CN109677438A - 悬挂式单轨车辆转向架 - Google Patents

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Abstract

一种悬挂式单轨车辆转向架，包含转向架构架、悬吊梁、牵引电机、基础制动装置、联轴节、齿轮箱组成以及其他附属装置，其所述转向架构架包含纵向单梁和位于纵向单梁两侧的构架前后端梁，所述齿轮箱设置于转向架构架内，所述牵引电机的内侧输出端通过联轴节连接至转向架构架内的齿轮箱以提供动力，所述牵引电机的外侧输出端连接有基础制动装置，从而构成一种带基础制动的机械转动系统，所述齿轮箱的两侧连接至走行轮；所述转向架构架的下端连接至悬吊梁；本发明结构简单，操作装卸便利，实现转向架功能、提高乘客乘坐列车的舒适性、减少工程建设的成本、增加转向架的使用寿命以及后期的维护成本，从而使该悬挂式单轨车辆在市场竞争中更具有竞争力。

Description

悬挂式单轨车辆转向架
技术领域
本发明涉及悬挂式单轨车辆的技术领域，尤其涉及一种悬挂式单轨车辆转向架。
背景技术
单轨列车的轨道与传统轨道交通列车的轨道不同，单轨列车的轨道只有一条，根据转向架与车体之间的相对位置又分为跨坐式单轨车和悬挂式单轨车。悬挂式单轨车的转向架位于车体的上方，车体悬挂在转向架上，车体顶部上平面低于轨道平面，转向架在箱型轨道内运行。单轨交通车辆是轨道交通车辆的一种，车辆在一根轨道走行，不同于传统轨道交通车辆在两条轨道上走行。单轨线路占地小，可充分利用城市有限的空间，适宜于在大城市的繁华中心区建线，对城市的景观及日照影响极小，线路构造较简单，建设投资费用较低，单轨铁路的爬坡能力强，拐弯半径小，车辆能够实现在大坡度(60‰)和小曲线半径(30m)上安全运行，适合复杂地形，这就使得单轨列车选线时可绕过城市的建筑物，车辆具有城市交通和旅游观光的双重作用。
悬挂式单轨列车是单轨列车的一种，1893年德国人EugenLangen发明了悬挂式单轨交通，并于1898-1901年在著名悬车之城-德国鲁尔区乌帕塔市(Wupppertaler)修建了13.3km的悬挂式单轨铁路，这是世界上最早、也是历史最悠久的悬挂式单轨交通。自此以后，德国的多特蒙德、杜塞尔多夫及日本的千叶市、湘南县等也相继修建了一定里程的悬挂式单轨铁路。目前在我国还没有一条正式运营的悬挂式单轨交通线路，青岛四方悬挂式轨道交通试验线和成都双流中唐空铁试验线都是国内对悬挂式单轨交通的有益尝试。其转向架位于车体的上方，车体悬挂在转向架上，车体顶部上平面低于轨道平面。为了实现列车的牵引和制动，转向架上需要有受流器、驱动装置、制动装置等主要部件。
目前，城市空间、地面道路交通资源日渐紧张，对于现有的城市地铁具有造价昂贵、运行噪声大、工程周期长等劣势；对于现有的悬挂式轨道列车，列车转向架在箱型轨道梁中走行，由于箱型梁结构尺寸受到路基的限制，转向架的横向尺寸和质量也受到限制，所以在设计转向架时结构紧凑和轻量化是要解决的一个技术问题。并且，由于现有技术中的悬挂式单轨列车转向架结构紧凑，导致驱动装置和制动装置安装空间狭窄，前期安装和后期维护比较困难。同时，由于不同于传统的城市轨道交通，悬挂式单轨车辆的线路在空中，因此保证车体与转向架之间悬吊的安全对车辆的运行安全性和稳定性，具有很重要的意义。然而，现有的悬吊装置并不能完全保证安全性。
为此，本发明的设计者有鉴于上述缺陷，通过潜心研究和设计，综合长期多年从事相关产业的经验和成果，研究设计出一种悬挂式单轨车辆转向架，以克服上述缺陷。
发明内容
本发明的目的在于提供一种悬挂式单轨车辆转向架，其结构简单，操作装卸便利，实现转向架应有的功能、提高乘客乘坐列车的舒适性、减少工程建设的成本、增加转向架的使用寿命以及后期的维护成本，从而使该悬挂式单轨车辆在市场竞争中更具有竞争力。
为解决上述问题，本发明公开了一种悬挂式单轨车辆转向架，包含转向架构架、悬吊梁、牵引电机、基础制动装置、联轴节、齿轮箱、走行轮、导向轮和稳定轮，其特征在于：
所述转向架构架包含纵向单梁和位于纵向单梁两侧的构架前后端梁，所述转向架构架的上端四个角的外侧分别设有稳定轮，下端四个角的外侧分别设有导向轮，所述稳定轮包含一个实心橡胶轮，所述导向轮包含两个实心橡胶轮，
所述齿轮箱设置于转向架构架内，所述牵引电机的内侧输出端通过联轴节连接至转向架构架内的齿轮箱以提供动力，所述牵引电机的外侧输出端连接有基础制动装置，从而构成一种带基础制动的机械转动系统，所述齿轮箱的两侧连接至走行轮；
所述转向架构架的下端连接至悬吊梁。
其中：所述联轴节为鼓型齿式联轴节，所述齿轮箱为内带差速器的齿轮箱。
其中：所述悬吊梁的前后两侧对称布置有两根安全钢索，所述安全钢索的一端连接至转向架构架，另一端连接至车体。
其中：所述悬吊梁通过中央悬挂装置与转向架构架相连；所述中央悬挂装置中包含悬吊梁销轴、轴套和衬套。
其中：所述悬吊梁包含三角状的本体以及从三角状本体的下端两侧向外延伸的延伸部，所述各延伸部的端部设有横向止挡座，与在安装在车体上的横向止挡共同作用，防止在意外情况下车体与转向架发生碰撞。
其中：所述纵向单梁通过组焊为一体的构架上梁和构架下梁组成，所述构架上梁包含中间的上梁连接部、从上梁连接部的上端两侧向外延伸的上支梁以及从两上支梁末端向下向外倾斜的上外梁，所述构架下梁包含中间的下梁连接部、从下梁连接部的下端两侧向外延伸的下支梁以及从两下支梁末端向上向内倾斜的下外梁，所述上梁连接部的下端和下梁连接部的上端组焊为一体，所述上外梁的下端和下外梁的上端组焊为一体，且所述上支梁包含一体成型的位于内侧的倾斜部和外侧的平直部，所述下支梁整体水平设置，从而形成眼镜型的单梁箱型梁结构。
其中：所述构架前后端梁分别倾斜设置于纵向单梁的两侧，各构架前后端梁上设有电机安装接口，牵引电机通过电机安装接口安装于转向架构架以外，所述牵引电机通过螺栓和法兰盘与构架前后端梁通过电机安装接口连接。
其中：所述齿轮箱包含齿轮箱壳体，所述齿轮箱壳体内设有差速器，所述差速器的两端分别设有延伸出齿轮箱壳体外的驱动半轴，齿轮箱的驱动半轴与走行轮相连。
其中：所述齿轮箱通过齿轮箱壳体上的三个接口与转向架架构相连，其中三个接口分别为间隔设置的第一接口、第二接口和第三接口，所述第一接口设置于齿轮箱壳体的内侧中部，所述第一接口通过盖板和螺栓固定至转向架构架，所述第二接口设置于齿轮箱壳体的中部顶端，所述第二接口与转向架构架通过橡胶座相连，所述第三接口设置于齿轮箱壳体的后部顶端。
通过上述结构可知，本发明的悬挂式单轨车辆转向架具有如下效果：
1、采用充气橡胶轮胎同时起到走行和充当一系弹簧的作用，并且考虑到悬挂式列车线路和运行的特殊性以及乘客的安全，本转向架的每个走行轮内均装有内支撑体，进一步保证列车运行的安全。
2、采用单曲囊式空气弹簧传递载荷、缓和冲击，进一步增加乘客的舒适性，同时保证车辆高度不随车辆的载荷而变化，车体高度可以调整，保持一定高度，便于乘客上下车。保持空气弹簧中的空气容积为一定值，从而保证在不同载荷下，得到大致相同的振动频率。当空气弹簧出现微量泄漏时，可由高度控制阀不断进行充气，以保证空气弹簧正常工作。
3、电机与构架端梁法兰连接，减小了构架的纵向尺寸，电机安装面与走行轨面倾斜布置，使得转向架整体结构更加紧凑、重量更轻，，电机与齿轮箱采用挠性联轴节相连允许两者之间出现相对运动，齿轮箱通过三个接口与构架相连。
4、转向架构架下端悬吊梁前后两侧装有两根安全钢索，防止车体与转向架意外脱离，进一步保证车上乘客的安全。
本发明的详细内容可通过后述的说明及所附图而得到。
附图说明
图1显示了本发明的悬挂式单轨车辆转向架的结构示意图。
图2显示了本发明中转向架构架的结构示意图。
图3显示了本发明中齿轮箱安装的结构示意图。
图4显示了本发明中齿轮箱安装的接口示意图。
具体实施方式
参见图1至图4，显示了本发明的悬挂式单轨车辆转向架，其主要作用是支撑车体，承受并传递从车体至车轮之间或从轮轨至车体之间的各种载荷及作用力，并使轴重均匀分配。保证车辆安全运行，能灵活地沿直线线路运行及顺利地通过曲线。转向架的结构要便于弹簧减振装置的安装，使之具有良好的减振特性，以缓和车辆和线路之间的相互作用，减小振动和冲击，减小动应力，提高车辆运行平稳性和安全性。能有效传递牵引力和制动力，放大制动缸所产生的制动力，使车辆具有良好的制动效果，以保证在规定的距离之内停车。
其中，所述悬挂式单轨车辆转向架由转向架构架4、悬吊梁14、空气弹簧12、牵引电机2、基础制动装置1、联轴节3、齿轮箱15、走行轮5、导向轮9、稳定轮8、安全钢索10、受流器6、熔断器7、油压减振器11、横向止挡13等构成。
同时参见图2，所述转向架构架4包含纵向单梁和位于纵向单梁两侧的构架前后端梁1.1，所述纵向单梁通过组焊为一体的构架上梁1.2和构架下梁1.3组成，所述构架上梁1.2包含中间的上梁连接部、从上梁连接部的上端两侧向外延伸的上支梁以及从两上支梁末端向下向外倾斜的上外梁，所述构架下梁1.3包含中间的下梁连接部、从下梁连接部的下端两侧向外延伸的下支梁以及从两下支梁末端向上向内倾斜的下外梁，所述上梁连接部的下端和下梁连接部的上端组焊为一体，所述上外梁的下端和下外梁的上端组焊为一体，且所述上支梁包含一体成型的位于内侧的倾斜部和外侧的平直部，所述下支梁整体水平设置，从而形成图示的眼镜型的单梁箱型梁结构，其中构架上梁1.2和构架下梁1.3中心面位于同一竖直平面，其中，所述构架前后端梁1.1分别倾斜设置于纵向单梁的两侧，各构架前后端梁1.1上设有电机安装接口，从而使得牵引电机2能通过电机安装接口安装于转向架构架以外，所述牵引电机2可通过螺栓和法兰盘与构架前后端梁1.1通过电机安装接口连接，且这种倾斜设置能更好的提供固定效果，使得由于牵引电机与构架采用法兰盘的倾斜相连，不仅连接固定，安装稳固，还具有结构简单、连接可靠、装拆方便等优点，起到操作方便、快捷，施工速度快，缩短工期的作用。
所述转向架构架4的上端四个角的外侧分别设有稳定轮8，下端四个角的外侧分别设有导向轮9，所述稳定轮8包含一个实心橡胶轮，所述导向轮9包含两个实心橡胶轮，由此，导向轮9通过转向架构架4上的安装接口装于转向架构架4下端四个角上，起自导向作用；稳定轮8通过转向架构架4上的安装接口安装于转向架构架4上端四个角上，起维持车辆平衡，防止侧倾的作用。
其中，所述齿轮箱15设置于转向架构架4内，所述牵引电机2的输出端通过联轴节3连接至转向架构架4内的齿轮箱15以提供动力，所述牵引电机2的输入端连接有基础制动装置1，从而构成一种带基础制动的机械转动系统。
其中，所述联轴节3为鼓型齿式联轴节，所述齿轮箱为内带差速器的齿轮箱。
其中，所述牵引电机2的外壳通过螺栓与转向架构架4上的法兰盘相连。
其中，所述齿轮箱15包含齿轮箱壳体，所述齿轮箱壳体内设有差速器，所述差速器的两端分别设有延伸出齿轮箱壳体外的驱动半轴，齿轮箱15的驱动半轴与走行轮5相连，其中齿轮箱内带差速器，首先齿轮箱15将鼓型齿式联轴节传入的转速和扭矩进行减速增扭，然后通过差速器平衡转速扭矩后传递至驱动半轴，驱动半轴将差速器平衡后的转速扭矩传递到走行轮5上。最终实现转向架上传动系统的优化创新。
优选的是，所述牵引电机2与转向架构架4之间的安装面为倾斜布置，更为优选的所述安装面与走行轨面成一定角度(优选为75-85度)，从而更好的实现转向架总体的体积减少。
牵引电机的输出轴一端通过鼓型齿式联轴节与齿轮箱输入端相连，不仅能传递相应的运动和转矩，而且具有不同程度的轴向、径向、角向补偿性能，满足牵引电机与齿轮箱间的使用工况，符合使用要求，另一端安装基础制动装置，实现列车的基础制动的功能，且基础制动装置直接装于牵引电机上结构紧凑，进一步优化了转向架。
在其中一个实施例中，所述齿轮箱15通过齿轮箱壳体上的三个接口与转向架架构1相连，其中三个接口分别为间隔设置的第一接口2.1、第二接口2.2和第三接口2.3，所述第一接口2.1设置于齿轮箱壳体的内侧中部，为牵引节点，主要实现列车牵引力的传递，齿轮箱壳体通过这个牵引节点与转向架构架4连接，所述第一接口2.1通过盖板和螺栓固定至转向架构架4，所述第二接口2.2设置于齿轮箱壳体的中部顶端，所述第二接口2.2与转向架构架通过橡胶座相连，主要起垂向承载，实现垂向力的传递，同时起到缓和冲击的作用；所述第三接口2.3设置于齿轮箱壳体的后部顶端，对齿轮箱15的纵向和垂向运动进行限制，实现安全功能，防止齿轮箱摆动量过大，同时保证鼓型齿式联轴节3在正常性能范围内工作，避免联轴节3的破坏，最终导致转向架部分功能失效；另一方面，为方便齿轮箱15的安装，该第三接口2.3可在吊装时使用，最终优化了传动系统齿轮箱部分的前期安装和后期维护。
其中，走行轮5采用带支撑体的充气橡胶轮胎，因弹性大减振性能好，是实心橡胶胎所不能比拟的，同时内带有支撑体保证了列车运行的安全。
其中，所述齿轮箱15可在合适位置设有安全止挡座，所述安全止挡座通过螺栓与转向架构架4相连，且所述齿轮箱壳体通过销轴连接至安全止挡座，且销轴和安全止挡座在垂向和横向留有一定间隙(优选为3-5mm)，既可以起到起吊作用，又能够有效保证鼓型齿式联轴节和承载橡胶垫的正常工作。
其中，所述受流器6、熔断器7装于转向架构架4的上部，便于从第三轨受流。
所述转向架构架4的下端连接至悬吊梁14，且所述悬吊梁14的前后两侧装有两根安全钢索10，所述安全钢索10的一端连接至转向架构架4，另一端连接至悬吊梁14，从而防止车体与转向架意外脱离，利用该冗余设计，进一步提升列车运行的安全性。
其中，所述悬吊梁14通过中央悬挂装置与转向架构架4相连；所述中央悬挂装置中包含悬挂梁销轴以及单曲囊式的空气弹簧12，其具有良好的气密性，实现传递载荷、缓和冲击，进一步改善乘客的舒适性和通过曲线的性能，缓和了车体的垂向和横向振动，保证车辆高度不随车辆的载荷而变化，车体高度可以调整，保持一定高度，便于乘客上下车，当空气弹簧12出现微量泄漏时，可由高度控制阀不断进行充气，以保证空气弹簧12正常工作；空气弹簧12装于悬吊梁14上，为保证空气弹簧12气压得到正常和短时间的补充需求，将悬吊梁14内腔作为空气弹簧的附加气室，保证空气弹簧12刚度特性的稳定，用以实现车体与转向架的相连，专递载荷，同时提升乘客乘坐的舒适性；悬吊系统上装有多个油压减振器11，起到衰减车辆的垂向振动、横向振动和横摆运动，改善车辆的运行平稳性；同时在悬吊梁14下端左右两侧车体上均装有横向橡胶止挡13，其中悬吊梁14上有其对应的横向止挡座，防止转向架与车体的其余部分发生碰撞，而发生意外。
其中，所述悬吊梁14可包含三角状的本体以及从三角状本体的下端两侧向外延伸的延伸部，所述各延伸部的端部设有横向止挡座，与在安装在车体上的横向止挡共同作用，防止在意外情况下车体与转向架发生碰撞。
其中，所述本体的上部两侧设有抗摆止挡座以防止车体横向摆动量过大，对摆动角度进行限制。
由此，本发明安装于悬挂式单轨车辆上实现转向架固有功能，并改善现有现有转向架上存在的各类缺点，从而实现悬挂式单轨车辆产品的升级以及技术的革新，并具有如下优点：
1、转向架构架采用整体焊接、“眼镜型”单梁箱型梁结构，为实现转向架整体结构紧凑打下基础；
2、转向架整体采用模块化设计，结构更合理布局更加合理，更加科学，使每个部件的功能都能很好的发挥，延长转向架整体的使用寿命；生产更高效。模块化，将功能分解，降低各部件之间的耦合性。从而，在生产制造时，分模块进行单独制造；在对转向架进行优化升级时，只需要调整相应的模块，工作量就会明显减少；维护更简单。转向架各个主要部分均为不同模块，运行过程中出现问题，能很快诊断出，便于后期维修保养；
3、走行系统采用带内支撑体充气橡胶轮胎，一方面，起到走行和一系弹簧的作用；另一方面，由于轮胎带内支撑体设计，自带安全保护装置，无需其他冗余设计，当走行轮出现爆胎时，保证车辆运行的安全；
4、采用高柔度、低横向刚度的单曲囊式空气弹簧，作为转向架的二系弹簧。实现力的传递，同时起到改善乘坐舒适性和通过曲线的性能，缓和了车体的垂向和横向振动、平衡车体重量以及保证车辆高度相对稳定；
5、采用充气轮胎结合空气弹簧、油压减振器的新型悬挂系统，进一步提升列车的稳定性、舒适性；
6、传动系统采用电机、联轴节和齿轮箱纵向安装，前后对称布置，基础制动装置分别安装在电机轴端部，在满足小型化、轻量化的前提下实现各个部件的既定功能；
7、传动系统的安装结构，电机与构架通过构架端梁上法兰盘相互连接；齿轮箱与电机通过挠性联轴节相连，允许两者间适量的相对运动；齿轮箱通过三接口与构架相连实现力的传递和保护作用；
8、齿轮箱与构架上部中间位置通过带橡胶垫板的安装座相连，实现纵向力的同时，与走行轮共同实现一系悬挂的功能；
9、齿轮箱与转向架构架上梁通过吊耳相连，实现齿轮箱限位及吊装的作用；
10、转向架上成对安装有几组油压减振器，共同实现衰减横向、垂向以及纵向振动的功能；
11、转向架构架与悬吊梁通过销轴相连，实现两者间各个方向的力流畅传递；销轴采用纵向安装，允许列车运行中车体相对于转向架适量的横向摆动，同时保证悬挂车稳定运行；
12、转向架导向系统均布于转向架四个角上。其中，导向轮起到过弯道时自动导向的作用；稳定轮是当受到侧向风力、离心力，工况恶劣时，起稳定的作用；
13、转向架构架下端悬吊梁前后两侧对称布置有两根安全钢索，防止车体与转向架意外脱离，避免因突发情况事故的发生。
显而易见的是，以上的描述和记载仅仅是举例而不是为了限制本发明的公开内容、应用或使用。虽然已经在实施例中描述过并且在附图中描述了实施例，但本发明不限制由附图示例和在实施例中描述的作为目前认为的最佳模式以实施本发明的教导的特定例子，本发明的范围将包括落入前面的说明书和所附的权利要求的任何实施例。

Claims (9)

1.一种悬挂式单轨车辆转向架，包含转向架构架、悬吊梁、牵引电机、基础制动装置、联轴节、齿轮箱、走行轮、导向轮和稳定轮，其特征在于：
所述转向架构架包含纵向单梁和位于纵向单梁两侧的构架前后端梁，所述转向架构架的上端四个角的外侧分别设有稳定轮，下端四个角的外侧分别设有导向轮，所述稳定轮包含一个实心橡胶轮，所述导向轮包含两个实心橡胶轮，
所述齿轮箱设置于转向架构架内，所述牵引电机的内侧输出端通过联轴节连接至转向架构架内的齿轮箱以提供动力，所述牵引电机的外侧输出端连接有基础制动装置，从而构成一种带基础制动的机械转动系统，所述齿轮箱的两侧连接至走行轮；
所述转向架构架的下端连接至悬吊梁。
2.如权利要求1所述的悬挂式单轨车辆转向架，其特征在于：所述联轴节为鼓型齿式联轴节，所述齿轮箱为内带差速器的齿轮箱。
3.如权利要求1所述的悬挂式单轨车辆转向架，其特征在于：所述悬吊梁的前后两侧对称布置有两根安全钢索，所述安全钢索的一端连接至转向架构架，另一端连接至车体。
4.如权利要求1所述的悬挂式单轨车辆转向架，其特征在于：所述悬吊梁通过中央悬挂装置与转向架构架相连；所述中央悬挂装置中包含悬吊梁销轴、轴套和衬套。
5.如权利要求1所述的悬挂式单轨车辆转向架，其特征在于：所述悬吊梁包含三角状的本体以及从三角状本体的下端两侧向外延伸的延伸部，所述各延伸部的端部设有横向止挡座，与在安装在车体上的横向止挡共同作用，防止在意外情况下车体与转向架发生碰撞。
6.如权利要求1所述的悬挂式单轨车辆转向架，其特征在于：所述纵向单梁通过组焊为一体的构架上梁和构架下梁组成，所述构架上梁包含中间的上梁连接部、从上梁连接部的上端两侧向外延伸的上支梁以及从两上支梁末端向下向外倾斜的上外梁，所述构架下梁包含中间的下梁连接部、从下梁连接部的下端两侧向外延伸的下支梁以及从两下支梁末端向上向内倾斜的下外梁，所述上梁连接部的下端和下梁连接部的上端组焊为一体，所述上外梁的下端和下外梁的上端组焊为一体，且所述上支梁包含一体成型的位于内侧的倾斜部和外侧的平直部，所述下支梁整体水平设置，从而形成眼镜型的单梁箱型梁结构。
7.如权利要求6所述的悬挂式单轨车辆转向架，其特征在于：所述构架前后端梁分别倾斜设置于纵向单梁的两侧，各构架前后端梁上设有电机安装接口，牵引电机通过电机安装接口安装于转向架构架以外，所述牵引电机通过螺栓和法兰盘与构架前后端梁通过电机安装接口连接。
8.如权利要求1所述的悬挂式单轨车辆转向架，其特征在于：所述齿轮箱包含齿轮箱壳体，所述齿轮箱壳体内设有差速器，所述差速器的两端分别设有延伸出齿轮箱壳体外的驱动半轴，齿轮箱的驱动半轴与走行轮相连。
9.如权利要求8所述的悬挂式单轨车辆转向架，其特征在于：所述齿轮箱通过齿轮箱壳体上的三个接口与转向架架构相连，其中三个接口分别为间隔设置的第一接口、第二接口和第三接口，所述第一接口设置于齿轮箱壳体的内侧中部，所述第一接口通过盖板和螺栓固定至转向架构架，所述第二接口设置于齿轮箱壳体的中部顶端，所述第二接口与转向架构架通过橡胶座相连，所述第三接口设置于齿轮箱壳体的后部顶端。
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