CN110027587A - 一种电磁式惯性作动器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种电磁式惯性作动器，属于机车车辆主动控制技术领域。外壳为横置的圆筒结构，两端设有翻边，通过法兰盘封闭，法兰盘内侧设有硫化橡胶，中心设有通孔，永磁体的外径与外壳的内径配合；底座为分体式板式结构，上部带有圆弧，下部为两端设有安装螺孔的水平结构，所述圆弧中心设有与内花键套筒外径配合的通孔，所述内花键套筒的外径设有线圈，花键套筒的两端分别与底座的内侧通过螺栓固定；花键轴的中部与内花键套筒间隙配合，两端分别穿过两侧底座中心的内花键孔与两侧的法兰盘通过螺母固定；所述外壳下部的开口处设有可伸缩橡胶，两片底座支架的内侧设有联接套筒，所述联接套筒的两端通过内六角圆柱头螺钉底座固定。

Description

一种电磁式惯性作动器
技术领域
本发明属于机车车辆主动控制技术领域。
背景技术
转向架机电主动控制是一项新兴技术，随着国内外高速铁路速度等级的提高、以及机电控制技术的发展，主动或半主动控制技术在高速铁路领域中的应用将会越来越普遍。轮轨车辆横向蛇行稳定性是车辆设计及运用中最关注的问题之一，轮轨车辆轮对采用锥形踏面以利于车辆通过曲线，但带来车辆直线运行时出现横向蛇行运动，当运行速度超过临界速度时，车辆横向蛇行运动失稳导致严重的横向振动，影响乘坐舒适性甚至脱轨安全性。转向架设计过程中通过折衷选取车辆结构悬挂参数以兼顾车辆横向稳定性及曲线通过性能，实际车辆临界速度为最大运行速度基础上提高10～20％。但是，车辆服役过程中悬挂元件故障失效、踏面磨耗、线路条件变差等原因，导致车辆横向稳定性降低。国内实际运行中的高速动车，经常发生因稳定性不足导致构架振动加速度超标而报警停车的事故，影响了列车的正常安全运营。
研究已表明，通过控制构架的横向振动间接提高转向架稳定性是一个有效可行的方法，机电主动控制可补偿转向架机械部分的故障失效从而保障轮轨车辆横向运行稳定性。鉴于国内实际运行高速列车稳定性不足的问题，有必要对轮轨车辆横向运行稳定性开展研究。
发明内容
本发明的目的是提供一种电磁式惯性作动器，它能有效地解决抑制转向架构架横向振动幅值的技术问题，以提高高速列车横向动力学性能。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种电磁式惯性作动器，包括外壳、底座，所述外壳为横置的圆筒结构，两端设有翻边，通过法兰盘封闭，底部设有开口，法兰盘内侧设有中心带通孔的硫化橡胶，永磁体的外径与外壳的内径配合，底部设有开口，两端与法兰盘内侧设有间隙；底座为分体式板式结构，上部带有与永磁体的内径配合的圆弧，下部为两端设有安装螺孔的水平结构，所述圆弧中心设有与内花键套筒外径配合的通孔，所述内花键套筒的外径设有线圈，花键套筒的两端分别与底座的内侧通过螺栓固定；花键轴的中部与内花键套筒间隙配合，两端分别穿过两侧底座中心的内花键孔与两侧的法兰盘通过螺母固定；所述外壳下部的开口处设有可伸缩橡胶，所述可伸缩橡胶的两端分别与底座的外侧和法兰盘的内侧接触；两片底座支架的内侧设有联接套筒，所述联接套筒的两端通过内六角圆柱头螺钉底座固定。其中，永磁体、外壳、法兰盘及花键轴构成一个可移动的整体，称为移动部件；底座、内花键套筒和线圈构成一个固定的整体，称为固定部件。
所述外壳底部开口的夹角为60°。
所述永磁体底部开口的夹角为60°。
所述永磁体两端与法兰盘内侧的间隙均为5mm。
所述法兰盘通过螺栓、螺母和波形垫圈与外壳固定。
所述底座由联接套筒两端、内花键套筒两端的两片底座支架通过内六角圆柱头螺钉连接固定构成。
本发明的工作原理：
线圈通电在接通一定的电流后，产生的磁力线在电磁作动器内部形成一个封闭的磁回路，产生的磁场与永磁体形成的原磁场叠加，从而产生电磁力使得与永磁体固连的移动部件作横移运动。根据牛顿第三定律：力的作用是相互的，所以通过与线圈固连的底座通过构架横梁对转向架提供作动力。将该电磁式惯性作动器安装于转向架构架横梁上，根据构架上的加速度传感器采集的横向振动状态数据，改变通电线圈中电流大小和方向，从而改变作动力的大小和方向。以减小构架的横向振动幅值，达到提高转向架横向稳定性的目的。
与现有技术相比的优点和效果：采用本发明结构，可以减小高速列车转向架构架的横向振动幅值，以增强高速列车的横向稳定性裕度，尤其当转向架出现故障时该发明能够保障动车高速安全运行，使得处于失稳状态下高速列车可以恢复到正常状态。
附图说明
图1是本发明电磁式惯性作动器的主视图。
图2为本发明电磁式惯性作动器主视图A-A截面的剖视图。
图3为本发明电磁式惯性作动器爆炸图。
图4为本发明在转向架试验台上的控制效果图
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
由图1和图2可看到，本发明由非导磁材料的外壳、底座、永磁体、线圈、花键轴及内花键套筒所组成，其中永磁体3、外壳2、法兰盘1及花键轴7是一个移动的整体，称为移动部件；底座4、内花键套筒6和线圈5是一个固定的整体，称为固定部件。花键轴7安装在底座4中心的通孔和内花键套筒6内侧上，其配合关系为间隙配合，且该花键轴7可以沿着底座4中心的通孔和内花键套筒6上作横向平移运动，其两侧通过硫化橡胶8与法兰盘1互相定位；内花键套筒6通过内六角圆柱螺钉与底座4固连；线圈5缠绕在内花键套筒6外径上，并严格控制线圈5与永磁体3的距离，该距离对输出控制力的大小影响较大；永磁体3的外表面与非导磁材料的外壳2为紧密接触关系，不会产生相对位移；外壳2与法兰盘1通过螺栓、螺母和波形垫圈进行固定；可伸缩橡胶9位于移动部件和固定部件之间，用于防止异物进入惯性作动器内部，其两端通过垫片分别与法兰盘1和底座4连接；其中底座4是由内六角圆柱头螺钉将两块底座支架和联接套筒10以及内花键套筒6固定连接构成的。装车使用时，整个装置通过底座4安装在转向架构架横梁上方或侧面，底座4和构架横梁之间通过螺栓、螺母和安全垫圈进行固定。
线圈5通电后，其惯性作动力的传递过程，通电线圈5在磁场产生电磁力，通电线圈5—内花键套筒6—底座4—与底座固定的构架横梁。根据牛顿第三定律：力的作用是相互的，所以永磁体会受到与之大小相等，方向相反的电磁力，永磁体3—外壳2—法兰盘1—花键轴7。最后使得移动部件在内花键套筒6内侧进行横移运动，而固定部件则通过构架横梁提供给转向架相应的控制力，抑制转向架的横向振动幅值，提高高速列车的横向稳定性。
将本发明电磁式惯性作动器应用在转向架试验台进行试验研究，其试验结果如图4所示。图中横轴为转向架试验台的运行时间，纵轴为转向架的横向位移量。由图可知：在控制后，即应用本发明惯性作动器进行主动控制后，该转向架的横向位移量明显减小。
本发明产生的惯性作动力的大小和方向可以根据高速列车转向架上加速度传感器采集的横向振动状态数据进行实时调整，以确保转向架的横向振动幅值不会过大，保证高速列车安全稳定地运行。

Claims (6)

1.一种电磁式惯性作动器，包括外壳(2)、底座(4)，其特征在于：所述外壳(2)为横置的圆筒结构，两端设有翻边，通过法兰盘(1)封闭，底部设有开口，法兰盘(1)内侧设有中心带通孔的硫化橡胶(8)，永磁体(3)的外径与外壳(2)的内径配合，底部设有开口，两端与法兰盘(1)内侧设有间隙；底座(4)为分体式板式结构，上部带有与永磁体(3)的内径配合的圆弧，下部为两端设有安装螺孔的水平结构，所述圆弧中心设有与内花键套筒(6)外径配合的通孔，所述内花键套筒(6)的外径设有线圈(5)，花键套筒(6)的两端分别与底座(4)的内侧通过螺栓固定；花键轴(7)的中部与内花键套筒(6)间隙配合，两端分别穿过两侧底座(4)中心的内花键孔与两侧的法兰盘(1)通过螺母固定；所述外壳(2)下部的开口处设有可伸缩橡胶(9)，所述可伸缩橡胶(9)的两端分别与底座(4)的外侧和法兰盘(1)的内侧接触；两片底座支架的内侧设有联接套筒(10)，所述联接套筒(10)的两端通过内六角圆柱头螺钉底座(4)固定。
2.根据权利要求1所述的一种电磁式惯性作动器，其特征在于：所述外壳(2)底部开口的夹角为60°。
3.根据权利要求1所述的一种电磁式惯性作动器，其特征在于：所述永磁体(3)底部开口的夹角为60°。
4.根据权利要求1所述的一种电磁式惯性作动器，其特征在于：所永磁体(3)两端与法兰盘(1)内侧的间隙均为5mm。
5.根据权利要求1所述的一种电磁式惯性作动器，其特征在于：所述法兰盘(1)通过螺栓、螺母和波形垫圈与外壳(2)固定。
6.根据权利要求1所述的一种电磁式惯性作动器，其特征在于：所述底座(4)由联接套筒(10)两端、内花键套筒(6)两端的两片底座支架通过内六角圆柱头螺钉连接固定构成。
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