CN114060454A - 一种用于轨道车辆的转子惯性式抗侧滚动力吸振器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于轨道车辆的转子惯性式抗侧滚动力吸振器，该吸振器与轨道车辆的车体底架固定连接，并且设置的方向为车辆宽度方向，包括U型的承载架、通过平衡轴在承载架内相对水平转动的平衡架以及在平衡架内相对竖向电驱动转动的转子单元。与现有技术相比，本发明具有结构简单、控制容易、可靠性高、有效加强轨道车辆抗侧滚能力、工作频域宽、应用广泛等优点。

Description

一种用于轨道车辆的转子惯性式抗侧滚动力吸振器
技术领域
本发明涉及轨道交通装备减振技术领域，尤其是涉及一种用于轨道车辆的转子惯性式抗侧滚动力吸振器。
背景技术
随着我国国民经济的快速发展，地区经贸往来愈加频繁，建设交通强国的雄伟目标逐渐提上日程，而在综合交通网络建设中，轨道交通建设备受瞩目，从“八纵八横”铁路网建设到被称为“中国名片”的高铁列车走向世界，轨道交通建设早已成为我国综合国力的重要体现，同时轨道交通也兼具环保、安全、便捷等诸多优势，在促进我国区域联络、经济发展等方面发挥了重要作用。
尽管近些年来我国轨道交通行业发展迅速，但由于列车运行速度的不断提高、车体不断轻量化、运客量的增加等因素，导致车辆在实际运营中各种突发问题也随之加剧，尤其运行在恶劣天气地区的列车，如兰新高铁线路全长1700多公里，穿越沙漠地带，台风有时甚至达到12级以上，列车倾覆风险大幅度提高，严重影响列车运行安全性及平稳性。此外，即便列车不在恶劣的运行环境中，提高车辆的抗侧滚能力不仅可以提高车辆运行安全性，同时可以大大提高车辆运行平稳性及旅客的乘坐舒适性。
故而，提高车辆的抗侧滚能力有助于提高车辆稳定性和平稳性，具有重要的工程意义和研究价值，需要一种能够有效提高车辆的抗侧滚能力的装置。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种用于轨道车辆的转子惯性式抗侧滚动力吸振器。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种用于轨道车辆的转子惯性式抗侧滚动力吸振器，该吸振器与轨道车辆的车体底架固定连接，并且设置的方向为车辆宽度方向，包括U型的承载架、通过平衡轴在承载架内相对水平转动的平衡架以及在平衡架内相对竖向电驱动转动的转子单元。
所述的承载架由左右两个L型梁通过螺栓拼接固定成型。
所述的承载架上端通过吊孔与车体底架固定连接。
所述的平衡架呈方筒状，其开口方向为车辆长度方向，并且该平衡架由上下两个子框架通过螺栓拼接固定成型。
所述的平衡轴内端通过螺栓固定在平衡架外侧中部，外端通过平衡轴轴承与承载架转动连接。
所述的平衡轴外端的平衡轴轴承安装有平衡轴轴承盖。
所述的转子单元由中部带有通孔的转子质量块以及与转子质量块通孔过盈配合共同通过电驱动转动的转子轴构成，所述的转子轴两端分别通过转子轴轴承与平衡架转动连接。
所述的转子轴两端的转子轴轴承安装有转子轴轴承盖。
该吸振器的具体装配步骤包括：
1)装配转子单元，保证转子质量块中部通孔与转子轴之间为过盈配合；
2)将转子轴轴承外圈与平衡架的下子框架固定；
3)将转子轴与转子轴轴承的内圈装配，并通过螺栓将上下子框架连接固定为平衡架整体；
4)为上下两个转子轴轴承加装轴承盖；
5)将两个平衡轴通过螺栓与平衡架外侧固定连接；
6)将两个平衡轴轴承外圈分别与承载架的L型梁固定；
7)将平衡轴与平衡轴轴承内圈装配，并通过螺栓将两个L型梁连接固定为承载架整体；
8)为两个平衡轴轴承加装平衡轴轴承盖；
9)将承载架通过吊孔与车体底架连接，使承载架所在平面为轨道车辆的宽度方向，并确保转子单元的接电驱动。
设定轨道车辆位置为原点O，车辆长度方向为x轴方向，车辆宽度方向为y轴方向，竖直方向为z轴方向，当轨道车辆发生侧滚运动时，车体出现绕x轴转动的现象，转角为α，角速度为
Figure BDA0003359296470000021
此时转子轴出现向垂直于yOz平面的方向运动趋势，在车体侧滚导致的受迫进动作用下，产生一个作用在转子轴上的力矩M，其方向为y轴正向，而转子轴力矩矢量M1作用到带有轴承的平衡架上，且方向与力矩M相反，则有：
Figure BDA0003359296470000031
其中，I为转子单元关于z轴的惯性矩，i、j、k分别x、y、z轴正方向的单位矢量，ω为吸振器的转子单元在驱动作用下保持转动的角速度；
转子轴力矩矢量M1的作用等效为作用到平衡架上沿着x轴正反方向的两个力F和F’，将产生平衡架绕y轴转动角度β，转动角速度
Figure BDA0003359296470000032
即平衡架的进动角速度，由此平衡轴端点获得一个xOz平面内的位移趋势，致使平衡轴相对承载架产生力矩M2，方向为x轴反向，且有
Figure BDA0003359296470000033
力矩M2的作用等效为作用到承载架上沿着z轴正反方向的两个力Q’和Q，因承载架与车体连接，Q’和Q等效于作用在车体上，这两个力对应的力矩方向与车辆侧滚方向相反，平衡了车辆的侧滚力矩，由此可增强车辆抗侧滚能力。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
一、本发明结构相对简单，安装于车体底架上，装配容易，安装方便。
二、本发明控制方法容易，可长时间稳定工作，系统可靠性高。
三、本发明可有效加强轨道车辆抗侧滚能力、增强车辆稳定性能，并提高车辆运行平稳性及乘坐舒适度，效果显著。
四、本发明工作频率范围大，与传统吸振器相比，本发明工作频域可随转子单元转速而改变，具有工作频域宽的特点。
五、本发明可广泛应用于高速铁路、普通铁路等各类轨道交通车辆。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图。
图2为本发明的剖面结构示意图。
图3为本发明转子轴元件结构示意图。
图4为本发明平衡轴元件结构示意图。
图5为本发明受力分析示意图。
图中标记说明：
1、吊孔，2、承载架，3、平衡架，4、平衡轴，5、转子轴轴承盖，6、平衡轴轴承，7、转子轴，8、转子质量块，9、转子轴轴承，10、平衡轴轴承盖。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例
如图1和图2所示，本发明提供一种用于轨道车辆的转子惯性式抗侧滚动力吸振器，该减振器主要包括承载架2、平衡架3及转子单元，为便于整体吸振器的装配和在车辆上的安装，承载架2由两个“L”型梁通过螺栓连接呈U型，且通过吊孔1与车体底架连接；转子单元包括转子轴7和转子质量块8，转子单元可通过接电实现转动驱动；转子质量块8为圆柱体结构且中间设有通孔；
如图3所示，转子轴7为阶梯轴结构；转子质量块8与转子轴7之间为过盈配合以确保二者之间无相对转动，转子轴7的两端与平衡架3之间设有转子轴轴承9，转子轴轴承9的外圈与平衡架3固定，实现转子单元可相对平衡架3的转动，且转子轴轴承9外侧设有转子轴轴承盖5，转子轴轴承盖5与平衡架3之间通过螺栓固定连接；平衡架3为通过螺栓连接的可拆分结构以便转子单元的安装，其由两个U型框架合围成型。
如图4所示，平衡轴4的底座为圆盘结构，平衡架3与平衡轴4内端的底座通过螺栓连接固定，平衡轴4外端与承载架2之间设有平衡轴轴承6，平衡轴轴承6的外圈与承载架2固定，以实现平衡架3及转子单元可以沿着平衡轴4的轴向自由转动，且承载架2的设计为平衡架3的转动留有足够空间。
该吸振器的具体装配步骤如下：
A、装配转子单元，保证转子质量块8中部通孔与转子轴7之间为过盈配合；
B、将转子轴轴承9外圈与平衡架3的下子框架固定；
C、将转子轴7与转子轴轴承9内圈装配，并通过螺栓将上下子框架连接固定为平衡架3整体；
D、为上下两个转子轴轴承9加装轴承盖5；
E、将两个平衡轴4通过螺栓与平衡架3外侧固定连接；
F、将两个平衡轴轴承6外圈分别与承载架2的“L”型梁固定；
G、将平衡轴4与平衡轴轴承6内圈装配，并通过螺栓将两个“L”型梁连接固定为承载架2整体；
H、为两个平衡轴轴承6加装平衡轴轴承盖10；
I、将承载架2通过吊孔1与车体底架连接，使承载架2所在平面为轨道车辆的宽度方向，并确保转子单元的接电驱动。
下面介绍本发明装置的工作原理
如图5所示，x轴方向为车辆运行方向(即车辆长度方向)，y轴方向为车辆宽度方向，吸振器的转子单元在驱动作用下保持以角速度ω转动，当轨道车辆发生侧滚运动时，车体会出现绕x轴转动的现象，设转角为α，角速度为
Figure BDA0003359296470000054
此时转子轴有向垂直于yOz平面的方向运动趋势，在车体侧滚导致的受迫进动作用下，产生一个作用在转子轴上的力矩M，方向为y轴正向。而转子轴力矩矢量M1作用到带有轴承的平衡架之上，方向与M相反，设转子单元关于z轴的惯性矩为I，i、j、k分别x、y、z轴正方向的单位矢量，则有
Figure BDA0003359296470000051
其中，M1的作用等效为作用到平衡架上沿着x轴正反方向的两个力F和F’，故而将导致平衡架绕y轴转动角度β，转动角速度
Figure BDA0003359296470000052
即平衡架的进动角速度。因此，平衡轴端点获得一个xOz平面内的位移趋势，致使平衡轴相对承载架产生力矩M2，方向为x轴反向，且有
Figure BDA0003359296470000053
其中，M2的作用等效为作用到承载架上沿着z轴正反方向的两个力Q’和Q,因承载架与车体连接，Q’和Q等效于作用在车体上，这两个力对应的力矩方向与车辆侧滚方向相反，平衡掉了车辆的侧滚力矩，因而该装置可增强车辆抗侧滚能力。

Claims (10)

1.一种用于轨道车辆的转子惯性式抗侧滚动力吸振器，其特征在于，该吸振器与轨道车辆的车体底架固定连接，并且设置的方向为车辆宽度方向，包括U型的承载架(2)、通过平衡轴(4)在承载架(2)内相对水平转动的平衡架(3)以及在平衡架(3)内相对竖向电驱动转动的转子单元。
2.根据权利要求1所述的一种用于轨道车辆的转子惯性式抗侧滚动力吸振器，其特征在于，所述的承载架(2)由左右两个L型梁通过螺栓拼接固定成型。
3.根据权利要求1所述的一种用于轨道车辆的转子惯性式抗侧滚动力吸振器，其特征在于，所述的承载架(2)上端通过吊孔(1)与车体底架固定连接。
4.根据权利要求1所述的一种用于轨道车辆的转子惯性式抗侧滚动力吸振器，其特征在于，所述的平衡架(3)呈方筒状，其开口方向为车辆长度方向，并且该平衡架(3)由上下两个子框架通过螺栓拼接固定成型。
5.根据权利要求1所述的一种用于轨道车辆的转子惯性式抗侧滚动力吸振器，其特征在于，所述的平衡轴(4)内端通过螺栓固定在平衡架(3)外侧中部，外端通过平衡轴轴承(6)与承载架(2)转动连接。
6.根据权利要求5所述的一种用于轨道车辆的转子惯性式抗侧滚动力吸振器，其特征在于，所述的平衡轴(4)外端的平衡轴轴承(6)安装有平衡轴轴承盖(10)。
7.根据权利要求1所述的一种用于轨道车辆的转子惯性式抗侧滚动力吸振器，其特征在于，所述的转子单元由中部带有通孔的转子质量块(8)以及与转子质量块(8)通孔过盈配合共同通过电驱动转动的转子轴(7)构成，所述的转子轴(7)两端分别通过转子轴轴承(9)与平衡架(3)转动连接。
8.根据权利要求7所述的一种用于轨道车辆的转子惯性式抗侧滚动力吸振器，其特征在于，所述的转子轴(7)两端的转子轴轴承(9)安装有转子轴轴承盖(5)。
9.根据权利要求1所述的一种用于轨道车辆的转子惯性式抗侧滚动力吸振器，其特征在于，该吸振器的具体装配步骤包括：
1)装配转子单元，保证转子质量块(8)中部通孔与转子轴(7)之间为过盈配合；
2)将转子轴轴承(9)外圈与平衡架(3)的下子框架固定；
3)将转子轴(7)与转子轴轴承(9)的内圈装配，并通过螺栓将上下子框架连接固定为平衡架(3)整体；
4)为上下两个转子轴轴承(9)加装轴承盖(5)；
5)将两个平衡轴(4)通过螺栓与平衡架(3)外侧固定连接；
6)将两个平衡轴轴承(6)外圈分别与承载架(2)的L型梁固定；
7)将平衡轴(4)与平衡轴轴承(6)内圈装配，并通过螺栓将两个L型梁连接固定为承载架(2)整体；
8)为两个平衡轴轴承(6)加装平衡轴轴承盖(10)；
9)将承载架(2)通过吊孔(1)与车体底架连接，使承载架(2)所在平面为轨道车辆的宽度方向，并确保转子单元的接电驱动。
10.根据权利要求1所述的一种用于轨道车辆的转子惯性式抗侧滚动力吸振器，其特征在于，设定轨道车辆位置为原点O，车辆长度方向为x轴方向，车辆宽度方向为y轴方向，竖直方向为z轴方向，当轨道车辆发生侧滚运动时，车体出现绕x轴转动的现象，转角为α，角速度为
Figure FDA0003359296460000024
此时转子轴出现向垂直于yOz平面的方向运动趋势，在车体侧滚导致的受迫进动作用下，产生一个作用在转子轴上的力矩M，其方向为y轴正向，而转子轴力矩矢量M1作用到带有轴承的平衡架上，且方向与力矩M相反，则有：
Figure FDA0003359296460000021
其中，I为转子单元关于z轴的惯性矩，i、j、k分别x、y、z轴正方向的单位矢量，ω为吸振器的转子单元在驱动作用下保持转动的角速度；
转子轴力矩矢量M1的作用等效为作用到平衡架上沿着x轴正反方向的两个力F和F’，将产生平衡架绕y轴转动角度β，转动角速度
Figure FDA0003359296460000022
即平衡架的进动角速度，由此平衡轴端点获得一个xOz平面内的位移趋势，致使平衡轴相对承载架产生力矩M2，方向为x轴反向，且有
Figure FDA0003359296460000023
力矩M2的作用等效为作用到承载架上沿着z轴正反方向的两个力Q’和Q，因承载架与车体连接，Q’和Q等效于作用在车体上，这两个力对应的力矩方向与车辆侧滚方向相反，平衡了车辆的侧滚力矩，由此可增强车辆抗侧滚能力。
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