本发明涉及用于轨道车辆的具有无源液压轮组转向系统的走行装置(runninggear)。
背景技术：
在de3123858c2中描述的用于轨道车辆的双轴转向架具有无源液压轮组转向系统，该无源液压轮组转向系统包括：一对左前液压缸，用于使前轮组的左轮朝向和远离转向架的中间横向竖直平面移动；一对右前液压缸，用于使前轮组的右轮朝向和远离中间横向竖直平面移动；一对左后液压缸，用于使后轮组的左轮朝向和远离中间横向竖直平面移动，一对右后液压缸，用于使后轮组的左轮朝向和远离中间横向竖直平面移动；以及液压连接，用于确保前轮组的左轮和右轮分别朝向和远离中间横向竖直平面的移动导致前轮组的左轮和右轮分别朝向和远离中间横向竖直平面移动。换言之，协调前轮组和后轮组的转向以通过轨道的急弯。然而，该系统在缓弯或直线轨道上没有实质益处，其中由于其增加磨损和横向加速度的倾向，该系统被认为是不利的。
ep2762377a1公开用于轨道车辆的走行装置，该走行装置包括：一对轮组，包括分别在走行装置的中间横向竖直平面的前侧和后侧上的前轮组和后轮组，前轮组和后轮组中的每个具有分别在走行装置的中间纵向竖直平面的左侧和右侧上的左轮和右轮；以及无源液压轮组转向系统，包括：左前液压机械转换器组件，用于将前轮组的左轮朝向和远离中间横向竖直平面的运动转换成液压能，反之亦然；右前液压机械转换器组件，用于将前轮组的右轮朝向和远离中间横向竖直平面的运动转换成液压能，反之亦然；左后液压机械转换器组件，用于将后轮组的左轮朝向和远离中间横向竖直平面的运动转换成液压能，反之亦然；右后液压机械转换器组件，用于将后轮组的右轮朝向和远离中间横向竖直平面的运动转换成液压能，反之亦然；以及控制阀组件，液压连接到左前液压机械转换器组件、右前液压机械转换器组件、左后液压机械转换器组件和右后液压机械转换器组件。控制阀组件可在第一位置、第二位置和第三位置之间移动，每个位置对应于操作模式。在第一操作模式中，在走行装置一侧上的每个前转换器连接到走行装置的相对侧上的后转换器，使得两个轮组围绕它们各自的垂直轴线沿相反方向枢转。在第二操作模式中，在走行装置一侧上的每个前转换器连接到走行装置同一侧上的转换器，使得两个轮组围绕它们各自的垂直轴线沿相同方向枢转。在第三操作模式中，每个转换器完全隔离，这意味着轮组的枢转运动是不可能的。
已知其他更复杂的主动轮组转向系统，其可根据一系列参数诸如车速或轨道曲率角，提供不同的转向行为。然而，此类主动系统，包括用于输送动力以操纵车轮组的泵或马达，在初始成本和维护方面都比较昂贵，特别是在考虑到对公共交通中的轨道车辆要求的高可靠性和可用性标准时。
技术实现要素：
本发明的目的是提供具有改进的车轮组转向能力的走行装置，该走行装置保持简单且成本低。
根据本发明的第一方面，提供用于轨道车辆的走行装置，包括：
-至少一对轮组，包括分别在走行装置的中间横向竖直平面的前侧和后侧上的前轮组和后轮组，前轮组和后轮组中的每个具有分别在走行装置的中间纵向竖直平面的左侧和右侧上的左轮和右轮；以及
-无源液压轮组转向系统，包括：
-左前液压机械转换器组件，用于将前轮组的左轮朝向和远离中间横向竖直平面的运动转换成液压能，反之亦然；右前液压机械转换器组件，用于将前轮组的右轮朝向和远离中间横向竖直平面的运动转换成液压能，反之亦然；左后液压机械转换器组件，用于将后轮组的左轮朝向和远离中间横向竖直平面的运动转换成液压能，反之亦然；以及右后液压机械转换器组件，用于将后轮组的右轮朝向和远离中间横向竖直平面的运动转换成液压能，反之亦然；以及
-控制阀组件，液压连接到左前液压机械转换器组件、右前液压机械转换器组件、左后液压机械转换器组件和右后液压机械转换器组件，该控制阀组件可在至少第一位置和第二位置之间移动，无源液压轮组转向系统在控制阀组件的第一位置中使得，左前液压机械转换器组件和右前液压机械转换器组件与左后液压机械转换器组件和右后液压机械转换器组件断开，以便允许前轮组的左右轮朝向或远离中间横向竖直平面的运动和后轮组的左右轮朝向或远离中间横向竖直平面的运动，该运动独立于前轮组的左右轮的运动，并且其中在控制阀组件的第二位置中，左前液压机械转换器组件和右前液压机械转换器组件中的每个连接到左后液压机械转换器组件和右后液压机械转换器组件中的至少相应一个。
在控制阀组件的第一位置中，在前液压机械转换器组件和后液压机械转换器组件之间没有液压连接，即没有液压流体或压力的传递。因此，前轮组的左右轮朝向或远离中间横向竖直平面的运动独立于后轮组的左右轮朝向或远离中间横向竖直平面的运动。第一种操作方式特别适于直线轨道和缓弯。在控制阀组件的第二位置中，在前轮组的液压机械转换器组件和后轮组的液压机械转换器组件之间存在压力或液压流体的传递。第二种操作方式专用于过窄的弯道。液压转向系统的结构保持简单，因为它是被动的，即在液压机械转换器组件的运动中不涉及泵或马达，液压机械转换器组件由于轨道施加在车轮上的外力而移动。
优选地，无源液压轮组转向系统至少在控制阀组件的第一位置中使得前轮组的左右轮中的一个朝向中间横向竖直平面的运动导致前轮组的左右轮中的另一个远离中间横向竖直平面运动，以及后轮组的左右轮中的一个朝向中间横向竖直平面的运动导致后轮组的左右轮中的另一个远离中间横向竖直平面运动。优选地，无源液压轮组转向系统在控制阀组件的第一位置中使得，前轮中的一个朝向中间横向竖直平面的运动具有与另一前轮远离中间横向竖直平面的运动相同的幅度，并且后轮中的一个朝向中间横向竖直平面的运动具有与另一后轮远离中间横向竖直平面的运动相同的幅度。
根据优选实施例，无源液压轮组转向系统至少在控制阀组件的第二位置中使得，前轮组的左右轮中的一个朝向中间横向竖直平面的运动导致前轮组的左右轮中的另一个远离中间横向竖直平面运动，以及后轮组的左右轮中的一个朝向中间横向竖直平面的运动导致后轮组的左右轮中的另一个远离中间横向竖直平面运动。无源液压轮组转向系统优选地在控制阀组件的第二位置中使得，前轮中的一个朝向中间横向竖直平面的运动具有与另一前轮远离中间横向竖直平面的运动相同的幅度，并且后轮中的一个朝向中间横向竖直平面的运动具有与另一后轮远离中间横向竖直平面的运动相同的幅度。
优选地，无源液压轮组转向系统在控制阀组件的第二位置中使得，前轮组的左轮朝向中间横向竖直平面的运动(相应的右轮相应地远离中间横向竖直平面的运动)导致后轮组的左轮朝向中间横向竖直平面的运动(相应的右轮相应地远离中间横向竖直平面的运动)。优选地，无源液压轮组转向系统在控制阀组件的第二位置中使得，前轮组的左轮朝向中间横向竖直平面的运动(相应的右轮远离中间横向竖直平面的运动)导致前轮组的左轮朝向(相应的右轮远离)中间横向竖直平面的相同幅度的运动。
根据优选实施例，无源液压轮组转向系统在控制阀组件的第一位置中使得，左前液压机械转换器组件和右前液压机械转换器组件彼此连接，并且左后液压机械转换器组件和右后液压机械转换器组件彼此连接。
根据一个实施例，无源液压轮组转向系统在控制阀组件的第二位置中使得，左前液压机械转换器组件和右前液压机械转换器组件彼此断开，并且左后液压机械转换器组件和右后液压机械转换器组件彼此断开。
根据替代实施例，无源液压轮组转向系统在控制阀组件的第二位置中使得，左前液压机械转换器组件和右前液压机械转换器组件彼此连接，并且左后液压机械转换器组件和右后液压机械转换器组件彼此连接。
优选地，无源液压轮组转向系统在控制阀组件的第二位置中使得，左前液压机械转换器组件和左后液压机械转换器组件彼此连接，并且右前液压机械转换器组件和右后液压机械转换器组件彼此连接。
根据一个实施例，无源液压轮组转向系统在控制阀组件的第二位置中使得，左前液压机械转换器组件和右后液压机械转换器组件彼此连接，并且右前液压机械转换器组件和左后液压机械转换器组件彼此连接。
每个液压机械转换器组件能够将由相关车轮朝向或远离中间横向竖直平面的运动产生的机械能转换成液压能，并且将液压能转换回机械能，以使相关车轮朝向或远离中间横向竖直平面移动。每个液压机械转换器组件可包括一个或多个双作用液压机械转换器例如汽缸，和/或一个或多个单作用液压机械转换器例如汽缸。根据优选实施例，每个液压机械转换器组件由单个双作用液压缸构成。根据另一优选实施例，每个液压机械转换器组件由两个单作用液压缸构成，一个用于液压转换相关车轮朝向中间横向竖直平面的运动，另一个用于液压转换相关车轮远离中间横向竖直平面的运动。
根据一个实施例，控制阀组件可由单个双位控制阀构成。然而，具有多于一个阀的备选方案也是可能的。控制阀组件可由任何已知的电气、机械、气动或液压控制装置根据信号来致动，该信号可代表例如车速、横向加速度、轨道的曲率半径、走行装置相对于车体的位置，或者可以是这些变量中的一个或多个的函数。
根据优选实施例，前轮组的左右轮支撑在公共的前轮轴上，并且后轮组的左右轮支撑在公共的后轮轴上。轮轴可具有由枢轴或假想垂直枢轴构成的固定的垂直枢轴。另选地，每个轮组可由没有公共轴的单独的左轮和右轮构成，如在us2010/0294163中公开的。
根据优选实施例，走行装置是具有至少两个轮组的转向架，并且包括通过主悬架支撑在一对轮组上的转向架框架。
根据一个实施例，前轮轴和后轮轴中的至少一个经由机械枢轴枢转地连接到走行装置的框架，机械枢轴用于使前轮轴和后轮轴中的所述一个围绕固定的竖直旋转轴线枢转。另选地，走行装置的框架在没有机械枢轴的情况下，枢转地连接到走行装置的框架，机械枢轴用于使前轮轴和后轮轴中的所述一个围绕固定的垂直旋转轴线枢转。
根据本发明的另一方面，提供轨道车辆，该轨道车辆包括如在上文中描述的多个走行装置。
附图说明
本发明的其它优点和特征将从以下对本发明的特定实施例的描述中变得更加清楚，该特定实施例仅作为非限制性示例给出并在附图中表示，附图中：
-图1是根据本发明第一实施例的轨道车辆的在第一操作模式下的走行装置的示意图；
-图2是根据本发明第一实施例的在第二操作模式下的走行装置的示意图；
-图3是根据本发明第二实施例的轨道车辆的在第一操作模式下的走行装置的示意图；
-图4是根据本发明第二实施例的在第二操作模式下的走行装置的示意图。
相应的参考标记在每个附图中表示相同或相应的部分。
具体实施方式
参考图1和图2，轨道车辆的走行装置10更具体地说是转向架，包括转向架框架12，该转向架框架通过主悬架(未示出)支撑在一对前轮组14和后轮组16上。前轮组14和后轮组16分别位于走行装置10的中间横向竖直平面100的前侧和后侧上。前轮组14和后轮组16中的每个包括：分别在走行装置10的中间纵向竖直平面200的左侧和右侧上的左轮18l、20l和右轮18r、20r；以及轴22、24，左右轮18l、18r、20l、20r分别安装(或者其可以与左右轮集成)在轴22、24上。每个轴22、24可以是驱动轴或静轴(deadaxle)。
转向架10进一步具有无源液压轮组转向系统26，无源液压轮组转向系统包括：左前液压机械转换器组件28l，由单个双作用缸构成，用于将前轮组14的左轮18l朝向和远离中间横向竖直平面100的运动转换成液压能，反之亦然；右前液压机械转换器组件28r，由单个双作用缸构成，用于将前轮组14的右轮18r朝向和远离中间横向竖直平面100的运动转换成液压能，反之亦然；左后液压机械转换器组件30l，由单个双作用缸构成，用于将后轮组16的左轮20l朝向和远离中间横向竖直平面100的运动转换成液压能，反之亦然；以及右后液压机械转换器组件30r，由单个双作用缸构成，用于将后轮组16的右轮20r朝向和远离中间横向竖直平面100的运动转换成液压能，反之亦然。
无源液压轮组转向系统26进一步包括控制阀组件32，该控制阀组件被示出为通过液压管路液压连接到左前液压缸、右前液压缸、左后液压缸和右后液压缸的单个十二端口双位控制阀32。更具体地，每个液压缸包括前室和后室，并且每个室通过直线连接到控制阀32的端口中的一个或两个。
控制阀32可在图1所示的第一位置与图2所示的第二位置之间移动。
在图1中的控制阀32的第一位置中，左前液压缸28l和右前液压缸28r与左后液压缸30l和右后液压缸30r隔离，并且形成两个完全独立的液压回路，即前轮组14的两个液压缸28l、28r之间的前回路34f和后轮组16的两个液压缸之间的后回路34r。更具体地，前轮组14的左液压缸28l的前室和右液压缸28r的前室(即，在图1中朝向左、最靠近转向架10的前部的室)彼此连接，前轮组14的左液压缸28l的后室和右液压缸28r的后室(即，在图1中朝向右、最靠近转向架10的后部的室)彼此连接，后轮组16的左液压缸30l的前室和右液压缸30r的前室彼此连接，并且后轮组16的左液压缸30l的后室和右液压缸30r的后室彼此连接。因此，前轮组14的左轮18l和右轮18r中的一个由于轮18l、18r与轨道之间的接触力而朝向中间横向竖直平面100的运动，导致前轮组14的左轮18l和右轮18r中的另一个远离中间横向竖直平面100的协调运动，并且后轮组16的左轮20l和右轮20r中的一个朝向中间横向竖直平面100的运动导致后轮组16的左轮20l和右轮20r中的另一个远离中间横向竖直平面100的运动。
在图2中的控制阀32的第二位置中，左前液压缸28l和左后液压缸30l彼此连接并与彼此连接的右前液压缸28r和右后液压缸30r断开。形成两个独立的液压回路，即，在中间纵向竖直平面200的左侧上的用于液压缸28l、30l的左回路36l和在中间纵向竖直平面200的右侧上的用于液压缸28r、30r的右回路36r。更具体地，在中间纵向竖直平面200的左侧上的前轮组14和后轮组16的液压缸28l、30l的前室彼此连接，在中间纵向竖直平面200的左侧上的前轮组14和后轮组16的液压缸28l、30l的后室同样彼此连接。这同样适用于右侧。通过这些连接，前轮组14的转向运动与后轮组16的转向运动协调。因此，前轮组14的轮18l由于轮18l、18r与轨道之间的接触力而朝向(相应地远离)中间横向竖直平面100的运动导致后轮组16的左轮20l朝向(相应地远离)中间横向竖直平面100的协调运动，并且前轮组14的右轮18r朝向(相应地远离)中间横向竖直平面100的运动导致后轮组16的右轮20r朝向(相应地远离)中间横向竖直平面100的运动。
控制阀32是连接到控制单元38的电动阀，控制单元38可接收来自各种传感器40(例如gps单元、横向加速计、车速传感器)的信号，以在对应于图1中控制阀32的位置的“直线”操作模式与对应于图2中控制阀32的位置的“急弯(tightcurve)”操作模式之间切换控制阀32。
无源液压轮组转向系统26如下操作。在图1的“直线”操作模式中，前轮组14和后轮组16彼此独立。前液压回路34f允许前轮组14的左轮18l和右轮18r围绕位于中间纵向竖直平面200中的前假想竖直枢转轴线协调运动。类似地，后液压回路34r允许后轮组16的左轮20l和右轮20r围绕位于中间纵向竖直平面200中并与前假想枢转轴线间隔开的后假想竖直枢转轴线协调运动。因为前轮组14围绕前假想竖直枢转轴线的旋转运动独立于后轮组16围绕后假想竖直枢转轴线的旋转，所以每个轮组可在缓弯中找到其自己的最佳(略微过径向)位置。
在“急弯”操作模式中，左回路36l使得前轮组14和后轮组16的左轮18l、20l能够协调运动，使得前轮18l朝向(相应地远离)中间横向竖直平面100的运动导致后轮20l朝向(相应地远离)中间横向竖直平面100的相同幅度的协调运动。类似地，右回路36r使得前轮组14和后轮组16的右轮18r、20r能够协调运动，使得前轮18r朝向(相应地远离)中间横向竖直平面100的运动导致后轮20r朝向(相应地远离)中间横向竖直平面100的相同幅度的协调运动。然而，左回路36l和右回路36f保持独立，这意味着每个轮组14、16的瞬时运动可以是围绕假想瞬时竖直枢转轴线(其不一定位于中间纵向竖直平面200中)的旋转和在纵向方向上朝向或远离中间横向竖直平面100的平移的组合。虽然在两种模式中自由度的数量相同，但是“急弯”操作模式提供前轮组14和后轮组16之间的协调，这确保前轮组14在一个方向上围绕垂直轴线的旋转(由在轨道上滚动的车轮的反作用引起)，并将导致后轮组16在相反方向上的旋转，这在急弯中是有利的。
将阀从一种操作模式切换到另一种操作模式不损害转向性能。在从直线轨道或缓弯到急弯的转换中，转向系统最初处于“直线”操作模式，并且在将控制阀32切换到“急弯”操作模式之前，轮组在略微过径向的位置中自由枢转。一旦将控制阀32切换到“急弯”操作模式，则前轮组和后轮组的后续旋转是协调的。在从急弯返回到直线轨道的转换中，在将转向系统从“急弯”操作模式切换回到“直线”操作模式之前，两个轮组14、16返回到直线位置。
图3和图4所示的走行装置10类似于图1和图2所示的走行装置，为了避免重复，参照图1和图2的走行装置结构的描述。两个组件之间的唯一区别在于控制阀组件32和液压管路连接左前液压缸28l、右前液压缸28r、左后液压缸30l和右后液压缸30r。控制阀组件32由单个四端口双位或三位控制阀构成，单个四端口双位或三位控制阀连接到前轮组14的两个液压缸28l、28r的后室和后轮组16的两个液压缸30l、30r的前室。前轮组14的左液压缸28l和右液压缸28r的前室彼此永久连接。类似地，后轮组16的左液压缸30l和右液压缸30r的后室彼此永久连接。
控制阀32可在图3所示的第一位置与图4所示的第二位置之间移动。
在图3中的控制阀32的第一位置中，左前液压缸28l和右前液压缸28r与左后液压缸30l和右后液压缸30r隔离，并且形成两个完全独立的液压回路，即，前轮组14的两个液压缸28l、28r之间的前回路34f和后轮组16的两个液压缸之间的后回路34r，其功能与图1的回路相同。
在图4中的控制阀的第二位置中，形成交叉的液压回路42。前轮组14的左液压缸28l的后室与后轮组16的右液压缸30r的前室连接，而前轮组14的右液压缸28r的后室与后轮组16的左液压缸30l的前室连接。由于前轮组14的左液压缸28l和右液压缸28r的前室仍然彼此连接，并且后轮组16的左液压缸30l和右液压缸30r的后室彼此连接，所以液压系统仅具有一个自由度，即前轮组14和后轮组16只能在相反方向上围绕其各自的假想竖直枢转轴线旋转。
控制阀32可在“直线”操作模式与“急弯”操作模式之间操作，其中“直线”操作模式对应于图3中控制阀32的位置并与结合图1讨论的“直线”操作模式相同，“急弯”操作模式对应于图4中控制阀32的位置。
在“急弯”操作模式中，前轮组14的左液压缸28l和右液压缸28r的前室之间的直接连接确保前轮组14的左轮18l朝向(相应地远离)中间横向竖直平面100的运动将导致前轮组14的右轮18r远离(相应地朝向)中间横向竖直平面100的相同幅度的运动。因此，前轮组14的运动必定是围绕位于中间纵向竖直平面200中的前假想竖直枢转轴线的旋转运动。类似地，后轮组16的运动必定是围绕位于中间纵向竖直平面200中的后假想竖直枢转轴线的旋转运动。前轮组14和后轮组16的运动是协调且相反的，即前轮组14沿一个方向的旋转将导致后轮组16沿相反方向的旋转。
虽然上述实施例说明本发明的优选实施例，但是应当注意，也可以考虑各种其他布置。
作为第一实施例的变型，轮组中的一个轮组可经由机械枢转连接机械地连接到转向架框架，该机械枢转连接限定固定的竖直枢转轴线。该固定的枢转轴线不改变转向系统在“直线”操作模式中的行为，而是防止轮组在“急弯”操作模式中的平移运动。不需要为每个轮组提供一个机械枢轴连接，因为在“急弯”操作模式中前轮组14和后轮组16的运动是液压协调的。
控制阀32可以例如，经由被允许相对于转向架框架12横向移动的惯性质量，机械地或液压地操作。
每个液压机械转换器组件28l、28r、30l、30r可由具有或不具有复位弹簧的两个单作用缸构成。它们也可由如在wo2007/090825中公开的活塞转换器构成。
控制阀组件32可由若干个阀构成。无源液压轮组转向系统26可包括液压阻尼装置例如限制装置，以稳定轮组的偏摇运动。
无源液压轮组转向系统26是被动系统，因为它不涉及用于使轮组14、16转向的泵。然而，这并不意味着液压系统必须是液压隔离的。可能需要连接泵和油箱以补偿液压回路中的泄漏。
走行装置不一定是转向架。液压机械转换器组件28l、28r、30l、30r可以例如直接固定到轨道车厢的底架，而无需中间转向架框架。
虽然无源液压轮组转向系统26已应用于两轴转向架，但是其他类型的走行装置也可受益于该转向系统，特别是具有附加中间不可转向轴的三轴转向架。