一种轻量化的高速磁浮车辆走行部装置的制作方法

本发明涉及高速磁浮车辆技术领域，具体涉及了一种轻量化的高速磁浮车辆走行部装置及具有该走行部的磁浮车辆。

背景技术：

走行部是高速磁浮车辆最重要的承载部件，起到了支持、导向、牵引和缓冲的重要作用。在满足上述功能的前提下，尽可能地实现走行部的结构轻量化设计，降低车-轨间的动力作用，对提升高速磁浮车辆的服役寿命、乘坐舒适度和能源利用率均有重要意义。

现有高速磁浮车辆走行部通过4个空气弹簧支撑车体并提供车体与走行部之间的位移量，但由于这些空气弹簧的直径较小(360mm)，工作行程有限，不能够满足高速磁浮车辆在通过困难线路时车体与走行部之间所需的横向和垂向相对位移量。此外，由于横向止挡设置在了摇枕的端部，横向载荷作用点距离走行部质心的垂向距离较大，横向载荷力臂长，走行部在通过困难曲线路段时将产生较大的侧滚力矩，影响高速磁浮车辆的曲线通过性能。为解决上述问题，现有高速磁浮车辆在车体与走行部之间设计了一套包括连接座、摇动台、吊杆、摇枕、横向止挡和小尺寸空气弹簧等零部件构成的复杂的二系悬挂装置来补偿小尺寸空气弹簧工作行程的不足，并在同一悬浮框单元的两个摇枕之间设置了抗侧滚橡胶堆，以抵抗横向载荷所引起的侧滚力矩。

这种带有复杂二系悬挂装置的走行部设计方案虽然保证了高速磁浮车辆的线路适应能力，但其缺点同样非常显著，主要表现为以下几点：

1.走行部自重大，导致了车-轨间动力作用大、运营舒适性和经济性差的问题，不满足结构轻量化设计要求。

2.走行部机构设计复杂，导致了制造成本高、可靠性差的问题，不满足机构简约化设计原则。

3.走行部零部件多，导致了功能集中性差、装配和拆卸困难的问题，不满足维护修理的易用性原则。

4.实际运行中吊杆和摇动台结构承受着复杂的交变载荷，容易引起疲劳失效，存在安全隐患。

技术实现要素：

本发明的发明人为解决现有高速磁浮车辆走行部上述设计方案的不足，通过长期的探索尝试以及多次的实验和努力，不断改革与创新，提出了一种轻量化的高速磁浮车辆走行部装置，该走行部装置为二系悬挂装置简单、可靠的轻量化走行部设计方案。

在保证高速磁浮车辆具有良好的线路适应能力、乘坐舒适性和平稳性的基础上，从机构和结构两个层面上简化了走行部的设计方案，提高了走行部的可靠性和可维修性，保障了高速磁浮车辆更好、更安全地运行，尽可能地实现了走行部的结构轻量化设计，提升了高速磁浮车辆的运营经济性。

为实现上述目的本发明所采用的技术方案是：

一种轻量化的高速磁浮车辆走行部装置，其包括主纵梁单元和悬浮框单元，所述悬浮框单元连接在主纵梁单元两端成为一个整体；

所述悬浮框单元包括电磁铁托臂、横向止挡装置、空气弹簧和主横梁，所述电磁铁托臂安装在主横梁两端，所述横向止挡装置和空气弹簧安装在主横梁上；

所述主纵梁单元包括z字形牵引拉杆装置、增强解耦能力的主纵梁和主纵梁连接梁，主纵梁连接梁与主纵梁之间连接，所述z字形牵引拉杆装置安装在主纵梁上；

主纵梁通过纵梁连接件与悬浮框单元连接。

根据本发明所提供的一种轻量化的高速磁浮车辆走行部装置，其进一步地优选技术方案是：所述悬浮框单元还包括托臂下连接件、托臂上连接件、空气弹簧安装梁、横向止挡安装梁和横向止挡安装座，在空气弹簧安装梁的下表面通过高强度螺栓安装有滑橇装置，在空气弹簧安装梁的上表面通过高强度螺栓安装有空气弹簧，空气弹簧通过高强度螺栓安装到车体底架，起到了支撑和减振作用，并允许车体与走行部间产生一定的相对位移，以满足高速磁浮车辆的平稳运行和曲线通过的需求。

根据本发明所提供的一种轻量化的高速磁浮车辆走行部装置，其进一步地优选技术方案是：每个悬浮框单元中包括了两根主横梁、四个电磁铁托臂和两个空气弹簧，所述电磁铁托臂两个一组，分别连接在主横梁两端，每组电磁铁托臂之间通过托臂下连接件和托臂上连接件连接。

根据本发明所提供的一种轻量化的高速磁浮车辆走行部装置，其进一步地优选技术方案是：所述主纵梁为两根，两根主纵梁之间通过纵梁连接梁和橡胶连接件连接，z字形牵引拉杆装置安装在与主纵梁连接梁相连的安装板上。

根据本发明所提供的一种轻量化的高速磁浮车辆走行部装置，其进一步地优选技术方案是：所述横向止挡装置包括横向止挡安装梁、横向止挡安装座、横向止挡橡胶元件和横向牵引装置，在横向止挡安装梁内侧通过横向止挡安装座对称安装横向止挡橡胶元件，在横向牵引装置上安装横向止挡尼龙元件，通过止挡间隙的设置，横向止挡装置能够保证车体与走行部之间横向位移不超过空气弹簧的最大横向工作行程，并在高速磁浮车辆通过小半径曲线的困难线路时提供额外的横向力。

根据本发明所提供的一种轻量化的高速磁浮车辆走行部装置，其进一步地优选技术方案是：所述横向止挡装置设置在悬浮框单元中的横向止挡安装梁的中轴线位置处，横载荷的作用点靠近走行部的质心，减少了止挡上横向载荷的力臂长度。

根据本发明所提供的一种轻量化的高速磁浮车辆走行部装置，其进一步地优选技术方案是：所述悬浮框单元的各部件之间是通过高强度螺栓连接。

根据本发明所提供的一种轻量化的高速磁浮车辆走行部装置，其进一步地优选技术方案是：所述横向止挡橡胶元件与横向止挡尼龙元件相配合。

根据本发明所提供的一种轻量化的高速磁浮车辆走行部装置，其进一步地优选技术方案是：所述空气弹簧的有效直径大于或等于465mm，垂向有效工作行程大于或等于37.5mm，径向有效工作行程大于或等于80mm，满足车辆的平稳性指标和线路适应性要求。

现有的空气弹簧直径一般在360mm以内(本文中称为小尺寸空气弹簧)；空气弹簧的标准高度为250mm时，有效直径不低于465mm，垂向有效工作行程不低于37.5mm，径向有效工作行程不低于80mm，满足车辆的平稳性指标和线路适应性要求的空气弹簧本文称为大尺寸空气弹簧。

本发明的有益效果是：

1.本发明采用了工作行程能满足高速磁浮车辆线路适应性要求的大尺寸空气弹簧取代了现有走行部设计方案中由连接座、摇动台、吊杆、摇枕和小尺寸空气弹簧等零部件所构成的摇枕机构，形成了无摇枕的高速磁浮车辆走行部。因此从机构和结构两个层面上简化了走行部的设计方案，既减少了零部件的数量，便于装配和维护，又提高了二系悬挂装置的可靠性和经济性。

2.与现有走行部设计方案不同，本发明通过将横向止挡设置在悬浮框单元小纵梁的中轴线位置处，使得横载荷的作用点更靠近走行部的质心，减少了止挡上横向载荷的力臂长度，有效地降低了走行部在通过困难曲线路段时的侧滚力矩，因此无需现有设计方案中的抗侧滚橡胶堆，进一步地简化了走行部的二系悬挂装置，并能够提高磁浮车辆的运行平稳性。

3.本发明继承了现有高速磁浮车辆走行部的“半悬浮架”设计模式，前后两个“悬浮框单元”通过一根中置的主纵梁连接，但本发明通过增强解耦能力的主纵梁降低了主纵梁的扭转刚度，增强了前后两个“悬浮框单元”的运动解耦能力，使得高速磁浮车辆有更好的抗冲击能力和线路适应能力。

4.与现有高速磁浮车辆走行部相比，本发明所提供的轻量化走行部装置能够降低10％的自重。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1是本发明结构示意图。

图2是本发明正视结构示意图。

图3是本发明俯视结构示意图。

图4是空气弹簧安装结构示意图。

图5是横向止挡装置结构示意图。

图6是主纵梁单元结构示意图。

图中：100悬浮框单元、1电磁铁托臂、2托臂下连接件、3托臂上连接件、4空气弹簧安装梁、5主横梁、200主纵梁单元、300横向止挡装置、6横向止挡安装梁、7横向止挡安装座、8滑橇装置、9空气弹簧、10横向牵引装置、11z字形牵引拉杆装置、12主纵梁、13主纵梁连接梁、14滑橇安装座、15横向止挡橡胶元件、16横向止挡尼龙元件、17纵梁连接件、18橡胶连接件。

具体实施方式

为使本发明目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明的一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。因此，以下提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。

实施例

如图1、2、3所示：一种轻量化的高速磁浮车辆走行部装置，包括主纵梁单元200和连接在其连接的两个悬浮框单元100。

其中，悬浮框单元100主要是由电磁铁托臂1、托臂下连接件2、托臂上连接件3、空气弹簧安装梁4、主横梁5、横向止挡安装梁6、横向止挡安装座7等部件所组成的，在该悬浮框单元100上的各部件之间通过采用高强度螺栓连接。具体是电磁铁托臂有四个，每两个一组，每两个之间采用托臂上连接件3和托臂下连接件2连接，然后再与主横梁5的两端连接。在主横梁5上安装空气弹簧9和横向止挡装置300。

其中所述主纵梁单元200主要是由z字形牵引拉杆装置11、增强解耦能力的主纵梁12、主纵梁连接梁13等部件所组成，主纵梁连接梁13与主纵梁12之间通过铆钉连接，主纵梁12通过高强度螺栓和纵梁连接件17将两个悬浮框单元连接成一个整体。

参照图4，在空气弹簧安装梁4的下表面通过高强度螺栓和滑橇安装座14安装有滑橇装置8，上表面通过高强度螺栓安装有空气弹簧9。空气弹簧9通过高强度螺栓安装到车体底架，起到了支撑和减振作用，并允许车体与走行部间产生一定的相对位移，以满足高速磁浮车辆的平稳运行和曲线通过的需求。滑橇装置8则能够在安定状态或悬浮失效故障时支撑车体及走行部，在制动失效故障时通过滑橇与轨道的摩擦为磁浮车辆提供紧急制动力。本实施例中的大尺寸空气弹簧是相对现有空气弹簧而言，现有的空气弹簧直径一般在360mm以内，本申请中的空气弹簧的标准高度为250mm时，有效直径不低于465mm，垂向有效工作行程不低于37.5mm，径向有效工作行程不低于80mm，满足车辆的平稳性指标和线路适应性要求，同时在悬浮架与车体之间安装空间允许的条件下，尽可能地增加空气弹簧的有效直径、橡胶气囊体积和阻尼参数有利于提高车辆的平稳性指标；增加空气弹簧有效工作行程和刚度则有利于提高车辆的线路适应能力。

参照图5，横向止挡装置300主要由横向止挡安装梁6、横向止挡安装座7、横向止挡橡胶元件15和横向牵引装置10组成。在横向止挡安装梁6内侧通过横向止挡安装座7对称安装有横向止挡橡胶元件15，在横向牵引装置10安装在牵引装置安装座16上，且在横向牵引装置10上安装横向止挡尼龙元件16。通过止挡间隙的设置，横向止挡装置能够保证车体与走行部之间横向位移不超过大尺寸空气弹簧的最大横向工作行程，并在高速磁浮车辆通过小半径曲线的困难线路时提供额外的横向力，增强高速磁浮车辆的线路适应能力。横向止挡装置300设置在悬浮框单元主横梁之间横向止挡安装梁的中轴线位置处，这样横载荷的作用点靠近走行部的质心，减少了止挡上横向载荷的力臂长度。

参照图6，两根增强解耦能力的主纵梁12通过铆钉、纵梁连接梁13、橡胶连接件18连接，两根主纵梁之间安装有z字形牵引拉杆装置11，组成了主纵梁单元200。主纵梁单元200起到了连接两个悬浮框单元的作用，并将走行部由牵引或制动所产生的纵向力传递到车体。增强解耦能力的主纵梁12能够提升两个悬浮框单元之间的运动解耦能力，有利于提高磁浮车辆抵抗冲击载荷的能力和线路适应能力。

本发明包括由电磁铁托臂、托臂连接件、横向止挡安装梁和空气弹簧安装梁所组成的悬浮框单元，大尺寸空气弹簧、横向止挡装置所组成的无摇枕式二系悬挂装置，两个悬浮框单元之间的主纵梁单元。

本发明所提供的走行部装置取消了现有高速磁浮车辆走行部设计方案中复杂的二系悬挂装置，即不采用连接座、摇动台、吊杆、摇枕、抗侧滚橡胶堆、横向止挡和小尺寸空气弹簧等部件所组成的摇枕机构，取而代之的是采用了能容许更大切向位移的大尺寸空气弹簧装置来保证走行部与车体之间所允许的横向和垂向相对位移量，使得该车辆能够顺利的通过各类曲线及坡路。在悬浮框单元中置了横向止挡装置，在高速磁浮车辆通过小半径曲线的困难线路时提供额外的横向力，增强高速磁浮车辆的通过能力；并使作用在横向止挡上横向载荷的作用点更接近走行部的质心，保证走行部在能够安全地通过小半径的困难线路的同时承受更小的侧滚力矩。在两个悬浮框单元之间设置了增强解耦能力的主纵梁结构，提升了两个悬浮框单元之间运动解耦能力，有利于提高磁浮车辆抵抗冲击载荷的能力和线路适应能力。

这种独特的走行部设计方案能够大幅度地简化走行部的机械结构，并实现一定程度的运动解耦功能，在保证高速磁浮车辆对线路适应能力基本不变的条件下，实现简约化和轻量化设计，降低走行部10％的自重，减轻车-轨之间的动力作用，提升高速磁浮车辆走行部的经济性、可靠性和可维修性能。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。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发明中的具体含义。

以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，上述优选实施方式不应视为对本发明的限制，本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的精神和范围内，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。