构包括纵向耦合连接的牵引电机和齿轮箱，构架两侧的牵引电机的电机轴在车辆运行时旋转方向为对向旋转或背向旋转，所述基础制动装置控制电机轴制动。

4.根据权利要求3所述的驱动制动系统，其特征在于：所述电机传动机构的牵引电机的两侧分别耦合连接一个齿轮箱，在构架上安装的四个齿轮箱中，同侧的两个齿轮箱内的齿轮副连接方向不同，对角安装的两个齿轮箱内的齿轮副连接方向不同。

5.根据权利要求4所述的驱动制动系统，其特征在于：一位侧转向架和二位侧转向架在车辆运行时牵引电机的电机轴旋转方向相反，一位侧转向架的电机轴旋转方向为在制动时两侧基础制动装置所产生的制动力带给构架的作用力方向同时向上，二位侧转向架的电机轴旋转方向为在制动时两侧基础制动装置所产生的制动力带给构架的作用力方向同时向下。

6.根据权利要求4所述的驱动制动系统，其特征在于：在其中一组对角线安装的齿轮箱位置配合安装基础制动装置。

7.根据权利要求3所述的驱动制动系统，其特征在于：所述牵引电机的电机轴与齿轮箱的齿轮箱输入轴之间通过刚性联轴节装配在一起。

8.根据权利要求7所述的驱动制动系统，其特征在于：在所述齿轮箱内设置有用于支撑所述齿轮箱输入轴的轴承，所述电机轴与齿轮箱输入轴刚性连接后由齿轮箱内的所述轴承进行支撑。

9.根据权利要求3所述的驱动制动系统，其特征在于：所述基础制动装置包括制动盘和制动夹钳，所述制动盘安装在牵引电机的电机轴上。

10.根据权利要求9所述的驱动制动系统，其特征在于：所述电机轴的前端部具有电机轴前段，电机轴前段和电机轴主体之间通过台阶结构过渡，所述电机轴前段的直径小于电机轴主体的直径，所述电机侧半联轴节安装在电机轴前段上，所述制动盘安装在电机轴主体上。

11.一种轨道车辆，其特征在于：采用如权利要求1或2所述的防倾覆方法。

12.一种轨道车辆，其特征在于：安装有如权利要求3-10任一项所述的驱动制动系统。