CN111284519B - 一种轨道车辆转向架 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种轨道车辆转向架，包括构架、端轴轮对、二系空气弹簧和一系悬挂装置，构架包括两根侧梁和连接两根侧梁的横梁；一系悬挂装置包括轴箱和一系空气弹簧，端轴轮对通过轴承连接对应的轴箱；构架为中空密封结构；每根侧梁的两端部均设有一系空气弹簧安装座以安装一系空气弹簧，一系空气弹簧和中空腔连通；侧梁的中间位置设有二系空气弹簧安装座以安装二系空气弹簧，二系空气弹簧和中空腔连通。由此，二系空气弹簧、构架和一系空气弹簧连通形成一体的悬挂系统气路，当发生载荷较大变化及悬挂弹性蠕变时，改变一系、二系空气弹簧内的压强，最终实现车体和轮对之间高度不变的目的，从而减少车辆维护成本。

Description

一种轨道车辆转向架
技术领域
本发明属于轨道交通车辆装备技术领域，尤其涉及一种轨道车辆转向架。
背景技术
现有城轨车辆悬挂系统中常见配置：二系采用空气悬挂装置，配有空气弹簧；一系采用螺旋钢弹簧或橡胶弹簧为主体的悬挂装置。如图1所示的轴箱顶置式一系悬挂装置，包括轴箱a、连接轴箱a一端与构架b的减振器c，连接轴箱a另一端与构架b的转臂定位橡胶关节d，以及设于构架b中部和轴箱a顶端之间的螺旋钢弹簧e和垂向止挡f。如图2所示的轴箱偏置式一系悬挂装置，包括轴箱a、连接轴箱a一端与构架b的减振器c和螺旋钢弹簧e，轴箱a的另一端通过转臂定位橡胶关节d与构架b相连，垂向止挡f设于轴箱a中部与构架b之间。如图3所示的人字簧式一系悬挂装置，包括与构架b相连的两个人字簧g，两个人字簧g相对设置其通过垂向止挡f相连。
以上的配置方式在运行及测试过程中存在一些较难甚至无法整改的问题：
（1）随着城轨车辆种类越来越多，结构要求越来越高，结构设计越来越多样化，一系悬挂装置参数要求往往会相差甚远，不同的转向架设计往往导致一系悬挂装置重新设计，现有的结构均不能满足灵活调整一系悬挂总工作高度及动力学性能参数的要求，通用性很差。
（2）一系悬挂装置的主要弹性元件（螺旋钢弹簧或橡胶弹簧）在运行过程中发生垂向高度上的损失，即所谓的蠕变现象，导致一系悬挂装置的总高度发生变化（降低），导致一系悬挂装置高度不满足设计要求。进而影响到二系安装面的高度变化，最终导致车体地板面高度发生变化，对行车安全造成隐患。而一系装置总高度调节仅能通过拆卸弹性元件后增加调整垫片实现，拆卸时常需要车体架起，拆解构架与一系悬挂装置的连接，十分繁琐费时。
（3）当车辆载客过多时，原有的一系悬挂装置也会因载荷增加过多而产生更多的压缩位移，也会导致一系悬挂装置总高度下降。
（4）现有的悬挂系统无法对一系悬挂装置及二系悬挂装置的阻尼进行调整，而悬挂系统阻尼对车辆动力学性能的影响十分显著。当动力学性能不满足标准要求时，因悬挂系统阻尼不可调，导致没有办法对已生成完成的车辆进行动力学性能优化。尤其是针对车辆运行时间较长，轨道线路出现波磨等问题，动力学性能变差的情况时，调整悬挂系统阻尼显得更加重要。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种无需拆解构架与一系悬挂装置的连接即可灵活调整一系悬挂总工作高度的轨道车辆转向架。
为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：
一种轨道车辆转向架，包括构架、端轴轮对、设于构架上的二系空气弹簧，以及设于端轴轮对两端的一系悬挂装置，所述构架包括两根并列设置的侧梁，以及连接于两根侧梁之间的横梁；所述一系悬挂装置包括轴箱和一系空气弹簧，所述端轴轮对通过轴承连接对应的轴箱；
所述构架为具有中空腔的中空密封结构；
所述侧梁的两端部均设有一系空气弹簧安装座，所述一系空气弹簧安装座的上部与相应的侧梁密封相连，所述一系空气弹簧安装座的下部具有容纳一系空气弹簧的空间，所述一系空气弹簧安装座与侧梁的连接处开设有连通一系空气弹簧和中空腔的第一进气孔；所述一系空气弹簧包括第一进气嘴和第一气囊，所述第一气囊位于相应的空间中，所述第一气囊的下端伸出所述空间外并与相应的轴箱相连；所述第一进气嘴通过第一进气孔伸入中空腔中并与第一进气孔的孔壁密封相连；
所述侧梁的中间位置设有二系空气弹簧安装座，所述二系空气弹簧安装座上开设有与相应的侧梁中空腔连通的第二进气孔；所述二系空气弹簧固定于二系空气弹簧安装座上，所述二系空气弹簧包括依次连通的第二进气嘴、第二气囊和出气嘴，所述出气嘴通过第二进气孔伸入所述中空腔中并与第二进气孔的孔壁密封相连。
由此，二系空气弹簧、构架和一系空气弹簧连通形成一体的悬挂系统气路，空气首先由二系空气弹簧上接口进入，后贯通整个构架，再进入一系空气弹簧，左右侧构架气路之间也通过构架横梁管连通。当发生载荷较大变化及悬挂弹性蠕变时，改变一系、二系空气弹簧内的压强，最终可达到车体和构架之间高度不变的目的。因此也不需要对一系悬挂装置弹性蠕变进行调整，减少车辆维护成本。
作为上述技术方案的进一步改进：
所述一系空气弹簧安装座为两端开口的筒状结构，所述筒状结构中具有隔板从而将筒状结构分为筒上部和筒下部，所述筒上部位于相应侧梁的中空腔中并与中空腔的腔壁固定，所述第二进气孔开设于所述隔板上。当列车通过曲线产生横向偏移力时，空气弹簧气囊将会与筒下部的筒内壁接触以限制构架与轴箱体的相对横向位移。
所述筒上部的侧壁上开设有两个通孔，两个通孔沿侧梁纵向方向依次布置。
所述筒上部的侧壁上设有与中空腔腔壁固定的耳板。
所述一系悬挂装置包括两个一系空气弹簧，所述轴箱包括轴孔部，以及分设于轴孔部沿侧梁纵向方向两端的箱臂，两个一系空气弹簧分设于轴孔部沿侧梁纵向方向的两侧并与相应的箱臂相连。
以达到力学平衡的目的，所述一系悬挂装置还包括一系螺旋弹簧，所述一系螺旋弹簧设于侧梁和相应的轴孔部顶端之间。
设G2为二系空气弹簧簧上载荷；S2为二系空气弹簧横截面积；
G1为一系与二系悬挂的簧间载荷；S1为一系空气弹簧横截面积；
K为一系螺旋弹簧刚度；f为一系螺旋弹簧压缩量；
P为一二系空簧内压力，由于空气系统是贯通的，压强相等；则有：
G2=P×S2....................（1）
G1+G2=4P×S1+2Kf............（2）
根据式（1）和式（2）可得：
G1=P×（4S1- S2）+2Kf.........（3）
为保持受力平衡，根据式（3）可得出本发明中悬挂系统相关设计公式（4）和公式（5）：
S2=4S1....................（4）
G1=2Kf....................（5）。
所述侧梁的中空腔设有一系螺旋弹簧安装座，所述一系螺旋弹簧安装座包括凹槽部，以及连接凹槽部和中空腔腔壁的连接部，所述侧梁底部与一系螺旋弹簧对应的位置向上凹陷形成所述凹槽部，所述凹槽部和连接部之间具有连通一系螺旋弹簧安装座沿侧梁纵向方向两侧中空腔的气道；所述一系螺旋弹簧的上段置于凹槽部的凹槽中并与凹槽的顶壁抵接，所述一系螺旋弹簧的下端与相应轴孔部的顶端面抵接。
所述第一进气嘴和第二进气嘴上均设有用于调节相应进气嘴的进气孔横截面积的调节结构。通过调节进气嘴空气流通的横截面积，可以改变空气弹簧的阻尼值，从而适应不用的线路和车体总体状况，调节出最佳的车辆稳定性和舒适性。
所述轴箱上还安装有高度调节机构，所述高度调节机构包括垂向布置的高度调节杆，以及安装于车体底架上的高度调节阀，所述高度调节阀设于高度调节杆的顶端。
本发明的高度调节机构设置在轴箱和车体底架之间，控制一二系悬挂系统总高度。使车体高度不再受车辆载荷及一系弹性原件弹性损耗的影响，可实现悬挂系统免维护，减少车辆运行维护成本。同时因为一系也设置了空气弹簧，当发生载荷较大变化及悬挂弹性蠕变时，在高度调节装置的控制下，将改变一系、二系空气弹簧内的压强，最终达到高度不变的目的。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
1、当发生载荷较大变化及悬挂弹性蠕变时，本发明通过调节一系、二系空气弹簧内的压强，最终可达到车体和构架之间高度不变的目的。因此无需拆解构架与一系悬挂装置的连接，且不需要对一系悬挂装置弹性蠕变进行调整，大大减少了车辆维护成本。
2、本发明通过改变一系、二系空气弹簧流孔直径可以改变空簧的等效阻尼，从而可以调整一二系悬挂系统的垂向阻尼，以达到最佳的平稳性和舒适性指标。
附图说明
图1为现有技术的轴箱顶置式一系悬挂装置。
图2为现有技术的轴箱偏置式一系悬挂装置。
图3为现有技术的人字簧式一系悬挂装置。
图4为本发明实施例的中轨道车辆转向架的结构示意图。
图5为本发明实施例的中轨道车辆转向架的空气流通路径图。
图6为本发明中的构架的结构示意图。
图7为本发明中的一系空气弹簧安装座的一种结构示意图。
图8为本发明中的一系空气弹簧安装座的另一种结构示意图。
图9为本发明中的一系螺旋弹簧安装座的结构示意图。
图10为本发明中的悬挂参数设计原理图。
图例说明：1、构架； 11、侧梁；111、中空腔；112、加强板；12、横梁；121、通道；13、一系空气弹簧安装座；131、腔室；132、第一进气孔；133、隔板；134、筒上部；135、筒下部；136、通孔；137、耳板；14、二系空气弹簧安装座；141、第二进气孔；15、一系螺旋弹簧安装座；151、凹槽部；152、连接部；153、气道；2、端轴轮对；3、二系空气弹簧；31、第二进气嘴；32、第二气囊；33、出气嘴；34、上盖板；35、弹性体；36、下盖板；37、支撑筒；4、轴箱；41、轴孔部；42、箱臂；5、一系空气弹簧；51、第一进气嘴；52、第一气囊；6、一系螺旋弹簧；7、调节结构；8、高度调节机构；81、伸缩件；82、检测部。
具体实施方式
以下结合具体优选的实施例对本发明作进一步描述，但并不因此而限制本发明的保护范围。
实施例：
如图4和图5所示，本实施例的轨道车辆转向架，包括构架1、端轴轮对2、设于构架1上的二系空气弹簧3，以及设于端轴轮对2两端的一系悬挂装置，一系悬挂装置包括轴箱4、两个一系空气弹簧5和一系螺旋弹簧6。端轴轮对2通过轴承连接对应的轴箱4。
如图6所示，构架1包括两根并列设置的侧梁11，以及连接于两根侧梁11之间的横梁12。构架1为具有中空腔111的中空密封结构，侧梁11上下面板之间设多个间隔设置的加强板112，加强板112上开设过气孔。
侧梁11的两端部均相应设有两个一系空气弹簧安装座13。如图7和8所示，一系空气弹簧安装座13为两端开口的筒状结构，筒状结构中具有隔板133从而将筒状结构分为筒上部134和筒下部135，筒上部134的侧壁上设有相对设置的一对耳板137，筒上部134位于中空腔111中，筒上部134的上端与侧梁11的上盖板139焊接为一体，并通过耳板137与中空腔111的腔壁密封固定，第一进气孔132开设于隔板133上。筒上部134的侧壁上开设有两个通孔136，两个通孔136沿侧梁11纵向方向依次布置，从而隔板上方的筒上部134形成气体可流通的空腔138。侧梁上盖板139通过螺栓将密封盖板140密封于侧梁11上，并涂抹密封件，由此形成完整密封的构架空腔密封结构。
筒下部135的内腔形成容纳一系空气弹簧5的空间131，下部135主要用于限制一系空气弹簧5的横向位移。隔板133上开设有第二进气孔。一系空气弹簧5包括第一进气嘴51和第一气囊52，第一气囊52位于相应的空间131中，第一气囊52的下端伸出空间131外并与相应的轴箱4相连；第一进气嘴51通过第一进气孔132伸入中空腔111中并与第一进气孔132的孔壁密封相连。
本发明中的一系空气弹簧5（见图5）结构十分小巧，装配在构架侧梁的空气弹簧导筒（筒下部135）内，上部与构架连接，下部通过安装螺栓与轴箱4连接。当列车通过曲线产生横向偏移力时，空气弹簧气囊将会与构架中的导筒接触以限制构架与轴箱体的相对横向位移。如该横向位移持续增加，空气弹簧上部的限位杆将与下部底座刚性接触，此时横向位移将达到最大。
如图6所示，轴箱4包括轴孔部41，以及分设于轴孔部41沿侧梁11纵向方向两端的箱臂42，两个一系空气弹簧5分设于轴孔部41沿侧梁11纵向方向的两侧并与相应的箱臂42相连。轴孔部41的顶面设有具有内腔的弹簧安装座。
参阅图5和6，中空腔111设有一系螺旋弹簧安装座15，一系螺旋弹簧安装座15设于两个一系空气弹簧安装座13之间。如图9所示，一系螺旋弹簧安装座15包括凹槽部151，以及连接凹槽部151和中空腔111腔壁的连接部152，连接部152包括设于凹槽部151两侧的弧板1521以及连接弧板1521和凹槽部151的多个隔板1522，侧梁11底部与一系螺旋弹簧6对应的位置向上凹陷形成凹槽部151，凹槽部151和连接部152之间具有连通一系螺旋弹簧安装座15沿侧梁11纵向方向两侧中空腔111的气道153；一系螺旋弹簧6的上段置于凹槽部151的凹槽中并与凹槽的顶壁抵接，一系螺旋弹簧6的下端置于相应的弹簧安装座中并与弹簧安装座的底壁抵接。
参阅图6，侧梁11的中间位置设有二系空气弹簧安装座14，二系空气弹簧安装座14上开设有与中空腔111连通的第二进气孔141。二系空气弹簧3包括从上至下连接的上盖板34、第二气囊32、弹性体35和下盖板36，上盖板34上设有第二进气嘴31，下盖板36上设有出气嘴33，第二进气嘴31、第二气囊32和出气嘴33依次连通，二系空气弹簧3通过下盖板36固定于二系空气弹簧安装座14上。出气嘴33通过第二进气孔141伸入中空腔111中并与第二进气孔141的孔壁密封相连，此外，中空腔中还设有支撑筒37，第二进气孔141插入支撑筒37中，支撑筒37的侧壁开设有过气孔。
构架1为全密封的腔体结构，空气首先由二系空气弹簧上接口进入，后贯通整个构架1，左右侧构架气路之间也通过构架横梁管连通。一系空气弹簧气路分别与构架1相连通，使整个悬挂系统气路构成一体。一二系空气悬挂系统的相互贯通，内部压强一致。构架作为一二系空气流通的必经路径，构架为全密封的腔体结构，悬挂系统的空气将贯通构架的整个侧梁及横梁，最终连通悬挂系统的全部空气弹簧。当发生载荷较大变化及悬挂弹性蠕变时，改变一系、二系空气弹簧内的压强，最终可达到车体和构架之间高度不变的目的。因此也不需要对一系悬挂装置弹性蠕变进行调整，减少车辆维护成本。
如图10所示，本发明中的悬挂参数设计如下：
G2---二系空气弹簧簧上载荷；S2---二系空气弹簧横截面积；
G1---一系与二系悬挂的簧间载荷；S1---一系空气弹簧横截面积；
K---一系螺旋弹簧刚度；f---一系螺旋弹簧压缩量；
P---一二系空簧内压力，由于空气系统是贯通的，压强相等；则有：
G2=P×S2.....................（1）
G1+G2=4P×S1+2Kf.............（2）
根据式（1）和式（2）可得：
G1=P*（4S1- S2）+2Kf...........（3）
为保持受力平衡，根据式（3）可得出本发明中悬挂系统相关设计公式（4）和公式（5）：
S2=4S1......................（4）
G1=2Kf......................（5）
本实施例中，如图5所示，第一进气嘴51和第二进气嘴31上均设有用于调节相应进气嘴的进气孔横截面积的调节结构7。通过电控主控控制节流孔通过空气的实际截面面积，其中二系空气弹簧节流孔面积分为20mm、23mm、26mm和30mm四个等级，一系空气弹簧节流孔面积分为10mm、15mm和20mm三个等级。改变空簧节流孔直径可以改变空簧的等效阻尼，从而可以调整一二系悬挂系统的垂向阻尼，以达到最佳的平稳性和舒适性指标。
本实施例中，如图4所示，轴箱4上还安装有高度调节机构8，高度调节机构8包括垂向布置的高度调节杆81，以及安装于车体底架上的高度调节阀82，所述高度调节阀82设于高度调节杆81的顶端。
本发明的高度调节机构8的设置方式与常规设置不同。常规设置在构架与车体底架之间，仅用于控制构架与车体底架之间的二系间隙高度，当载荷偏大及一系发生蠕变时，将影响车体的垂向高度。本发明的高度调节机构8设置在轴箱和车体底架之间，包括了一系和二系的总高度，同时因为一系也设置了空气弹簧，当发生载荷较大变化及悬挂弹性蠕变时，在高度调节装置的控制下，将改变一系、二系空气弹簧内的压强，最终达到车体和构架之间高度不变的目的。因此也不需要对一系悬挂装置弹性蠕变进行调整，使车体高度不再受车辆载荷及一系弹性原件弹性损耗的影响，可实现悬挂系统免维护，减少车辆运行维护成本。
以上所述，仅是本申请的较佳实施例，并非对本申请做任何形式的限制，虽然本申请以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限制本申请，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本申请技术方案的范围内，利用上述揭示的技术内容做出些许的变动或修饰均等同于等效实施案例，均属于技术方案范围内。

Claims (10)

1.一种轨道车辆转向架，包括构架(1)、端轴轮对(2)、设于构架(1)上的二系空气弹簧(3)，以及设于端轴轮对(2)两端的一系悬挂装置，所述构架(1)包括两根并列设置的侧梁(11)，以及连接于两根侧梁(11)之间的横梁(12)；其特征在于，所述一系悬挂装置包括轴箱(4)和一系空气弹簧(5)，所述端轴轮对(2)通过轴承连接对应的轴箱(4)；
所述构架(1)为具有中空腔(111)的中空密封结构；
所述侧梁(11)的两端部均设有一系空气弹簧安装座(13)，所述一系空气弹簧安装座(13)的上部与相应的侧梁(11)密封相连，所述一系空气弹簧安装座(13)的下部具有容纳一系空气弹簧(5)的空间(131)，所述一系空气弹簧安装座(13)与侧梁(11)的连接处开设有连通一系空气弹簧(5)和中空腔(111)的第一进气孔(132)；所述一系空气弹簧(5)包括第一进气嘴(51)和第一气囊(52)，所述第一气囊(52)位于相应的空间(131)中，所述第一气囊(52)的下端伸出所述空间(131)外并与相应的轴箱(4)相连；所述第一进气嘴(51)通过第一进气孔(132)伸入中空腔(111)中并与第一进气孔(132)的孔壁密封相连；
所述侧梁(11)的中间位置设有二系空气弹簧安装座(14)，所述二系空气弹簧安装座(14)上开设有与中空腔(111)连通的第二进气孔(141)；所述二系空气弹簧(3)固定于二系空气弹簧安装座(14)上，所述二系空气弹簧(3)包括依次连通的第二进气嘴(31)、第二气囊(32)和出气嘴(33)，所述出气嘴(33)通过第二进气孔(141)伸入所述中空腔(111)中并与第二进气孔(141)的孔壁密封相连。
2.根据权利要求1所述的轨道车辆转向架，其特征在于，所述一系空气弹簧安装座(13)为两端开口的筒状结构，所述筒状结构中具有隔板(133)从而将筒状结构分为筒上部(134)和筒下部(135)，所述筒上部(134)伸入相应侧梁(11)的中空腔(111)中并与中空腔(111)的腔壁固定，所述第二进气孔(141)开设于所述隔板(133)上。
3.根据权利要求2所述的轨道车辆转向架，其特征在于，所述筒上部(134)的侧壁上开设有两个通孔(136)，两个通孔(136)沿侧梁(11)纵向方向依次布置。
4.根据权利要求2所述的轨道车辆转向架，其特征在于，所述筒上部(134)的侧壁上设有与中空腔(111)腔壁固定的耳板(137)。
5.根据权利要求1-4任一项所述的轨道车辆转向架，其特征在于，所述一系悬挂装置包括两个一系空气弹簧(5)，所述轴箱(4)包括轴孔部(41)，以及分设于轴孔部(41)沿侧梁(11)纵向方向两端的箱臂(42)，两个一系空气弹簧(5)分设于轴孔部(41)沿侧梁(11)纵向方向的两侧并与相应的箱臂(42)相连。
6.根据权利要求5所述的轨道车辆转向架，其特征在于，所述一系悬挂装置还包括一系螺旋弹簧(6)，所述一系螺旋弹簧(6)设于侧梁(11)和相应的轴孔部(41)顶端之间。
7.根据权利要求6所述的轨道车辆转向架，其特征在于，设G2为二系空气弹簧簧上载荷；S2为二系空气弹簧横截面积；
G1为一系与二系悬挂的簧间载荷；S1为一系空气弹簧横截面积；
K为一系螺旋弹簧刚度；f为一系螺旋弹簧压缩量；
P为一二系空簧内压力，由于空气系统是贯通的，压强相等；则有：
G2＝P×S2....................(1)
G1+G2＝4P×S1+2Kf............(2)
根据式(1)和式(2)可得：
G1＝P×(4S1-S2)+2Kf.......(3)
为保持受力平衡，根据式(3)可得出本发明中悬挂系统相关设计公式(4)和公式(5)：
S2＝4S1..................(4)
G1＝2Kf..................(5)。
8.根据权利要求6所述的轨道车辆转向架，其特征在于，所述侧梁(11)的中空腔(111)设有一系螺旋弹簧安装座(15)，所述一系螺旋弹簧安装座(15)包括凹槽部(151)，以及连接凹槽部(151)和中空腔(111)腔壁的连接部(152)，所述侧梁(11)底部与一系螺旋弹簧(6)对应的位置向上凹陷形成所述凹槽部(151)，所述凹槽部(151)和连接部(152)之间具有连通一系螺旋弹簧安装座(15)沿侧梁(11)纵向方向两侧中空腔(111)的气道(153)；所述一系螺旋弹簧(6)的上段置于凹槽部(151)的凹槽中并与凹槽的顶壁抵接，所述一系螺旋弹簧(6)的下端与相应轴孔部(41)的顶端面抵接。
9.根据权利要求1-4、6-8任一项所述的轨道车辆转向架，其特征在于，所述第一进气嘴(51)和第二进气嘴(31)上均设有用于调节相应进气嘴的进气孔横截面积的调节结构(7)。
10.根据权利要求1-4、6-8任一项所述的轨道车辆转向架，其特征在于，所述轴箱(4)上还安装有高度调节机构(8)，所述高度调节机构(8)包括垂向布置的高度调节杆(81)，以及安装于车体底架上的高度调节阀(82)，所述高度调节阀(82)设于高度调节杆(81)的顶端。
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