CN114056369A - 一种超轻磁浮列车的转向架结构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及轨道交通技术领域，具体涉及一种超轻磁浮列车的转向架结构，包括两个纵梁和一个横梁构成的“工”字形架构，纵梁的外侧设置有永磁动子，横梁的两侧对称设置有导向轮对，纵梁上设置有紧压弹力件，所述紧压弹力件对导向轮对施加压力，让轮对与轨道稳定触接，纵梁底部设置有第一磁力件，所述导向轮用于提供第一支撑力，所述第一磁力件用于提供第二支撑力，第一支撑力和第二支撑力的比值为0.25～0.75:1。本发明简化了车辆转向架结构，减少了车载设备，减轻了车辆自重，采用非黏着牵引设计，实现了车辆的超轻型化，相比于B型地铁，在载客量相同的情况下，车辆满载重量可降低40％以上，节能效果显著。

Description

一种超轻磁浮列车的转向架结构

技术领域

本发明涉及轨道交通技术领域，具体涉及一种超轻磁浮列车的转向架结构。

背景技术

传统轮轨车辆的轮对具有以下三项功能：轮轨黏着实现牵引和制动、轮对承受车辆全部重量、轮对实现车辆的导向。车辆通常有两台转向架支撑一节车厢，转向架又分为动力转向架和非动力转向架，数节车辆通过车钩缓冲装置编成一列列车，电力机车需要有受流装置将电能从地面传递到列车。受自身结构限制，传统轮轨车辆的轻量化是有限的，过轻的空车质量满足不了牵引或制动要求，这也就导致了传统轮轨车辆是难以超轻型化设计。

磁浮列车摆脱了轮轨黏着牵引与制动，属于非黏着牵引制动，其原理上实现悬浮技术有以下四类：电磁悬浮、低温超导电动悬浮、高温超导钉扎悬浮、以及永磁电动悬浮。其中电磁悬浮已实现商业运营，日本低温超导电动悬浮处于商业线建设阶段，其他方式如永磁电动悬浮、高温超导钉扎悬浮均研制有多个工程化原型车及相应试验线，这三种悬浮方式实现悬浮均需要付出较大的经济代价，且有较为复杂的技术难度。而永磁悬浮方式利用同性磁极相斥的原理实现悬浮，但是只依靠永磁体并不能保持悬浮体除铅垂方向之外的其他自由度的稳定，因此采用永磁悬浮方式的磁浮车辆还需要额外措施保持车辆的横向、摇头和侧滚等运动自由度的稳定性，并引导车辆沿轨道中心线运行。

此外，为实现超轻型化设计，现有的悬浮轨道交通技术中，如中国专利公开号CN109131370A公开的一种悬挂式磁悬浮轨道交通系统，其包括轨道系统、悬挂系统、控制系统和轿厢系统，控制系统包括驱动系统、导向系统、悬浮控制系统，所述轨道系统通过立柱悬于空中，所述轿厢系统通过悬挂系统悬挂在轨道系统的垂直下方，驱动系统和导向系统协同作用，驱动轿厢系统在轨道系统中运行；该系统利用以永磁斥力为主、电磁调节为辅的悬浮力将轿厢悬挂于空中轨道，并通过直线电机非接触牵引，实现稳定运行；但该技术措施存在多处胶轮滚动接触，且多种组合措施之间存在相互影响，对车辆运行中铅垂方向的沉浮运动适应性差，容易在车辆运行中产生振动噪声，影响车辆运行平稳性。

为此，本发明提供一种在满足超轻型化设计要求的基础上，有效解决车辆沉浮运动适应性差、平稳性低等技术问题的超轻磁浮列车的转向架结构。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种超轻磁浮列车的转向架结构，简化了车辆转向架结构，减少了车载设备，减轻了车辆自重，采用非黏着牵引设计，突破了传统轨道转向架车辆自重存在下限值的限制，实现了车辆的超轻型化，相比于B型地铁，在载客量相同的情况下，车辆满载重量可降低40％以上，节能效果显著，同时，车辆的牵引与制动不依靠轮轨间的黏着特性。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种超轻磁浮列车的转向架结构，包括两个纵梁和一个横梁构成的“工”字形架构，纵梁的外侧设置有永磁动子，永磁动子通过连接件与纵梁连接，横梁的两侧对称设置有导向轮对，导向轮对包括车轴和轮对，所述轮对位于永磁动子和纵梁之间，所述轮对通过轴箱装配在架构上，纵梁上设置有紧压弹力件，所述紧压弹力件对导向轮对施加压力，让轮对与轨道稳定触接，纵梁底部设置有第一磁力件，所述导向轮对用于与轨道配合为架构提供第一支撑力，所述第一磁力件用于与轨道相邻的第二磁力件配合为架构提供第二支撑力，所述第一支撑力和第二支撑力的比值为0.25～0.75:1。

进一步地，列车空载状态下，所述第一支撑力和第二支撑力的比值为0.25～0.35:1。在实际使用过程中，转向架上的永磁动子与基面上的长定子同步直线电机配合，产生向前移动的牵引力，驱使转向架向前移动，利用第一磁力件与轨道上的第二磁力件配合，为转向架提供主要支撑力，同时，利用紧压弹力件与导向轮对配合，使得轮对与轨道始终稳定触接，不仅让导向轮对为转向架提供部分支撑力，还能够让列车在转向时，由导向轮对和轨道配合，实现转向架跟随轨道的自动转向，进而实现列车的导向，即使转向架在运行过程中产生沉浮运动，紧压弹力件的压缩量也会产生相应变化，让导向轮对始终与轨道保持稳定配合；而在列车装载质量增大时，转向架沿铅垂方向下沉，第一磁力件和第二磁力件之间的间隙减小，第一磁力件就能够产生更大的支撑力，同时紧压弹力件进一步推动导向轮对向轨道紧压，使导向轮对也能够提供更多的支撑力，形成自适应特性的轮轨-永磁混合承载，同时提供足够的导向力；另外，通过将长定子同步直线电机安装在基面上，而仅将永磁动子固定安装在转向架上，有效简化转向架功能，显著减轻转向架质量，满足超轻磁浮列车的设计要求。

进一步地，列车满载状态下，所述第一支撑力和第二支撑力的比值为0.65～0.75:1。通过控制列车空载状态下，第一支撑力和第二支撑力的比值为0.25～0.35:1，而列车满载状态下，第一支撑力和第二支撑力的比值为0.65～0.75:1，使得导向轮对能够一直发挥蠕滑导向功能，同时保证即使在满载状态下，导向轮对能承受部分载荷的垂向力，且实现可靠的导向作用，而第一磁力件也能与轨道上的第二磁力件保持安全的悬浮间隙，并达到减小轮轨作用力，减少轮轨磨耗，降低运维成本的技术效果。优选地，所述第一支撑力和第二支撑力分别为垂向支撑力，以沿轨道前进方向为x轴方向，以与轨道在水平方向相互垂直的方向为y轴方向，以垂向方向为z轴方向。

进一步地，所述轨道为现役的常规轨道，轨道设置在基面上，所述基面上还设置有辅助轨，所述辅助轨位于轨道内侧，所述第二磁力件设置在辅助轨顶部，辅助轨上还设置有制动轨，所述制动轨位于第二磁力件内侧，制动轨用于与制动机构配合。

进一步地，所述基面上还设置有一对立板，所述立板位于轨道的两侧，立板的内侧侧壁上设置有长定子同步直线电机。

进一步地，所述永磁动子采用竖直设置的永磁阵列。优选地，永磁动子采用竖直设置的Halbach永磁阵列。由于转向架的导向轮对与轨道稳定配合，使得转向架的横移量被限制约束在毫米范围内，通过将永磁动子竖直在转向架的两侧，而长定子同步直线电机则相应地竖直设置在轨道两侧，因此长定子同步直线电机和永磁动子之间可以采用较小的工作间隙，且不受转向架沉浮量的影响，同时还能取消车载驱动系统和相应设备，满足超轻磁浮列车的设计要求。

进一步地，所述轴箱对于导向轮对采用轴箱定位，约束导向轮对三个方向的移动，以及x与z方向的转动，仅保留y轴方向的转动运动。

进一步地，所述轴箱为带测速功能的轴箱。

进一步地，所述轴箱在偏离车轴中心线位置有轮对弹性定位节点，所述轮对弹性定位节点用于控制导向轮对与架构之间在横向形成弹性约束，限制导向轮对相对于构架的横移量。

进一步地，所述纵梁底部设置有制动机构，所述制动机构靠近横梁设置。

进一步地，纵梁底部设置有多个第一磁力件，同一纵梁下，所述第一磁力件对称设置在纵梁底部。

进一步地，所述制动机构为液压制动夹钳。

进一步地，所述第一磁力件为永磁体。优选地，第二磁力件为永磁件。第一磁力件、第二磁力件也可以选用电磁力件。

进一步地，所述纵梁的中部设置有空气弹簧，转向架通过空气弹簧与列车车体连接。

进一步地，所述架构上还设置有抗蛇行减振器、横向减振器和抗侧滚扭杆装置，所述空气弹簧、抗蛇行减振器、横向减振器和抗侧滚扭杆装置配合构成转向架的二系悬挂。

进一步地，所述第一磁力件通过支撑弹力件与纵梁底部连接。在转向架产生沉浮运动时，支撑弹力件的压缩量产生相应变化，让第一磁力件与第二磁力件之间的间隙及相应的磁浮力产生相应的调整，配合导向轮对和轨道，使得空车和重车工况下，第一磁力件的悬浮高度变化均在适当范围内，保证转向架的结构安全。

进一步地，所述永磁动子和纵梁之间设置有多个连接件，所述轮对位于连接件之间。

本发明的有益效果是：本发明超轻磁浮列车的转向架结构，简化了车辆转向架结构，减少了车载设备，减轻了车辆自重，采用非黏着牵引设计，突破了传统轨道转向架车辆自重存在下限值的限制，实现了车辆的超轻型化，相比于B型地铁，在载客量相同的情况下，车辆满载重量可降低40％以上，节能效果显著，同时，车辆的牵引与制动不依靠轮轨间的黏着特性。

附图说明

图1为本发明转向架结构和轨道配合时的结构示意图；

图2为本发明转向架结构和轨道配合时的主视图；

图3为本发明转向架结构的俯视图；

图中，1、纵梁；2、横梁；3、永磁动子；4、车轴；5、轮对；6、轴箱；7、紧压弹力件；8、第一磁力件；9、连接件；10、轮对弹性定位节点；11、制动机构；12、空气弹簧；13、抗蛇行减振器；14、横向减振器；15、抗侧滚扭杆装置；16、支撑弹力件；17、基面；18、轨道；19、辅助轨；20、第二磁力件；21、制动轨；22、立板；23、长定子同步直线电机。

具体实施方式

下面结合附图进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不局限于以下所述。

如图1～图3所示，一种超轻磁浮列车的转向架结构，包括两个纵梁1和一个横梁2构成的“工”字形架构，纵梁1的外侧设置有永磁动子3，永磁动子3通过连接件9与纵梁1连接，横梁2的两侧对称设置有导向轮对，导向轮对包括车轴4和轮对5，所述轮对5位于永磁动子3和纵梁1之间，所述轮对5通过轴箱6装配在架构上，纵梁1上设置有紧压弹力件7，所述紧压弹力件7对导向轮对施加压力，让轮对5与轨道稳定触接，纵梁1底部设置有第一磁力件8，所述导向轮对用于与轨道18配合为架构提供第一支撑力，在轨道上铺设有与第一磁力件8正对设置的第二磁力件，所述第一磁力件8用于与轨道18相邻的第二磁力件20配合为架构提供第二支撑力，第一磁力件8与第二磁力件20相对一侧的磁极极性相同，产生斥力，使第二磁力件20与第一磁力件8之间产生将架构向上推动的作用力，该作用力能对转向架和车体的重力进行支撑，本实施方式将其定义为第二支撑力，且第二支撑力大于第一支撑力，所述第一支撑力和第二支撑力的比值为0.25～0.75:1。

在一个优选示例中，列车空载状态下，所述第一支撑力和第二支撑力的比值为0.25～0.35:1。在实际使用过程中，转向架上的永磁动子3与基面17上的长定子同步直线电机23配合，产生驱使转向架向前移动的牵引力，利用第一磁力件8与轨道上的第二磁力件20配合，为转向架提供主要支撑力，同时，利用紧压弹力件7与导向轮对配合，使得轮对5与轨道18始终稳定触接，不仅让导向轮对为转向架提供部分支撑力，还能够让列车在转向时，由导向轮对和轨道18相配合，实现转向架跟随轨道18的自动转向，即使转向架在运行过程中产生沉浮运动，紧压弹力件7的压缩量也会产生相应变化，让导向轮对始终与轨道18保持稳定配合；而在列车装载质量增大时，转向架沿铅垂方向下沉，第一磁力件8和第二磁力件20之间的间隙减小，第一磁力件8就能够产生更大的支撑力，同时紧压弹力件7进一步推动导向轮对向轨道18紧压，使导向轮对也能够提供更多的支撑力，形成自适应特定的轨道-永磁混合承载；另外，通过将长定子同步直线电机23安装在基面17上，而仅将永磁动子3固定安装在转向架上，有效简化转向架的结构，与现有技术相比，省去了在转向架上搭载驱动电机及传动齿轮等结构，从而显著减轻了转向架的质量，满足超轻磁浮列车的设计要求。

基于上述示例，列车满载状态下，所述第一支撑力和第二支撑力的比值为0.65～0.75:1。通过控制列车空载状态下，第一支撑力和第二支撑力的比值为0.25～0.35:1，有效避免因第二支撑力永磁悬浮力过大，而第一支撑力轮轨支撑力过小，导致影响转向架正常的蠕滑导向功能，即通过合理控制第一支撑力和第二支撑力的比值，保证转向架导向功能在空载状态下也能稳定进行；而列车满载状态下，第一支撑力和第二支撑力的比值为0.65～0.75:1，使得导向轮对能够一直发挥蠕滑导向功能，同时保证即使在满载状态下，导向轮对能承受部分载荷的垂向力，且实现可靠的导向作用，而第一磁力件8也能与轨道上的第二磁力件保持安全的悬浮间隙，并达到减小轮轨作用力，减少轮轨磨耗，降低运维成本的技术效果。

具体地，所述轨道18为现役的常规轨道，轨道18设置在基面17上，所述基面17上还设置有辅助轨19，所述辅助轨19位于轨道18内侧，所述第二磁力件20设置在辅助轨19顶部，辅助轨19上还设置有制动轨21，所述制动轨21位于第二磁力件20内侧，制动轨21用于与制动机构11配合。

具体地，所述基面17上还设置有一对立板22，所述立板22位于轨道18的两侧，立板22的内侧侧壁上设置有长定子同步直线电机23。

基于上述示例，所述永磁动子3采用竖直设置的永磁阵列。由于转向架的导向轮对与轨道稳定配合，使得转向架的横移量被限制约束在毫米范围内，通过将永磁动子3竖直排列在转向架的两侧，而长定子同步直线电机23则相应地竖直设置在轨道两侧，其且高度与永磁动子3的高度一致，因此长定子同步直线电机和永磁动子3之间可以采用较小的工作间隙，且不受转向架沉浮量的影响，同时还能取消车载驱动系统和相应设备，满足超轻磁浮列车的设计要求。

基于上述示例，所述轴箱6对于导向轮对采用轴箱定位，约束导向轮对三个方向的移动，以及x与z方向的转动，仅保留y轴方向的转动运动。优选地，导向轮对均为从动轮，无驱动轮。

基于上述示例，所述轴箱6为带测速功能的轴箱6。

基于上述示例，所述轴箱6在偏离车轴4中心线位置设有轮对弹性定位节点10，所述轮对弹性定位节点10用于控制导向轮对与架构之间在水平方向形成弹性约束。

基于上述示例，所述纵梁1底部设置有制动机构11，所述制动机构11靠近横梁2设置。

基于上述示例，所述纵梁1底部设置有多个第一磁力件8，同一纵梁1下，所述第一磁力件8对称设置在纵梁1底部。

基于上述示例，所述制动机构11为液压制动夹钳。

基于上述示例，所述第一磁力件8为永磁体。优选地，第二磁力件为永磁件。第一磁力件8、第二磁力件也可以选用电磁力件。

基于上述示例，所述纵梁1的中部设置有空气弹簧12，转向架通过空气弹簧12与列车车体连接。

基于上述示例，所述架构上还设置有抗蛇行减振器13、横向减振器14和抗侧滚扭杆装置15，所述空气弹簧12、抗蛇行减振器13、横向减振器14和抗侧滚扭杆装置15配合构成转向架的二系悬挂。

基于上述示例，所述第一磁力件8通过支撑弹力件16与纵梁1底部连接。在转向架产生沉浮运动时，支撑弹力件16的压缩量产生相应变化，让第一磁力件8与第二磁力件之间的间隙及相应的磁浮力产生相应的调整，配合导向轮对和轨道，使得空车和重车工况下，第一磁力件8的悬浮高度变化均在适当范围内，保证转向架的结构安全。

基于上述示例，所述永磁动子3和纵梁1之间设置有多个连接件9，所述轮对5位于连接件9之间。优选地，所述导向轮对采用小半径轮对。优选地，所述导向轮对采用350～450mm的小半径轮对。

使用时，由于转向架的导向轮对与轨道稳定配合，使得转向架的横移量被限制约束在毫米范围内，通过将永磁动子3竖直在转向架的两侧，而长定子同步直线电机23则相应地竖直设置在轨道18两侧，因此长定子同步直线电机23和永磁动子3之间可以采用较小的工作间隙，且不受转向架沉浮量的影响，同时还能取消车载驱动系统和相应设备，满足超轻磁浮列车的设计要求；在需要提供牵引力时，利用转向架上的永磁动子3与基面17上的长定子同步直线电机23配合，驱使转向架向前移动，通过第一磁力件8与基面17上的第二磁力件20配合，为转向架提供主要支撑力，同时，利用紧压弹力件7与导向轮对配合，使得轮对5与轨道始终稳定触接，不仅让导向轮对为转向架提供部分支撑力，还能够让列车在转向时，由导向轮对和轨道18配合，实现转向架跟随轨道18的自动转向，即使转向架在运行过程中产生沉浮运动，紧压弹力件7的压缩量也会产生相应变化，让导向轮对始终与轨道18保持稳定配合；而在列车装载质量增大时，转向架沿铅垂方向下沉，第一磁力件8和第二磁力件20之间的间隙减小，第一磁力件8就能够产生更大的支撑力，同时紧压弹力件7进一步推动导向轮对向轨道18紧压，使导向轮对也能够提供足够的支撑力，形成自适应特性的轮轨-永磁混合承载；通过控制列车空载状态下，第一支撑力和第二支撑力的比值为0.25～0.35：1，而列车满载状态下，第一支撑力和第二支撑力的比值为0.65～0.75：1，使得导向轮对能够一直发挥蠕滑导向功能，同时保证即使在满载状态下，第一磁力件8也能与轨道上的第二磁力件20保持安全的悬浮间隙。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种超轻磁浮列车的转向架结构，其特征在于，包括两个纵梁和一个横梁构成的“工”字形架构，纵梁的外侧设置有永磁动子，永磁动子通过连接件与纵梁连接，横梁的两侧对称设置有导向轮对，导向轮对包括车轴和轮对，所述轮对位于永磁动子和纵梁之间，所述轮对通过轴箱装配在架构上，纵梁上设置有紧压弹力件，所述紧压弹力件对导向轮对施加压力，让轮对与轨道稳定触接，纵梁底部设置有第一磁力件，所述导向轮对用于与轨道配合为架构提供第一支撑力，所述第一磁力件用于与轨道相邻的第二磁力件配合为架构提供第二支撑力，所述第一支撑力和第二支撑力的比值为0.25～0.75:1。

2.根据权利要求1所述的一种超轻磁浮列车的转向架结构，其特征在于，列车空载状态下，所述第一支撑力和第二支撑力的比值为0.25～0.35:1。

3.根据权利要求1所述的一种超轻磁浮列车的转向架结构，其特征在于，列车满载状态下，所述第一支撑力和第二支撑力的比值为0.65～0.75:1。

4.根据权利要求1所述的一种超轻磁浮列车的转向架结构，其特征在于，所述轴箱对于导向轮对采用轴箱定位，约束导向轮对三个方向的移动，以及x与z方向的转动，仅保留y轴方向的转动运动。

5.根据权利要求1所述的一种超轻磁浮列车的转向架结构，其特征在于，所述轴箱为带测速功能的轴箱。

6.根据权利要求1所述的一种超轻磁浮列车的转向架结构，其特征在于，所述轴箱在偏离车轴中心线位置有轮对弹性定位节点，所述轮对弹性定位节点用于控制导向轮对与架构之间在横向形成弹性约束，限制导向轮对相对于构架的横移量。

7.根据权利要求1所述的一种超轻磁浮列车的转向架结构，其特征在于，所述纵梁底部设置有制动机构，所述制动机构靠近横梁设置。

8.根据权利要求7所述的一种超轻磁浮列车的转向架结构，其特征在于，纵梁底部设置有多个第一磁力件，同一纵梁下，所述第一磁力件对称设置在纵梁底部。

9.根据权利要求7所述的一种超轻磁浮列车的转向架结构，其特征在于，所述制动机构为液压制动夹钳。

10.根据权利要求1所述的一种超轻磁浮列车的转向架结构，其特征在于，所述第一磁力件为永磁体。

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