单臂双连杆抗侧滚扭杆倾摆装置的制作方法

1.本发明涉及轨道交通技术领域，尤其涉及一种单臂双连杆抗侧滚扭杆倾摆装置。


背景技术：

2.高速化和舒适性是轨道车辆发展的趋势，但是由于线路条件限制，比如曲线段数量大、小半径曲线多等特点，单纯提高车辆运行速度会增大转弯过程中车辆的未平衡离心力，影响乘客的舒适度和车辆的安全性、稳定性。考虑到建设高速铁路成本高、维修费用高、技术要求高等因素，期望现有线路上对车辆进行改造，从而达到提高车辆运行速度的目的。
3.摆式列车是在既有线路提速的一种有效技术措施，作用原理如图1所示。其特点是当车辆进入曲线段时,根据检测系统测得线路信息,传输给控制系统计算出车体需要额外产生的倾斜角度,相当于增加了一个额外的超高,因而增大了向心力,使超速离心力大部分得到平衡,保证了列车能高速平稳通过弯道,乘客感觉到的离心力大大减小,乘坐舒适度显著提高。
4.抗侧滚扭杆的工作原理是当左右弹簧发生相互反向的垂向位移时(即车体侧滚时)，水平放置的两个扭臂对于扭杆分别有一个相互反向的力与力矩的作用，使弹性扭杆承受扭矩而产生扭转弹性变形，起着扭杆弹簧作用，扭杆弹簧的反力矩，总是与车体产生侧滚角位移的方向相反，以约束车体的侧滚振动。但是，当左右弹簧为同向垂向位移时，因扭杆两端为转轴及轴承支承，所以左右两个扭臂只是使扭杆产生同向的转动，而不产生扭杆弹簧作用，故对车体不产生抗侧滚作用。
5.对于两点支撑的车辆，抗侧滚扭杆刚度较大，如果采用其他倾摆方式，抗侧滚扭杆会产生较大的力矩阻力，阻碍车体倾摆，造成作动器较大甚至超出其他部件承载力、强度的最大极限值。
6.针对这一问题，业内提出了一种抗侧滚扭杆倾摆装置，如图2所示，该方案通过对连杆进行改造，增加作动器，通过作动器的伸缩实现车体的倾摆。但是一旦作动器失效，就会导致整个连杆呈自由伸缩状态，不但倾摆功能完全失效，还会影响到车辆正常的直线行驶，严重影响车辆的行驶安全，存在很大安全隐患。


技术实现要素：

7.本发明的目的是提供一种单臂双连杆抗侧滚扭杆倾摆装置，能够在不降低抗侧滚扭杆的安全系数的前提下实现倾摆动作。
8.为此，本发明实施例提供了一种单臂双连杆抗侧滚扭杆倾摆装置，包括：
9.横跨车体或枕梁下侧的扭杆和对称设置于两侧车体或枕梁下方的扭臂、可调连杆和作动器连杆；
10.所述扭杆的两端通过轴承吊装在车体或枕梁上；
11.所述扭臂具有固定部、第一球铰连接节点和第二球铰连接节点；所述扭臂通过固定部过盈安装在扭杆的一端上；
12.所述可调连杆的一端通过所述第一球铰连接节点与扭臂球铰连接，另一端通过球铰橡胶节点安装在转向架构架支座上；
13.所述作动器连杆的一端通过所述第二球铰连接节点与扭臂球铰连接，另一端通过球铰橡胶节点安装在转向架构架支座上；
14.当车辆行驶在直线线路时，所述作动器长度随扭臂第二球铰连接节点自由伸缩，当车辆进入缓和曲线时，作动器连杆接收控制系统的控制指令伸长或收缩，带动扭臂绕第一球铰连接节点转动，从而带动扭杆扭转，实现车体的倾摆。
15.优选的，所述扭杆的两端安装有轴承，所述轴承安装在车体或枕梁两侧下方吊装的支座内。
16.优选的，所述作动器连杆具体为液压缸连杆，包括：第一球铰连接端子、第二球铰连接端子、活塞杆、缸体和伺服阀；
17.所述缸体包括上油腔、下油腔，所述活塞杆的前端由所述上油腔一侧伸出所述缸体，所述第一球铰连接端子设置在所述活塞杆的前端，所述第二球铰连接端子设置在所述缸体的另一侧；
18.所述伺服阀接收所述控制系统的控制指令，控制所述上油腔和下油腔的连通或隔离，以及在所述隔离的状态下控制所述上油腔和下油腔的进油、回油，从而控制所述活塞杆的伸长、收缩。
19.优选的，所述作动器连杆具体为滚柱丝杠或滚珠丝杠；所述滚柱丝杠或滚珠丝杠与电机之间装有离合器；
20.当车辆行驶在直线线路时，所述离合器将滚柱丝杠或滚珠丝杠与电机分开，使得作动器长度随扭臂第二球铰连接节点自由伸缩；
21.当车辆进入缓和曲线时，离合器将滚柱丝杠或滚珠丝杠与电机啮合，使得作动器连杆接收控制系统的控制指令伸长或收缩。优选的，所述可调连杆与所述作动器连杆平行设置。
22.进一步优选的，所述固定部设置在所述扭臂的一端，所述第一球铰连接节点设置在扭臂的中部，所述第二球铰连接节点设置在所述扭臂的另一端。。
23.进一步优选的，所述固定部设置在所述扭臂的中部，所述第一球铰连接节点设置在扭臂的一端，所述第二球铰连接节点设置在所述扭臂的另一端。
24.本发明实施例提供的单臂双连杆抗侧滚扭杆倾摆装置，通过扭臂连接分立设置可调连杆和作动器连杆，使得抗侧滚扭杆倾摆装置在能够实现车体的倾摆动作的同时，安全可靠性也大大提高，相对于现有技术常用方案，即使发生作动器故障，也仅是失去倾摆功能，车辆仍能安全正常的直线运行和以较高速度曲线运行。
附图说明
25.图1为现有技术应用的摆式列车原理示意图；
26.图2为现有技术的抗侧滚扭杆装置的示意图；
27.图3为本发明实施例提供的一种单臂双连杆抗侧滚扭杆倾摆装置结构示意图；
28.图4为本发明实施例提供的另一种单臂双连杆抗侧滚扭杆倾摆装置结构示意图；
29.图5为本发明实施例提供的液压缸结构示意图；
30.图6为本发明实施例提供的液压缸电液伺服系统的控制原理图。
具体实施方式
31.下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
32.本发明实施例提供了一种单臂双连杆抗侧滚扭杆倾摆装置，特别适合于车体两点支撑方式、两空气弹簧跨距较小和抗侧滚扭杆侧滚刚度较大的转向架。既能实现车体的倾摆动作，又不降低抗侧滚扭杆部件的安全系数。
33.图3为本发明实施例提供的单臂双连杆抗侧滚扭杆倾摆装置结构示意图，结合图3所示，本发明提供的单臂双连杆抗侧滚扭杆倾摆装置包括：横跨车体或枕梁下侧的扭杆101和对称设置于两侧车体或枕梁下方的扭臂102、可调连杆103和作动器连杆104；
34.扭杆101的两端通过轴承吊装在车体或枕梁上，实现扭杆相对车体或枕梁的扭转自由；
35.扭臂102具有固定部1021、第一球铰连接节点1022和第二球铰连接节点1023；扭臂102通过固定部1021过盈安装在扭杆101的一端。具体的，扭杆101的两端安装有轴承，轴承安装在车体或枕梁两侧下方吊装的支座内。
36.可调连杆103，一端通过第一球铰连接节点1022与扭臂102球铰连接，另一端通过球铰橡胶节点1051安装在转向架构架支座105上；转向架构架支座105安装在车体的转向架构架上。
37.在上述实施例中，固定部1021设置在扭臂102的一端，第一球铰连接节点1022设置在扭臂102的中部，第二球铰连接节点1023设置在扭臂102的另一端，因而形成图3所示的单臂双连杆抗侧滚扭杆倾摆装置的结构。
38.在另一实施例中，还可以为：固定部1021设置在扭臂102的中部，第一球铰连接节点1022设置在扭臂102的一端，第二球铰连接节点1023设置在扭臂102的另一端，使得单臂双连杆抗侧滚扭杆倾摆装置形成图4所示的结构。
39.无论在哪种结构中，可调连杆103与作动器连杆104均为平行设置。对于不同结构，控制系统提供的控制指令相应的会有所不同。
40.作动器连杆104，一端通过第二球铰连接节点1023与扭臂102球铰连接，另一端通过球铰橡胶节点1052安装在转向架构架支座105上；作动器连杆104可以具体为液压缸连杆或滚柱丝杠、滚珠丝杠等。
41.以液压缸连杆为例，如图5，包括：第一球铰连接端子1041、第二球铰连接端子1042、活塞杆1043、缸体1044和伺服阀1045；
42.缸体1044包括上油腔441、下油腔442，活塞杆1043的前端由上油腔441一侧伸出缸体1044，第一球铰连接端子1041设置在活塞杆1043的前端，与第二球铰连接节点1023相接，第二球铰连接端子1042设置在缸体1044的另一侧，与球铰橡胶节点1052相接；
43.伺服阀1045接收控制系统的控制指令，控制上油腔441和下油腔442的连通或隔离，以及在上油腔441和下油腔442隔离的状态下控制上油腔441和下油腔442的进油、回油，从而控制活塞杆1043的伸长、收缩，带动扭臂102绕第一球铰连接节点1022转动，从而带动扭杆101扭转，实现车体的倾摆。
44.本发明的单臂双连杆抗侧滚扭杆倾摆装置由列车的控制系统控制，能够在列车进
入缓和曲线至出弯道曲线的过程中，实现车体的倾摆。
45.在一个具体例子中，伺服阀集成在液压缸上，与液压泵系统共同组成液压缸电液伺服系统。伺服阀具体可以根据需要选择相应的单通、多通电磁阀以及其他形式阀体。图6为本发明实施例提供的液压缸电液伺服系统的控制原理图。在图6所示的例子中，一辆车由两个转向架，两套单臂双连杆抗侧滚扭杆倾摆装置，四个液压缸共用一套液压泵系统。
46.图中包括：液压泵系统100、液压缸200
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1、液压缸200
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2、液压缸200
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3、液压缸200
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4；油箱1、过滤器2、电机3、液压泵4、截止阀5、单向阀6、压力传感器7、蓄能器8、过滤器9、溢流阀10、二位二通电磁阀11、三位四通电磁阀12、二位二通电磁阀13、溢流阀14和液压缸15。
47.下面结合图3
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图6对本发明的工作原理进行说明。需要说明的是，图6所示的控制原理为一个具体的技术实现应用，仅为举例说明，并不用于限定本发明，只要是基于本发明的单臂双连杆抗侧滚扭杆倾摆装置的设计结构，根据控制系统的控制指令控制作动器连杆的伸长或收缩，带动扭杆扭转实现车体倾摆的技术实现都在本发明技术范围内。
48.在本例中，以车辆由直线行驶进入缓和曲线的过程为例：
49.在列车行驶过程中，列车上安装的检测系统会实时检测列车的各项行驶状态参数，并发送给控制系统，对行驶状态进行判定。
50.在判定车辆在直线行驶中，液压缸上油腔441和下油腔442之间由常开的二位二通电磁阀13连通。无需车辆倾摆时，二位二通电磁阀13常开，三位四通电磁阀12处于b位常闭，活塞杆1043此时在缸体1044中自由活动。同时，因液压缸连杆两端均为球铰连接，能够实现各个方向的自由转动，所以液压缸连杆此时不对扭臂施加作用力。
51.当判定车体进入缓和曲线后，控制系统生成控制信号，关闭二位二通电磁阀13，处于弯道内侧一侧车体的三位四通电磁阀12打到a位，下油腔442进油、上油腔441回油，使得这一侧的活塞杆1043伸长；处于弯道外侧一侧车体的三位四通电磁阀12打到c位，上油腔441进油、下油腔442回油，使得这一侧的活塞杆1043收缩；由此，带动扭杆101扭转，实现车体倾摆动作。
52.当判定车体从曲线段进入缓和曲线，即车体需要从倾摆状态恢复到水平状态。此时控制系统生成控制信号，二位二通电磁阀13保持关闭状态，处于弯道内侧一侧车体的三位四通电磁阀12打到c位，上油腔441进油、下油腔442回油，使得这一侧的活塞杆1043收缩；处于弯道外侧一侧车体的三位四通电磁阀12打到a位，下油腔442进油、上油腔441回油，使得这一侧的活塞杆1043伸长；由此，带动扭杆101恢复，实现车体从倾摆状态恢复到水平状态。
53.当判定车辆重新进入直线线路，此时控制系统生成控制信号，二位二通电磁阀电磁阀13进入常开位，三位四通电磁阀电磁阀12进入常闭位。
54.此外，溢流阀14的设计用于保证过高油压下的自动泄压，避免损伤液压缸。
55.也就是说，本发明在车体直线行驶时，通过控制液压缸上下两腔低压连通，使得活塞杆可以自由上下活动，抗侧滚扭杆保持原有的性能。当进入缓和曲线，通过控制伺服阀，对弯道外侧液压缸上腔充油实现活塞杆的收缩，对弯道内侧液压缸下腔充油实现活塞杆的伸长，从而带动两个扭臂分别绕第一球铰连接节点转动，带动扭杆扭动，实现车体的倾摆。
56.采用本发明的单臂双连杆抗侧滚扭杆倾摆装置，相对于现有技术常用方案，即使发生作动器故障，也仅是失去倾摆功能，可调连杆依然发挥其正常作用，车辆仍能安全正常
的直线运行和以较高速度曲线运行。
57.本发明实施例提供的单臂双连杆抗侧滚扭杆倾摆装置，通过扭臂连接分立设置可调连杆和作动器连杆，使得抗侧滚扭杆倾摆装置在能够实现车体的倾摆动作的同时，安全可靠性也大大提高。
58.专业人员应该还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
59.结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(ram)、内存、只读存储器(rom)、电可编程rom、电可擦除可编程rom、寄存器、硬盘、可移动磁盘、cd
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rom、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。
60.以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。