CN111824198A - 一种磁悬浮车辆的防侧倾转向架及其防侧倾装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种磁悬浮车辆的防侧倾转向架及其防侧倾装置，包括两根拉杆、两个滑块以及两个滑柱，拉杆的两端与滑块借助销轴和铰链孔可转动连接；滑块的中部开设有轴向的通孔，一个滑块对应套设于一个滑柱的外侧中部，滑块可沿滑柱的轴向滑动。所述两个滑块的中部均开设有第一销孔，所述两个滑柱的中部均开设有第二销孔，套设在一起的滑块‑滑杆的第一、第二销孔中均插设有一限位销，且限位销的两端部与滑块固定连接；第二销孔的第一宽度大于第一销孔的孔径，第二销孔的第二宽度大于第一销孔的孔径。本发明的防侧倾装置实现了两级机械解耦，提高了转向架的轨道表面跟随能力。两个滑柱均向内倾斜一定偏角δ，补偿了两侧纵梁横向距离的变化。

Description

一种磁悬浮车辆的防侧倾转向架及其防侧倾装置

技术领域

本发明属于磁悬浮车辆领域，具体为一种磁悬浮车辆的防侧倾转向架及其防侧倾装置。

背景技术

磁悬浮车辆技术以非接触的电磁力替代轮轨系统实现车体的支撑和牵引行驶，具有速度快、运行噪声小、舒适性好、转弯半径小、爬坡度大的优点，作为一种新型的交通运输工具，在高速铁路、城市客运交通、工厂货物运输、生产线产品输送等领域都具有广阔的应用前景。转向架是磁悬浮车辆的重要部件，位于车厢底部，是悬浮电磁铁和牵引电磁铁的安装基础，起到支承车体、驱动车辆运行以及导向、制动等作用。因此，转向架结构的性能直接影响到磁悬浮车辆整体的运行效果。

磁悬浮车辆在行驶过程中，车体通过转向架支承在两侧轨道上运行，两侧轨道在转道弯时会有高度差，使车体产生倾斜以克服离心力，在直道时也会由于制造和安装误差导致左右轨道表面不在一个水平内。为了保证电磁铁与轨道表面在垂直方向的悬浮距离，电磁铁必须平行于轨道表面而不能跟车体一起侧倾，因此转向架必须有一定的轨道表面跟随能力，要求安装电磁铁的纵梁与车体联接不能是刚性的，即在行驶过程中安装在转向架两侧纵梁上的电磁铁应当与车体实现机械解耦，同时限制纵梁上的电磁铁产生侧倾。磁悬浮车辆转向架防侧倾装置就是为了实现上述功能而设计的，它安装在转向架左右纵梁之间，起到机械联接作用的同时容许两纵梁之间产生相对运动，并限制转向架纵梁的侧倾，保证安装在纵梁下表面的电磁铁跟轨道表面始终保持平行。

现有的磁悬浮车辆转向架防侧倾装置，例如授权公告号为CN102501871B发明专利、授权公告号为CN201046707Y实用新型专利，主要由固定于左右纵梁之间的两个三角形梁板组成，通过吊杆连接构成平行四边形机构。这种机械结构允许转向架的左右侧梁之间有一定的自由度以实现运动解耦，并阻止转向架侧倾，但仅采用单级解耦机构，防侧倾效果及可靠性比较差；由于三角形梁板与转向架纵梁之间的铰接轴与轨道表面平行，左右纵梁之间的前后摆动只能由三角形梁板及关节处的橡胶材料的变形提供，运动范围有限，同时机构中的柔性联接元件弹性不足，导致缓冲和减振性能差，影响车辆的行驶平稳性和弯道通过能力。

发明内容

本发明的第一个目的是提供一种磁悬浮车辆转向架的防侧倾装置，采用机械解耦结构，使转向架电磁铁具备良好的轨道表面跟随能力，提高磁悬浮车辆的行驶平稳性和弯道通过能力。本发明的一种磁悬浮车辆转向架的防侧倾装置，包括两根拉杆、两个滑块以及两个滑柱，其中：

拉杆的两端均设有铰链孔，滑块的一侧设有一对铰链孔，两根拉杆的一端和一个滑块借助销轴和铰链孔可转动连接，两根拉杆的另一端和另一个滑块也借助销轴和铰链孔可转动连接；

滑块的中部开设有轴向的通孔，一个滑块对应套设于一个滑柱的外侧中部，以使滑块可沿滑柱的轴向滑动。

进一步的，所述两个滑块的中部均开设有第一销孔，所述两个滑柱的中部均开设有第二销孔，套设在一起的滑块-滑杆的第一、第二销孔中均插设有一限位销，且限位销的两端部与滑块固定连接；第二销孔的第一宽度D₂₁大于第一销孔的孔径φ₁，第二销孔的第二宽度D₂₂大于第一销孔的孔径φ₁。

根据一个优选实施例，所述第二宽度D₂₂与所述第一销孔的孔径φ₁的差值为1mm。

进一步的，所述两个滑块的两侧均设有缓冲弹簧，且缓冲弹簧套设在滑柱的外侧。

根据一个优选实施例，所述缓冲弹簧为圆柱螺旋压缩弹簧或橡胶弹簧。

进一步的，所述两个滑块与其通孔内套设的滑柱之间套均设有轴承套。

进一步的，所述轴承套的摩擦面上加注有润滑剂。

进一步的，所述两个滑柱均向内倾斜，滑柱的偏角δ的计算公式为：

式中，β为防侧倾装置工作时拉杆的最大转角，L为拉杆两端的铰链孔的中心距，S为滑块从初始平衡位置向上或下的最大移动量。

进一步的，在所述拉杆、滑块的连接处均设有阻尼器，且阻尼器套设在所述销轴的外侧，用于在拉杆与滑块之间的产生一定的静摩擦。

本发明的第二个目的是提供一种磁悬浮车辆的防侧倾转向架。本发明的一种磁悬浮车辆的防侧倾转向架，包括左、右两根纵梁和连接于两根纵梁之间的两套防侧倾装置，两套防侧倾装置的左、右两侧的滑柱对应与左、右两侧的纵梁固定连接；其中，

滑柱的上部设有外螺纹，且借助锁紧螺母与一固定支架的一端固定连接，该固定支架的另一端与纵梁固定连接；

滑柱的下部与一固定座的上部固定连接，该固定座的外侧焊接于纵梁的下部内侧。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、拉杆与滑块构成平行四边形结构，拉杆与滑块间具有转动自由度、滑块与滑杆间具有滑动自由度，实现了两级机械解耦，提高了转向架的轨道表面跟随能力。

2、滑杆的第二销孔的第二宽度D₂₂略微大于第一销孔的孔径φ₁，进而允许左、右两纵梁之间产生所需的小幅度的摇摆运动，提高了磁悬浮车辆的行驶平顺性。

3、通过滑柱的倾角对机构运动中产生的两侧纵梁横向距离的变化进行有效补偿。

4、通过设置缓冲弹簧，能够提高缓冲，吸收振动，提高了磁悬浮车辆的运行平稳性。

附图说明

图1为实施例的，安装于左、右纵梁上的磁悬浮车辆转向架的防侧倾装置的主视图。

图2为图1的防侧倾装置的一端与一侧纵梁的局部剖视示意图。

图3为图2的P处局部放大图。

图4为拉杆端部与滑块的连接处的局部剖视示意图，其中，视图方向为俯视。

图5为实施例的防侧倾导向架的纵梁和防侧倾装置的示意图。

图号说明：

10.拉杆，20.滑块，21.第一销孔，22.限位销，23.缓冲弹簧，24.弹簧座，25.轴承套，26.铰接部，30.滑柱，31.第二销孔，40.铰链孔，41.阻尼器，50.销轴，51.销轴端部处固定的限位装置。

60.纵梁，61.电磁铁，62.防侧倾装置，63.固定支架，64.固定座，65.锁紧螺母，66.螺栓，67.螺母，70.轨道。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明进一步说明。

如图1所示，本实施例的磁悬浮车辆转向架的防侧倾装置包括两根拉杆10、两个滑块20以及两个滑柱30。

拉杆10的两端均设有铰链孔40；滑块20的一侧设有一对相应的铰链孔40，且呈上下排布；拉杆10的端部和滑块20通过销轴50(见图4)插入两者的铰链孔40实现可转动地连接。因此，拉杆10的一端和一个滑块20构成铰链连接结构，拉杆10的另一端和另一个滑块20也构成铰链连接结构。两根拉杆10两端的铰链孔40的中心距相同，平行地连接于所述两个滑块20之间，铰链孔40内插设的销轴50则构成平行四边形的四个顶点，两根拉杆10和两个滑块20构成平行四边形结构。

两个滑块20、滑柱20对称地设于两根拉杆10的两端。滑块20的中部开设有轴向的通孔(图中未示出)，并借助该通孔套设于滑柱30的外侧中部。其中，滑柱30的长度长于滑块20的长度。这样，一个滑块20对应套设于一个滑柱30的外侧，滑块20可沿滑柱30的轴向滑动。

将所述防侧倾装置安装到导向架上时，滑柱30的两端可通过螺纹连接或焊接等方式固定在导向架的纵梁60上。当车辆行驶在高低不平的轨道70上或者需要转弯时，所述两个滑块20能够各自沿其中部套设的滑柱30适度上下滑动，且所述拉杆10的两端可转动，实现机械解耦。借助平行四边形结构，两个滑柱30的轴向得以保持不变，纵梁60与滑柱30固定连接，纵梁60则不会倾斜，进而避免了导向架侧倾。

结合图2和图3所示，进一步的，所述两个滑块20的中部均开设有第一销孔21，所述两个滑柱30的中部均开设有第二销孔31，在第一、第二销孔21、31中插设有限位销22。其中，一个限位销22对应插设于一组滑块-滑柱的第一、第二销孔21、31中，设于两根拉杆10两端的两组滑块20-滑柱30是对称的，相应的其它结构和组件也为对称设置，故不再分别赘述。

所述限位销22为圆柱形，所述第一销孔21也为圆柱形，与限位销22匹配；所述第二销孔31为两端为半圆形、中部为矩形的条形孔，第二销孔31的第一宽度(图3中D₂₁所示)大于第一销孔21的孔径(图3中φ₁所示)，第二销孔31的第二宽度(图3中D₂₂所示)略大于第一销孔21的孔径φ₁。限位销22的宽度与第一销孔21的孔径相同，且限位销22的两端与滑块20可采用螺纹或焊接的方式固定连接，进而保证限位销22与滑块20之间无相对运动。

所述第一销孔21和第二销孔31的作用如下：

1)所述第一宽度D₂₁大于第一销孔的孔径φ₁，使得在轨道高低不平或需要转弯时滑块20仍能沿滑柱30适度滑动，以保证导向架不侧倾。

2)所述第二宽度D₂₂略微大于第一销孔的孔径φ₁，使得滑块20能以滑柱30为轴，产生微小的摆动。借此，转向架的左、右两纵梁60间获得微小的摆动自由度，这有助于提高磁悬浮车辆的行驶平顺性。对本领域技术人员而言，容易理解，所述第二宽度D₂₂与所述第一销孔的孔径φ₁的差值在本发明中没有绝对限定，根据转向架的工况差异，可以进行微调，为了保证摆动幅度适宜，该差值优选为1mm。

进一步的，所述两个滑块20的两侧均设有缓冲弹簧23，且缓冲弹簧23套设在滑柱30的外侧。即每个滑块20的上侧设有一个缓冲弹簧23，下侧也设有一个缓冲弹簧23，滑块20夹在两个缓冲弹簧23之间。可借助固定件将滑柱30的两端固定连接在导向架的纵梁60上，同时固定件夹在缓冲弹簧23的外侧可起到限位的作用。其中，缓冲弹簧23可优选为圆柱螺旋压缩弹簧或橡胶弹簧，前者的缓冲性能好、位移量大，后者吸振能力强，但工作行程比较短，可根据工况需要进行选择。

不论是滑块20需要沿滑杆30滑动还是以滑杆30为轴摆动，缓冲弹簧23均能起到吸振和缓冲的作用，可以进一步提高磁悬浮车辆的运行平稳性。为了让压力分布更加均衡，可在每个缓冲弹簧23的两侧设置弹簧座24，缓冲弹簧23的两端面磨平，压紧于一对弹簧座24之间。这样，从滑柱30的中部到端部依次套设有滑块20、弹簧座24、缓冲弹簧23、弹簧座24。

进一步的，所述两个滑块20与其通孔内套设的滑柱30之间套设有轴承套25，轴承套25的材料可优选为聚四氟乙烯、锡青铜等耐磨材料，以降低零件表面的磨损。还可在摩擦面加注润滑剂，进一步降低磨损。例如，选用锡青铜轴承套作为所述轴承套25，并且在其内表面喷涂聚四氟乙烯。

进一步的，所述两个滑柱30均向内倾斜，滑柱30的偏角，即滑柱30的轴向与竖直方向所成角度δ。其中，偏角δ的计算公式为：

式中，β为防侧倾装置工作时拉杆10的最大转角，L为拉杆10两端的铰链孔40的中心距，S为滑块20从初始平衡位置向上或下的最大移动量。

所述滑块-拉杆构成的平行四边形结构在工作过程中，导向架的左、右纵梁60之间会发生横向相对移动。通过所述偏角δ，可使得导向架左、右纵梁60之间的横向距离变化得到补偿。以左轨道高、右轨道低为例：

此时磁悬浮车辆的车体向右侧倾；要保持导向架纵梁60上的电磁铁61与轨道70的表面平行，所述防侧倾装置的拉杆10转动，呈倾斜状态，左纵梁60和右纵梁60之间的横向距离本应减小，但由于所述两个滑柱10向内倾斜，滑块20可沿滑柱30滑动，那么左边的滑块20沿其中部的滑柱30向下滑动，右边的滑块20沿其中部的滑柱30向上滑动，两个滑块20的位移在横向上的分量补偿了拉杆10倾斜所致的两纵梁60的横向距离的变化。

结合图4所示，所述滑块20的铰链孔40处均向外凸出，构成两个叉形的铰接部26。拉杆10的端部插在叉形的铰接部26内侧，再使用销轴50插入拉杆10及滑块20的铰链孔40实现可转动连接。为了防止销轴50从铰链孔40中脱出，在销轴50的两端部、滑块20的铰接部26外侧设置限位装置51，例如卡簧。

进一步的，在所述拉杆10、滑块20的连接处均设有阻尼器41，用于在拉杆10与滑块20之间的产生一定的静摩擦力。本实施例中，该阻尼器41优选为带孔橡胶垫。安装时，阻尼器41套设在所述销轴50的外侧，且为阻尼器41设定一定的压缩量，阻尼器41的两侧顶在滑块20的铰接部26与拉杆10之间。根据阻尼器41安装时设定的压缩量等可确定拉杆10与滑块20之间的最大静摩擦力。由于静摩擦力的存在，当轨道仅存在较小程度的不平时，以所述销轴50为轴，拉杆10的力矩不足以克服所述静摩擦力，因此拉杆10不发生转动，此时仅需滑块20沿滑杆30的轴向小幅度浮动即可保证导向架不侧倾。

如图5所示，本实施例的磁悬浮车辆的防侧倾转向架包括左、右两根纵梁60和连接于两根纵梁之间的两套防侧倾装置62。

结合图1和图2所示，两根纵梁60的底部均固定有电磁铁61，且纵梁60、防侧倾装置62以及电磁铁61均为对称设置。两套防侧倾装置中，左侧的滑柱30对应与左侧的纵梁60固定连接，右侧的滑柱30则对应与右侧的纵梁60固定连接。其中，每套防倾侧装置的左、右两个滑柱30的轴线所处的平面，与两根纵梁60所处的平面互相垂直，拉杆10的铰链孔40的轴线则与纵梁60的平行。

运行时，电磁铁61的下方铺设有轨道70，整个转向架通过其纵梁60下部的电磁铁61产生的磁场力支撑，悬浮于轨道上方。为了减轻车辆的重量，纵梁60的结构和材料优选为铝合金矩形型材。

所述滑柱30的上部借助固定支架63与纵梁60固定连接，所述滑柱30的下部借助固定座64与纵梁60固定连接。其中：

滑柱30的上部设有外螺纹；固定支架63的一端设有与滑柱30上部匹配的固定孔(图中未示出)，且套设于滑柱30的上部，再将锁紧螺母65拧在滑柱上部，通过螺纹配合的方式固定连接；

固定支架63的另一端及纵梁60的顶部也设有固定孔(图中未示出)，将螺栓66拧入该固定孔，且配合螺母67进行固定。其中，滑柱30上部与锁紧螺母65的螺纹优选为细牙联接螺纹，以提高放松效果。

滑柱30的下部与固定座64的上部固定连接，固定座64则固定连接于纵梁60的下部内侧，其中固定座64与滑柱30、纵梁60的固定连接方式优选为焊接，以提高结构强度，或者为方便拆装，也可采用螺栓连接的方式。

所述滑柱30的上、下两端完成固定后，其外侧从中部至固定支架63或固定座64之间依次套设有：滑块20及轴承套25、弹簧座24、缓冲弹簧23、弹簧座24。

与现有技术相比，本发明的防侧倾转向架及其防侧倾装置的结构设计更加合理，更好地解决了机械解耦的问题，避免导向架侧倾，同时能够提高磁悬浮车辆的平稳性。

防侧倾装置的两根拉杆10和两个滑块20构成平行四边形结构，滑块20与拉杆10间可发生转动，两者连接处设置有阻尼器41；滑块20可沿其中部套设的滑杆30适度滑动，且还能以该滑杆30为轴发生微小摆动。在磁悬浮车辆行驶过程中，防侧倾装置工作模式主要包括以下两种情况：

1)左、右两侧的轨道70存在较小幅度的高低起伏，本发明的防侧倾装置由于设有阻尼器41，此时拉杆10和滑块20之间不会发生转动，仅通过滑块20沿滑杆30的上下滑动即可维持电磁铁61与轨道70之间的合理间隙，使电磁铁61与轨道70的表面保持平行，车辆的行驶平稳性得到提高。因此，滑块20沿滑杆30的轴向滑动自由度的释放，实现了一级机械解耦。

2)左、右两侧的轨道70存在较大的高度差，尤其是在转弯处，除了滑块20的上下滑动之外，拉杆10的两端与滑块20的连接处克服摩擦阻力，开始转动，使左、右纵梁60产生垂直偏移，以维持电磁铁61与轨道70之间的合理间隙；由于拉杆10一旦转动，会较大幅度地改变左、右纵梁60之间的横向距离，通过所述滑柱30的偏角δ补偿了该横向距离的变化。因此，结合滑块20沿滑杆30的轴向滑动自由度的释放，拉杆10的端部绕销轴50的转动自由度的释放，实现了两级机械解耦。

同时，本发明的防侧倾转向架及其防侧倾装置的滑块20还具有微小摆动自由度，滑块20两侧设有缓冲弹簧23，这样就能够吸收振动，提供缓冲。

以上实施例详细介绍了本发明的磁悬浮车辆的防侧倾转向架及其防侧倾装置的结构和工作原理，但不应视为对本发明的限制。容易理解，本领域技术人员还可以在本发明的技术方案的基础上进行修改、替换和进一步改进，但任何的修改或等同替换都将落入本发明的权利要求书所要求保护的范围内。

Claims (10)

1.一种磁悬浮车辆转向架的防侧倾装置，其特征在于包括两根拉杆、两个滑块以及两个滑柱，其中：

拉杆的两端均设有铰链孔，滑块的一侧设有一对铰链孔，两根拉杆的一端和一个滑块借助销轴和铰链孔可转动连接，两根拉杆的另一端和另一个滑块也借助销轴和铰链孔可转动连接；

滑块的中部开设有轴向的通孔，一个滑块对应套设于一个滑柱的外侧中部，以使滑块可沿滑柱的轴向滑动。

2.根据权利要求1所述的防侧倾装置，其特征在于，所述两个滑块的中部均开设有第一销孔，所述两个滑柱的中部均开设有第二销孔，套设在一起的滑块-滑杆的第一、第二销孔中均插设有一限位销，且限位销的两端部与滑块固定连接；第二销孔的第一宽度D₂₁大于第一销孔的孔径φ₁，第二销孔的第二宽度D₂₂大于第一销孔的孔径φ₁。

3.根据权利要求2所述的防侧倾装置，其特征在于，所述第二宽度D₂₂与所述第一销孔的孔径φ₁的差值为1mm。

4.根据权利要求1所述的防侧倾装置，其特征在于，所述两个滑块的两侧均设有缓冲弹簧，且缓冲弹簧套设在滑柱的外侧。

5.根据权利要求4所述的防侧倾装置，其特征在于，所述缓冲弹簧为圆柱螺旋压缩弹簧或橡胶弹簧。

6.根据权利要求1所述的防侧倾装置，其特征在于，所述两个滑块与其通孔内套设的滑柱之间套均设有轴承套。

7.根据权利要求6所述的防侧倾装置，其特征在于，所述轴承套的摩擦面上加注有润滑剂。

8.根据权利要求1所述的防侧倾装置，其特征在于，所述两个滑柱均向内倾斜，滑柱的偏角δ的计算公式为：

式中，β为防侧倾装置工作时拉杆的最大转角，L为拉杆两端的铰链孔的中心距，S为滑块从初始平衡位置向上或下的最大移动量。

9.根据权利要求1所述的防侧倾装置，其特征在于，在所述拉杆、滑块的连接处均设有阻尼器，且阻尼器套设在所述销轴的外侧，用于在拉杆与滑块之间的产生一定的静摩擦。

10.一种磁悬浮车辆的防侧倾转向架，包括左、右两根纵梁，其特征在于还包括连接于两根纵梁之间的两套防侧倾装置，两套防侧倾装置的左、右两侧的滑柱对应与左、右两侧的纵梁固定连接；其中，

滑柱的上部设有外螺纹，且借助锁紧螺母与一固定支架的一端固定连接，该固定支架的另一端与纵梁固定连接；

滑柱的下部与一固定座的上部固定连接，该固定座的外侧焊接于纵梁的下部内侧。

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