CN112644538A - 一种连杆长度被动调节方法及被动控制扭杆系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种连杆长度被动调节方法：通过在连杆上加装被动调节装置，能够根据控制指令实时在松开或锁紧两种状态之间转换，使得连杆长度能够调节或保持固定。本发明还涉及一种被动控制扭杆系统：包括：连杆、扭杆及支撑座，所述连杆上设置有被动调节装置，能够根据控制指令实时在松开或锁紧两种状态之间转换，使得连杆长度能够调节或保持固定。当在车辆直线或大曲率半径线路上运行时，连杆长度保持固定，使扭杆系统发挥传统扭杆的抗侧滚作用；在通过弯道时，连杆长度能够随主动倾摆系统自由地伸缩，以配合倾摆系统对车体侧滚角进行调节。

Description

一种连杆长度被动调节方法及被动控制扭杆系统

技术领域

本发明属于轨道交通行业，具体涉及一种连杆长度被动调节方法及被动控制扭杆系统。

背景技术

随着车辆运行速度以及乘坐舒适性要求不断提高，现有车辆悬挂系统难以满足列车高速曲线通过时的安全性和舒适性要求。摆式列车能够在车辆到达曲线前让车体主动倾摆，依靠自身重力平衡离心力，因此相比传统轨道交通车辆能够更好地解决高速曲线通过时安全性和舒适性问题。

摆式列车实现车体侧滚角度调节的关键部件为倾摆机构，现有摆式列车中常见的倾摆机构有四摆杆式、滚动导轨式、抗侧滚扭杆式和空气弹簧式。不同形式的倾摆机构实现车体主动侧滚的方式不一，难度和可靠性也大不相同，但无论何种方式在实现车体侧倾的过程中，均要求车体侧倾角度能够获得迅速响应，倾摆机构不应受到较大的阻力。

然而现有高速铁路悬挂系统中，为提高车辆侧滚刚度，防止车辆发生倾覆，通常设置了抗侧滚扭杆装置。传统的抗侧滚扭杆装置的左右连杆组件长度固定，在车辆运行过程中无法自由调节，因此在倾摆系统调节车体侧滚角的过程中，将引起抗侧滚扭杆轴扭转变形，从而对主动倾摆系统产生较大的阻力，不利于车体倾摆角度调节的快速响应。因此，设计一种在线被动控制可调连杆，配合主动倾摆系统，使得倾摆机构作动时连杆长度能够自由地伸缩，成为解决上述问题的关键。

传统的抗侧滚扭杆系统的连杆组件在车辆运行过程中长度固定，无法实时地根据运行状态进行调节，当其与主动倾摆系统配合使用时，车体侧滚角度的调节将带动连杆做上下运动，从而迫使扭杆轴扭转变形，阻碍倾摆系统对车体侧滚角的调节。此时要求连杆长度可自由地进行伸缩，以免阻碍倾摆系统对车体侧滚角的调节。

当在车辆直线或大曲率半径线路上运行时，无需对车体倾摆姿态进行主动干预，因此倾摆系统无需对车体侧滚角度进行调节，此时为防止车辆在横向侧风等复杂工况下发生侧翻，车辆应具备一定的抗侧滚刚度，即连杆长度应保持固定，使扭杆系统发挥传统扭杆的抗侧滚效果。

因此本发明首要解决的技术问题是：使连杆长度能够根据车辆运行需要实时进行调节，在自由伸缩和保持固定两种状态之间进行转换。

经专利检索，与本发明有一定关系的专利主要有以下专利：

1、申请号为“201610597642 .3”、申请日为“2016.07.26”、公开号为“CN106184268B”、公开日为“2018.09.25”、名称为“一种主动控制抗侧滚方法”、申请人为“西南交通大学”的中国发明专利，该发明公开了一种轨道交通用的抗侧滚扭杆装置及主动控制抗侧滚方法。该发明公开了一种可以对车体侧滚角度主动控制调节的抗侧滚扭杆装置以及利用该装置实现主动控制抗侧滚的方法。与现有技术比较，该发明解决了抗侧滚扭杆对线路和天气等环境适应性差的问题，可以在不影响正常车辆动力学性能的前提下，通过作动器施加作用力，抑制车体的侧滚运动，并且该作动器可以根据车辆运行速度的不同快速做出反应，满足车辆系统对抗侧滚作用的需求，实现了抗侧滚作用力可调、作用时间可控的目标，进一步可以提高车辆在复杂环境下的运行速度。该专利只是一种对车体侧滚角度主动控制调节的原理及方法，没有涉及连杆长度被动调节的技术问题。

2、申请号为“201810071851.3”、申请日为“2018.01.25”、公开号为“CN108327479A”、公开日为“2018.07.27”、名称为“一种用于越野车的主动动力调节悬架系统”、申请人为“湖南大学”的中国发明专利，该发明公开了一种用于越野车的主动动力调节悬架系统，安装在车身上的前扭杆和后扭杆；前扭杆和后扭杆均一侧连接车身一侧的车轮，另一侧连接连杆；所述连杆包括与前扭杆连接的前连杆和与后扭杆连接的后连杆；前连杆连接有前液压缸，后连杆连接有后液压缸；前液压缸与后液压缸的两端分别连通构成两个封闭油路；前液压缸与后液压缸的上腔与中部液压缸的上腔连通，下腔与中部液压缸的下腔连通；中部液压缸的活塞杆连接有锁紧调节机构。本发明的主动动力调节悬架系统能够实现车辆抗侧倾性能和消扭性能的兼顾，能够增大车辆转弯时的侧倾刚度，使车辆具有良好的侧倾稳定性，同时，能够消除车身扭转载荷，增加车轮行程，使车辆具有良好的越野通过性。该专利只是一种连杆被动调节的锁定装置，使车辆适应不同的路况，没有涉及轨道车辆的连杆及扭杆被动调节的技术问题。

3、申请号为“201910683078.0”、申请日为“2019.07.26”、公开号为“CN110329298A”、公开日为“2019.10.15”、名称为“一种抗侧滚扭杆自定位调整方法及装置”、申请人为“株洲时代新材料科技股份有限公司”的中国发明专利，该抗侧滚扭杆自定位调整方法及装置，将抗侧滚扭杆连杆从中间分成两部分，并在连杆两部分中间通过一个自定位调整装置连接起来，形成一个带有自定位调节装置的抗侧滚扭杆连杆；在连杆两部分中间安装带有调节连杆长度和自定位调整装置的自定位调节装置，通过带有调节连杆长度和自定位调整装置的自定位调节装置将连杆两部分连接起来。本发明通过自定位调节装置将连杆两部分连接起来即方便连杆的长度调整，而且在连杆的调整时能保证连杆的定位，避免在装车过程中由于可调式垂向连杆的上、下连杆节点相对位置偏差而影响连杆节点寿命；同时优化产品的检修工艺，能在不采取额外工装的情况下，更换锁紧螺母而完成产品检修。该专利只是一种连杆的安装调整装置，不能实现连杆长度实时被动调节。

4、申请号为“201621166973.3”、申请日为“2016.11.02”、公开号为“CN206141565U”、公开日为“2017.05.03”、名称为“一种用于直线电机车辆垂向连杆可调的抗侧滚扭杆装置”、申请人为“株洲时代新材料科技股份有限公司”的实用新型专利，该实用新型公开了一种用于直线电机车辆垂向连杆可调的抗侧滚扭杆装置，包括扭杆轴、扭转臂、支撑座组成、垂向连杆组成，所述垂向连杆组成包括左旋球头、垂向连杆和右旋球头，所述垂向连杆的上端和下端均设置为带内螺纹的管状且垂向连杆两端的内螺纹旋向相反；左旋球头和右旋球头通过螺纹连接方式分别连接在垂向连杆的上端和下端。本实用新型采用两端螺纹联接不同旋向特点，可在空间受限的情况下实现垂向连杆高度调节。可实现拆卸功能来节约维修成本和周期，而且可实现在空间受限的情况下调节垂向连杆高度，具备明显的优势。该专利只是一种连杆在安装和拆卸时的装置，不能实现连杆长度实时被动调节。

上述专利均没有涉及轨道车辆的连杆及扭杆被动调节的技术问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对现有技术中存在的缺陷，提供一种连杆长度被动调节方法及被动控制扭杆系统。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案为：一种连杆长度被动调节方法。将连杆分为连杆部件一和连杆部件二两部分，连杆部件一与连杆部件二通过被动调节装置活动连接，所述被动调节装置能够根据控制指令在松开或锁紧两种状态之间转换，使得连杆长度能够调节或保持固定。连杆长度能够随主动倾摆系统进行调节，在主动倾摆系统对车体进行倾摆调节时，连杆能够自由地伸缩，避免连杆阻碍主动倾摆系统的调节动作。

进一步地，连杆部件一插在连杆部件二内，被动调节装置处在连杆部件一与连杆部件二之间；当被动调节装置根据控制指令松开时，插在连杆部件二内的连杆部件一能够沿轴向伸缩，从而调节连杆长度；当被动调节装置根据控制指令锁紧时，会将连杆部件一与连杆部件二卡住，从而使连杆长度保持固定。

进一步地，当连杆部件一在连杆部件二内沿轴向伸缩、用来调节连杆长度时，连杆长度的调节范围能够根据控制指令进行调节。防止车体侧滚角度过大，确保行车安全。

进一步地，所述被动调节装置包括：伺服电机和传感器，所述伺服电机根据控制指令动作，从而使被动调节装置在松开与锁紧两种状态之间转换；所述传感器用来检测被动调节装置所处的状态，实现闭环控制。

本发明还涉及一种被动控制扭杆系统，包括：连杆、扭杆及支撑座，所述扭杆与支撑座转动连接，所述连杆的一端与扭杆铰接。所述连杆包括：连杆部件一、连杆部件二及被动调节装置，所述连杆部件一与连杆部件二通过被动调节装置活动连接，所述被动调节装置能够根据控制指令在松开或锁紧两种状态之间转换，使得连杆长度能够调节或保持固定。连杆长度能够随主动倾摆系统进行调节，在主动倾摆系统对车体进行倾摆调节时，连杆能够自由地伸缩，避免连杆阻碍主动倾摆系统的调节动作，使得车体侧滚角适应弯道，从而提高车辆运行速度；当车辆运行在直线或大曲率半径线路上时，无需对车体倾摆姿态进行主动干预，因此主动倾摆系统无需对车体侧滚角度进行调节，此时为防止车辆在横向侧风等复杂工况下发生侧翻，此时连杆长度保持固定，使扭杆系统发挥抗侧滚效果。

进一步地，所述被动调节装置采用螺杆螺母锁紧结构，包括：丝杆、右旋螺母、左旋螺母及限位环，所述丝杆的上段设置有右旋外丝、下段设置有左旋外丝；右旋螺母与右旋外丝配合连接，左旋螺母与左旋外丝配合连接；当丝杆旋转时，使右旋螺母及左旋螺母沿丝杆轴向相向移动，从而使右旋螺母及左旋螺母从限位环两侧锁紧限位环，以实现连杆长度保持固定；当丝杆反向旋转时，使右旋螺母及左旋螺母沿丝杆轴向背向移动，从而松开限位环，使得丝杆能够在限位环内上下自由伸缩，实现调节连杆长度。

进一步地，所述被动调节装置还包括导轨，所述右旋螺母及左旋螺母外周面均设置有与导轨滑动配合的卡槽，以防止右旋螺母及左旋螺母跟随丝杆旋转。

进一步地，所述丝杆采用滚珠丝杠，所述右旋螺母及左旋螺母均采用与滚珠丝杠匹配的滚珠螺母。滚珠丝杠机构具有转动摩擦力小、传动效率高、反应快速的特点，能够根据控制指令快速调节连杆长度。

进一步地，所述连杆部件一包括：上关节及上杆体，上关节与上杆体可拆卸连接。便于安装、拆卸和维护保养。

进一步地，所述连杆部件二包括：下关节及下杆体，下关节与下杆体可拆卸连接。便于安装、拆卸和维护保养。

本发明的有益效果为：本发明的被动控制扭杆系统的连杆能够据控制指令调节连杆长度，在主动倾摆系统对车体进行倾摆调节时，连杆能够自由地伸缩，避免连杆阻碍主动倾摆系统的调节动作，使得车体侧滚角适应弯道，从而提高车辆运行速度；当连杆长度保持固定时，被动控制扭杆系统发挥抗侧滚效果，以确保行车安全。采用本发明的被动控制扭杆系统可大幅度地降低车体倾摆时的阻力，使得在摆式列车悬挂系统中能够加装抗侧滚扭杆装置，具有改造难度低、可实现性强和维护简单的优点。

附图说明

图1为被动控制扭杆系统示意图，

图2为被动调节连杆结构示意图，

图3为被动调节连杆剖视示意图，

图4为被动调节连杆锁紧时剖视示意图，

图5为图4中D局部放大示意图，

图6为被动调节连杆松开后剖视示意图，

图7为被动调节连杆最短时剖视示意图，

图8为被动调节连杆最长时剖视示意图，

图中：1—连杆、11—上关节、12—上杆体、13—轴承、14—从动齿轮、15—丝杆、151—右旋外丝、152—右旋外丝、16—导轨、17—右旋螺母、18—限位环、19—左旋螺母、20—下杆体、21—下关节、22—伺服电机、23—主动齿轮、24—防尘罩、2—扭杆、3—支撑座、A—连杆一、B—连杆二、C—被动调节装置、L—连杆长度、L1—连杆锁紧长度、L2—连杆最短长度、L3—连杆最长长度、H—螺母间距、H1—锁紧时螺母间距、H2—松开时螺母间距、M—限位环厚度。

具体实施方式

下面通过具体的实施例并结合附图对本发明做进一步的描述：

扭杆系统如图1所示：包括：连杆1、扭杆2及支撑座3，扭杆2通过支撑座3固定在转向架上，同时扭杆2的两个转臂通过两个连杆1分别与车体两侧铰接。当车体倾斜时，车体两侧的连杆1分别带动扭杆2的两个转臂反向转动，使得扭杆2产生扭转变形，从而产生与车体倾斜反向的抗侧滚力矩，以平衡车体倾斜后产生的重力矩，确保行车安全。

连杆长度被动调节方法如图2和图3所示：将连杆分为连杆部件一A和连杆部件二B两部分，连杆部件一A与连杆部件二B通过被动调节装置C活动连接。所述被动调节装置C能够根据控制指令在松开或锁紧两种状态之间转换，使得连杆长度L能够调节或保持固定。

所述被动调节装置C采用螺杆螺母锁紧结构，包括：丝杆15、右旋螺母17、左旋螺母19、限位环18。所述丝杆15的上段设置有右旋外丝151、下段设置有左旋外丝152；右旋螺母17与右旋外丝151配合连接，左旋螺母19与左旋外丝152配合连接。

当丝杆15旋转时，使右旋螺母17及左旋螺母19沿丝杆15轴向相向移动，螺母间距H随之缩短，右旋螺母17及左旋螺母19从限位环18两侧向限位环18靠拢，最终右旋螺母17及左旋螺母19从限位环18两侧将限位环18卡紧，此时螺母间距H等于限位环厚度M。这时连杆长度L保持固定。

当丝杆15反向旋转时，使右旋螺母17及左旋螺母19沿丝杆15轴向背向移动，螺母间距H随之增大，右旋螺母17及左旋螺母19松开限位环18，此时丝杆15能够在限位环18内上下移动，其移动范围为：H-M，这时连杆能够自由伸缩，连杆长度L伸缩范围为：H-M。

从而使右旋螺母17及左旋螺母19从限位环18两侧锁紧限位环18，以实现连杆长度L保持固定；当丝杆15反向旋转时，使右旋螺母17及左旋螺母19沿丝杆15轴向背向移动，从而松开限位环18，使得丝杆15能够在限位环18内上下自由伸缩，实现调节连杆长度L。

本发明的被动控制扭杆系统中连杆实施例如图4至图8所示：所述连杆1包括：连杆部件一A、连杆部件二B及被动调节装置C，所述连杆部件一A与连杆部件二B通过被动调节装置C活动连接。

所述连杆部件一A包括：上关节11及上杆体12，上关节11与上杆体12可拆卸连接。所述连杆部件二B包括：下关节21及下杆体20，下关节21与下杆体20可拆卸连接。采用可拆卸连接便于上关节11或下关节21安装、拆卸和维护保养。

所述被动调节装置C采用螺杆螺母锁紧结构，包括：伺服电机22、主动齿轮23、从动齿轮14、轴承13、丝杆15、右旋螺母17、左旋螺母19、限位环18及导轨16。所述伺服电机22、主动齿轮23及轴承13设置在上杆体12内。所述丝杆15的上段设置有右旋外丝151、下段设置有左旋外丝152；右旋螺母17与右旋外丝151配合连接，左旋螺母19与左旋外丝152配合连接；所述右旋螺母17及左旋螺母19外周面均设置有与导轨16滑动配合的卡槽，以防止右旋螺母17及左旋螺母19跟随丝杆15旋转。丝杆15及右旋螺母17和左旋螺母19插在下杆体20内。

所述限位环18固定在下杆体20内，所述丝杆15插在下杆体20内，并穿过限位环18。所述右旋螺母17与左旋螺母19分别处在限位环18的上下两侧。

伺服电机22通过主动齿轮23啮合从动齿轮14带动丝杆15正方向旋转。当丝杆15旋转时，使右旋螺母17及左旋螺母19沿丝杆15轴向相向移动，螺母间距H随之缩短，右旋螺母17及左旋螺母19从限位环18两侧向限位环18靠拢，最终右旋螺母17及左旋螺母19从限位环18两侧将限位环18卡紧，此时螺母间距H为锁紧时螺母间距H1，等于限位环厚度M，此时连杆长度L保持固定在连杆锁紧长度L1，扭杆系统发挥正常的抗侧滚作用，使车辆在直线或大曲率半径线路上运行时，防止车辆在横向侧风等复杂工况下发生侧翻，确保行车安全。

当伺服电机22带动丝杆15反向旋转时，使右旋螺母17及左旋螺母19沿丝杆15轴向背向移动，螺母间距H随之增大，右旋螺母17及左旋螺母19松开限位环18。此时螺母间距H为螺母间距H松开时螺母间距H2，此时丝杆15能够在限位环18内上下移动，其移动范围为：H2-M，这时连杆能够自由伸缩，连杆长度L伸缩范围为：H2-M。当连杆收缩到右旋螺母17碰到限位环18时，这时连杆长度L为连杆最短长度L2（如图7所示）。当连杆伸长到左旋螺母19碰到限位环18时，这时连杆长度L为连杆最长长度L3（如图8所示）。

由于连杆长度L能够随主动倾摆系统进行调节，在主动倾摆系统对车体进行倾摆调节时，连杆长度L能够在H2-M范围内自由伸缩，避免连杆阻碍主动倾摆系统的调节动作，使得车体侧滚角适应弯道，从而提高车辆运行速度。

另外还能够通过控制松开时螺母间距H2，来控制连杆长度L伸缩范围（H2-M），从而控制车体侧滚角度，防止车体侧滚角度过大造成安全事故。

所述丝杆15可以采用普通螺纹、梯形螺纹或滚珠丝杠，在本实施例中丝杆15采用滚珠丝杠，所述右旋螺母17及左旋螺母19均采用与滚珠丝杠匹配的滚珠螺母。滚珠丝杠机构具有转动摩擦力小、传动效率高、反应快速的特点，能够根据控制指令快速调节连杆长度。

在连杆部件一A与连杆部件二B之间还设置有防尘罩24，所述防尘罩24采用风箱式结构，在连杆1伸缩时能够起到防尘作用，以防止空气中颗粒物和水汽污染润滑油。

综上所述：本发明的有益效果为：本发明的有益效果为：本发明的被动控制扭杆系统的连杆能够据控制指令调节连杆长度，在主动倾摆系统对车体进行倾摆调节时，连杆能够自由地伸缩，避免连杆阻碍主动倾摆系统的调节动作，使得车体侧滚角适应弯道，从而提高车辆运行速度；当连杆长度保持固定时，被动控制扭杆系统发挥抗侧滚效果，以确保行车安全。采用本发明的被动控制扭杆系统可大幅度地降低车体倾摆时的阻力，使得在摆式列车悬挂系统中能够加装抗侧滚扭杆装置，具有改造难度低、可实现性强和维护简单的优点。

以上实施例仅供说明本发明之用，而非对本发明的限制，有关技术领域的技术人员在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化或变换，因此所有等同的技术方案也应该属于本发明的保护范围，本发明的保护范围应该由各权利要求限定。

Claims (10)

1.一种连杆长度被动调节方法，其特征在于：将连杆分为连杆部件一（A）和连杆部件二（B）两部分，连杆部件一（A）与连杆部件二（B）通过被动调节装置（C）活动连接，所述被动调节装置（C）能够根据控制指令在松开或锁紧两种状态之间转换，使得连杆长度（L）能够调节或保持固定。

2.根据权利要求1所述的连杆长度被动调节方法，其特征在于：连杆部件一（A）插在连杆部件二（B）内，被动调节装置（C）处在连杆部件一（A）与连杆部件二（B）之间；当动调节装置（C）根据控制指令松开时，插在连杆部件二（B）内的连杆部件一（A）能够沿轴向伸缩，从而调节连杆长度（L）；当被动调节装置（C）根据控制指令锁紧时，会将连杆部件一（A）与连杆部件二（B）卡住，从而使连杆长度（L）保持固定。

3.根据权利要求2所述的连杆长度被动调节方法，其特征在于：当连杆部件一（A）在连杆部件二（B）内沿轴向伸缩、用来调节连杆长度（L）时，连杆长度（L）的调节范围能够根据控制指令进行调节。

4.根据权利要求3所述的连杆长度被动调节方法，其特征在于：所述被动调节装置（C）包括：伺服电机和传感器，所述伺服电机根据控制指令动作，从而使被动调节装置（C）在松开与锁紧两种状态之间转换；所述传感器用来检测被动调节装置（C）所处的状态，实现闭环控制。

5.一种被动控制扭杆系统，包括：连杆（1）、扭杆（2）及支撑座（3），所述扭杆（2）与支撑座（3）转动连接，所述连杆（1）的一端与扭杆（2）铰接，其特征在于：所述连杆（1）包括：连杆部件一（A）、连杆部件二（B）及被动调节装置（C），所述连杆部件一（A）与连杆部件二（B）通过被动调节装置（C）活动连接，所述被动调节装置（C）能够根据控制指令在松开或锁紧两种状态之间转换，使得连杆长度（L）能够调节或保持固定。

6.根据权利要求5所述的被动控制扭杆系统，其特征在于：所述被动调节装置（C）采用螺杆螺母锁紧结构，包括：丝杆（15）、右旋螺母（17）、左旋螺母（19）及限位环（18），所述丝杆（15）的上段设置有右旋外丝（151）、下段设置有左旋外丝（152）；右旋螺母（17）与右旋外丝（151）配合连接，左旋螺母（19）与左旋外丝（152）配合连接；当丝杆（15）旋转时，使右旋螺母（17）及左旋螺母（19）沿丝杆（15）轴向相向移动，从而使右旋螺母（17）及左旋螺母（19）从限位环（18）两侧锁紧限位环（18），以实现连杆长度（L）保持固定；当丝杆（15）反向旋转时，使右旋螺母（17）及左旋螺母（19）沿丝杆（15）轴向背向移动，从而松开限位环（18），使得丝杆（15）能够在限位环（18）内上下自由伸缩，实现调节连杆长度（L）。

7.根据权利要求6所述的被动控制扭杆系统，其特征在于：所述被动调节装置（C）还包括导轨（16），所述右旋螺母（17）及左旋螺母（19）外周面均设置有与导轨（16）滑动配合的卡槽，以防止右旋螺母（17）及左旋螺母（19）跟随丝杆（15）旋转。

8.根据权利要求7所述的被动控制扭杆系统，其特征在于：所述丝杆（15）采用滚珠丝杠，所述右旋螺母（17）及左旋螺母（19）均采用与滚珠丝杠匹配的滚珠螺母。

9.根据权利要求5所述的被动控制扭杆系统，其特征在于：所述连杆部件一（A）包括：上关节（11）及上杆体（12），上关节（11）与上杆体（12）可拆卸连接。

10.根据权利要求5所述的被动控制扭杆系统，其特征在于：所述连杆部件二（B）包括：下关节（21）及下杆体（20），下关节（21）与下杆体（20）可拆卸连接。

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