CN113291346A - 一种轴箱拉杆、转向架及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种轴箱拉杆、转向架及其控制方法。所述轴箱拉杆包括第一拉杆和第二拉杆；所述第一拉杆的一端开设有盲孔，所述第二拉杆的一端伸入所述盲孔内，且在第一拉杆的盲孔内壁与所述第二拉杆的外壁之间设有具有刚度且可随电磁场变化的磁敏感元件，所述磁敏感元件的外侧设有套装在所述第一拉杆上的励磁线圈。本发明可根据车辆运行状态自动调节轴箱纵向定位刚度，从而满足高速铁路与既有线路的互联互通运行的需要。

Description

一种轴箱拉杆、转向架及其控制方法

技术领域

本发明涉及一种轴箱拉杆、转向架及其控制方法，属于转向架结构设计领域。

背景技术

随着高速铁路的快速发展，其在铁路干线网中的比例越来越高。实现高速铁路与既有线路的互联互通，可以显著提高铁路运输效率及多样化运输模式，最大程度满足不同人群出行需要，促进社会经济发展。对于跨线运行动车组，为了保证车辆的高速运行稳定性就需要牺牲车辆的曲线通过性，增加轮轨磨耗及轮轴横向作用力。

传统转向架所普遍采用的被动式悬挂已经难以适应跨线运行的要求。高速铁路运行动车组与既有铁路运行车辆对轴箱定位参数要求具有显著差异。高速动车组为保证车辆运行稳定性，一般采用纵向刚度较大的轴箱定位装置。既有线路车辆运行速度较低，线路半径较小，车辆运用的主要矛盾为轮轨磨耗。

中国发明专利申请CN202010739532.2公开了一种径向转向架及轨道车辆，将构架分割为两个构架，并通过铰接将两个独立构架进行铰接来实现转向架的径向。文献《自导向转向架轴箱纵向定位刚度设计研究》开展了自导向转向架轴箱纵向定位刚度优化匹配研究，表明通过降低轴箱纵向定位刚度可以提高车辆曲线通过能力，但由于其刚度不能调节，无法满足高速运行的要求。文献《可控径向转向架客车动力学研究》开展了一种主动径向转向架研究，可以提高车辆曲线通过能力及高速运行稳定性，但由于其需要主动作动器，结构复杂，大大降低转向架可靠性。

因此，为降低轮轨磨耗，既有线路车辆一般采用较小的轴箱定位刚度。高速铁路与既有线路车辆对轴箱定位刚度的需求差异，成为高速铁路与既有线路的互联互通运行的主要技术难题。

发明内容

如何提高车辆的跨线运行能力、减小轮轨磨耗是跨线运行车辆亟待解决的技术难题，本发明旨在提供一种轴箱拉杆、转向架及其控制方法，该转向架可根据车辆运行状态自动调节轴箱纵向定位刚度，从而满足高速铁路与既有线路的互联互通运行的需要。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种轴箱拉杆，包括第一拉杆和第二拉杆；其结构特点是，所述第一拉杆的一端开设有盲孔，所述第二拉杆的一端伸入所述盲孔内，且在第一拉杆的盲孔内壁与所述第二拉杆的外壁之间设有具有刚度且可随电磁场变化的磁敏感元件，所述磁敏感元件的外侧设有套装在所述第一拉杆上的励磁线圈。

由此，本发明可以根据需要调整励磁线圈的电流强度，从而改变磁敏感元件的剪切模量，磁敏感元件对磁场敏感，其刚度随磁场变化，从而使轴箱拉杆的定位刚度满足车辆运行需要，结构简单，操作方便。

根据本发明的实施例，还可以对本发明作进一步的优化，以下为优化后形成的技术方案：

在其中一个优选的实施例中，所述磁敏感元件为磁弹性体或封装的磁流变液。

基于同一个发明构思，本发明还提供了一种转向架，其包括构架、轴箱体和一系弹簧，所述构架与轴箱拉杆的一端相连，该轴箱拉杆的另一端连接至轴箱体；所述轴箱拉杆为刚度可连续调节的所述轴箱拉杆。

在其中一个优选的实施例中，所述轴箱体和构架间安装有纵向位移传感器，并在轴箱体上安装加速度传感器；所述励磁线圈连接至控制器，所述加速度传感器和纵向位移传感器的信号连接至控制器，控制器根据加速度传感器和纵向位移传感器的信号实时调节轴箱的纵向定位刚度和阻尼；

轴箱纵向定位刚度k由下式确定：

式中，k₁为刚度系数，c为阻尼系数,x为轴箱纵向位移，

为轴箱纵向运动速度。

基于同一个发明构思，本发明还提供了一种转向架的控制方法，所述轴箱体和构架间安装有纵向位移传感器，并在轴箱体上安装加速度传感器；所述励磁线圈连接至控制器，所述加速度传感器和纵向位移传感器的信号连接至控制器，控制器根据加速度传感器和纵向位移传感器的信号实时调节轴箱的纵向定位刚度和阻尼；轴箱纵向定位刚度k由下式确定：

式中，k₁为刚度系数，c为阻尼系数,x为轴箱纵向位移，

为轴箱纵向运动速度。

所述控制方法包括如下步骤：

1)根据轮轨磨耗指数和车辆运用维护要求确定刚度系数初始值k₀；

2)通过加速度传感器检查轴箱加速度,当轴箱加速度超过阈值时，则逐渐增大刚度系数k₁，直到轴箱加速度低于阈值；

3)检查轮对摇头相位，判断同一转向架轮对摇头运动相位是否相反；

4)若轮对摇头运动相位相反，则适当降低刚度系数k₁；

5)若k₁<k₀，令k₁＝k₀；

6)返回步骤2)。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明的定位装置可通过位移传感器监测转向架轮对运动姿态，并通过控制器实时调节轴箱拉杆刚度。车辆高速运行时可提供较大的轴箱纵向定位刚度，可有效抑制轮对蛇行运动，同时由于在控制策略中引入了阻尼系数，可提高车辆高速运行稳定性。车辆在小半径曲线运行时，释放转向架的径向自由度，约束菱形自由度，在保证车辆运行稳定性的前提下，最大程度减小轮轨磨耗。

本发明的转向架具有线路自适应能力，既能保证高速运行时的稳定性，又能适应小曲线运行降低轮轨磨耗的要求，适合用于高速铁路与既有铁路跨线运行动车组。

本发明的转向架采用半主动轴箱拉杆，很好满足了曲线通过和高速运行稳定性的需要，同时结构简单可靠。

附图说明

图1是本发明一个实施例的结构原理图；

图2是图1中轴箱拉杆的原理图。

在图中

1-构架；2-轴箱拉杆；3-轴箱体；4-一系弹簧；5-纵向位移传感器；6-加速度传感器；7-第一拉杆；8-磁敏感元件；9-励磁线圈；10-第二拉杆；11-盲孔。

具体实施方式

以下将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，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。为叙述方便，下文中如出现“上”、“下”、“左”、“右”字样，仅表示与附图本身的上、下、左、右方向一致，并不对结构起限定作用。

如图1所示，本实施例的转向架半主动轴箱定位装置主要由刚度可连续调节轴箱拉杆2、轴箱体3、一系弹簧4、纵向位移传感器5轴箱加速度传感器6以及相应控制器组成。本实施例的定位装置将轴箱拉杆2一端连接至轴箱体3，轴箱拉杆2另一端连接至构架1。在轴箱体3和构架1之间安装有纵向位移传感器5，并在轴箱体3上安装加速度传感器6。将励磁线圈9连接至控制器，将加速度传感器6和纵向位移传感器5信号连接至控制器。控制器根据加速度传感器6和纵向位移传感器5信号对轮对运动状态进行评估，并实时调节轴箱纵向定位刚度和阻尼，以满足车辆安全平稳运行的需要。

如图2所示，刚度可连续调节的轴箱拉杆2主要由第一拉杆7、作为磁敏感元件8的磁弹性体、励磁线圈9、第二拉杆10组成。所述第一拉杆7的一端开设有盲孔11，所述第二拉杆10的一端伸入所述盲孔11内，且在第一拉杆7的盲孔11内壁与所述第二拉杆10的外壁之间设有具有刚度且可随电磁场变化的磁弹性体，其中磁弹性体的剪切模量可随着励磁线圈9电流强度连续变化。磁敏感元件8整体呈圆筒状，励磁线圈9的纵向长度与磁弹性体的纵向长度大体保持一致。

控制器可根据加速度传感器6和纵向位移传感器5数据对轮对运动状态和姿态进行评估，并根据控制策略调整励磁线圈电流强度，从而改变磁敏感元件剪切模量，使轴箱定位刚度满足车辆运行需要。控制策略具体如下：

轴箱纵向定位刚度k由下式确定：

式中，k₁为刚度系数，c为阻尼系数,x为轴箱纵向位移，

为轴箱纵向运动速度。刚度系数按下列过程进行调节：

1)根据轮轨磨耗指数和车辆运用维护要求确定刚度系数初始值k₀。

2)检查轴箱加速度。当轴箱加速度超过阈值时，则逐渐增大刚度系数，直到轴箱加速度低于阈值。

3)检查轮对摇头相位。判断同一转向架轮对摇头运动相位是否相反。

4)若轮对摇头运动相位相反，则适当降低刚度系数k₁。

5)若k₁<k₀，令k₁＝k₀。

6)返回步骤2)。

由此，本实施例通过增加阻尼系数c可以加快轮对蛇行运动收敛速度，其值与轮对质量和刚度系数有关，可设为使系统阻尼比保持在0.2-0.3之间。

需要说明的是，本实施例图2中磁弹性体可用磁流变液等具有刚度可随电磁场变化的装置代替。

上述实施例阐明的内容应当理解为这些实施例仅用于更清楚地说明本发明，而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本实施例的各种等价形式的修改均落入本发明所附权利要求所限定的范围。

Claims (5)

1.一种轴箱拉杆，包括第一拉杆(7)和第二拉杆(10)；其特征在于，所述第一拉杆(7)的一端开设有盲孔(11)，所述第二拉杆(10)的一端伸入所述盲孔(11)内，且在第一拉杆(7)的盲孔(11)内壁与所述第二拉杆(10)的外壁之间设有具有刚度且可随电磁场变化的磁敏感元件(8)，所述磁敏感元件(8)的外侧设有套装在所述第一拉杆(7)上的励磁线圈(9)。

2.根据权利要求1所述的轴箱拉杆，其特征在于，所述磁敏感元件(8)为磁弹性体或封装的磁流变液。

3.一种转向架，包括构架(1)、轴箱体(3)和一系弹簧(4)，其特征在于，所述构架(1)与轴箱拉杆(2)的一端相连，该轴箱拉杆(2)的另一端连接至轴箱体(3)；所述轴箱拉杆(2)为刚度可连续调节的如权利要求1-2中任一项所述轴箱拉杆。

4.根据权利要求3所述的转向架，其特征在于，所述轴箱体(3)和构架(1)间安装有纵向位移传感器(5)，并在轴箱体(3)上安装加速度传感器(6)；所述励磁线圈(9)连接至控制器，所述加速度传感器(6)和纵向位移传感器(5)的信号连接至控制器，控制器根据加速度传感器(6)和纵向位移传感器(5)的信号实时调节轴箱的纵向定位刚度和阻尼；

轴箱纵向定位刚度k由下式确定：

式中，k₁为刚度系数，c为阻尼系数,x为轴箱纵向位移，

为轴箱纵向运动速度。

5.一种如权利要求3或4所述的转向架的控制方法，其特征在于，所述轴箱体(3)和构架(1)间安装有纵向位移传感器(5)，并在轴箱体(3)上安装加速度传感器(6)；所述励磁线圈(9)连接至控制器，所述加速度传感器(6)和纵向位移传感器(5)的信号连接至控制器，控制器根据加速度传感器(6)和纵向位移传感器(5)的信号实时调节轴箱的纵向定位刚度和阻尼；

轴箱纵向定位刚度k由下式确定：

式中，k₁为刚度系数，c为阻尼系数,x为轴箱纵向位移，

为轴箱纵向运动速度。；

所述控制方法包括如下步骤：

1)根据轮轨磨耗指数和车辆运用维护要求确定刚度系数初始值k₀；

2)通过加速度传感器(6)检查轴箱加速度,当轴箱加速度超过阈值时，则逐渐增大刚度系数k₁，直到轴箱加速度低于阈值；

3)检查轮对摇头相位，判断同一转向架轮对摇头运动相位是否相反；

4)若轮对摇头运动相位相反，则适当降低刚度系数k₁；

5)若k₁<k₀，令k₁＝k₀；

6)返回步骤2)。

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