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CN111469879A - 永磁电机驱动的悬挂式单轨车辆铰销式转向架 - Google Patents

永磁电机驱动的悬挂式单轨车辆铰销式转向架 Download PDF

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CN111469879A
CN111469879A CN202010475502.5A CN202010475502A CN111469879A CN 111469879 A CN111469879 A CN 111469879A CN 202010475502 A CN202010475502 A CN 202010475502A CN 111469879 A CN111469879 A CN 111469879A
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rod seat
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马登峰
孟子超
陈阳
孟姝
黄海
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Southwest Jiaotong University
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Abstract

本发明提供一种采用永磁电机驱动的悬挂式单轨车辆铰销式转向架，包括转向架的铰销式构架，构架由两根侧梁与枕梁铰接而成，悬吊梁通过顶部的悬吊销轴与枕梁底部销接，悬吊梁通过车体吊架连接车体；轮对和轨道采用钢轮钢轨结构，以提升单轨车辆轴重；永磁电机与轮轴结合，直接驱动钢轮，取消齿轮箱、联轴节等结构，使能量传递效率大大提高；简化转向架的结构的同时，增加其可靠性，同时使转向架的轴距缩短，减小了转向架的转动惯量，提高转向架通过小半径曲线的能力。

Description

永磁电机驱动的悬挂式单轨车辆铰销式转向架
技术领域
本发明涉及城市轨道交通领域，尤其涉及一种采用永磁电机驱动的悬挂式单轨车辆铰销式转向架。
背景技术
我国的城市化建设不断加速，快速增加的货物运输量给城市交通系统带来严峻的考验。城市短途货物运输一般只能依靠公路运输，但是大量的货车运输排放尾气不仅污染空气，也存在交通安全隐患，同时交通拥堵问题也极大限制了公路运输的效率。悬挂式单轨列车系统作为一种中运量的城市轨道交通工具，用于建设连接大型物流集散中心的快速货运线路，能够解决上述问题，极大提高货运物流效率。
悬挂式单轨列车系统具有运量大，速度快，安全性高等特点。同时其绿色环保，不会产生尾气污染。相比较地铁系统，悬挂式单轨列车建设周期短，建设成本低。悬挂式单轨列车能够融入已有的公共交通系统中，可与公交、地铁、轻轨基本实现零距离换乘。由于轨道通过钢铁或水泥立柱悬挂在空中，列车运行基本不受地形限制，能够充分利用城市空间，不会过多占用路面交通。半封闭的轨道能够保证车辆在保证车辆在恶劣天气时正常运行。
现有的悬挂式单轨列车采用三相交流异步电机与齿轮箱配合的驱动结构。其主要问题在于三相交流异步电机体积较大，质量较重，配合齿轮箱使用，使得转向架尺寸过大；同时结合联轴节使用，不仅传动效率下降，还带来噪声污染，维护保养费用上升等问题。单轨车辆常采用实心或充气橡胶轮胎，车辆轴重较小，载重能力较小，不能满足货物运输的需求。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种采用永磁电机驱动的悬挂式单轨车辆铰销式转向架，以提高车辆的载重能力，同时简化转向架驱动结构，提高传动效率和曲线通过能力。
为实现上述发明目的，本发明技术方案如下：
一种采用永磁电机驱动的悬挂式单轨车辆铰销式转向架，包含转向架的铰销式构架1，铰销式构架1包括两条纵向设置的侧梁12、一条横向布置的枕梁13，侧梁12中部与枕梁13铰接，侧梁12有相对于枕梁13的旋转自由度，侧梁12两侧设置一系悬挂4，一系悬挂4垂向设置，侧梁12两端通过一系悬挂4连接到轴箱3上，枕梁13横向设置电机定位拉杆座15和轴箱定位拉杆座35，电机定位拉杆座15通过电机拉杆16与永磁电机6外壳连接；永磁电机6设置在铰销式构架1内部，铰销式构架1内部设有两根纵向平行的车轴，每根车轴横向延伸，车轴两端驱动轮对2，永磁电机6将车轴作为电机的转子30直接驱动轮对2，轮对2内侧设置轴箱3，轴箱3固定连接在电机外壳28两侧；轴箱3上设置轴箱拉杆座37，轴箱拉杆座37通过轴箱拉杆36连接枕梁13；转向架位于悬挂式单轨车辆轨道梁11下方的部分设置有悬吊梁9，悬吊梁9通过顶部的悬吊销轴8与枕梁13底部的安装座销接，悬吊梁9上安装二系悬挂5，通过车体吊架10承载车体，悬吊梁9和车体上设置牵引拉杆安装座18，用于纵向安装牵引拉杆19，车体上对称安装横向止挡21；基础制动装置7采用踏面制动，安装在枕梁13的横向两侧。
作为优选方式，一系弹簧4垂向布置在轴箱3上的弹簧安装座32上，侧梁12固定在一系弹簧4的上方，液压减振器33沿垂向布置，液压减振器33一端固定安装在侧梁12端面、另一端固定在轴箱3的减振器安装座34上；枕梁13横向两侧焊接电机定位拉杆座15和轴箱定位拉杆座35，电机拉杆16一端铰接电机定位拉杆座15，另一端铰接在永磁直驱电机外壳28上对应的电机拉杆座27上；轴箱拉杆36一端铰接轴箱定位拉杆座35，另一端铰接在轴箱3上的轴箱拉杆座37。
作为优选方式，轴箱3的端面与永磁电机外壳28的侧面通过螺栓固定成为一个整体，其整体外侧上分别焊接电机拉杆座27和轴箱拉杆座37，电机拉杆座27铰接电机拉杆16，轴箱拉杆座37铰接轴箱拉杆36；永磁电机6整体置于轮对2内侧，通过主轴承31套装在车轴上。
作为优选方式，永磁电机6包括电机外壳28、定子29、转子30、主轴承31、轴箱3，电机定子29固定在电机外壳28的内部，转子30压装在轮对2上，车轴2即作为永磁电机6的转子30；主轴承31对称分布在转子30的两侧，同样压装在轮对2上，既作为轴箱轴承，同时又是电机轴承；轴箱3套装在主轴承31上，同时和电机外壳28通过螺栓固定。
作为优选方式，枕梁13上部焊接电机定位拉杆座15，下部焊接轴箱定位拉杆座35，电机6与轴箱3上焊接对应的电机拉杆座27和轴箱拉杆座37，受拉或受压的电机拉杆16两端分别铰接电机定位拉杆座15和电机拉杆座27，同样轴箱拉杆36分别铰接轴箱定位拉杆座35和轴箱拉杆座37，来定位枕梁13和电机6与轴箱3，传递相互的作用力。
作为优选方式，悬吊梁9利用顶部的悬吊销轴8与枕梁13底部销接，悬吊梁9横向设置的安装平台上垂向布置有二系钢圆簧22；车体吊架10下部承载着车体，并沿垂向固定安装在二系钢圆簧22上，垂向液压减振器23沿垂向固定安装在车体吊架10和悬吊梁9平台上。
作为优选方式，悬挂式单轨车辆采用标准钢轨和轮对2，车轮压装在车轴上。
作为优选方式，转向架的基础制动装置7采用踏面制动，包括制动闸瓦和单元制动缸，通过螺栓安装在枕梁13的两侧，单元制动缸推动制动闸瓦贴靠踏面2实现制动。
作为优选方式，横向止挡21对称设置于车体两端，当车体相对于悬吊梁9达到横向位移至极限位置时，横向止挡21限制车体横向位移；当悬吊梁9横向摆动到极限位置时，悬吊梁9上的凸块24接触枕梁上的抗横摆止挡17，限制车辆进一步横向摆动；分布在枕梁下方抗横摆减振器25一端固定安装于枕梁13底部，另一端固定安装于悬吊梁9上。
作为优选方式，牵引拉杆19一端安装在悬吊梁9下方的牵引拉杆安装座18上，另一端安装在车体的纵向拉杆座20上。
本发明采用铰销式转向架1结构，通过枕梁13和侧梁12铰接，枕梁13通过纵向设置的定位拉杆传递水平方向载荷，侧梁12通过一系悬挂4传递垂直方向载荷到轴箱3和轮对2，解决传统转向架曲线通过时的构架扭转现象。
本发明转向架采用永磁电机直驱结构，利用电机6输出轴直接驱动轮对2前进，取消了齿轮箱、联轴节等复杂的传动结构。同时采用轴箱3内置，与永磁电机6设计成一体式结构，解决传统转向架驱动结构复杂，体积大，质量重，传动效率低等缺点。
本发明采用标准钢轨作为车辆运行轨道，铰销式转向架采用标准轮对2作走行轮，取消单轨转向架的导向轮和稳定轮结构。
本发明的有益效果为：转向架的构架采用铰销式构架1，配合纵向定位拉杆传力结构，改变了传统转向架载荷传递方式，消除转向架构架的扭转，从而提高转向架的效率和运行的安全性；铰销式转向架采用标准轮对2作走行轮，取消单轨转向架的导向轮和稳定轮结构，降低转向架自重，提高转向架的载重能力；铰销式转向架采用永磁电机6直接驱动轮对前进，取消了齿轮箱、联轴节等复杂的传动结构，转向架结构得到简化，噪声降低，自重减轻，可靠性提高，牵引传动效率大大提高，同时节省技术保养的费用支出。同时，驱动结构简化使转向架的构架长度减小，轴距缩短，有利于提高车辆的曲线通过能力。
附图说明
图1是本发明的轴测图。
图2是本发明的左视图。
图3是本发明的铰销式构架轴测图。
图4是本发明的悬吊梁的轴测图。
图5是本发明的永磁电机和轴箱的轴测图。
图6是本发明的永磁电机的剖视图。
图7是本发明的轴箱拉杆座示意图。
其中，1为铰销式构架，2为轮对，3为轴箱，4为一系悬挂，5为二系悬挂，6为永磁电机，7为基础制动装置，8为悬吊销轴，9为悬吊梁，10为车体吊架，11为轨道梁，12为侧梁，13为枕梁，14为铰接安装座，15为电机定位拉杆座，16为电机拉杆，17为抗横摆止挡，18为牵引拉杆座，19为牵引拉杆，20为纵向拉杆座，21为横向止挡，22为二系钢圆簧，23为垂向液压减振器，24为凸块，25为抗横摆减振器，26为抗扭转减振器，27为电机拉杆座，28为电机外壳，29为定子，30为转子，31为主轴承，32为弹簧安装座，33为液压减振器，34为减振器安装座，35轴箱定位拉杆座，36为轴箱拉杆，37为轴箱拉杆座。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
一种采用永磁电机驱动的悬挂式单轨车辆铰销式转向架，包含转向架的铰销式构架1，铰销式构架包括两条纵向设置的侧梁12、一条横向布置的枕梁13，侧梁12中部与枕梁13铰接，侧梁12有相对于枕梁13的旋转自由度，侧梁12两侧设置一系悬挂4，一系悬挂4垂向设置，侧梁12两端通过一系悬挂4连接到轴箱3上，这样的结构枕梁13承受着所有水平力的作用，而垂向力通过侧梁12传递给承载一系悬挂4的轴箱3部分，这样可以消除转向架构架的扭曲，减小脱轨的可能性，提高运行的安全性；枕梁13横向设置电机定位拉杆座15和轴箱定位拉杆座35，电机定位拉杆座15通过电机拉杆16与永磁电机6外壳连接；永磁电机6设置在铰销式构架1内部，铰销式构架1内部设有两根纵向平行的车轴，每根车轴横向延伸，车轴两端驱动轮对2，永磁电机6将车轴作为电机的转子30直接驱动轮对2，轮对2内侧设置轴箱3，轴箱3固定连接在电机外壳28两侧；轴箱3上设置轴箱拉杆座37，轴箱拉杆座37通过轴箱拉杆36连接枕梁13；转向架位于悬挂式单轨车辆轨道梁11下方的部分设置有悬吊梁9，悬吊梁9通过顶部的悬吊销轴8与枕梁13底部的安装座销接，悬吊梁9上安装二系悬挂5，通过车体吊架10承载车体，悬吊梁9和车体上设置牵引拉杆安装座18，用于纵向安装牵引拉杆19，车体上对称安装横向止挡21；基础制动装置7采用踏面制动，安装在枕梁13的横向两侧。
一系弹簧4垂向布置在轴箱3上的弹簧安装座32上，侧梁12固定在一系弹簧4的上方，液压减振器33沿垂向布置，液压减振器33一端固定安装在侧梁12端面、另一端固定在轴箱3的减振器安装座34上；枕梁13横向两侧上部焊接电机定位拉杆座15和下部焊接轴箱定位拉杆座35，电机拉杆16一端铰接电机定位拉杆座15，另一端铰接在永磁直驱电机外壳28上对应的电机拉杆座27上；轴箱拉杆36则一端铰接轴箱定位拉杆座35，另一端铰接轴箱拉杆座37。
轴箱3的端面与永磁电机外壳28的侧面通过螺栓固定成为一个整体，其整体外侧上分别焊接电机拉杆座27和轴箱拉杆座37，电机拉杆座27铰接电机拉杆16，轴箱拉杆座37铰接轴箱拉杆36；永磁电机6整体置于轮对2内侧，通过主轴承31套装在车轴上。
永磁电机6包括电机外壳28、定子29、转子30、主轴承31、轴箱3，电机定子29固定在电机外壳28的内部，转子30压装在轮对2上，车轴2即作为永磁电机6的转子30；主轴承31对称分布在转子30的两侧，同样压装在轮对2上，既作为轴箱轴承，同时又是电机轴承；轴箱3套装在主轴承31上，同时和电机外壳28通过螺栓固定。
枕梁13上部焊接电机定位拉杆座15，下部焊接轴箱定位拉杆座35，电机6与轴箱3上焊接对应的电机拉杆座27和轴箱拉杆座37，受拉或受压的电机拉杆16两端分别铰接电机定位拉杆座15和电机拉杆座27，同样轴箱拉杆36分别铰接轴箱定位拉杆座35和轴箱拉杆座37，来定位枕梁13和电机6与轴箱3，传递相互的作用力。利用简单的传动杆来实现连接枕梁13和永磁电机6与轴箱3，优化传统转向架中构架与轴箱之间复杂连接结构，降低转向架的成本，同时降低转向架技术保养的难度。
悬吊梁9利用顶部的悬吊销轴8与枕梁13底部销接，悬吊梁9横向设置的安装平台上垂向布置有二系钢圆簧22；车体吊架10下部承载着车体，并沿垂向固定安装在二系钢圆簧22上，垂向液压减振器23沿垂向固定安装在车体吊架10和悬吊梁9平台上。独特的悬吊梁结构设计，保证车辆有效传递各向力，安全可靠运行。
悬挂式单轨车辆采用标准钢轨和轮对2，车轮压装在车轴上。
转向架的基础制动装置7采用踏面制动，包括制动闸瓦和单元制动缸，通过螺栓安装在枕梁13的两侧，单元制动缸推动制动闸瓦贴靠踏面实现制动。
横向止挡21对称设置于车体两端，当车体相对于悬吊梁9达到横向位移至极限位置时，横向止挡21限制车体横向位移；当悬吊梁9横向摆动到极限位置时，悬吊梁9上的凸块24接触枕梁上的抗横摆止挡17，限制车辆进一步横向摆动；分布在枕梁下方抗横摆减振器25一端固定安装于枕梁13底部，另一端固定安装于悬吊梁9上。抗横摆结构保证车辆通过曲线线路时，车体的横向摆动在规定范围内，维持车辆平稳运行。
牵引拉杆19一端安装在悬吊梁9下方的牵引拉杆安装座18上，另一端安装在车体的纵向拉杆座20上。
悬挂式单轨车辆采用电制动为主，机械制动为辅的制动控制策略。机械制动采用轻型、小而经济的踏面制动，安装在枕梁13两侧，用作站台和车库的停车制动以及安全制动时的辅助制动。
单轨车辆的轨道和走行轮采用标准钢轨和轮对2，来提升车辆的载重能力，同时轮对2依靠车轮传递横向力，取消了单轨车辆转向架的导向轮和稳定轮结构，简化了单轨转向架结构，提高转向架安全性。
综上所述，单轨车辆转向架使用标准轮对2，并采用铰销式构架1，配合纵向定位拉杆传力结构，改变了传统转向架载荷传递方式，取消导向轮和稳定轮，简化了单轨车辆转向架的结构，降低转向架的自重，消除转向架构架的扭转，从而提高转向架的效率和运行的安全性。铰销式转向架采用永磁电机6直接驱动轮对2前进，取消了齿轮箱、联轴节等复杂的传动结构，转向架结构得到简化，噪声降低，自重减轻，可靠性提高，牵引传动效率大大提高，同时节省技术保养的费用支出。同时，驱动结构简化使转向架的构架长度减小，轴距缩短，有利于提高车辆的曲线通过能力。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种采用永磁电机驱动的悬挂式单轨车辆铰销式转向架，其特征在于：包含转向架的铰销式构架(1)，铰销式构架(1)包括两条纵向设置的侧梁(12)、一条横向布置的枕梁(13)，侧梁(12)中部与枕梁(13)铰接，侧梁(12)有相对于枕梁(13)的旋转自由度，侧梁(12)两侧设置一系悬挂(4)，一系悬挂(4)垂向设置，侧梁(12)两端通过一系悬挂(4)连接到轴箱(3)上，枕梁(13)横向设置电机定位拉杆座(15)和轴箱定位拉杆座(35)，电机定位拉杆座(15)通过电机拉杆(16)与永磁电机(6)外壳连接；永磁电机(6)设置在铰销式构架(1)内部，铰销式构架(1)内部设有两根纵向平行的车轴，每根车轴横向延伸，车轴两端驱动轮对(2)，永磁电机(6)将车轴作为电机的转子(30)直接驱动轮对(2)，轮对(2)内侧设置轴箱(3)，轴箱(3)固定连接在电机外壳(28)两侧；轴箱(3)上设置轴箱拉杆座(37)，轴箱拉杆座(37)通过轴箱拉杆(36)连接枕梁(13)；转向架位于悬挂式单轨车辆轨道梁(11)下方的部分设置有悬吊梁(9)，悬吊梁(9)通过顶部的悬吊销轴(8)与枕梁(13)底部的安装座销接，悬吊梁(9)上安装二系悬挂(5)，通过车体吊架(10)承载车体，悬吊梁(9)和车体上设置牵引拉杆安装座(18)，用于纵向安装牵引拉杆(19)，车体上对称安装横向止挡(21)；基础制动装置(7)采用踏面制动，安装在枕梁(13)的横向两侧。
2.根据权利要求1所述的永磁电机驱动的悬挂式单轨车辆铰销式转向架，其特征在于：一系弹簧(4)垂向布置在轴箱(3)上的弹簧安装座(32)上，侧梁(12)固定在一系弹簧(4)的上方，液压减振器(33)沿垂向布置，液压减振器(33)一端固定安装在侧梁(12)端面、另一端固定在轴箱(3)的减振器安装座(34)上；枕梁(13)横向两侧上部焊接电机定位拉杆座(15)和下部焊接轴箱定位拉杆座(35)，电机拉杆(16)一端铰接电机定位拉杆座(15)，另一端铰接在永磁直驱电机外壳(28)上对应的电机拉杆座(27)上；轴箱拉杆(36)则一端铰接轴箱定位拉杆座(35)，另一端铰接轴箱拉杆座(37)。
3.根据权利要求2所述的永磁电机驱动的悬挂式单轨车辆铰销式转向架，其特征在于：轴箱(3)的端面与永磁电机外壳(28)的侧面通过螺栓固定成为一个整体，其整体外侧上分别焊接电机拉杆座(27)和轴箱拉杆座(37)，电机拉杆座(27)铰接电机拉杆(16)，轴箱拉杆座(37)铰接轴箱拉杆(36)；永磁电机(6)整体置于轮对(2)内侧，通过主轴承(31)套装在车轴上。
4.根据权利要求1所述的永磁电机驱动的悬挂式单轨车辆铰销式转向架，其特征在于：永磁电机(6)包括电机外壳(28)、定子(29)、转子(30)、主轴承(31)、轴箱(3)，电机定子(29)固定在电机外壳(28)的内部，转子(30)压装在轮对(2)上，车轴(2)即作为永磁电机(6)的转子(30)；主轴承(31)对称分布在转子(30)的两侧，同样压装在轮对(2)上，既作为轴箱轴承，同时又是电机轴承；轴箱(3)套装在主轴承(31)上，同时和电机外壳(28)通过螺栓固定。
5.根据权利要求1所述的永磁电机驱动的悬挂式单轨车辆铰销式转向架，其特征在于：枕梁(13)上部焊接电机定位拉杆座(15)，下部焊接轴箱定位拉杆座(35)，电机(6)与轴箱(3)上焊接对应的电机拉杆座(27)和轴箱拉杆座(37)，受拉或受压的电机拉杆(16)两端分别铰接电机定位拉杆座(15)和电机拉杆座(27)，同样轴箱拉杆(36)分别铰接轴箱定位拉杆座(35)和轴箱拉杆座(37)，来定位枕梁(13)和电机(6)与轴箱(3)，传递相互的作用力。
6.根据权利要求1所述的永磁电机驱动的悬挂式单轨车辆铰销式转向架，其特征在于：悬吊梁(9)利用顶部的悬吊销轴(8)与枕梁(13)底部销接，悬吊梁(9)横向设置的安装平台上垂向布置有二系钢圆簧(22)；车体吊架(10)下部承载着车体，并沿垂向固定安装在二系钢圆簧(22)上，垂向液压减振器(23)沿垂向固定安装在车体吊架(10)和悬吊梁(9)平台上。
7.根据权利要求所述的永磁电机驱动的悬挂式单轨车辆铰销式转向架，其特征在于：悬挂式单轨车辆采用标准钢轨和轮对(2)，车轮压装在车轴上。
8.根据权利要求所述1的永磁电机驱动的悬挂式单轨车辆铰销式转向架，其特征在于：转向架的基础制动装置(7)采用踏面制动，包括制动闸瓦和单元制动缸，通过螺栓安装在枕梁(13)的两侧，单元制动缸推动制动闸瓦贴靠踏面实现制动。
9.根据权利要求所述1的永磁电机驱动的悬挂式单轨车辆铰销式转向架，其特征在于：横向止挡(21)对称设置于车体两端，当车体相对于悬吊梁(9)达到横向位移至极限位置时，横向止挡(21)限制车体横向位移；当悬吊梁(9)横向摆动到极限位置时，悬吊梁(9)上的凸块(24)接触枕梁上的抗横摆止挡(17)，限制车辆进一步横向摆动；分布在枕梁下方抗横摆减振器(25)一端固定安装于枕梁(13)底部，另一端固定安装于悬吊梁(9)上。
10.根据权利要求所述1的永磁电机驱动的悬挂式单轨车辆铰销式转向架，其特征在于：牵引拉杆(19)一端安装在悬吊梁(9)下方的牵引拉杆安装座(18)上，另一端安装在车体的纵向拉杆座(20)上。
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