CN114572266B - 一种架悬式永磁直驱转向架 - Google Patents

Abstract

本发明属于轨道车辆领域，尤其是一种架悬式永磁直驱转向架，包括构架、轮对、直驱电机、空心轴式联轴节、一系橡胶堆、空气弹簧、制动缸、牵引拉杆，构架为“日”字结构，直驱电机与构架之间为弹性橡胶节点连接，直驱电机通过空心轴式联轴节驱动轮对转动，直驱电机采用悬结构设计，有利于转向架小轴距设计，同时电机与构架采用三点弹性节点相连，电机重量由构架直接承担，制动缸采用四点连接设计。本发明转向架结构简单、紧凑，小轴距设计可减少车辆运营能耗，牵引驱动装置重量由簧下重量变为簧上重量，改善了轮轨间的作用力，制动缸安装于构架外侧，四点连接使得闸瓦同车轮踏面的作用位置符合制动需求且不会偏磨。

Description

一种架悬式永磁直驱转向架

技术领域

本发明涉及轨道车辆技术领域，尤其涉及一种架悬式永磁直驱转向架。

背景技术

转向架作为车辆的走行单元，具有承载、牵引、制动及振动衰减等功能，传统转向架含有齿轮箱，齿轮箱的扭矩传递过程中存在损耗，采用电机直接驱动车轴的方式可以避免该部分损耗，且通常该电机是永磁电机，直驱转向架通常有三种方式，根据电机重量承载于车轴、构架及车体分为抱轴式、架悬式和体悬式，体悬式因工程化等原因不具有推广意义。现已有抱轴式应用于轨道交通车辆运营，但抱轴式存在因车轴直接承载电机重量而导致簧下重量较大及轮轨冲击较大的劣势，影响其推广运用。本方案目标是实现架悬式直驱转向架，架悬式直驱电机运动几何关系研究及直驱电机悬挂结构设计是架悬式直驱转向架设计的关键技术，目前，架悬式直驱转向架处于研发阶段，尚无成熟应用。如何更好的运用直驱优势，采用合理匹配的转向架设计结构，成为本领域技术人员亟待解决的重要技术问题。

发明内容

为了解决如何将架悬式直驱转向架应用于轨道车辆上的问题，而提出的一种架悬式永磁直驱转向架。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种架悬式永磁直驱转向架，包括构架、轮对、直驱电机、空心轴式联轴节、一系橡胶堆、空气弹簧、制动缸、牵引拉杆；

构架为“日”字结构，一系橡胶堆安装于构架下部，空气弹簧安装于构架上部，制动缸安装于构架后端外侧，牵引拉杆安装于构架的“日”字结构的中间横梁上；

构架的“日”字结构的两个封闭区域内各设有一个直驱电机，直驱电机轴向与中间横梁平行；

直驱电机为架悬式直驱电机，直驱电机与构架之间为弹性橡胶节点连接，直驱电机通过空心轴式联轴节驱动轮对转动。

作为更进一步的优选方案，直驱电机与构架的中间横梁之间具有一个弹性橡胶节点，直驱电机与构架的端梁(前端梁或后端梁)之间具有两个弹性橡胶节点，所述弹性橡胶节点包括布置在端梁上的一对安装座以及安装在直驱电机上的节点座，安装座为开口朝上的槽口，节点座为开口朝下的槽口，两个安装座的槽口中之间设有节点杆，安装座以及节点座共同卡在节点杆上，节点座位于两根安装座之间，节点杆通过螺栓固定于两个安装座。

作为更进一步的优选方案，构架的中间横梁上设有用于安装车厢的中心销，中间横梁的两侧各设有一个钢丝绳安装座，钢丝绳安装座下部为挡板，钢丝绳安装座与挡板均为U形结构，两者的凹口相对设置，钢丝绳安装座与挡板之间具有调整垫，调整垫也为U形结构，且与挡板同向布置，贯穿钢丝绳安装座和调整垫设有固定挡板的螺栓和螺母的组合；中心销的两侧各设有一根钢丝绳，钢丝绳末端为钢丝绳止挡环，钢丝绳止挡环直径大于挡板的凹口最大直径，钢丝绳穿过钢丝绳安装座、调整垫、挡板的凹口。

作为更进一步的优选方案，直驱电机包括永磁直驱电机、电机侧法兰盘、空心轴、车轴侧连接盘、轮毂盘、车轴；

永磁直驱电机的内腔为带有锥度的，电机侧法兰盘和车轴侧连接盘分别位于永磁直驱电机两端；

永磁直驱电机靠近电机侧法兰盘侧具有用于驱动电机侧法兰盘转动的主动端面齿，电机侧法兰盘侧部具有与主动端面齿之间啮合的从动端面齿；

空心轴位于永磁直驱电机内，空心轴的内腔为带有锥度的，其锥度方向与永磁直驱电机内腔为的锥度方向相反，空心轴与永磁直驱电机的内腔之间具有间隙；

空心轴两端通过齿轮啮合分别与电机侧法兰盘和车轴侧连接盘连接，空心轴位于电机侧法兰盘一侧还设有第一法兰，所述第一法兰与电机侧法兰盘之间安装有挠性片；

轮毂盘和车轴过盈配合，车轴位于空心轴内，车轴与空心轴内腔之间具有间隙；

轮毂盘上具有第二法兰，第二法兰与车轴侧连接盘之间也安装有挠性片。

作为更进一步的优选方案，构架的构架端梁的两侧各设有一个制动缸，构架端梁上设有四个安装位置，四个安装位置呈方形布置，用于固定安装制动缸。

作为更进一步的优选方案，四个安装位置为在构架端梁自上而下开设有接口一、接口二、接口三，自下而上开设有接口四，其中接口一和接口二靠近构架的侧梁，接口三靠近轮对位置；

接口一处设有制动套管，贯穿制动套管安装有用于连接制动缸上螺孔的接口一螺栓，接口二处设有套筒，贯穿套筒安装有用于连接制动缸上螺孔的接口二螺栓，接口三为构架端梁的端梁下盖板处开设通孔，贯穿接口三的通孔以及制动缸上通孔安装有用于连接制动缸上螺孔的接口三螺栓，接口三螺栓端部安装有NL垫圈和开槽螺母进行固定，接口四为构架端梁的端梁下盖板处开设螺纹孔，贯穿制动缸上通孔以及接口四的螺纹孔设有接口四螺栓。

制动缸位于构架端梁底部，构架端梁底部设有用于限位制动缸的止挡面。

与现有技术方案相比，本发明实现了直驱电机架悬结构设计，有利于转向架小轴距设计，转向架结构简单、紧凑，提高车辆小曲线通过性及减少车辆运营能耗，并且，将永磁直驱牵引驱动装置弹性悬挂于构架上的安装方案，解决了永磁直驱牵引驱动装置弹性悬挂时电机扭矩传递方案的问题，其牵引驱动装置重量由簧下重量变为簧上重量，改善了轮轨间的作用力。

附图说明

图1为本发明转向架结构示意图；

图2为直驱电机安装于构架的仰视图；

图3为弹性橡胶节点的结构示意图；

图4为中心销的安装结构示意图；

图5为直驱电机的内部结构示意图；

图6为空心轴结构示意图；

图7为车辆形式状态示意图；

图8为制动缸安装位置示意图；

图9为接口一、接口二、接口三的位置示意图；

图10为接口四的位置示意图；

图11为制动缸安装位置爆炸图；

图12为制动缸安装位置侧视图；

图13为制动缸安装位置立体图；

图14为止挡面的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

本发明的一种架悬式永磁直驱转向架，包括构架1、轮对2、直驱电机3、空心轴式联轴节4、一系橡胶堆5、空气弹簧6、制动缸7、牵引拉杆8；

构架1为“日”字结构，一系橡胶堆5安装于构架1下部，空气弹簧6安装于构架1上部，制动缸7安装于构架1后端外侧，牵引拉杆8安装于构架1的“日”字结构的中间横梁上；

构架1的“日”字结构的两个封闭区域内各设有一个直驱电机3，直驱电机3轴向与中间横梁平行；

直驱电机3为架悬式直驱电机，直驱电机3与构架1之间为弹性橡胶节点连接，直驱电机3通过空心轴式联轴节4驱动轮对2转动。

架悬式结构的直驱电机3的安装，则允许构架1的轴距范围在1.6m至1.9m，实现了小轴距要求，而小轴距的构架1，最小曲线半径为100～150m，相比传统2.3m至2.5m的轴距，曲线半径越小，线路规划越灵活，线路建设时涉及的拆迁成本越低。同时，本方案在常规曲线通过性能更优异，可以减小轮轨磨耗及过曲线噪声。

构架1承载功能：车体重量传递路径依次通过空气弹簧6、构架1、一系橡胶堆5传递至轮对2。

采用直驱电机时，质量较大，电机架悬的最优方式是双侧共同分担、平均承载，整体端梁结构可以保证足够的强度，且缩小构架(端梁)与电机之间的距离，有利于减小连接过渡件的尺寸，从而提高可靠性。而采用整体端梁，构架形成日字形封闭，提高构架整体性，可以实现有效提高端梁强度；端梁与侧梁连接部位增加局部锻件，以提高结构强度。

实施例一

直驱电机3与构架1的中间横梁之间具有一个弹性橡胶节点，直驱电机3与构架1的端梁之间具有两个弹性橡胶节点，直驱电机3与构架1之间采用三点弹性节点相连，呈架悬式结构设计，电机重量由构架直接承担。

具体的说，弹性橡胶节点包括布置在端梁上的一对安装座91以及安装在直驱电机3上的节点座92，安装座91为开口朝上的槽口，节点座92为开口朝下的槽口，两个安装座91的槽口中之间设有节点杆93，安装座91以及节点座92共同卡在节点杆93上，节点座92位于两根安装座91之间，节点杆93通过螺栓固定于两个安装座91，一对安装座91之间布置有防脱板94，节点安装方式为由下至上安装于构架，设计时使永磁直驱电机重心尽量位于三点中心以便于三处吊挂点在极限工况下受力状况良好；设计有防脱板结构，防止因螺栓断裂导致牵引驱动装置往下掉落；牵引驱动装置整体重量为簧上重量，有利于改善轮轨关系。

电机采用三点悬挂，且节点高度和电机重心保持一致，实现节点的受力均匀，力矩平衡；电机三点悬挂，比四点悬挂降低成本，同时便于构架横梁的设计；电机外两点吊挂的横向跨距短，带来的作用于电机和反作用于端梁的侧滚力矩小，使得电机的弹性挠片变形位移小，对构架端梁的强度起到好的作用；电机三点的臂长短，带来的电机点头附加力矩小，同时反作用于构架上的弯力矩减小，便于构架强度设计。

实施例二

构架1的中间横梁上设有用于安装车厢的中心销101，中间横梁的两侧各设有一个钢丝绳安装座102，钢丝绳安装座102下部为挡板103，钢丝绳安装座102与挡板103均为U形结构，两者的凹口相对设置，钢丝绳安装座102与挡板103之间具有调整垫104，调整垫104也为U形结构，且与挡板103同向布置，贯穿钢丝绳安装座102和调整垫104设有固定挡板103的螺栓和螺母的组合；中心销101的两侧各设有一根钢丝绳105，钢丝绳105末端为钢丝绳止挡环106，钢丝绳止挡环106直径大于挡板103的凹口最大直径，钢丝绳105穿过钢丝绳安装座102、调整垫104、挡板103的凹口，钢丝绳105与中心销101之间通过圆销107实现铰接。

本实施例的丝绳质量轻，中心销101双侧提吊受力平衡，实现空簧防过充功能以及转向架随车起吊功能。

调整垫104可调整钢丝绳在中心销与安装座之间的距离，以达到高度调整的作用。

实施例三

针对小轴距构架1上所应用的架悬式永磁直驱转向架牵引驱动装置，即本发明的直驱电机3，包括永磁直驱电机31、电机侧法兰盘32、空心轴33、车轴侧连接盘34、轮毂盘35、车轴36；本实施例提出了将永磁直驱牵引驱动装置弹性悬挂于构架上的安装方案，解决了永磁直驱牵引驱动装置弹性悬挂时电机扭矩传递方案的问题。

永磁直驱电机31的内腔为带有锥度的，电机侧法兰盘32和车轴侧连接盘34分别位于永磁直驱电机31两端；

永磁直驱电机31靠近电机侧法兰盘32侧具有用于驱动电机侧法兰盘32转动的主动端面齿，电机侧法兰盘32侧部具有与主动端面齿之间啮合的从动端面齿；

空心轴33位于永磁直驱电机31内，空心轴33的内腔为带有锥度的，其锥度方向与永磁直驱电机31内腔为的锥度方向相反，空心轴33与永磁直驱电机31的内腔之间具有间隙，该间隙为部件变形预留的空间；

空心轴33两端通过齿轮啮合分别与电机侧法兰盘32和车轴侧连接盘34连接，空心轴33位于电机侧法兰盘32一侧还设有第一法兰38，所述第一法兰与电机侧法兰盘32之间安装有挠性片37；

轮毂盘35和车轴36过盈配合，车轴36位于空心轴33内，车轴36与空心轴33内腔之间具有间隙，该间隙为部件变形预留的空间；

轮毂盘35上具有第二法兰39，第二法兰与车轴侧连接盘34之间也安装有挠性片37。

其中，电机侧法兰盘32通过挠性片37与第一法兰38相对连接固定，车轴侧连接盘34也通过挠性片37与第二法兰39相对连接固定，电机侧法兰盘32和车轴侧连接盘34通过螺栓相对固定于空心轴33两端；

永磁直驱电机31通过主动端面齿驱动电机侧法兰盘32的从动端面齿，带动电机侧法兰盘32-第一法兰38-空心轴33-车轴侧连接盘34-第二法兰39-轮毂盘35-车轴36进行整体转动。

挠性板式空心轴联轴节，整体采用纯机械设计，结构紧凑，无橡胶件，免维护；由于永磁直驱电机全悬挂连接于构架上，车辆运行时永磁直驱电机相对于车轴会产生相对运动，该相对运动通过挠性片的变形被吸收，并且通过挠性片的变形，联轴节能够适应轮对相对电机在动态和静态工况下的各向位移要求；此外该联轴节的整体设计能够更好地节省轴向空间，传递扭矩能力更强，由于内部零件方式均采用螺栓连接以及端面齿啮合的形式，因此装配工艺性更好。

如图所示，默认构架不动，由于永磁直驱电机悬挂连接于构架上，因此永磁直驱电机与构架一样默认不动；当轮毂侧车轮径向跳动时(即附图5A端，跳动状态见附图6左图)，过盈压装与该侧的轮毂盘随之径向跳动，使得轮毂盘及空心轴发生倾斜(此时挠性变发生形变来保证联轴节内部零件的倾斜)，当电机驱动端车轮径向跳动时(即附图5B端，跳动状态见附图6右图)，该侧车轴上抬倾斜；根据车辆运行过程中车轴、联轴节空心轴的运动分析(附图3)，因此永磁直驱电机转子内壁及联轴节空心轴均设计为喇叭口形状，转子内壁、空心轴与车轴三者形成一个“之”字型结构，附图2中两侧间隙a、b均需满足车辆运行过程中车轮径向跳动时，车轮车轴相对于构架的最大位移量。

实施例四

转向架的基础制动单元主要安装于构架上，通过闸瓦与车轮踏面的摩擦产生阻碍列车前进的力。为了使车轮磨耗、闸瓦磨耗及一系位移均在极限位置下仍能实现制动效果，制动单元的推杆需满足一定的行程，因此制动缸的体积及吊杆的活动空间必须较大。

目前城轨车辆的踏面制动采用过渡板悬挂方式，通过构架侧梁开孔螺栓连接吊挂于构架横梁和车轮之间，在轮径一定的情况下占用了较多的轴距空间，限制了轴距的大小，而大轴距使得转向架对小曲线的通过能力差，也将大大增加地铁车辆的设计、制造成本。

传统的三点安装位置在制动缸侧面，对制动单元的吊挂属于剪切力，外加施加制动作用时的剪切力，螺栓受力工况更加恶劣，新制动缸安装方式采用围绕重心的四点吊挂，受制动单元内部结构限制，四点布置紧凑整体成对称分布，受力均匀，制动缸重力方向依靠螺栓拉伸力支持，仅在制动作用时受到剪切力。

本实施例针对现今对小轴距转向架的需求，提供一种能够适应于端部悬挂的制动缸安装方式，增加两侧端梁在端梁上打四个孔，满足制动缸的工作行程和制动的正常施加，同时制动缸安装不在横梁和轮对之间，极大的解放了构架内侧空间。

构架1的构架端梁712的两侧各设有一个制动缸7，构架端梁712上设有四个安装位置，四个安装位置呈方形布置，用于固定安装制动缸7，制动单元传统安装在构架内侧，占用较多轴距空间，新安装方式采用端部悬挂，可适用于大小轴距的转向架制动缸安装，同样施加制动力。

具体的说，四个安装位置为在构架端梁712自上而下开设有接口一71、接口二72、接口三73，自下而上开设有接口四74，其中接口一71和接口二72靠近构架1的侧梁，接口三73靠近轮对2位置；

接口一71处设有制动套管714，贯穿制动套管714安装有用于连接制动缸7上螺孔的接口一螺栓78，制动套管714用于自上而下螺栓连接的导向和保护；

接口二72处设有套筒75，贯穿套筒75安装有用于连接制动缸7上螺孔的接口二螺栓76；

接口三73为构架端梁712的端梁下盖板713处开设通孔，贯穿接口三73的通孔以及制动缸7上通孔安装有用于连接制动缸7上螺孔的接口三螺栓77，接口三螺栓77端部安装有NL垫圈79和开槽螺母710进行固定；

接口四74为构架端梁712的端梁下盖板713处开设螺纹孔，贯穿制动缸7上通孔以及接口四74的螺纹孔设有接口四螺栓711。

制动缸7位于构架端梁712底部，构架端梁712底部设有用于限位制动缸7的止挡面717，即对安装有一定的定位效果也能在施加制动时减轻螺栓受到的剪切力作用，保证动作的安全稳定。

安装后闸瓦716同车轮715踏面的作用位置符合制动需求且不会偏磨，制动单元悬挂在外侧便于维护拆卸，更换闸瓦简便，手动缓解不用设置远端拉绳，管路布置占用空间分散，有利于其他挂件的设计安装。

该安装方式首先要满足端部悬挂的接口条件，制动缸需要至少M20的螺栓连接，且螺栓强度需达到12.9级，根据具体的接口不同，设计盲孔、通孔和螺纹孔，在强度满足的前提下可以设计为整体端梁型式或悬臂结构，对制动单元的上表面即接触面需要设有凸台防止咬死，非配合面可考虑局部减重，开设圆孔为减重设计718，安装时需设计对应的工装吊起制动缸，在制动力作用方向设计止挡结构，最后为车轮和闸瓦的摩擦接触提供足够的空间。

端部安装制动缸对进气管路的布置更加简化，占用较小的上部构架空间和侧梁外侧空间，也可取消手缓解拉绳的设计，便于维护时对制动单元的日常检查和闸瓦拆卸，且不需起车即可拆除制动缸。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种架悬式永磁直驱转向架，其特征在于：包括构架(1)、轮对(2)、直驱电机(3)、空心轴式联轴节(4)、一系橡胶堆(5)、空气弹簧(6)、制动缸(7)、牵引拉杆(8)；

构架(1)为“日”字结构，一系橡胶堆(5)安装于构架(1)下部，空气弹簧(6)安装于构架(1)上部，制动缸(7)安装于构架(1)后端外侧，牵引拉杆(8)安装于构架(1)的“日”字结构的中间横梁上；

构架(1)的“日”字结构的两个封闭区域内各设有一个直驱电机(3)，直驱电机(3)轴向与中间横梁平行；

直驱电机(3)为架悬式直驱电机，直驱电机(3)与构架(1)之间为弹性橡胶节点连接，直驱电机(3)通过空心轴式联轴节(4)驱动轮对(2)转动；

所述直驱电机(3)与构架(1)的中间横梁之间具有一个弹性橡胶节点，直驱电机(3)与构架(1)的端梁之间具有两个弹性橡胶节点，所述弹性橡胶节点包括布置在端梁上的一对安装座(91)以及安装在直驱电机(3)上的节点座(92)，安装座(91)为开口朝上的槽口，节点座(92)为开口朝下的槽口，两个安装座(91)的槽口中之间设有节点杆(93)，安装座(91)以及节点座(92)共同卡在节点杆(93)上，节点座(92)位于两根安装座(91)之间，节点杆(93)通过螺栓固定于两个安装座(91)；

所述构架(1)的中间横梁上设有用于安装车厢的中心销(101)，中间横梁的两侧各设有一个钢丝绳安装座(102)，钢丝绳安装座(102)下部为挡板(103)，钢丝绳安装座(102)与挡板(103)均为U形结构，两者的凹口相对设置，钢丝绳安装座(102)与挡板(103)之间具有调整垫(104)，调整垫(104)也为U形结构，且与挡板(103)同向布置，贯穿钢丝绳安装座(102)和调整垫(104)设有固定挡板(103)的螺栓和螺母的组合；中心销(101)的两侧各设有一根钢丝绳(105)，钢丝绳(105)末端为钢丝绳止挡环(106)，钢丝绳止挡环(106)直径大于挡板(103)的凹口最大直径，钢丝绳(105)穿过钢丝绳安装座(102)、调整垫(104)、挡板(103)的凹口；

所述直驱电机(3)包括永磁直驱电机(31)、电机侧法兰盘(32)、空心轴(33)、车轴侧连接盘(34)、轮毂盘(35)、车轴(36)；

永磁直驱电机(31)的内腔为带有锥度的，电机侧法兰盘(32)和车轴侧连接盘(34)分别位于永磁直驱电机(31)两端；

永磁直驱电机(31)靠近电机侧法兰盘(32)侧具有用于驱动电机侧法兰盘(32)转动的主动端面齿，电机侧法兰盘(32)侧部具有与主动端面齿之间啮合的从动端面齿；空心轴(33)位于永磁直驱电机(31)内，空心轴(33)的内腔为带有锥度的，其锥度方向与永磁直驱电机(31)内腔的锥度方向相反，空心轴(33)与永磁直驱电机(31)的内腔之间具有间隙；

空心轴(33)两端通过齿轮啮合分别与电机侧法兰盘(32)和车轴侧连接盘(34)连接，空心轴(33)位于电机侧法兰盘(32)一侧还设有第一法兰，所述第一法兰与电机侧法兰盘(32)之间安装有挠性片(37)；

轮毂盘(35)和车轴(36)过盈配合，车轴(36)位于空心轴(33)内，车轴(36)与空心轴(33)内腔之间具有间隙；

轮毂盘(35)上具有第二法兰，第二法兰与车轴侧连接盘(34)之间也安装有挠性片(37)；

所述构架(1)的构架端梁(712)的两侧各设有一个制动缸(7)，构架端梁(712)上设有四个安装位置，四个安装位置呈方形布置，用于固定安装制动缸(7)；

四个安装位置为在构架端梁(712)自上而下开设有接口一(71)、接口二(72)、接口三(73)，自下而上开设有接口四(74)，其中接口一(71)和接口二(72)靠近构架(1)的侧梁，接口三(73)靠近轮对(2)位置；

接口一(71)处设有制动套管(714)，贯穿制动套管(714)安装有用于连接制动缸(7)上螺孔的接口一螺栓(78)，接口二(72)处设有套筒(75)，贯穿套筒(75)安装有用于连接制动缸(7)上螺孔的接口二螺栓(76)，接口三(73)为构架端梁(712)的端梁下盖板(713)处开设通孔，贯穿接口三(73)的通孔以及制动缸(7)上通孔安装有用于连接制动缸(7)上螺孔的接口三螺栓(77)，接口三螺栓(77)端部安装有NL垫圈(79)和开槽螺母(710)进行固定，接口四(74)为构架端梁(712)的端梁下盖板(713)处开设螺纹孔，贯穿制动缸(7)上通孔以及接口四(74)的螺纹孔设有接口四螺栓(711)。

2.根据权利要求1所述的一种架悬式永磁直驱转向架，其特征在于：制动缸(7)位于构架端梁(712)底部，构架端梁(712)底部设有用于限位制动缸(7)的止挡面(717)。