專利名稱：獨(dú)立輪對(duì)單軸轉(zhuǎn)向架彈性耦合裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及列車車體轉(zhuǎn)向架之間的車鉸連接機(jī)構(gòu)，具體來(lái)說(shuō)是用于城市 輕軌低地板車輛獨(dú)立輪對(duì)單軸轉(zhuǎn)向架的彈性耦合裝置，以解決獨(dú)立輪對(duì)兩軸轉(zhuǎn)向 架通過(guò)曲線時(shí)展開(kāi)不足，以及獨(dú)立輪對(duì)單軸轉(zhuǎn)向架通過(guò)曲線時(shí)展開(kāi)過(guò)度的問(wèn)題， 使獨(dú)立輪對(duì)在曲線上展開(kāi)適度而趨向徑向位置。
背景技術(shù)：
獨(dú)立輪對(duì)的左右車輪可以圍繞著車軸自由轉(zhuǎn)動(dòng)而車軸無(wú)需轉(zhuǎn)動(dòng)，所以可以把 獨(dú)立輪對(duì)的車軸做成下凹形的，從而可以降低車輛地板面的高度，因此城市輕軌 低地板車輛通常都采用獨(dú)立輪對(duì)。但是由于獨(dú)立輪對(duì)左右車輪相對(duì)于其車軸各自 獨(dú)立自由回轉(zhuǎn)，所以在縱向不產(chǎn)生蠕滑力，而縱向蠕滑力在輪對(duì)的導(dǎo)向中又起著 十分關(guān)鍵的作用，因此獨(dú)立輪對(duì)的導(dǎo)向性能較差，主要表現(xiàn)為在直線上，獨(dú)立 輪對(duì)不易對(duì)中，容易貼靠軌道一側(cè)運(yùn)行；在曲線上，獨(dú)立輪對(duì)的沖角較大，容易 發(fā)生輪緣貼靠。這樣， 一方面會(huì)加重獨(dú)立輪對(duì)的車輪磨耗；另一方面，獨(dú)立輪對(duì) 的脫軌隱患增大。
而獨(dú)立輪對(duì)兩軸轉(zhuǎn)向架和獨(dú)立輪對(duì)單軸轉(zhuǎn)向架在導(dǎo)向性能方面均存在各自的 不足之處，二者的導(dǎo)向性能對(duì)比如下
圖1示出的是獨(dú)立輪對(duì)兩軸轉(zhuǎn)向架通過(guò)曲線時(shí)的情形，由于I 、 II位輪對(duì)受 同一構(gòu)架的約束，輪對(duì)I通常相對(duì)于徑向線形成正沖角，而輪對(duì)II通常相對(duì)于徑
向線形成負(fù)沖角，也就是說(shuō)，i、 n位輪對(duì)在曲線上展開(kāi)不足。
圖2示出的是獨(dú)立輪對(duì)單軸轉(zhuǎn)向架通過(guò)曲線時(shí)的情形，I、 II位輪對(duì)不再受
同一構(gòu)架的約束，而是分別受前后車體的約束，由于輪對(duì)I處于前面車體的后端， 而輪對(duì)II處于后面車體的前端，所以輪對(duì)I通常相對(duì)于徑向線形成負(fù)沖角，而輪 對(duì)II通常相對(duì)于徑向線形成正沖角，也就是說(shuō)，I、 II位輪對(duì)在曲線上展開(kāi)過(guò)度。 轉(zhuǎn)向架的前后輪對(duì)在曲線上不管是展開(kāi)不足還是展開(kāi)過(guò)度都對(duì)曲線通過(guò)不利。
針對(duì)獨(dú)立輪對(duì)的導(dǎo)向難題，本實(shí)用新型人曾提出"一種獨(dú)立輪對(duì)單軸轉(zhuǎn)向架柔性耦合機(jī)構(gòu)"(專利申請(qǐng)?zhí)?006200367488)的技術(shù)方案，它通過(guò)在獨(dú)立輪對(duì)單 軸轉(zhuǎn)向架上設(shè)置適當(dāng)?shù)募s束、從根本上解決了現(xiàn)有獨(dú)立輪對(duì)兩軸轉(zhuǎn)向架和獨(dú)立輪 對(duì)單軸轉(zhuǎn)向架存在的導(dǎo)向性能差的問(wèn)題。

實(shí)用新型內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的是提供一種結(jié)構(gòu)改進(jìn)的獨(dú)立輪對(duì)單軸轉(zhuǎn)向架彈性耦合裝 置，以更好地實(shí)現(xiàn)工程化、從而徹底地解決獨(dú)立輪對(duì)的導(dǎo)向難題。
本實(shí)用新型的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的 一種獨(dú)立輪對(duì)單軸轉(zhuǎn)向架彈性耦合裝置， 包括固聯(lián)在前、后車體上的前、后單軸轉(zhuǎn)向架，前、后單軸轉(zhuǎn)向架上沿、其縱向 中線兩側(cè)對(duì)稱地設(shè)置有兩組彈性耦合機(jī)構(gòu)，其單組結(jié)構(gòu)為結(jié)構(gòu)相同的兩個(gè)缸筒 分別固定在前、后單軸轉(zhuǎn)向架上，缸筒內(nèi)的兩個(gè)活塞之間經(jīng)球鉸鉸接有一根連桿， 且兩缸筒內(nèi)活塞左、右兩側(cè)分別設(shè)有處于預(yù)壓縮狀態(tài)的兩根彈簧。
獨(dú)立輪對(duì)兩軸轉(zhuǎn)向架的I 、 II位輪對(duì)在曲線上展開(kāi)不足是因?yàn)閯傂詷?gòu)架對(duì)它 們的約束過(guò)大；獨(dú)立輪對(duì)單軸轉(zhuǎn)向架的I、 II位輪對(duì)在曲線上展開(kāi)過(guò)渡是因?yàn)樗?們之間缺乏必要的約束；而(圖3所示)獨(dú)立輪對(duì)柔性耦合轉(zhuǎn)向架恰好可以彌補(bǔ) 前兩種轉(zhuǎn)向架的不足之處當(dāng)我們給耦合轉(zhuǎn)向架的耦合元件選取一個(gè)適當(dāng)?shù)膿u頭 剛度值時(shí)就有可能使I 、 II位輪對(duì)在曲線上展開(kāi)適度而趨于徑向位置。
上述獨(dú)立輪對(duì)柔性耦合轉(zhuǎn)向架的耦合剛度(搖頭剛度值)的理論推導(dǎo)如下
1、耦合剛度的確定
由于單軸轉(zhuǎn)向架的一系懸掛剛度遠(yuǎn)大于二系懸掛剛度，所以在作理論分析時(shí) 可把輪對(duì)和構(gòu)架看作一個(gè)整體。由于獨(dú)立輪對(duì)理論上不存在縱向蠕滑力，所以耦 合轉(zhuǎn)向架中的前后兩個(gè)單軸轉(zhuǎn)向架所受的搖頭偏轉(zhuǎn)力矩主要是耦合元件產(chǎn)生的力 矩M^和二系懸掛系統(tǒng)產(chǎn)生的力矩M^，并且當(dāng)列車穩(wěn)態(tài)通過(guò)曲線時(shí)，這兩個(gè)力
矩之和應(yīng)該為0，所以可得輪對(duì)搖頭運(yùn)動(dòng)方程
M ,+Mcz,=0 a)
其中
Mra =-2&A2K, ，c +(-1)'^] (2) Msc, = (-1)'2/^2[(-1)' 8, -(-1廣V,) +尋] (3)式中，/: 為轉(zhuǎn)向架一側(cè)二系懸掛縱向剛度，《 為轉(zhuǎn)向架一側(cè)縱向耦合剛度，
A為二系懸掛橫向跨距之半，A為耦合元件橫向跨距之半，/為車輛名義定距之
半，6為前、后單軸轉(zhuǎn)向架的軸距之半，及為圓曲線半徑，v^為構(gòu)架搖頭角，wc 為車體搖頭角。
考慮到輪對(duì)的位移和懸掛變形比車輛的名義定距2/要小得多，因此可以認(rèn)為 車體的中央部分近似與圓曲線相切，即^ 0。當(dāng)列車穩(wěn)態(tài)通過(guò)圓曲線時(shí)，為了
使耦合走行部的前后輪對(duì)完全處于徑向位置，必有^s,=^^+1)=0，所以根據(jù) 式(1) 式(3)可得
2^A2- = 2乙5,2 ^ (4) c及 及
即
從上式可以看出，車輛名義定距之半/、前、后單軸轉(zhuǎn)向架的軸距之半6、 二 系懸掛橫向跨距A之半、耦合元件橫向跨距A之半都是結(jié)構(gòu)參數(shù)， 一旦結(jié)構(gòu)確定
了，這些值就是恒定值，所以耦合剛度/^的選取主要與二系懸掛剛度i^有關(guān)。
式(5)還有一個(gè)更重要的特點(diǎn)是耦合剛度尺 的選取與曲線半徑i 無(wú)關(guān)，這正是獨(dú)
立車輪耦合轉(zhuǎn)向架的絕妙之處，因?yàn)檫@將意味著不管線路的曲線半徑大小，只 要耦合剛度《 與二系懸掛剛度/^匹配合理，獨(dú)立車輪耦合轉(zhuǎn)向架就能在懸掛系
統(tǒng)和彈性耦合元件的作用下自動(dòng)調(diào)節(jié)前后輪對(duì)趨于徑向位置。 2、耦合機(jī)構(gòu)的實(shí)現(xiàn)
上面推導(dǎo)出了獨(dú)立輪對(duì)單軸轉(zhuǎn)向架柔性耦合行走部前后輪對(duì)趨于徑向位置時(shí)
耦合元件縱向剛度《"需滿足的表達(dá)關(guān)系式，下面將提出一種具體的耦合機(jī)構(gòu)。
直接在前后兩個(gè)單軸轉(zhuǎn)向架之間的左右兩側(cè)連接兩根縱向布置的鋼彈簧，理
論上雖然講得通，但在實(shí)際應(yīng)用中并不現(xiàn)實(shí)，因?yàn)樵趯?shí)際工程中這樣布置鋼彈簧
存在以下幾方面的困難
(1)在前面的理論推導(dǎo)中假定了耦合元件只提供的縱向剛度，而其他方向的剛度都趨于o，只有鋼彈簧兩端通過(guò)球鉸的形式與前后構(gòu)架相連，并且前后鉸接點(diǎn)
的縱向跨距還要比較大時(shí)，這種假設(shè)才能成立，這樣兩端為球鉸約束的鋼彈簧在
受力狀態(tài)下的穩(wěn)定性存在問(wèn)題；
(2)鋼彈簧兩端分別連接在前后構(gòu)架上，鋼彈簧在重力的作用下會(huì)自然下垂，
這樣會(huì)影響彈簧的正常工作。
鑒于此，本實(shí)用新型提出了上述彈性耦合裝置的技術(shù)方案。 每組彈性耦合機(jī)構(gòu)的前后缸筒分別固定在前后構(gòu)架上；連桿的兩端分別通過(guò)
球關(guān)節(jié)與前后活塞連接；連桿長(zhǎng)度調(diào)節(jié)及鎖緊機(jī)構(gòu)主要對(duì)連桿的長(zhǎng)度進(jìn)行調(diào)節(jié)(滿
足不同軸距轉(zhuǎn)向架的需要)和鎖緊。另一套相同的彈性耦合裝置對(duì)稱布置在轉(zhuǎn)向架
的另一側(cè)。
缸筒固定在前后構(gòu)架上，把彈簧放置在缸筒內(nèi)，這樣就不用把彈簧懸垂在兩 個(gè)轉(zhuǎn)向架之間；由于連桿AB的兩端都是球鉸連接，這恰好可以滿足前面理論推導(dǎo) 中的假設(shè)耦合元件只提供縱向剛度，而其他方向的剛度都趨于0。
缸筒內(nèi)的彈簧均預(yù)壓縮一定位移，保證活塞在有效的工作正負(fù)行程范圍內(nèi)， 所有彈簧都處于壓縮狀態(tài)，這樣彈簧兩端的定位就非常容易；彈簧兩端的約束不 再是球鉸約束，而是固定約束，所以彈簧的穩(wěn)定性不成問(wèn)題了。
本實(shí)用新型轉(zhuǎn)向架每側(cè)的縱向耦合剛度K"(等效于每側(cè)彈性耦合裝置提供的 綜合剛度)與二系懸掛縱向剛度i^滿足公式(5)，因此，當(dāng)列車通過(guò)曲線時(shí)，本
實(shí)用新型轉(zhuǎn)向架就能在懸掛系統(tǒng)和彈性耦合元件的作用下自動(dòng)調(diào)節(jié)前后輪對(duì)趨向 徑向位置，從而解決獨(dú)立輪對(duì)的導(dǎo)向難題。
本實(shí)用新型獨(dú)立輪對(duì)單軸轉(zhuǎn)向架彈性耦合裝置調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)能夠迫使相互耦合的 兩個(gè)獨(dú)立輪對(duì)單軸轉(zhuǎn)向架的前后輪對(duì)同時(shí)趨于徑向位置，從而徹底解決獨(dú)立輪對(duì) 的導(dǎo)向難題，相信隨著獨(dú)立輪對(duì)柔性耦合徑向轉(zhuǎn)向架的研制成功，將會(huì)給城市輕 軌低地板車輛的發(fā)展開(kāi)辟一片廣闊的新天地甚至還可能帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社 會(huì)效益。


圖1是現(xiàn)有獨(dú)立輪對(duì)兩軸轉(zhuǎn)向架通過(guò)曲線時(shí)的示意圖； 圖2是現(xiàn)有獨(dú)立輪對(duì)單軸轉(zhuǎn)向架通過(guò)曲線時(shí)的示意圖；圖3是現(xiàn)有獨(dú)立輪對(duì)耦合轉(zhuǎn)向架的通過(guò)曲線時(shí)的示意圖； 圖4是本實(shí)用新型的單組彈性耦合機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)圖5是本實(shí)用新型獨(dú)立輪對(duì)單軸轉(zhuǎn)向架彈性耦合裝置的安裝示意圖。 圖6是圖5所示本實(shí)用新型通過(guò)曲線時(shí)的示意圖。
具體實(shí)施方式
圖4示出，單組彈性耦合機(jī)構(gòu)由兩個(gè)彈簧裝置和連桿組成，其中彈簧裝置又 由缸筒、活塞以及兩個(gè)彈簧組成，其結(jié)構(gòu)為兩個(gè)缸筒6、 8內(nèi)活塞5、 7左、右 兩側(cè)設(shè)有處于預(yù)壓縮狀態(tài)的兩根彈簧1、 2、 3、 4。連桿13經(jīng)球鉸連接在兩個(gè)活塞 5、 7之間。
參見(jiàn)圖5，前、后單軸轉(zhuǎn)向架ll、 12分別固聯(lián)在前、后車體9、 10上，前、 后單軸轉(zhuǎn)向架11、 12上沿其縱向中線兩側(cè)對(duì)稱地設(shè)置有如圖4所示相同結(jié)構(gòu)的兩 組彈性耦合機(jī)構(gòu)，即兩組耦合機(jī)構(gòu)的四個(gè)缸筒兩兩地分別固定在前、后單軸轉(zhuǎn)向 架上。為了適應(yīng)前、后車體上兩單軸轉(zhuǎn)向架的不同間距，可采用連桿調(diào)節(jié)及鎖緊 結(jié)構(gòu)14,以調(diào)整連桿長(zhǎng)度并將其鎖定，并使缸筒內(nèi)所有彈簧均處于預(yù)壓縮狀態(tài)。
耦合裝置的導(dǎo)向原理
如圖5所示，本實(shí)用新型中，當(dāng)在曲線上通過(guò)時(shí)，前后轉(zhuǎn)向架外側(cè)(曲線中 線外側(cè))彈性耦合機(jī)構(gòu)兩缸筒近端的兩個(gè)彈簧1. 4 (指前一缸筒活塞后部的彈簧和 后一缸筒活塞前部的彈簧，下同)會(huì)被活塞壓縮，而兩缸筒外端的兩個(gè)彈簧2.3
(指前一缸筒活塞前部的彈簧和后一缸筒活塞后部的彈簧，下同)會(huì)自動(dòng)放松； 而前后轉(zhuǎn)向架內(nèi)側(cè)彈性耦合機(jī)構(gòu)兩缸筒外端的兩個(gè)彈簧會(huì)被活塞壓縮，另外兩個(gè) 彈簧2、 3會(huì)自動(dòng)放松。缸筒內(nèi)被活塞隔開(kāi)的兩組彈簧相當(dāng)于并聯(lián)作用，但連桿兩 端彈簧裝置又是串聯(lián)作用，所以彈性耦合裝置的綜合剛度就等于缸筒內(nèi)一組彈簧 的剛度。
因此要求鋼筒內(nèi)每組彈簧的剛度應(yīng)按公式(5)設(shè)計(jì)。為了保證柔性耦合徑向轉(zhuǎn) 向架通過(guò)曲線時(shí)彈性耦合裝置的彈簧不被壓死及其徑向功能，彈性耦合裝置鋼筒
內(nèi)的每組彈簧的可壓縮量應(yīng)大于^，(》為前、后單軸轉(zhuǎn)向架的軸距之半，
為左右彈性耦合裝置的橫向跨距之半，W為列車運(yùn)行軌道的最小曲線半徑)。
權(quán)利要求1、一種獨(dú)立輪對(duì)單軸轉(zhuǎn)向架彈性耦合裝置，包括固聯(lián)在前、后車體(9、10)上的前、后單軸轉(zhuǎn)向架(11、12)，其特征是所述前、后單軸轉(zhuǎn)向架(11、12)上沿其縱向中線兩側(cè)對(duì)稱地設(shè)置有兩組彈性耦合機(jī)構(gòu)，其單組結(jié)構(gòu)為結(jié)構(gòu)相同的兩個(gè)缸筒(6、8)分別固定在前、后單軸轉(zhuǎn)向架(11、12)上，缸筒(6、8)內(nèi)的兩個(gè)活塞(5、7)之間經(jīng)球鉸鉸接有一根連桿(13)，且兩缸筒內(nèi)活塞左、右兩側(cè)分別設(shè)有處于預(yù)壓縮狀態(tài)的兩根彈簧。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述獨(dú)立輪對(duì)單軸轉(zhuǎn)向架彈性耦合裝置，其特征是還 具有連桿長(zhǎng)度調(diào)節(jié)及鎖緊機(jī)構(gòu)(14)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述獨(dú)立輪對(duì)單軸轉(zhuǎn)向架彈性耦合裝置，其特征是所述兩缸筒(6、 8)內(nèi)所有彈簧的壓縮量大于^，其中，b為前、后單軸轉(zhuǎn)向架的軸距之半，Bc為兩組彈性耦合機(jī)構(gòu)的橫向跨距之半，R為列車運(yùn)行軌道的 最小曲線半徑。
專利摘要一種獨(dú)立輪對(duì)單軸轉(zhuǎn)向架彈性耦合裝置，適用于城市輕軌地板車輛，包括固聯(lián)在前、后車體上的前、后單軸轉(zhuǎn)向架，前、后單軸轉(zhuǎn)向架上沿、其縱向中線兩側(cè)對(duì)稱地設(shè)置有兩組彈性耦合機(jī)構(gòu)，其單組結(jié)構(gòu)為結(jié)構(gòu)相同的兩個(gè)缸筒分別固定在前、后單軸轉(zhuǎn)向架上，缸筒內(nèi)的兩個(gè)活塞之間經(jīng)球鉸鉸接有一根連桿，且兩缸筒內(nèi)活塞左、右兩側(cè)分別設(shè)有處于預(yù)壓縮狀態(tài)的兩根彈簧。它克服了現(xiàn)有獨(dú)立輪對(duì)兩軸轉(zhuǎn)向架在曲線上展開(kāi)不足以及獨(dú)立輪對(duì)單軸轉(zhuǎn)向架在曲線上展開(kāi)過(guò)度的弊端，能夠使相互耦合的兩個(gè)獨(dú)立輪對(duì)單軸轉(zhuǎn)向架的前、后輪對(duì)同時(shí)趨于徑向位置，從而徹底解決獨(dú)立輪對(duì)的導(dǎo)向難題。
文檔編號(hào)B61F5/48GK201151406SQ200820061950
公開(kāi)日2008年11月19日 申請(qǐng)日期2008年1月23日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月23日
發(fā)明者張衛(wèi)華, 戴煥云, 京 曾, 池茂儒, 勇 王, 仁 羅, 鄔平波 申請(qǐng)人:西南交通大學(xué)