CN111823877A - 一种适用于四悬浮模块磁浮车辆的导向机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于四悬浮模块磁浮车辆的导向机构，其包括沿纵向排布的第一至第五对滑台，每对滑台沿横向排布；导向机构包括沿着纵向中心线和横向中心线对称布置的第一导向结构和第二导向结构，第一导向结构的长T型转臂横向的两个端部和短T型转臂横向的两个端部通过两根拉杆连接，长T型转臂的第三个端部分别与两个第一弹性连接件的一端铰接；短T型转臂的第三个端部分别与两个第二弹性连接件的一端铰接。本发明有效解决了现有导向机构横向拉杆刚性连接的问题，通过弹性连接件的弹性变形有效减小1、3、5位滑台之间的耦合性，使各个悬浮模块在进出曲线时保持良好的姿态，并有效减小进出曲线时导向机构的内部载荷。

Description

一种适用于四悬浮模块磁浮车辆的导向机构

技术领域

本发明涉及一种适用于四悬浮模块磁浮车辆的导向机构，属于磁浮车辆技术领域。

背景技术

导向机构是中低速磁浮列车所特有的结构，也是其重要组成部件，主要包含两套转臂，两套长拉杆以及四套横向拉杆。长拉杆与转臂相连，转臂的转动中心与车体连接，从而形成可变现的平行四边形框架，转臂通过横向拉杆与悬浮架单元中的滑台铰接。列车通过曲线时，悬浮模块相对车体滑动，带动横向拉杆和平行四边形结构运动实现各悬浮模块在曲线通过沿曲线径向排列，提高车辆的曲线通过性。并且导向机构可将车辆所受的横向力均匀地传递到各个悬浮模块上，使各悬浮模块的受力状态相近，从而使得车辆在过曲线时保持良好姿态。可以参考专利文献1(公开号为CN110696863A)的背景技术中记载的导向机构。

现有导向机构主要缺点是：

1)现有导向机构(也称为迫导向机构)主要适用于五悬浮模块，现有五悬浮模块车辆安装有两套导向机构，分别安装在1、3位滑台，4、6位滑台(也可以称为滑块)上，导向机构与滑台、车体连接以及导向机构内部连接均为刚性连接。在车辆低速进出小曲线时导向机构内部会出现憋劲情况，内部载荷较大，导致在实际应用中转臂处出现偏磨、异响、卡滞等异常情况。

2)现有导向机构如用在四模块悬浮架上，四模块悬浮架车辆导向结构如图1所示，两套导向机构分别安装在1、3位滑台，3、5位滑台上，两套导向机构均与3位滑台相连，一个悬浮模块横跨导向机构，图1中共四个悬浮模块，使1、3、5位活动滑台具有强耦合性。在进出曲线时，现有导向机构的动作图如图2所示，当第一个悬浮模块进入曲线时，由于1位滑台与车体产生横向位移，通过横向拉杆带动长转臂转动，长转臂通过长拉杆带动短转臂转动，通过横向拉杆带动3位滑台相对于车体横向运动，并带动另一套导向机构，带动5位滑台横向运动。但是第2、3、4悬浮模块还在直线段，3、5位滑台的移动，必然引起相对应空气弹簧的横向位移，产生横向载荷。横向载荷传递到导向机构内部，再传递到1位滑台上，引起1位滑台对应的空气弹簧产生横向载荷。最终会导致以下几个问题：

①导向机构内部载荷非常大；

②空气弹簧横向载荷传递到悬浮模块上影响悬浮架的姿态，第1悬浮模块的姿态不利于车辆进出小半径曲线。

发明内容

针对用于四悬浮模块的导向机构，为了减小现有导向机构各个滑台之间的耦合性，使各个悬浮模块在进出曲线时保持良好的姿态，并有效减小进出曲线时导向机构的内部载荷。本发明提供一种适用于四悬浮模块磁浮车辆的导向机构，具体技术方案如下。

一种适用于四悬浮模块磁浮车辆的导向机构，其包括沿纵向排布的第一至第五对滑台，每对滑台沿横向排布，第一、第三、第五对滑台为活动滑台，第二、第四对滑台为固定滑台，每一个悬浮模块的两端通过空气弹簧与纵向相邻的两个滑台相连，纵向排布的五个滑台对应于四个悬浮模块；其特征在于，所述导向机构包括沿着纵向中心线和横向中心线对称布置的第一导向结构和第二导向结构，所述第一导向结构包括两个第一弹性连接件、两个第二弹性连接件、两个拉杆、长T型转臂和短T型转臂；长T型转臂和短T型转臂的横向宽度相同，长T型转臂的纵向长度大于短T型转臂的纵向长度；

长T型转臂横向的两个端部和短T型转臂横向的两个端部通过所述两根拉杆连接，组成平行四边形结构且位于第一至第三对滑台之间的空间内；

所述长T型转臂的第三个端部分别与两个第一弹性连接件的一端铰接，两个第一弹性连接件的另一端分别与第一对滑台铰接；所述短T型转臂的第三个端部分别与两个第二弹性连接件的一端铰接，两个第二弹性连接件的另一端分别与第三对滑台铰接；相应地，所述第二导向结构的两个第一弹性连接件分别与第五对滑台铰接，所述第二导向结构两个第二弹性连接件分别与第三对滑台铰接。

进一步地，所述第一弹性连接件、第二弹性连接件采用橡胶关节、弹簧或气缸等弹性元件。

进一步地，所述第一弹性连接件的刚度为k₁，所述第二弹性连接件的刚度k₂；空气弹簧的横向刚度为k，则k₁、k₂满足公式：

进一步地，所述第一弹性连接件和第二弹性连接件的刚度满足：k₁＝k₂＝5k。

本发明相比于现有技术具有以下有益效果。

1)将现有导向机构的横向拉杆替换为可拉伸可压缩的弹性连接件，通过弹性连接件的拉伸压缩，有效解决了现有导向机构横向拉杆刚性连接的问题，通过弹性连接件的弹性变形有效减小1、3、5位滑台之间的耦合性，使各个悬浮模块在进出曲线时保持良好的姿态，并有效减小进出曲线时导向机构的内部载荷。

2)通过设计弹性连接件1和弹性连接件2的刚度关系，可使车辆的横向载荷较为均匀的传递到悬浮模块上。

3)通过设置弹性连接件，减小了导向机构的综合横向刚度，在直线段时，导向机构可通过弹性连接件的作用，增加导向系统的柔性，可以过滤因轨道扭曲所导致的一些不期望的小幅横向运动的传递，使整个系统具有一定的缓冲和减振功能。

4)通过在导向机构设置弹性连接件，有效减小内部载荷的同时可有效减少转臂处的异常情况。并可对导向机构进行相应的减重，达到轻量化设计需求。

附图说明

图1是现有技术中用于四悬浮模块的导向机构的示意图；

图2是图1中的导向机构曲线通过时的示意图；

图3是本发明的导向机构示意图；

图4是本发明的导向机构曲线通过时的示意图；

图5是本发明的导向机构进出曲线时的示意图；

图6是本发明的导向机构直线段时的示意图；

图7是长T型转臂、短T型转臂7的位移示意图。

图中：滑台1、悬浮模块2、第一弹性连接件3、第二弹性连接件4、拉杆5、长T型转臂6、短T型转臂7。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

参见图3-6，用于四悬浮模块的导向机构，其包括沿纵向排布的第一至第五对滑台1，分别为一位、二位、……五位滑台，每对滑台沿横向排布，第一、第三、第五对滑台1为活动滑台，活动滑台位于车体(未图示)的下方，车体底部具有用于引导活动滑台的导轨，活动滑台能够沿着导轨进行横向移动，第二、第四对滑台为固定滑台，固定滑台固定设置于车体的底部，每一个悬浮模块2的两端通过空气弹簧(未图示)与纵向相邻的两个滑台相连，纵向排布的五个滑台对应于四个悬浮模块(连接于一对滑台的悬浮模块为一个悬浮模块)；导向机构包括沿着纵向中心线和横向中心线对称布置的第一导向结构和第二导向结构，第一导向结构包括两个第一弹性连接件3、两个第二弹性连接件4、两个拉杆5、长T型转臂6和短T型转臂7；长T型转臂6和短T型转臂7的横向宽度相同，即长T型转臂6和短T型转臂7均相对于纵向中心线对称，两者的差异在于长T型转臂6的纵向长度大于短T型转臂7的纵向长度(长度比约为3：1)；

长T型转臂6横向的两个端部和短T型转臂7横向的两个端部通过两根拉杆5连接，组成平行四边形结构且位于滑台之间的空间内；

长T型转臂6的第三个端部分别与两个第一弹性连接件3的一端铰接，两个第一弹性连接件3的另一端分别与第一对滑台(一位滑台)铰接；短T型转臂7的第三个端部分别与两个第二弹性连接件4的一端铰接，两个第二弹性连接件4的另一端分别与第三对滑台(三位滑台)铰接；由于第二导向结构和第一导向结构既关于纵向中心线对称又关于横向中心线对称，相应地，第二导向结构的两个第一弹性连接件3分别与第五对滑台(五位滑台)铰接，第二导向结构两个第二弹性连接件4分别与第三对滑台(五位滑台)铰接。需要说明的是，这里纵向、横向是指车体的纵向和横向方向。

第一弹性连接件3、第二弹性连接件4采用橡胶关节、弹簧或气缸等弹性元件。

如图4、图5所示，当磁浮车辆进入曲线轨道时，假设一位滑台1先进入曲线轨道，后续滑台未进入曲线时(且曲线为逆时针方向)，第一导向结构对应的一位滑台将带动两个第一弹性连接件3运动，并带动长T型转臂6转动，但由于第一弹性连接件3的弹性变形(靠曲线外侧的的第一弹性连接件3受压压缩，内侧的第一弹性连接件3受拉拉伸)，从而减小长T型转臂6的转动角度，再通过拉杆5带动短T型转臂7转动，进而通过第二弹性连接件4带动三位滑台1运动，但由于第二弹性连接件4的弹性变形，三位滑台1的运动量将有效减小，再通过第二导向结构中的第二弹性连接件、第一弹性连接件的弹性变形，五位滑台1的运动量将大大减小可忽略不计。从而有效减小空气弹簧的横向载荷，有效减小导向机构内部的载荷，并且保证悬浮模块在进出曲线时有良好的姿态。

如图6所示，当磁浮车辆在直线轨道上行驶时，滑台1均位于直线磁轨上，当轨道出现局部扭曲时，一位滑台1跟随轨道小幅运动，通过第一导向结构的第一弹性连接件3、第二弹性连接件4的弹性变形可基本消除一位滑台的运动量，进而不会对三位滑台产生影响。以此可以过滤因轨道扭曲等导致的一些不期望的小幅横向运动的向后传递，提高磁浮列车的平稳性和舒适性。

通过对第一弹性连接件和第二弹性连接件的刚度的设定，可以使得车辆的横向载荷较为均匀的传递到悬浮模块上。

为使四悬浮模块车辆能顺利通过曲线，当导向机构的长T型转臂与短T型转臂的纵向长度比例设置为3:1，设单个空气弹簧的横向刚度为k，单个第一弹性连接件的刚度为k₁，单个第二弹性连接件的刚度为k₂，长T型转臂处的综合刚度为K₁，短T型转臂处的综合刚度为K₂。则：

如图7所示，在车体受一定横向力F后，车体偏移距离为Δ,短T型转臂平移距离为δ，相对于车体位移为(Δ+δ)；长T型转臂平移距离为3δ，相对于车体位移为(Δ-3δ),长T型转臂处横向力为F₁，短T型转臂处横向力为F₂。

根据单个导向结构的力矩平衡，

F₁：F₂＝1：3

F₁＝2·K₁·(Δ-3δ)

F₂＝2·K₂·(Δ+δ)

可得

单个导向结构对车体的等效横向刚度为：

由于F₁：F₂＝1：3，长、短T型转臂提供的等效刚度比为1:3。

长T型转臂提供等效刚度为

，

短T型转臂提供的刚度为

悬浮模块上四个空气弹簧处得的等效刚度(因车体对称，只考虑前半节车，单侧四个空气弹簧)为：

1位空气弹簧处(对应1位滑台位置)与4位空气弹簧处(对应3位滑台位置)的等效刚度始终为1:3的关系。

a)现有技术中，横向拉杆为刚性连接(无弹性)时，k₁、k₂无限大，K₁＝K₂＝k。

悬浮模块上每位空气弹簧处得的等效刚度(因对称，只考虑前半节车，单侧四组空气弹簧)为：

0.4k：k：k：1.2k

悬浮模块上每位空气弹簧处(单侧)对应的横向载荷分别为

F/36、5F/72、5F/72、F/12

每个空气弹簧处的载荷都不相同，3位滑台对应的空气弹簧出的载荷最大为0.08333F，对悬浮电磁铁的导向能力要求较高。

b)当横向拉杆采用本申请的弹性连接件时，

悬浮模块上四个空气弹簧处得的等效刚度(因对称，只考虑前半节车，单侧四组空气弹簧)为：

悬浮模块上每位空气弹簧处(单侧)对应的横向载荷分别为

当f₂＝f₃＝f₄时，2、3、4位空气弹簧处的横向载荷一致，可得

当k₁、k₂满足上述公式：

时，2、3、4位空气弹簧处的横向载荷一致，此时

f₁＝0.025F，f₂＝f₃＝f₄＝0.075F

相对于现有技术a)的情况，载荷分布相对均匀，并且小于现有技术中的最大载荷，减小了对悬浮电磁铁的载荷要求。

比如当第一弹性连接件、第二弹性连接件的刚度一致时，k1＝k2＝5k，2、3、4位空气弹簧处的横向载荷一致。

上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是局限性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种适用于四悬浮模块磁浮车辆的导向机构，其包括沿纵向排布的第一至第五对滑台(1)，每对滑台(1)沿横向排布，第一、第三、第五对滑台为活动滑台，第二、第四对滑台为固定滑台，每一个悬浮模块(2)的两端通过空气弹簧与纵向相邻的两个滑台(1)相连，纵向排布的五个滑台(1)对应于四个悬浮模块(2)；其特征在于，所述导向机构包括沿着纵向中心线和横向中心线对称布置的第一导向结构和第二导向结构，所述第一导向结构包括两个第一弹性连接件(3)、两个第二弹性连接件(4)、两个拉杆(5)、长T型转臂(6)和短T型转臂(7)；长T型转臂(6)和短T型转臂(7)的横向宽度相同，长T型转臂(6)的纵向长度大于短T型转臂(7)的纵向长度；

长T型转臂(6)横向的两个端部和短T型转臂(7)横向的两个端部通过所述两根拉杆(5)连接，组成平行四边形结构且位于第一至第三对滑台之间的空间内；

所述长T型转臂(6)的第三个端部分别与两个第一弹性连接件(3)的一端铰接，两个第一弹性连接件(3)的另一端分别与第一对滑台(1)铰接；所述短T型转臂的第三个端部分别与两个第二弹性连接件(4)的一端铰接，两个第二弹性连接件(4)的另一端分别与第三对滑台(1)铰接；相应地，所述第二导向结构的两个第一弹性连接件(3)分别与第五对滑台(1)铰接，所述第二导向结构两个第二弹性连接件(4)分别与第三对滑台(1)铰接。

2.根据权利要求1所述的一种适用于四悬浮模块磁浮车辆的导向机构，其特征在于，所述第一弹性连接件(3)、第二弹性连接件(4)采用橡胶关节、弹簧或气缸。

3.根据权利要求1所述的一种适用于四悬浮模块磁浮车辆的导向机构，其特征在于，所述第一弹性连接件(3)的刚度为k₁，所述第二弹性连接件(4)的刚度k₂；空气弹簧的横向刚度为k，则k₁、k₂满足公式：

4.根据权利要求3所述的一种适用于四悬浮模块磁浮车辆的导向机构，其特征在于，所述第一弹性连接件(3)和第二弹性连接件(4)的刚度满足：k₁＝k₂＝5k。

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