CN112960007A - 主动倾摆装置 - Google Patents

Abstract

本发明实施例涉及一种主动倾摆装置，包括：主动倾摆装置包括：第一可调连杆、第二可调连杆、第一扭臂、第二扭臂、第一扭杆、第二扭杆、第一法兰、第二法兰、第三法兰、减速机、电机和外套支座；减速机的输入端通过第三法兰与电机连接，外套支座连接在减速机的外壳上，电机设置在外套支座内；第一法兰连接在减速机的输出端，第一扭杆的一端与第一法兰过盈配合，另一端与第一扭臂过盈配合；第一可调连杆与第一扭臂球铰连接；第二法兰与外套支座固定连接，第二扭杆的一端与第二法兰过盈配合，另一端与第二扭臂过盈配合；第二可调连杆与第二扭臂球铰连接。

Description

主动倾摆装置

技术领域

本发明涉及轨道交通技术领域，尤其涉及一种主动倾摆装置。

背景技术

高速化和舒适性是轨道车辆发展的趋势，但是由于线路条件限制，比如曲线段数量大、小半径曲线多等特点，单纯提高车辆运行速度会增大转弯过程中车辆的未平衡离心力，影响乘客的舒适度和车辆的安全性、稳定性。考虑到建设高速铁路成本高、维修费用高、技术要求高等因素，期望现有线路上对车辆进行改造，从而达到提高车辆运行速度的目的。

摆式列车是在既有线路提速的一种有效技术措施，作用原理如图1所示。其特点是当车辆进入曲线段时,根据检测系统测得线路信息,传输给控制系统计算出车体需要额外产生的倾斜角度,相当于增加了一个额外的超高,因而增大了向心力,使超速离心力大部分得到平衡,保证了列车能高速平稳通过弯道,乘客感觉到的离心力大大减小,乘坐舒适度显著提高。

抗侧滚扭杆的工作原理是当左右弹簧发生相互反向的垂向位移时(即车体侧滚时)，水平放置的两个扭臂对于扭杆分别有一个相互反向的力与力矩的作用，使弹性扭杆承受扭矩而产生扭转弹性变形，起着扭杆弹簧作用，扭杆弹簧的反力矩，总是与车体产生侧滚角位移的方向相反，以约束车体的侧滚振动。但是，当左右弹簧为同向垂向位移时，因扭杆两端为转轴及轴承支承，所以左右两个扭臂只是使扭杆产生同向的转动，而不产生扭杆弹簧作用，故对车体不产生抗侧滚作用。

对于两点支撑的车辆，抗侧滚扭杆刚度较大，如果采用其他倾摆方式，抗侧滚扭杆会产生较大的力矩阻力，阻碍车体倾摆，造成作动器较大甚至超出其他部件承载力、强度的最大极限值。

针对这一问题，我们通过分析，认为改造抗侧滚扭杆是最优的选择方案。

发明内容

本发明的目的是提供一种主动倾摆装置，其结构简单，通过在抗侧滚扭杆的基础上增加减速机和电机即可实现车辆进入缓和曲线时的车体主动倾摆。

为此，第一方面，本发明实施例提供了一种主动倾摆装置，包括：第一可调连杆、第二可调连杆、第一扭臂、第二扭臂、第一扭杆、第二扭杆、第一法兰、第二法兰、第三法兰、减速机、电机和外套支座；

减速机的输入端通过第三法兰与电机连接，外套支座连接在减速机的外壳上，电机设置在外套支座内；

第一法兰连接在减速机的输出端，第一扭杆的一端与第一法兰过盈配合，另一端与第一扭臂过盈配合；第一可调连杆与第一扭臂球铰连接；

第二法兰与外套支座固定连接，第二扭杆的一端与第二法兰过盈配合，另一端与第二扭臂过盈配合；第二可调连杆与第二扭臂球铰连接。

优选的，在直线线路运行时，所述电机反向扭矩抱死减速机输入轴，电机和减速机不发生转动；

当车辆进入缓和曲线，控制系统控制电机转动，驱动减速机的输出端和外壳向相反方向转动，分别带动第一扭杆和第二扭杆向相反方向转动，进而带动第一扭臂和第二扭臂一上一下转动，实现车体的倾摆。

优选的，所述第一扭臂、第二扭臂、第一扭杆、第二扭杆、第一法兰和第二法兰均为锻造加工制成。

优选的，所述减速机具体包括：RV减速机或谐波减速机。

优选的，所述主动倾摆装置安装于枕梁和转向架构架之间；

所述第一扭杆和所述第二扭杆的端部分别通过支座与枕梁连接；所述支座的内部装有轴承，用以所述第一扭杆和所述第二扭杆分别绕轴承的轴向转动；

所述第一可调连杆和第二可调连杆的末端分别设有橡胶球铰节点或球铰轴承，所述第一可调连杆和第二可调连杆通过所述橡胶球铰节点或球铰轴承与转向架构架的支座连接，用以所述第一可调连杆和第二可调连杆分别相对于所述支座转动。

第二方面，本发明实施例提供了一种主动倾摆装置包括：第一可调连杆、第二可调连杆、第一扭臂、第二扭臂、扭杆、第一法兰、第二法兰、第三法兰、减速机、电机和外套支座；

减速机的输入端通过第三法兰与电机连接；外套支座连接在减速机的外壳上，电机设置在外套支座内；

第一法兰通过螺钉连接在减速机的输出端，第一扭臂与第一法兰连接，第一可调连杆与第一扭臂球铰连接；

第二法兰与外套支座固定连接，扭杆的一端与第二法兰过盈配合，另一端与第二扭臂过盈配合；第二可调连杆与第二扭臂球铰连接。

优选的，在直线线路运行时，所述电机反向扭矩抱死减速机输入轴，电机和减速机不发生转动；

当车辆进入缓和曲线，控制系统控制电机转动，驱动减速机的输出端和外壳向相反方向转动，从而带动第一扭臂、以及通过扭杆带动第二扭臂一上一下转动，实现车体的倾摆。

优选的，所述第一扭臂、第二扭臂、扭杆、第一法兰和第二法兰均为锻造加工制成。

优选的，所述减速机具体包括：RV减速机或谐波减速机。

优选的，所述主动倾摆装置安装于枕梁和转向架构架之间；所述扭杆通过支座与枕梁连接；所述支座的内部装有轴承，用以所述扭杆绕轴承的轴向转动；

所述第一可调连杆和第二可调连杆的末端分别设有橡胶球铰节点或球铰轴承，所述第一可调连杆和第二可调连杆通过所述橡胶球铰节点或球铰轴承与转向架构架的支座连接，用以所述第一可调连杆和第二可调连杆分别相对于所述支座转动。

本发明实施例提供的主动倾摆装置，通过在抗侧滚扭杆的基础上增加减速机和电机，即可实现车辆进入缓和曲线时的车体主动倾摆。该装置结构简单，倾摆阻力小，对转向架结构更改小，与现有结构兼容性好，适合于车体两点支撑方式、两空气弹簧跨距较小和抗侧滚扭杆侧滚刚度较大的转向架。

附图说明

图1为现有技术应用的摆式列车原理示意图；

图2为本发明实施例1提供的一种主动倾摆装置结构示意图；

图3为本发明实施例1提供的一种主动倾摆装置的透视图；

图4为本发明实施例提供的主动倾摆装置的安装示意图；

图5为本发明实施例2提供的一种主动倾摆装置结构示意图。

具体实施方式

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

本发明实施例提供了一种主动倾摆装置，特别适合于车体两点支撑方式、两空气弹簧跨距较小和抗侧滚扭杆侧滚刚度较大的转向架。

图2为本发明实施例1提供的一种主动倾摆装置结构示意图，图3为本发明实施例1提供的一种主动倾摆装置的透视图；结合图2、图3所示，本发明提供的主动倾摆装置包括：第一可调连杆11、第二可调连杆12、第一扭臂21、第二扭臂22、第一扭杆31、第二扭杆32、第一法兰41、第二法兰42、第三法兰43、减速机5、电机6和外套支座7；

减速机5的输入端通过第三法兰43与电机6连接，外套支座7连接在减速机5的外壳上，电机6设置在外套支座7内；

第一法兰41通过螺钉连接在减速机5的输出端，第一扭杆31的一端与第一法兰41过盈配合，另一端与第一扭臂21过盈配合；第一可调连杆11与第一扭臂21球铰连接，方便第一可调连杆11与第一扭臂21之间相互转动；

第二法兰42与外套支座7固定连接，第二扭杆32的一端与第二法兰42过盈配合，另一端与第二扭臂22过盈配合；第二可调连杆12与第二扭臂22球铰连接，方便可调第二可调连杆12与第二扭臂22之间相互转动。

为保证部件强度，第一扭臂21、第二扭臂22、第一扭杆31、第二扭杆32、第一法兰41、第二法兰42的加工方式选择锻造，并且进行热处理提高强度。

本发明的减速机5可以具体根据额定转矩、减速比、承受冲击，重量等因素选择适合的减速机，具体可以为RV减速机、谐波减速机等。

本发明的外套支座7具体为金属材质制成，可根据需要的尺寸、强度、重量来选择适当的材质，外套支座7通过螺钉连接在减速机5的外壳上，对减速机5的输入端和电机6起防护作用，并将扭杆2间接与减速机5的外壳连接。

本实施例的主动倾摆装置如图4所示，安装于车体下侧的枕梁100和转向架构架200之间；

第一扭杆31和第二扭杆32的端部分别通过支座101与枕梁100连接；支座101的内部装有轴承，用以第一扭杆31和第二扭杆32分别绕轴承的轴向转动；

第一可调连杆11和第二可调连杆12的末端分别设有橡胶球铰节点或球铰轴承，第一可调连杆11和第二可调连杆12通过橡胶球铰节点或球铰轴承与转向架构架200的支座201连接，用以第一可调连杆11和第二可调连杆12分别相对于支座201转动。

两个空气弹簧300分别设置在两侧的第一可调连杆11和第二可调连杆12的内侧。

本发明的主动倾摆装置由列车的控制系统控制，在列车行驶过程中，列车上安装的检测系统会实时检测列车的各项行驶状态参数，并发送给控制系统，对行驶状态进行判定。

结合图2-图4：

当判定车辆在直线行驶中，控制系统控制电机6反向扭矩抱死减速机5的输入轴，此时电机6和减速机5不发生转动。

当判定车体进入缓和曲线，控制系统生成控制信号，控制电机6转动，驱动减速机5的输出端和外壳向相反方向转动，分别带动第一扭杆31和第二扭杆32向相反方向转动，进而带动第一扭臂21和第二扭臂22一上一下转动，实现车辆的倾摆。

在车体倾摆过程中，两侧的空气弹簧300跟随车体高度升高、降低，由于两点支撑，空气弹簧的高度阀设置在中间位置，基本不会发生充排气。两空气弹簧附加气室在枕梁内侧相通，高度降低的空气弹簧内的气体会流向高度升高的空气弹簧内，这样两空气弹簧对车体倾摆产生阻力很小。

此外，本发明提供的主动倾摆装置，在电机失电时，还可以通过电机自带刹车装置抱死减速机，从而能够保持该装置的抗侧滚功能，避免因电机故障造成抗侧滚功能失效。也就是说，即使发生电机失电故障，也仅是失去倾摆功能，扭杆和可调连杆依然发挥其正常连接作用，车辆仍能安全正常的直线运行和以较高速度曲线运行。

本发明实施例提供的主动倾摆装置，通过在抗侧滚扭杆的基础上增加减速机和电机，即可实现车辆进入缓和曲线时的车体主动倾摆。该装置结构简单，倾摆阻力小，对转向架结构更改小，与现有结构兼容性好，适合于车体两点支撑方式、两空气弹簧跨距较小和抗侧滚扭杆侧滚刚度较大的转向架。

本发明实施例还提供了另一种主动倾摆装置，同样也是通过在抗侧滚扭杆的基础上增加减速机和电机实现车辆进入缓和曲线时的车体主动倾摆。

其结构如图5所示，包括：第一可调连杆(图中未示出)、第二可调连杆(图中未示出)、第一扭臂21、第二扭臂22、扭杆3、第一法兰41、第二法兰42、第三法兰43、减速机5、电机6和外套支座7；

减速机5的输入端通过第三法兰43与电机6连接；外套支座7连接在减速机5的外壳上，电机6设置在外套支座7内；

第一法兰41通过螺钉连接在减速机5的输出端，第一扭臂21与第一法兰41连接，第一可调连杆与第一扭臂21球铰连接，方便第一可调连杆与第一扭臂21之间相互转动；；

第二法兰42与外套支座7固定连接，通过外套支座7间接固定在减速机5的外壳上，扭杆3的一端与法兰42过盈配合，另一端与第二扭臂22过盈配合；第二可调连杆与第二扭臂球铰连接，方便可调第二可调连杆与第二扭臂22之间相互转动。

同样的，为保证部件强度，第一扭臂21、第二扭臂22、扭杆3、第一法兰41和第二法兰42的加工方式选择锻造，并且进行热处理提高强度。

减速机5可以具体根据额定转矩、减速比、承受冲击，重量等因素选择适合的减速机，具体可以为RV减速机、谐波减速机等。

本发明的外套支座7具体为金属材质制成，可根据需要的尺寸、强度、重量来选择适当的材质，外套支座7通过螺钉连接在减速机5的外壳上，对减速机5的输入端和电机6起防护作用，并将扭杆2间接与减速机5的外壳连接。本实施例的主动倾摆装置安装于车体的方式与前一实施例基本相同，主动倾摆装置安装于枕梁和转向架构架之间；扭杆通过支座与枕梁连接；支座的内部装有轴承，用以扭杆绕轴承的轴向转动；第一可调连杆和第二可调连杆分别通过其末端设有的橡胶球铰节点或球铰轴承与转向架构架的支座连接，从而第一可调连杆和第二可调连杆能够分别相对于支座转动。

在直线线路运行时，电机反向扭矩抱死减速机输入轴，电机和减速机不发生转动；

当车辆进入缓和曲线，控制系统控制电机转动，驱动减速机的输出端和外壳向相反方向转动，从而带动第一扭臂、以及通过扭杆带动第二扭臂一上一下转动，实现车体的倾摆。

本发明实施例提供的主动倾摆装置，通过在抗侧滚扭杆的基础上增加减速机和电机，即可实现车辆进入缓和曲线时的车体主动倾摆。该装置结构简单，倾摆阻力小，对转向架结构更改小，与现有结构兼容性好，适合于车体两点支撑方式、两空气弹簧跨距较小和抗侧滚扭杆侧滚刚度较大的转向架。

专业人员应该还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种主动倾摆装置，其特征在于，所述主动倾摆装置包括：第一可调连杆、第二可调连杆、第一扭臂、第二扭臂、第一扭杆、第二扭杆、第一法兰、第二法兰、第三法兰、减速机、电机和外套支座；

减速机的输入端通过第三法兰与电机连接，外套支座连接在减速机的外壳上，电机设置在外套支座内；

第一法兰连接在减速机的输出端，第一扭杆的一端与第一法兰过盈配合，另一端与第一扭臂过盈配合；第一可调连杆与第一扭臂球铰连接；

第二法兰与外套支座固定连接，第二扭杆的一端与第二法兰过盈配合，另一端与第二扭臂过盈配合；第二可调连杆与第二扭臂球铰连接。

2.根据权利要求1所述的主动倾摆装置，其特征在于，在直线线路运行时，所述电机反向扭矩抱死减速机输入轴，电机和减速机不发生转动；

当车辆进入缓和曲线，控制系统控制电机转动，驱动减速机的输出端和外壳向相反方向转动，分别带动第一扭杆和第二扭杆向相反方向转动，进而带动第一扭臂和第二扭臂一上一下转动，实现车体的倾摆。

3.根据权利要求1所述的主动倾摆装置，其特征在于，所述第一扭臂、第二扭臂、第一扭杆、第二扭杆、第一法兰和第二法兰均为锻造加工制成。

4.根据权利要求1所述的主动倾摆装置，其特征在于，所述减速机具体包括：RV减速机或谐波减速机。

5.根据权利要求1所述的主动倾摆装置，其特征在于，所述主动倾摆装置安装于枕梁和转向架构架之间；

所述第一扭杆和所述第二扭杆的端部分别通过支座与枕梁连接；所述支座的内部装有轴承，用以所述第一扭杆和所述第二扭杆分别绕轴承的轴向转动；

所述第一可调连杆和第二可调连杆的末端分别设有橡胶球铰节点或球铰轴承，所述第一可调连杆和第二可调连杆通过所述橡胶球铰节点或球铰轴承与转向架构架的支座连接，用以所述第一可调连杆和第二可调连杆分别相对于所述支座转动。

6.一种主动倾摆装置，其特征在于，所述主动倾摆装置包括：第一可调连杆、第二可调连杆、第一扭臂、第二扭臂、扭杆、第一法兰、第二法兰、第三法兰、减速机、电机和外套支座；

所述减速机的输入端通过第三法兰与电机连接；外套支座连接在减速机的外壳上，电机设置在外套支座内；

所述第一法兰通过螺钉连接在减速机的输出端，所述第一扭臂与第一法兰连接，第一可调连杆与所述第一扭臂球铰连接；

第二法兰与外套支座固定连接，扭杆的一端与法兰过盈配合，另一端与第二扭臂过盈配合；第二可调连杆与第二扭臂球铰连接。

7.根据权利要求6所述的主动倾摆装置，其特征在于，在直线线路运行时，所述电机反向扭矩抱死减速机输入轴，电机和减速机不发生转动；

当车辆进入缓和曲线，控制系统控制电机转动，驱动减速机的输出端和外壳向相反方向转动，从而带动第一扭臂、以及通过扭杆带动第二扭臂一上一下转动，实现车体的倾摆。

8.根据权利要求6所述的主动倾摆装置，其特征在于，所述第一扭臂、第二扭臂、扭杆、第一法兰和第二法兰均为锻造加工制成。

9.根据权利要求6所述的主动倾摆装置，其特征在于，所述减速机具体包括：RV减速机或谐波减速机。

10.根据权利要求6所述的主动倾摆装置，其特征在于，所述主动倾摆装置安装于枕梁和转向架构架之间；所述扭杆通过支座与枕梁连接；所述支座的内部装有轴承，用以所述扭杆绕轴承的轴向转动；

所述第一可调连杆和第二可调连杆的末端分别设有橡胶球铰节点或球铰轴承，所述第一可调连杆和第二可调连杆通过所述橡胶球铰节点或球铰轴承与转向架构架的支座连接，用以所述第一可调连杆和第二可调连杆分别相对于所述支座转动。

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