CN114655022A - 适用于高速磁悬浮列车的支撑装置及磁悬浮列车 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种适用于高速磁悬浮列车的支撑装置及磁悬浮列车,其包括支撑轮、作动缸和能摆动地与磁悬浮列车的悬浮架连接的摆动机构,摆动机构包括两个转臂和连接轴,两个转臂对称设置在支撑轮的相对两侧,两个转臂的一端与悬浮架转动连接,两个转臂的另一端通过连接轴连接,两个转臂之间连接轮轴,支撑轮能转动地与轮轴连接,作动缸的两端分别与悬浮架和连接轴转动连接,作动缸通过伸缩驱动摆动机构摆动,摆动机构通过摆动带动支撑轮收起或放下。本发明增加了支撑轮的抗弯刚度和转动刚度,降低摆振,提高了悬浮架低速支撑运行的稳定性,减小了作用于构架上的扭转力矩,有利于构架轻量化设计,减小占用空间。
Description
技术领域
本发明涉及磁悬浮列车技术领域,尤其是一种适用于高速磁悬浮列车的支撑装置及磁悬浮列车。
背景技术
当轨道交通车辆速度达到600km/h时,其空气阻力占总阻力的比重将达到90%,并由此带来了剧烈的振动、噪音,严重制约了轨道交通车辆的进一步提速。低真空管道磁浮交通作为让磁浮列车在低真空管道中运行的一种交通工具,可以有效规避空气阻力对速度提升的影响;此外,采用磁悬浮这种非接触运行方式代替传统的轮轨关系可以有效规避轮轨摩擦、粘着、振动对提速的限制,兼有平稳舒适、噪音小、爬坡能力强、安全性高、能耗较低等优点,是一种理想的未来交通工具。
采用电动悬浮制式的低真空管道磁悬浮列车,是利用车载超导线圈磁场与地面线圈相互作用实现牵引、制动、悬浮及导向,当磁悬浮列车在静止或低速运行时,车载超导线圈磁场与线路侧8字形线圈作用产生的悬浮力不足以维持列车悬浮运行,因此在低速运行或停车时,列车需要依靠支撑轮装置支撑在轨道支撑轨面上运行;在达到起浮临界速度后,超导线圈与8字形线圈作用将产生足够的悬浮力,此时支撑轮收回,列车实现悬浮运行。
现有的支撑轮装置安装在悬浮架构架的内端面,支撑轮悬臂式半轴安装在摇臂一侧,这种安装方式会导致支撑轮的抗弯刚度、转动刚度不足,造成摆振,影响悬浮架低速运行的稳定性;这种安装方式还会增加作用在悬浮架构架内端面的扭转力矩,需要在该部位进行结构加强设计,不利于磁浮列车的轻量化;此外,这种支撑装置主要应用在大气环境,不适于低真空高速磁悬浮列车的运行环境。
发明内容
本发明的目的是提供一种适用于高速磁悬浮列车的支撑装置及磁悬浮列车,以解决现有支撑轮装置存在的抗弯刚度和转动刚度不足,不利于磁浮列车的轻量化的问题。
为达到上述目的,本发明提出一种适用于高速磁悬浮列车的支撑装置,其包括支撑轮、作动缸和能摆动地与磁悬浮列车的悬浮架连接的摆动机构,所述摆动机构包括两个转臂和连接轴,两个所述转臂对称设置在所述支撑轮的相对两侧,两个所述转臂的一端与所述悬浮架转动连接,两个所述转臂的另一端通过所述连接轴连接,两个所述转臂之间连接一轮轴,所述支撑轮能转动地与所述轮轴连接,所述作动缸的两端分别与所述悬浮架和所述连接轴转动连接,所述作动缸通过伸缩驱动所述摆动机构摆动,所述摆动机构通过摆动带动所述支撑轮收起或放下。
如上所述的支撑装置,其中,所述支撑装置包括两个所述作动缸,设所述支撑轮的轴向方向上的中心位置为中心点,两个所述转臂与所述中心点之间的垂直距离相等,两个所述作动缸分别设于所述中心点的相对两侧,且两个所述作动缸与所述中心点之间的垂直距离相等。
如上所述的支撑装置,其中,所述转臂通过第一关节轴承与所述悬浮架连接,所述作动缸通过第二关节轴承与所述悬浮架连接,所述作动缸通过第三关节轴承与所述连接轴连接。
如上所述的支撑装置,其中,所述支撑轮通过两个圆锥滚子轴承与所述轮轴连接,所述圆锥滚子轴承由非铁磁材料制成。
如上所述的支撑装置,其中,所述支撑轮包括轮胎和具有制动装置的轮毂,所述轮胎为空心充气轮胎,所述轮毂为辐条轮。
如上所述的支撑装置,其中,所述作动缸的伸缩杆与所述摆动机构连接,所述作动缸的伸缩杆具有伸出锁定位置和收回锁定位置,所述作动缸内置有锁定装置,所述锁定装置能将所述伸缩杆固定在所述伸出锁定位置和所述收回锁定位置。
如上所述的支撑装置,其中,所述支撑装置还包括设于所述作动缸顶部与所述悬浮架之间的缓冲垫。
如上所述的支撑装置,其中,所述转臂是由互呈一夹角的第一段和第二段连接构成的弯折结构,所述夹角为钝角,所述轮轴与所述转臂的连接位置位于所述第一段和所述第二段的连接处。
如上所述的支撑装置,其中,所述转臂的材质为钛合金,所述作动缸的缸筒的材质为钛合金或无磁高强度钢,所述支撑轮的轮毂的材质为铝合金或钛合金。
本发明还提出一种磁悬浮列车,其包括多个悬浮架和上述的支撑装置,每个所述悬浮架下放安装多套所述支撑装置,所述转臂和所述作动缸与所述悬浮架的构架侧梁连接,所述支撑轮位于所述构架侧梁的正下方。
本发明的适用于高速磁悬浮列车的支撑装置及磁悬浮列车的特点和优点是:
1.本发明通过在支撑轮两侧全轴式安装转臂,有效增加了支撑轮的抗弯刚度和转动刚度,从而降低摆振,提高了悬浮架低速支撑运行的稳定性;由于支撑轮两侧全轴式安装有转臂,在将本发明的支撑装置安装在悬浮架的构架下方时,支撑装置整体位于悬浮架的构架侧梁的正下方,消除了构架安装点与支撑轮轴向中心间的偏心,减小了作用于构架上的扭转力矩,有利于构架轻量化设计,减小占用空间;
2.本发明通过在转臂与悬浮架的连接处、作动缸与悬浮架和连接轴的连接处设置关节轴承,有利于转臂和作动缸自由转动,关节轴承具有一定的径向刚度,能传递支撑轮制动时产生的纵向载荷,关节轴承允许一定的径向变形量,能减弱纵向冲击;
3.本发明通过将轮毂设置为辐条状,能减小涡流阻力,通过采用空心充气轮胎,使支撑轮具有较大的承载能力,能适应较高的运行速度;
4.本发明通过采用两个圆锥滚子轴承连接支撑轮和轮轴,使支撑轮能同时承载垂向力和横向力;
5.本发明通过选用非铁磁材质制造转臂、作动缸、轮毂和圆锥滚子轴承,使支撑装置适用于低真空高速磁悬浮列车的强电磁场运行环境。
附图说明
以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释,并不限定本发明的范围。其中:
图1是本发明的支撑装置的主视图;
图2是图1中支撑装置的侧视图。
主要元件标号说明:
1、支撑轮;11、轮胎;12、轮毂;2、作动缸;21、伸缩杆;
3、摆动机构;31、转臂;311、第一段;312、第二段;32、连接轴;
4、轮轴;5、第一关节轴承;6、第二关节轴承;7、第三关节轴承;
8、圆锥滚子轴承;9、缓冲垫;100、构架。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解,现对照附图说明本发明的具体实施方式。其中,形容词性或副词性修饰语“上”和“下”、“左”和“右”、“顶”和“底”的使用仅是为了便于多组术语之间的相对参考,且并非描述对经修饰术语的任何特定的方向限制。另外,术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量,由此,限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中,除非另有说明,“多个”的含义是两个或两个以上。在本发明的描述中,除非另有说明,术语“连接”应做广义理解,例如,可以是固定连接,可以是可拆卸连接,可以是直接连接,可以是通过中间媒介间接连接,对于本领域的普通技术人员而言,可以根据具体情况理解上述术语在本专利中的具体含义。
除非单独定义指出的方向以外,本文中涉及到的上、下方向以本发明图1中的上、下方向为准,本文中涉及到的左、右方向以本发明图2中的左、右方向为准,在此一并说明。
如图1、图2所示,本发明提出一种适用于高速磁悬浮列车的支撑装置,其包括支撑轮1、作动缸2和能摆动地与磁悬浮列车的悬浮架连接的摆动机构3,例如作动缸2为液压作动缸,摆动机构3包括两个转臂31和一连接轴32,两个转臂31对称设置在支撑轮1的相对两侧,两个转臂31的一端与悬浮架转动连接,两个转臂31的另一端通过连接轴32连接,两个转臂31之间连接一轮轴4,支撑轮1能转动地与轮轴4连接,作动缸2的两端分别与悬浮架和连接轴32转动连接,具体是,转臂31和作动缸2分别与悬浮架的构架100的侧梁连接,作动缸2通过伸缩驱动摆动机构3摆动,摆动机构3通过摆动带动支撑轮1收起或放下。
本发明通过在支撑轮两侧全轴式安装转臂,有效增加了支撑轮的抗弯刚度和转动刚度,从而降低摆振,提高了悬浮架低速支撑运行的稳定性;由于支撑轮两侧全轴式安装有转臂,在将本发明的支撑装置安装在悬浮架的构架下方时,支撑装置整体位于悬浮架的构架侧梁的正下方,消除了构架安装点与支撑轮轴向中心间的偏心,减小了作用于构架上的扭转力矩,有利于构架轻量化设计,减小占用空间。
进一步,如图2所示,支撑装置包括两个作动缸2,设支撑轮1的轴向方向上的中心位置为中心点,两个转臂31与该中心点之间的垂直距离相等,两个作动缸2分别设于中心点的相对两侧,且两个作动缸2与该中心点之间的垂直距离相等,因此在将本发明的支撑装置安装在悬浮架的构架100下方时,支撑轮1位于悬浮架的构架100的侧梁的正下方。
进一步,如图1所示,转臂31通过第一关节轴承5与悬浮架连接,作动缸2通过第二关节轴承6与悬浮架连接,作动缸2通过第三关节轴承7与连接轴32连接,采用关节轴承,有利于转臂31和作动缸2自由转动,关节轴承具有一定的径向刚度,能传递支撑轮1制动时产生的纵向载荷,关节轴承允许一定的径向变形量,能减弱纵向冲击。
进一步,如图1所示,支撑轮1通过两个圆锥滚子轴承8与轮轴4连接,圆锥滚子轴承8同时具有垂向和横向的承载能力,使支撑轮1能同时承载垂向力和横向力,例如两个圆锥滚子轴承8分别设于支撑轮1的相对两端。
更进一步,圆锥滚子轴承8由非铁磁材料制成,例如圆锥滚子轴承8由陶瓷材料等非金属材料制成,为陶瓷轴承,能适应强电磁场环境,有效避免了普通金属轴承在强磁场环境下的电蚀问题。
在本发明的一实施例中,如图1所示,支撑轮1包括轮胎11和具有制动装置的轮毂12,轮毂12为辐条轮,以减小涡流阻力,轮胎11为空心充气轮胎,以获得较大的承载能力及适应较高的运行速度,轮胎11的橡胶材质应满足真空环境的运行要求,该橡胶材质的选择为现有技术,故不做详细说明。例如轮毂12的制动装置与转臂31连接。
其中轮毂12的制动装置可以是盘式制动装置,例如航空机轮盘式制动装置,通过液压驱动刹车,具备较高的散热效率。由于制动装置为现有技术,本发明不介绍其具体结构和工作原理。
进一步,支撑轮1的轮毂12的材质为铝合金或钛合金,支撑轮1的轮毂12由铝合金或钛合金锻造而成,具有足够的强度且兼具不导磁性。
在本发明的一实施例中,如图1、图2所示,作动缸2的伸缩杆21与摆动机构3连接,作动缸2的伸缩杆21具有伸出锁定位置和收回锁定位置,当伸缩杆21处于伸出锁定位置时,支撑轮1处于放下位置,支撑轮1与轨道支撑轨面接触,当伸缩杆21处于收回锁定位置时,支撑轮1处于收起位置,支撑轮1与轨道支撑轨面分离,作动缸2内置有锁定装置,锁定装置能将伸缩杆21固定(锁定)在伸出锁定位置和收回锁定位置,以使支撑轮1能够保持在放下位置和收起位置。由于作动缸内置锁定装置的结构为现有技术,本发明不介绍其具体结构和工作原理。例如锁定装置以液压阀锁的形式集成在作动缸2的内部,能实现支撑轮收起和放下状态的可靠锁定。
在本发明的一实施例中,如图1所示,支撑装置还包括设于作动缸2的顶部与悬浮架之间的缓冲垫9,例如缓冲垫9为集成堆叠在作动缸2的缸筒顶部的多个橡胶垫,具体是,例如,缓冲垫9位于作动缸2的上部耳环与作动缸2的外筒顶部之间,用于减弱垂向振动冲击。当磁悬浮列车着轨时,缓冲垫9同充气轮胎一起吸收列车着轨时产生的撞击能量,保证列车安全着轨,并为列车适应线路不平顺提供一定的缓冲能力。
在本发明的一实施例中,如图1所示,转臂31是由互呈一夹角的第一段311和第二段312连接构成的弯折结构,该夹角为钝角,轮轴4与转臂31的连接位置位于第一段311和第二段312的连接处。采用弯折结构的转臂31,使作动缸2的长度得以减小,减小装置的占用空间。优选地,每个转臂31均为一体式结构,以提高其承载强度。
进一步,转臂31的材质为钛合金,由于转臂31是支撑装置的主要承力部件,采用钛合金能保证转臂31具有足够的强度,且兼具不导磁性,能适应强电磁场环境。
在本发明的一实施例中,作动缸2的缸筒的材质为钛合金或无磁高强度钢,用以为支撑轮1的收起和下放提供足够动力并传递垂向载荷。
实施方式二
本发明提出一种磁悬浮列车,其包括多个悬浮架和实施方式一的支撑装置,如图1、图2所示,每个悬浮架下放安装多套支撑装置,各作动缸2与悬浮架的构架100的侧梁转动连接,各摆动机构3与悬浮架的构架100的侧梁连接,支撑轮1位于构架100的侧梁的正下方,以消除构架安装点与支撑轮轴向中心间的偏心,减小了作用于构架上的扭转力矩,有利于构架轻量化设计,减小占用空间。
进一步,每个悬浮架下方安装四套支撑装置。
本实施方式中的支撑装置的结构、工作原理和有益效果与实施方式一相同,在此不再赘述。
本发明通过在悬浮架的构架上布置支撑装置,解决了现有技术存在的以下问题:通过在支撑轮两侧全轴式安装转臂,有效增加了支撑轮的抗弯刚度和转动刚度,从而降低摆振,提高了悬浮架低速支撑运行的稳定性;通过将支撑轮装置安装在构架侧梁的正下方,消除了构架安装点与车轮轴向中心间的偏心,减小了作用于构架上的扭转力矩,有利于构架轻量化设计,减小占用空间;通过将轮毂设计为辐条状,有效较小了涡流阻力;通过选用非铁磁材质制造转臂、作动缸、轮毂和圆锥滚子轴承,使本发明的支撑装置适用于低真空高速磁悬浮列车的强电磁场运行环境。
以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式,并非用以限定本发明的范围。任何本领域的技术人员,在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作的等同变化与修改,均应属于本发明保护的范围。而且需要说明的是,本发明的各组成部分并不仅限于上述整体应用,本发明的说明书中描述的各技术特征可以根据实际需要选择一项单独采用或选择多项组合起来使用,因此,本发明理所当然地涵盖了与本案发明点有关的其它组合及具体应用。
Claims (10)
1.一种适用于高速磁悬浮列车的支撑装置,其特征在于,所述支撑装置包括支撑轮、作动缸和能摆动地与磁悬浮列车的悬浮架连接的摆动机构,所述摆动机构包括两个转臂和连接轴,两个所述转臂对称设置在所述支撑轮的相对两侧,两个所述转臂的一端与所述悬浮架转动连接,两个所述转臂的另一端通过所述连接轴连接,两个所述转臂之间连接一轮轴,所述支撑轮能转动地与所述轮轴连接,所述作动缸的两端分别与所述悬浮架和所述连接轴转动连接,所述作动缸通过伸缩驱动所述摆动机构摆动,所述摆动机构通过摆动带动所述支撑轮收起或放下。
2.如权利要求1所述的支撑装置,其特征在于,所述支撑装置包括两个所述作动缸,设所述支撑轮的轴向方向上的中心位置为中心点,两个所述转臂与所述中心点之间的垂直距离相等,两个所述作动缸分别设于所述中心点的相对两侧,且两个所述作动缸与所述中心点之间的垂直距离相等。
3.如权利要求1所述的支撑装置,其特征在于,所述转臂通过第一关节轴承与所述悬浮架连接,所述作动缸通过第二关节轴承与所述悬浮架连接,所述作动缸通过第三关节轴承与所述连接轴连接。
4.如权利要求1所述的支撑装置,其特征在于,所述支撑轮通过两个圆锥滚子轴承与所述轮轴连接,所述圆锥滚子轴承由非铁磁材料制成。
5.如权利要求1所述的支撑装置,其特征在于,所述支撑轮包括轮胎和具有制动装置的轮毂,所述轮胎为空心充气轮胎,所述轮毂为辐条轮。
6.如权利要求1所述的支撑装置,其特征在于,所述作动缸的伸缩杆与所述摆动机构连接,所述作动缸的伸缩杆具有伸出锁定位置和收回锁定位置,所述作动缸内置有锁定装置,所述锁定装置能将所述伸缩杆固定在所述伸出锁定位置和所述收回锁定位置。
7.如权利要求1所述的支撑装置,其特征在于,所述支撑装置还包括设于所述作动缸顶部与所述悬浮架之间的缓冲垫。
8.如权利要求1所述的支撑装置,其特征在于,所述转臂是由互呈一夹角的第一段和第二段连接构成的弯折结构,所述夹角为钝角,所述轮轴与所述转臂的连接位置位于所述第一段和所述第二段的连接处。
9.如权利要求1所述的支撑装置,其特征在于,所述转臂的材质为钛合金,所述作动缸的缸筒的材质为钛合金或无磁高强度钢,所述支撑轮的轮毂的材质为铝合金或钛合金。
10.一种磁悬浮列车,其特征在于,所述磁悬浮列车包括多个悬浮架和权利要求1至9任一项所述的支撑装置,每个所述悬浮架下放安装多套所述支撑装置,所述转臂和所述作动缸与所述悬浮架的构架侧梁连接,所述支撑轮位于所述构架侧梁的正下方。
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Legal Events
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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