一种采用双轴箱悬挂和永磁直驱电机的轨道车辆转向架

1.本发明涉及轨道车辆转向架领域，特别涉及一种采用双轴箱悬挂和永磁直驱电机的轨道车辆转向架。


背景技术：

2.对于传统轨道车辆转向架，其一系悬挂装置布置在车轮外侧或内侧。传统外轴箱转向架一系悬挂装置在车辆静平衡状态下，可以简化为一个简支梁结构，一系悬挂对轮对的垂向载荷分别作用在两个轴颈上，轮对上产生与垂向载荷相同反力，这样在轴身上会产生向上弯曲变形，产生弯矩。车轴受力较差，其次对于内轴箱转向架来说，也可以使用相同的分析方法，这里就不在赘述，对于内轴箱转向架来说，轴身上需要产生向下弯曲变形。综上所述，对于传统的内轴箱、外轴箱转向架来说，轴身既要承受扭矩还需要承受弯矩，为了满足这种强度要求，就会使车轴半径增加，进而使簧下质量增大，转向架的轮轨动作用力大，转向架自重也增大。
3.现有传统动力转向架，驱动装置中大多具有齿轮箱结构，由于有齿轮箱设计，造成轮对内侧空间不足，为了克服所述缺点，传统外轴箱转向架纵、横向尺寸较大，这样造成轴距增大，转向架整体尺寸加大，自重增加，小半径曲线通过性能差，曲线轮轨磨耗增加，车辆运行的噪音增加。


技术实现要素：

4.为了解决以上问题，本发明专利目的在于克服现有技术中转向架存在曲线通过性能差、适应线路扭曲能力差、转向架自重大、车轴受力差等不足，提供一种采用双轴箱悬挂和永磁直驱电机的轨道车辆转向架。
5.为实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：
6.一种采用双轴箱悬挂和永磁直驱电机的轨道车辆转向架，包括整体轮对、双轴箱悬挂装置、驱动装置、构架、二系悬挂装置、基础制动装置和中央牵引装置。
7.所述整体轮对包含两个车轮和一个车轴，所述整体轮对为了适应双轴箱悬挂装置，所述车轴在单侧车轮内、外侧都设置轴颈。所述车轴共包含四个轴颈。在一侧车轮上，两个轴颈可以平分在这一侧的垂向力，两侧垂向力分别压在单侧车轮轮轨接触点上，使垂向力和轮轨产生反力合力相抵，在垂向载荷下，轴身上不承受附加的弯矩，所以轴身直径可以减小。采用双轴箱悬挂结构，作用在轴颈上的垂向载荷减半，进而可以减少轴颈直径的大小。采用双轴箱悬挂结构，可以使得弹簧悬挂元件相比于传统单轴箱转向架悬挂元件尺寸得到减小，轴箱的尺寸也会得到相应的减小，使得内外侧轴箱悬挂装置的中心跨距减小，进而使得作用于车轴上的垂向作用力力臂得到减小，改善受力情况，可以采用较小的轴承。
8.所述双轴箱悬挂装置为整体轮对每个车轮内、外布置轴箱一系悬挂装置。所述双轴箱悬挂装置包含外轴箱悬挂和内轴箱悬挂。所述外轴箱悬挂包含纵向布置的纵向定位拉杆和横向布置的横向定位拉杆、一系垂向减振器、垂向布置的外轴箱弹簧部件、外轴箱体、
外轴箱轴承、外轴箱端盖和外轴箱轴承定位挡圈。所述纵向定位拉杆和横向定位拉杆都为单拉杆，两组所述纵向定位拉杆上下垂向方向关于外轴承中心对称，其中一个的高度高于另一个的高度，高度较高的纵向定位拉杆与侧梁端部相连，高度较低的纵向定位拉杆与侧梁中部相连，这两个所述纵向定位拉杆纵向布置，其中一个到外轴箱端盖的横向距离大于另一个的距离。所述横向定位拉杆包含一组横向布置的单拉杆，所述横向定位拉杆设于外轴箱体顶部，横向定位拉杆的中心线在外轴承中心线的正上方，横向定位拉杆一端布置于外轴箱体上，一端布置于构架上，其中布置于外轴箱体一端的高度低于布置于构架一端的高度。所述垂向布置的外轴箱弹簧部件为两组单卷弹簧，分别设置在外轴箱体顶部关于外轴箱轴承中心线正上方的两侧。所述一系垂向减振器提供整个一系悬挂装置的减振阻尼，一系垂向减振器布置于外轴箱体偏置的一系垂向减振器安装座处。所述内轴箱悬挂包含垂向布置的内轴箱弹簧部件、内轴箱体、内轴箱轴承、内轴箱端盖和内轴箱轴承定位挡圈。所述垂向布置的内轴箱弹簧部件为垂向且对称的两组单卷弹簧，布置在内轴箱体的顶部关于内轴承中心线正上方的两侧。采用本装置能实现一系悬挂装置的垂向悬挂、纵向定位、横向定位和垂向减振阻尼分别由独立的部件实现，能保证一系悬挂装置各方向的悬挂参数更准确、可靠，可实现一系悬挂装置各个方向定位刚度的单独设计。由于内、外双轴箱悬挂系统，构架给轴箱悬挂系统上的垂向力由四组螺旋弹簧部件共同承载，受力状态较为良好，故采用刚度较小的四组单卷弹簧，通过以上设计，可以使一系悬挂在各个方面刚度可以同时达到最优，从而提高车辆的牵引性能、直线运行稳定性和曲线通过性。
9.进一步优选的，所述外轴箱弹簧部件和内轴箱弹簧部件采用橡胶弹簧结构，使得一系垂向挠度较小，刚度较大。
10.进一步优选的，所述上下定位拉杆可以放在一侧的轴箱上，横向定位拉杆可以放在另一侧的轴箱上。所述纵向定位拉杆为轴箱悬挂提供纵向定位，所述定位方式采用转臂定位、拉板定位、橡胶定位器。所述横向定位拉杆为轴箱悬挂提供横向定位，所述定位方式采用转臂定位和橡胶定位器。
11.所述驱动装置包括永磁同步电机和两个扭矩平衡杆。所述永磁同步电机采用轴悬和直驱方式，取消了传统转向架驱动装置中的齿轮变速箱传动装置，传动装置简单，可显著减小转向架轴距。所述永磁同步电机包括安装定子外壳组件、定子和转子组成。所述转子主要是由永磁铁构成，通过连接键安装在车轴上，使得转子在工作时直接带动车轴转动。所述安装定子外壳组件为两个半圆分体结构，外壳端部安装在左、右内轴箱体上，外壳端部通过四个螺栓将两个半圆分体外壳联接起来。所述扭矩平衡杆纵向布置，分别安装在定子外壳组件两侧上部，一端与定子外壳组件扭矩平衡杆座进行紧固连接，另一端与构架侧梁扭矩平衡杆座紧固连接，其中扭矩平衡杆为单拉杆，包含一个拉杆体和两个球铰。
12.所述构架采用h形构架，所述h形构架包括两组纵向布置的左侧梁、右侧梁和一组横向布置的圆管横梁。为适应双轴箱悬挂装置，所述构架侧梁端部分叉为两个小纵向侧梁。侧梁端部采用单腹板工字形结构，侧梁中部采用双腹板箱型梁结构，内伸横梁为箱型梁结构。中部圆管横梁采用无缝钢管型材，圆管横梁与内伸横梁通过过渡件焊接而成，中部圆管横梁上有二系横向减振器座、牵引拉杆座和二系横向止挡装置。侧梁中部外伸横梁也采用箱型梁结构，外伸横梁上有二系垂向减振器座和抗蛇行减振器座，侧梁中部底板上设有抗侧滚扭杆安装座。
13.所述二系悬挂装置包括抗蛇行减振器、二系垂向减振器、二系横向减振器、抗侧滚扭杆装置、二系横向止挡和空气弹簧。
14.所述抗蛇行减振器安装在两个侧梁外侧，所述二系垂向减振器安装两个侧梁的外侧，所述二系横向减振器一端安装在所述横梁上二系横向减振器安装座上，另一端安装在车体二系横向减振器安装座上。所述抗侧滚扭杆装置安装在构架侧梁中部底板上抗侧滚扭杆安装座。所述二系横向止挡安装在中部横梁圆管上。所述空气弹簧安装在侧梁中部的箱型梁上，采用所述双轴箱一系悬挂方案，二系空气弹簧横向跨距与构架左侧梁、右侧梁横向跨距相等，构架侧梁中部不受到附加弯矩，从而改善构架侧梁受力，有利于构架轻量化设计。
15.所述基础制动装置包含轮盘和单元制动装置，采取轮盘制动方式。所述单元制动装置吊挂在转向架纵向外侧，采用三点吊挂方式。
16.所述中央牵引装置采用单拉杆牵引装置牵引，结构简单。单拉杆包含拉杆体和两个球铰。所述单拉杆安装在圆管横梁的下端，一端与圆管横梁上牵引拉杆座连接，一端与车体连接。
17.综上所述，本发明的特点在于：
18.采用本发明的一种采用双轴箱悬挂和永磁直驱电机的轨道车辆转向架，可实现单侧车轮受到的垂向力作用在单侧车轮轮轨接触点两侧，车轴轴颈处受力减半，车轴受力均匀，在垂向载荷的作用下，轴身上不承受其附加弯矩。通过采用该双轴箱一系悬挂方案，车轴受力状态比常规外轴箱转向架和内轴箱转向架车轴更加良好，从而可实现整体轮对车轴最大程度的轻量化，进而实现更小的转向架簧下质量。同时能使弹簧悬挂元件尺寸减小，轴箱尺寸减小，轴箱能更加靠近车轮，内侧轴箱悬挂装置的中心跨距能增大，外侧轴箱悬挂装置的中心跨距能减小，使得车轴受力更加良好，同时能使转向架轮对内侧空间充足，便于转向架其余零部件的布置。
19.采用本发明的一种采用双轴箱悬挂和永磁直驱电机的轨道车辆转向架，采用本发明的驱动装置，采用永磁同步电机，取消齿轮箱的设计，有利于紧凑型动力转向架设计。相比于传统的齿轮箱传动，简化了产品的结构，拥有较少的零部件数量，提高的产品的可靠性。
20.采用本发明提供的一种采用双轴箱悬挂和永磁直驱电机的轨道车辆转向架，采用所述h形构架结构，结构简单，并且当有集中载荷作用在构架上，这种结构构架能够通过自身的变形将集中载荷部分的传递到其他部分，起到“以柔克刚”的作用。二系空气弹簧横向跨距与构架左侧梁、右侧梁横向跨距相等，使侧梁中部不受到附加弯矩，改善了侧梁的受力，从而降低构架质量，从而减低转向架质量。相对于传统内轴箱、外轴箱转向架来说，车轴受力好，车轴直径减小，轴距减小。通过以上设计，能显著降低簧下质量和转向架自重，达到轻量化目的。
附图说明
21.图1为实施例1中的一种采用双轴箱悬挂和永磁直驱电机的轨道车辆转向架示意图；
22.图2为实施例1中的一种采用双轴箱悬挂和永磁直驱电机的轨道车辆转向架俯视
图；
23.图3为实施例1中的一种采用双轴箱悬挂和永磁直驱电机的轨道车辆转向架整体轮对和双轴箱悬挂装置安装示意图；
24.图4为实施例1中的一种采用双轴箱悬挂和永磁直驱电机的轨道车辆转向架的双轴箱悬挂安装示意图；
25.图5为实施例1中的一种采用双轴箱悬挂和永磁直驱电机的轨道车辆转向架的驱动装置安装示意图；
26.图6为实施例1中的一种采用双轴箱悬挂和永磁直驱电机的轨道车辆转向架的构架示意图；
27.图7为实施例1中的一种采用双轴箱悬挂和永磁直驱电机的轨道车辆转向架的车轴示意图；
28.图8为实施例1中的一种采用双轴箱悬挂和永磁直驱电机的轨道车辆转向架的驱动装置剖视图；
29.图中标记：1-右侧梁，2-永磁同步电机，21-扭矩平衡杆座，22-扭矩平衡杆，3-圆管横梁，31-二系横向减振器座，32-牵引拉杆座，4-左侧梁，41-过渡件，42-构架侧梁扭矩平衡杆座，43-构架侧梁横向定位拉杆座，44-构架侧梁一系垂向减振器座，45-构架侧梁中部纵向定位拉杆座，46-二系垂向减振器座，47-抗侧滚扭杆装置安装座，48-抗蛇行减振器座，49-构架侧梁端部纵向定位拉杆座，410-单元制动装置吊挂座，5-空气弹簧，6-整体轮对，61-车轮，62-车轴，621-外轴颈，622-轮座，623-内轴颈，63-外轴箱悬挂，631-横向定位拉杆，632-纵向定位拉杆，633-外轴箱弹簧部件，634-外轴箱端盖，635-一系垂向减振器，64-内轴箱悬挂，641-内轴箱弹簧部件，642-内轴箱端盖，71-抗蛇行减振器，72-抗侧滚扭杆装置，73-二系垂向减振器，74-二系横向减振器，75-二系横向止挡装置，76-单拉杆牵引装置，8-单元制动装置。
具体实施方式
30.下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。
31.实施例1
32.如图1示，本发明的一种采用双轴箱悬挂和永磁直驱电机的轨道车辆转向架，包括整体轮对6、双轴箱悬挂装置、驱动装置、构架、二系悬挂装置、基础制动装置和中央牵引装置。
33.如图7所示，所述整体轮对为了适应双轴箱悬挂装置，所述车轴在单侧车轮内、外侧都设置轴颈。所述整体轮对6包含两个车轮61和一个车轴62组成，所述车轴共包含四个轴颈。内侧的两个轴颈称为内轴颈623，外侧的称为外轴颈621。在受力上，对于同侧车轮上，内、外轴颈可以平分在这一侧的垂向力，两个垂向力分别压在单侧车轮轮轨接触点上，使垂向力和轮轨反力相抵，在垂向载荷下，轴身上不承受附加的弯矩，所以轴身的直径可以减小，采用双轴颈结构，作用在轴颈上的垂向载荷减半，进而可以减少轴颈直径的大小。
34.如图3和4所示，所述双轴箱悬挂装置为整体轮对每个车轮内、外布置轴箱一系悬
挂装置。所述双轴箱悬挂系统包含外轴箱悬挂63和内轴箱悬挂64，所述外轴箱悬挂63包含外轴箱体、垂向布置的外轴箱弹簧部件633、纵向布置的纵向定位拉杆632和横向布置的横向定位拉杆631和偏置布置的一系垂向减振器635、外轴箱端盖634和外轴箱轴承定位挡圈。所述外轴箱弹簧部件633包含两组弹性元件，设于外轴箱体的顶部，一端安装于外轴箱弹簧座上，另一端安装在侧梁上的弹簧座上，所述纵向布置的纵向定位拉杆632设置两组，两组所述纵向定位拉杆上下垂向方向关于外轴箱轴承中心对称，其中一个高度高于另一个的高度，高度较高的纵向定位拉杆632与侧梁的端部相连，高度较低的纵向定位拉杆632与侧梁中部相连；两组所述纵向定位拉杆632纵向布置，其中一个纵向定位拉杆632与外轴箱端盖634的距离大于另一个纵向定位拉杆632与外轴箱端盖634的距离，但两个所述纵向定位拉杆632距外轴箱轴承中心的横向距离相等，即横向关于外轴箱轴承的中心对称。所述横向定位拉杆631包含一组横向布置的单拉杆，所述横向定位拉杆631设于外轴箱的顶部中心，所述横向定位拉杆631的中心线在轴承中心线的正上方。所述一系垂向减振器635提供整个一系悬挂装置的减振阻尼。所述内轴箱悬挂64包含内轴箱体和垂向布置的内轴箱弹簧部件641，所述内轴箱弹簧部件641包含两组弹性元件，设于内轴箱体的顶部，一端安装于内轴箱弹簧座上，另一端安装在侧梁上的弹簧座上。在传力方面，所述两纵向定位拉杆632的作用是提供一系悬挂装置的纵向定位，传递外轴箱悬挂63与构架侧梁之间纵向力，所述横向定位拉杆631传递轮对在运动过程中对侧梁的横向力。所述两纵向定位拉杆632上下偏置可以使两纵向定位拉杆632相对于轴箱中心有一定的垂向距离，当外轴箱体在受到纵向力的时候，两纵向定位拉杆632上的纵向力可形成一组纵向力偶，与一系垂向减振器635施加给轴箱的附加力矩平衡，可有效抑制轴箱的旋转，保证一系悬挂装置的稳定。
35.如图5和图8所示，所述驱动装置包括永磁同步电机2和两个扭矩平衡杆22。所述驱动装置包括永磁同步电机2和两个扭矩平衡杆22。所述永磁同步电机2采用轴悬和直驱方式，取消了传统转向架驱动装置中的齿轮变速箱传动装置，传动装置简单，可显著减小转向架轴距。所述永磁同步电机包括安装定子外壳组件、定子和转子组成。所述转子主要是由永磁铁构成，通过连接键安装在车轴62上，使得转子在工作时直接带动车轴62转动。所述安装定子外壳组件为两个半圆分体结构，外壳端部安装在左、右内轴箱体上，外壳端部通过四个螺栓将两个半圆分体外壳联接起来。所述扭矩平衡杆22纵向布置，分别安装在定子外壳组件两侧上部，一端与定子外壳组件扭矩平衡杆座21进行紧固连接，另一端与构架侧梁扭矩平衡杆座42紧固连接，其中扭矩平衡杆22为单拉杆，包含一个拉杆体和两个球铰。
36.如图6所示，所述构架采用h形构架，所述h形构架包括两组纵向布置的左侧梁4、右侧梁1和一组横向布置的圆管横梁3。为适应双轴箱悬挂装置，所述构架侧梁端部分叉为两个小纵向侧梁。侧梁端部采用单腹板工字形结构，侧梁中部采用双腹板箱型梁结构，内伸横梁为箱型梁结构。中部圆管横梁3采用无缝钢管型材，圆管横梁3与内伸横梁通过过渡件焊接而成，中部圆管横梁上有二系横向减振器座31、牵引拉杆座32和二系横向止挡装置75。侧梁中部外伸横梁也采用箱型梁结构，外伸横梁上有二系垂向减振器座4)和抗蛇行减振器座(48)，侧梁中部底板上设有抗侧滚扭杆装置安装座47。
37.如图1所示，所述二系悬挂装置包含抗蛇行减振器71、二系垂向减振器73、二系横向减振器74、抗侧滚扭杆装置72、二系横向止挡75和空气弹簧5。所述抗蛇行减振器71安装在两个侧梁外侧，所述二系垂向减振器73安装两个侧梁的外侧，所述二系横向减振器74安
装在横梁3的圆管上，所述抗侧滚扭杆装置72安装在两组侧梁外侧，安装在抗侧滚扭杆装置安装座47上。所述二系横向止挡75安装在横梁3的圆管子。所述空气弹簧5安装在侧梁中部的箱型梁上。采用所述侧梁结构，空气弹簧横向跨距与构架左侧梁4、右侧梁1横向跨距相等，使侧梁中部不受到附加弯矩，改善了侧梁的受力，从而降低构架质量，从而减低转向架质量。
38.如图1所示，所述基础制动装置包含轮盘和单元制动装置8，采用轮盘制动方式。所述单元制动装置吊挂在转向架纵向外侧，安装在单元制动装置吊挂座410上，采用三点吊挂方式。
39.如图7所示，所述中央牵引装置采用单拉杆牵引装置76牵引，，结构简单。单拉杆包含拉杆体和两个球铰。所述单拉杆安装在圆管横梁3的下端，一端与圆管横梁3上牵引拉杆座32连接，一端与车体连接。
40.因此采用本发明的轴箱悬挂装置，可实现单侧车轮受到的垂向力作用在轮轨接触点两侧，车轴轴颈处受力减半，车轴受力均匀，车轴中部轴身不承受弯矩，使得车轴的质量得到减小，进而能减小作为转向架簧下质量的轮对质量，减小转向架自重，同时能使弹簧悬挂元件尺寸减小，轴箱尺寸减小，轴箱能更加靠近车轮，内侧轴箱悬挂装置的中心跨距能增大，外侧轴箱悬挂装置的中心跨距能减小，使得车轴受力更加良好，同时能使转向架轮对内侧空间充足，便于转向架其余零部件的布置。采用永磁同步电机直驱，取消齿轮箱的设计，有利于紧凑型动力转向架设计。相比于传统的齿轮箱传动，简化了产品的结构，拥有较少的零部件数量，提高的产品的可靠性。采用本发明提供的转向架，采用所述h形构架结构，结构简单，并且当有集中载荷作用在构架上，这种结构构架能够通过自身的变形将集中载荷部分的传递到其他部分，起到“以柔克刚”的作用。空气弹簧横向跨距与构架左侧梁4、右侧梁1横向跨距相等，侧梁中部不受到附加弯矩，改善了侧梁的受力，从而降低构架质量，从而减低转向架质量。
41.本实施例所述为动力转向架，若将动力转向架变成非动力转向架，所述非动力转向架与实施例中动力转向架结构大致相同，其不同之处在于，将本实施例中所述驱动装置、侧梁扭矩平衡杆座42和扭矩平衡杆22去除，即变成一个非动力转向架。
42.以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。