CN110641503A - 一种新型转向架 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种新型转向架，包括轮轴系统、驱动装置、构架、一系悬挂系统、二系悬挂系统、基础制动装置和中央牵引装置；驱动装置采用永磁直驱电机驱动，连接轮轴系统，轮轴系统通过一系悬挂系统连接构架，一系悬挂系统位于轮轴系统内端，二系悬挂系统安装在构架上，基础制动装置安装在构架上且其制动端朝向轮轴系统，中央牵引装置安装在二系悬挂系统的空气弹簧内。本发明提供的转向架，采用永磁直驱电机驱动系统，采用轴箱体内置设计，使得构架横梁缩短，有利于增加构架的刚度及减轻自重，采用中央单空气弹簧二系悬挂系统，改善了动力学性能，降低车辆运行时的噪声；在一定程度上能够改善曲线轮轨磨耗。

Description

一种新型转向架

技术领域

本发明涉及转向架领域，尤其涉及一种新型铁路车辆转向架。

背景技术

在铁路行业中，转向架也称走行部，“走行部”是指火车上负责引导和承载车体沿线路运行的部分，是轨道交通车辆最为重要的关键部件之一，好比是我们人类的双腿，对于轨道交通车辆的运行有着不可替代的意义。转向架的安全可靠性确保了车辆行车安全，转向架的各种参数直接决定了车辆的稳定性和车辆的乘坐舒适性，为了更好地理解基于轮轨系统的车辆“走行部”的概念，必须理解走行部所具有的功能：

首先，承载任务是走行部最基本的任务，铁路车辆作为交通运输工具，主要功能是将货物或乘客安全舒适地送到目的地。走行部的作用是保证车辆灵活、安全平顺地沿钢轨运行和通过曲线；可靠地承受作用于车辆各种力量并传给钢轨；

其次，为了实现车辆加速和减速，走行部必须能够充分利用轮轨之间的粘着，可靠地传递车体和轨道之间的牵引力和制动力；

再者，走行部还承担着缓和车辆与钢轨的相互冲击，减少车辆振动，保证足够的运行平稳性和良好的运行质量的作用；

最后，导向功能是最具有轨道车辆特色的任务，传统的轮对有两个刚性连接的车轮组成，踏面的形状使轮对在横移过程中改变滚动半径，在过曲线时，外轮比内轮走过更长的距离，轮对可以向趋于径向的位置自动调整，另一方面，由于轮轨几何关系和蠕滑力的作用，轮对会开始发生一边横移、一边摇头的自激振荡，即蛇行运动，这是决定系统失稳的临界速度的主要因素。

现有的转向架大多数为轴箱外置式，该形式的转向架轮对和构架质量大、难以通过小半径曲线、对线路扭曲适应能力差，导致小半径曲线通过能力相对较差，增加了轮轨磨耗，运用成本较高；存在由于簧下质量大造成轮轨动作用力大、运行性能差的现象；簧间质量较大，对轴承的横向冲击也较大。如此对新型转向架便有以下要求：简化结构，减小转向架质量；增强转向架曲线通过能力，降低曲线磨耗；提高车辆对线路的适应能力，降低转向架运维周期的成本。

发明内容

为了解决以上问题，本发明的目的是提供一种新型转向架，以降低转向架重量，提高车辆的适应能力，降低机车车辆和基础设施的全寿命周期成本。

为了实现以上目的，本发明采用的技术方案：

一种新型转向架，包括轮轴系统、驱动装置、构架、一系悬挂系统、二系悬挂系统、基础制动装置和中央牵引装置；

所述驱动装置连接所述轮轴系统，所述轮轴系统通过一系悬挂系统连接所述构架，所述一系悬挂系统位于所述轮轴系统内端，所述二系悬挂系统安装在所述构架上，所述基础制动装置安装在所述构架上且其制动端朝向所述轮轴系统，所述中央牵引装置安装在所述二系悬挂系统内。

进一步的是，所述轮轴系统包括中间的车轴和车轴两端的车轮。

进一步的是，所述驱动装置包括驱动电机和电机拉杆，所述电机拉杆连接驱动电机下端和构架下端，所述驱动电机采用永磁直驱电机。

进一步的是，所述构架呈H型结构，构架包括两个侧梁和连接所述两个侧梁的横梁，所述侧梁和横梁均采用碳纤维材料。

进一步的是，所述一系悬挂系统包括轴箱体、螺旋钢簧和液压减振器；

所述轴箱体一端转动套接在两车轮内侧的车轴上，另一端与所述构架铰接；所述螺旋钢簧和液压减振器的底端均安装在所述轴箱体上，顶端连接在所述构架对应安装座处。

进一步的是，所述轴箱体采用两体式轴箱体。

进一步的是，所述二系悬挂系统包括抗蛇行减振器、单气囊空气弹簧、横向减振器和抗侧滚扭杆；

所述抗蛇行减振器安装在两侧梁外侧，所述单气囊空气弹簧安装在所述横梁上端中部，所述横向减振器横向安装在所述单气囊空气弹簧两侧，所述抗侧滚扭杆安装在所述单气囊空气弹簧两侧，且位于所述横向减振器下方。

进一步的是，所述基础制动装置包括制动安装梁、制动夹钳、制动缸和制动闸片；

所述制动安装梁安装在所述侧梁底端，制动安装梁的左右两端均铰接制动夹钳，两制动夹钳的后端均连接所述制动缸的输出端，前端均安装相对的一对制动闸片，所述车轮位于两制动闸片间。

进一步的是，所述中央牵引装置包括牵引杆和橡胶垫；

所述牵引杆顶端安装在所述单气囊空气弹簧内，底端穿出所述单气囊空气弹簧与橡胶垫间隙配合；所述橡胶垫为圆环状并与所述构架连接。

进一步的是，所述转向架还包括监测系统，所述监测系统包括温度振动复合传感器、振动加速度传感器和数据前处理模块，所述温度振动复合传感器安装在所述轴箱体处，所述振动加速度传感器安装在所述构架顶端斜对角位置，所述数据前处理模块安装在所述构架左右两端。

本发明的有益效果：

本发明提供的转向架，轴箱体内置结构使得构架横梁缩短，有利于增加构架的刚度及减轻自重，同时构架质量巧小，让转向架结构更为紧凑；轴箱体内置由于缩短了轴箱体悬挂的横向跨距，轮对的摇头角刚度、侧滚角刚度均下降，有效地改善了车辆曲线通过能力和适应线路不平顺的能力。

本发明提供的转向架，一系悬挂系统采用轴箱体顶置螺旋钢簧，液压减振器偏置，对比传统外侧轴箱式转向架，车轴减短，减小了轮对整体重量，也就减小了转向架质量及簧下质量，改善了动力学性能；另外可以屏蔽部分轴承滚动时产生的噪声，降低车辆运行时的噪声。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的底视图；

图3为本发明驱动装置和一系悬挂系统的安装图；

图4为本发明一系悬挂系统的结构示意图；

图5为本发明轴箱体的结构示意图；

图6为本发明构架的结构示意图；

图7为本发明基础制动装置的结构示意图；

图8为本发明中央牵引装置和单气囊空气弹簧的连接示意图；

图中：1、轮轴系统；11、车轴；12、车轮；2、驱动装置；21、驱动电机；22、电机拉杆；3、构架；31、侧梁；32、横梁；4、一系悬挂系统；41、轴箱体；42、螺旋钢簧；43、液压减振器；5、二系悬挂系统；51、抗蛇行减振器；52、单气囊空气弹簧；53、横向减振器；54、抗侧滚扭杆；6、基础制动装置；61、制动安装梁；62、制动夹钳；63、制动缸；64、制动闸片；7、中央牵引装置；71、牵引杆；72、橡胶垫；81、温度振动复合传感器；82、振动加速度传感器；83、数据前处理模块。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本发明作进一步阐述。在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“套设/接”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例1

一种新型转向架，如图1、2和8所示，包括轮轴系统1、驱动装置2、构架3、一系悬挂系统4、二系悬挂系统5、基础制动装置6和中央牵引装置7；

驱动装置2连接轮轴系统1，轮轴系统1通过一系悬挂系统4连接构架3，一系悬挂系统4位于轮轴系统1内端，二系悬挂系统5安装在构架3上，基础制动装置6安装在构架3上且其制动端朝向轮轴系统1，中央牵引装置7安装在二系悬挂系统5内。

作为本实施例的优化方案，如图3所示，轮轴系统1包括中间的车轴11和车轴11两端的车轮12，车轴11转动带动车轮运动。

作为本实施例的优化方案，如图1和2所示，驱动装置2包括驱动电机21和电机拉杆22，电机拉杆22连接驱动电机21下端和构架3下端，以固定驱动电机21，防止驱动电机21的本体转动。驱动电机21采用永磁直驱电机，该电机高度集成永磁直驱牵引制动模块，替代了齿轮箱等机械传动系统，相比既有产品进一步简化了结构，拥有更少的零部件数量，从而降低了故障发生的可能性。

作为本实施例的优化方案，如图6所示，构架3呈H型结构，构架3包括两个侧梁31和连接两个侧梁31的横梁32，侧梁31和横梁32均采用碳纤维材料。该构架3结构简单，重量轻，构架主体结构采用板材，关键零部件采用锻件。轴箱体41内置结构使得构架横梁32缩短，有利于增加构架3的刚度及减轻自重，同外侧轴箱悬挂转向架相比，转向架重量约降低30％，同时构架3质量巧小，让车体结构更为紧凑；内侧轴箱体悬挂转向架由于缩短了轴箱体悬挂的横向跨距，轮对(指两个车轮和一个车轴组装起的部件)的摇头角刚度、侧滚角刚度约为传统转向架的1/4，有效地改善了曲线通过能力和适应线路不平顺的能力。

作为本实施例的优化方案，如图3-5所示，一系悬挂系统4包括轴箱体41、螺旋钢簧42和液压减振器43；轴箱体41一端转动套接在两车轮12内侧的车轴11上，另一端与构架3铰接；螺旋钢簧42和液压减振器43的底端均安装在轴箱体41上，顶端连接在构架3对应安装座处。

一系悬挂系统4的作用是定位轮对，衰减轮轨激励，隔离高频振动，其中，轴箱体41的作用是连接车轴11，将车轮12车轴11固定在构架3上；螺旋钢簧42的作用是缓冲从轮轨向上传递的轮轨力；液压减振器43的作用是衰减振动。本实施例采用轴箱体41顶置螺旋钢簧42，液压减振器43偏置，对比传统外侧轴箱式转向架，车轴11能减短近500mm，减小了轮对整体重量，也就减小了转向架质量及簧下质量，改善了动力学性能。由于一系悬挂系统4安装在轮对内侧，在车辆运行时轮对可以屏蔽部分轴承滚动时产生的噪声，因此可以降低车辆运行时的噪声。

轴箱体节点刚度是转向架的核心参数，决定了直线运行的稳定性和曲线通过性能，这两个性能又是一对矛盾，转向架设计要兼顾两种性能，因此采用自适应变刚度定位节点是最佳选择，自适应变刚度定位节点是指轴箱体节点可以根据车辆运行在曲线和直线上不同的轮轨力响应，自动改变其刚度，其为现有技术，如申请号为CN201721460565.3发明专利中的轴向定位节点。一系悬挂系统4采用变刚度节点，具有直线运行大刚度，曲线运行小刚度的特性，在一定程度上能够改善曲线轮轨磨耗，通过曲线时，内侧悬挂转向架的轮对冲角、轮轨磨耗、轮轨横向力和轮轴横向力都较小。与传统转向架相比，轮对冲角减小约13％左右，轮轨磨耗降低约15％左右，轮轨横向力减小约6％左右。

作为本实施例的优化方案，轴箱体41采用两体式轴箱体。两体式轴箱体41是指轴箱体不是一个整体，是两部分用螺栓连起来，如图5所示。轴箱体41是轮对定位关键部件，复杂受力部件，承受一系悬挂系统4、轮对等各种振动载荷，尤其是负责轴承的安装。由于转向架轴箱体41内置，为方便后期轴箱检修、更换轮对，综合考虑采用两体式轴箱体。

作为本实施例的优化方案，如图1和2所示，二系悬挂系统5包括抗蛇行减振器51、单气囊空气弹簧52、横向减振器53和抗侧滚扭杆54；抗蛇行减振器51安装在两侧梁31外侧，单气囊空气弹簧52安装在横梁32上端中部，横向减振器53横向安装在单气囊空气弹簧52两侧，抗侧滚扭杆54安装在单气囊空气弹簧52两侧，且位于横向减振器53下方。

抗蛇行减振器51的作用是衰减转向架和车体的蛇行运动，提高车辆的临界速度；单气囊空气弹簧52的作用是连接构架和车体，支撑牵引车体；横向减振器53的作用是横向减振；抗侧滚扭杆54的作用是提高车体侧滚刚度。单气囊空气弹簧52使得转向架在小半径曲线上发生偏转时，单气囊空气弹簧52的纵向位移和扭转变形可以减小，从而改善单气囊空气弹簧52的工作条件。

作为本实施例的优化方案，如图7所示，基础制动装置6包括制动安装梁61、制动夹钳62、制动缸63和制动闸片64；制动安装梁61安装在侧梁31底端，制动安装梁61的左右两端均铰接制动夹钳62，两制动夹钳62的后端均连接制动缸63的输出端，前端均安装相对的一对制动闸片64，车轮12位于两制动闸片64间。基础制动装置6用于车轮12的制动。

作为本实施例的优化方案，如图8所示，中央牵引装置7包括牵引杆71和橡胶垫72；牵引杆71顶端安装在单气囊空气弹簧52内，底端穿出单气囊空气弹簧52与橡胶垫72间隙配合；橡胶垫72为圆环状，与构架3连接。中央牵引装置7的作用是传递转向架构架和车体之间的纵向牵引力。

作为本实施例的优化方案，如图3和6所示，转向架还包括监测系统，监测系统包括温度振动复合传感器81、振动加速度传感器82和数据前处理模块83，温度振动复合传感器81安装在轴箱体41处，振动加速度传感器82安装在构架3顶端斜对角位置，数据前处理模块83安装在构架3左右两端。

监测系统可做到关键零部件状态监测，如车轴、轴承、车轮状态等部件的振动状态监测，以及整机动力学性能监测等。其中，温度振动复合传感器81用于检测轴承是否正常；振动加速度传感器82用于检测转向架的振动加速度，评价其运行性能；数据前处理模块83用于对传感器所上传的信息进行前处理。

为了更好的理解本发明，下面对本发明的工作原理作一次完整的描述：

一系悬挂系统4支撑构架3；二系悬挂系统5支撑车体；中央牵引装置7传递牵引力至车体。车辆运动时，驱动电机21驱动力从轮对到轴箱体41，轴箱体41再到构架3，构架3通过中央牵引装置7的橡胶垫72到牵引杆71，牵引杆71到单气囊空气弹簧52，再到车体，带动车体运动。

车辆制动时，基础制动装置6的制动缸63工作，带动制动闸片64夹紧车轮，通过闸片和车轮制动盘之间的摩擦消耗能量。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.一种新型转向架，其特征在于：包括轮轴系统(1)、驱动装置(2)、构架(3)、一系悬挂系统(4)、二系悬挂系统(5)、基础制动装置(6)和中央牵引装置(7)；

所述驱动装置(2)连接所述轮轴系统(1)，所述轮轴系统(1)通过一系悬挂系统(4)连接所述构架(3)，所述一系悬挂系统(4)位于所述轮轴系统(1)内端，所述二系悬挂系统(5)安装在所述构架(3)上，所述基础制动装置(6)安装在所述构架(3)上且其制动端朝向所述轮轴系统(1)，所述中央牵引装置(7)安装在所述二系悬挂系统(5)内。

2.如权利要求1所述的转向架，其特征在于：所述轮轴系统(1)包括中间的车轴(11)和车轴(11)两端的车轮(12)。

3.如权利要求1所述的转向架，其特征在于：所述驱动装置(2)包括驱动电机(21)和电机拉杆(22)，所述电机拉杆(22)连接驱动电机(21)下端和构架(3)下端，所述驱动电机(21)采用永磁直驱电机。

4.如权利要求2所述的转向架，其特征在于：所述构架(3)呈H型结构，构架(3)包括两个侧梁(31)和连接所述两个侧梁(31)的横梁(32)，所述侧梁(31)和横梁(32)均采用碳纤维材料。

5.如权利要求4所述的转向架，其特征在于：所述一系悬挂系统(4)包括轴箱体(41)、螺旋钢簧(42)和液压减振器(43)；

所述轴箱体(41)一端转动套接在两车轮(12)内侧的车轴(11)上，另一端与所述构架(3)铰接；所述螺旋钢簧(42)和液压减振器(43)的底端均安装在所述轴箱体(41)上，顶端连接在所述构架(3)对应安装座处。

6.如权利要求5所述的转向架，其特征在于：所述轴箱体(41)采用两体式轴箱体。

7.如权利要求4所述的转向架，其特征在于：所述二系悬挂系统(5)包括抗蛇行减振器(51)、单气囊空气弹簧(52)、横向减振器(53)和抗侧滚扭杆(54)；

所述抗蛇行减振器(51)安装在两侧梁(31)外侧，所述单气囊空气弹簧(52)安装在所述横梁(32)上端中部，所述横向减振器(53)横向安装在所述单气囊空气弹簧(52)两侧，所述抗侧滚扭杆(54)安装在所述单气囊空气弹簧(52)两侧，且位于所述横向减振器(53)下方。

8.如权利要求4所述的转向架，其特征在于：所述基础制动装置(6)包括制动安装梁(61)、制动夹钳(62)、制动缸(63)和制动闸片(64)；

所述制动安装梁(61)安装在所述侧梁(31)底端，制动安装梁(61)的左右两端均铰接制动夹钳(62)，两制动夹钳(62)的后端均连接所述制动缸(63)的输出端，前端均安装相对的一对制动闸片(64)，所述车轮(12)位于两制动闸片(64)间。

9.如权利要求7所述的转向架，其特征在于：所述中央牵引装置(7)包括牵引杆(71)和橡胶垫(72)；

所述牵引杆(71)顶端安装在所述单气囊空气弹簧(52)内，底端穿出所述单气囊空气弹簧(52)与橡胶垫(72)间隙配合；所述橡胶垫(72)为圆环状并与所述构架(3)连接。

10.如权利要求5所述的转向架，其特征在于：所述转向架还包括监测系统，所述监测系统包括温度振动复合传感器(81)、振动加速度传感器(82)和数据前处理模块(83)，所述温度振动复合传感器(81)安装在所述轴箱体(41)处，所述振动加速度传感器(82)安装在所述构架(3)顶端斜对角位置，所述数据前处理模块(83)安装在所述构架(3)左右两端。

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