一种无固定支承座的抗侧滚扭杆装置及轨道车辆的制作方法

本发明属于轨道车辆技术领域，具体涉及一种无固定支承座的抗侧滚扭杆装置及轨道车辆。

背景技术：

空气弹簧由于具有垂向刚度较小、当量挠度大的特点，非常适合轨道车辆二系悬挂发展的要求，近些年来得到了日益广泛的应用。可是由于空气弹簧垂向刚度小，在车辆运行中会导致车辆的侧滚角度增加，使得车辆侧滚刚度较小，甚至出现侧滚失稳的现象，造成车辆安全和平稳运行性能降低，这就需要单独增加车辆的侧滚刚度以限制其侧滚角度，从而改善车辆的侧滚性能，但同时又不能影响车辆的浮沉、横摆、伸缩、点头和摇头等方向的振动特性。要达到这个目的，目前国内外主要运用的方法有两种：

1)加大二系空气弹簧的横向间距以增大其角刚度，从而提高侧滚刚度。但由于此方案受转向架结构和车辆限界以及线路条件的限制在我国和欧洲均不太采用，而在日本一般采用此方法；

2)设置独立的抗侧滚扭杆弹簧，装配在车体和转向架之间，提高侧滚刚度。抗侧滚扭杆弹簧是一种利用金属弹性杆在受扭矩作用时产生扭转变形而提供抗扭转反力矩的弹簧。此方案可以在现有的车辆和线路条件下实施，故此方法在我国和欧洲得到了广泛的应用。

如图1和图2所示，车辆的振动主要有六个方向的自由度：X方向的伸缩振动、Y方向的横摆振动、Z方向的浮沉振动、绕Y轴的点头振动、绕Z轴的摇头振动、绕X轴的侧滚振动。目前的轨道交通车辆转向架均为两级悬挂，抗侧滚扭杆弹簧起到了调节车辆侧滚刚度、控制车辆侧滚振动的作用（即控制图2所示的车体和构架之间相对的侧滚振动）。

抗侧滚扭杆弹簧的机构运动图如图3所示，图中M为车体，E、F为扭杆固定支撑座组成，安装于构架上，A、B、C、D为橡胶球铰或金属关节轴承，可在三个方向转动。由图可见，如果不考虑相对于系统刚度小得多的固定支撑座组成和橡胶关节的影响，当车体相对于转向架发生浮沉振动时，两根连杆同时往一个方向运动，整个装置绕支撑球铰同时转动，扭杆并不承受力或扭矩，故并不影响车体的浮沉振动，同样对除侧滚以外的其它几个运动同样不提供任何附加的力或扭矩。而当车体与构架之间发生绕X轴的相对转动即侧滚时，左右连杆向相反的方向上下运动，通过扭转臂（图中FD、EC）使扭杆发生扭转变形，扭杆由于抗扭弹性而产生抗扭反力矩，这一反力矩作用在垂向连杆上表现为一对大小相等方向相反的垂向力，而这对垂向力作用在车体上就形成了与车体侧滚方向相反的抗侧滚力矩，抗侧滚力矩的作用将阻止车体相对于转向架侧滚角度的增加，从而抑制车辆的侧滚，提高车辆的横向平稳性。

在目前轨道车辆上使用的扭杆系统中，普遍采用抗侧滚扭杆装置常用结构如图4所示,由扭杆组件、支承座组件以及垂向连杆组件这三种产品装配而成。该种传统结构的抗侧滚扭杆装置在转向架上占用的空间较大，由于零部件较多，重量大，成本相对较高，同时失效风险相对较高。近几年来，随着城市低地板车的流行以及转向架轻量化的趋势，需要研制一种减少安装部件和空间，降低转向架整体重量的新型抗侧滚扭杆装置。

经检索查到：公开号为CN107585173A，公开日为2018.01.16，中国发明专利：一种跨座式单轨列车及其抗点头扭杆式单轴转向架，该发明一种跨座式单轨列车的抗点头扭杆式单轴转向架，包括构架体，所述构架体的一端设置有一根用于连接车体的牵引杆，所述构架体的两侧均设置 有抗点头装置，所述抗点头装置包括：与所述跨座式单轨列车的前后方向平行的扭杆，所述扭杆与所述构架体可转动连接，所述扭杆相对所述构架体绕所述扭杆的轴线转动；位于所述扭杆的两端、与所述扭杆固定连接的两个扭转臂，所述扭转臂水平布置，且两个所述扭转臂位于所述扭杆的同一侧；与所述扭转臂对应的连杆，所述连杆沿竖向布置，且所述连杆的下端与所述扭转臂远离所述扭杆的一端铰接，上端与车体连接。

经检索还查到：公开号为CN109353365A，公开日为2019.02.19，中国发明专利：一种抗点头扭杆系统，该专利包括扭杆、扭转臂一、扭转臂二、连杆一和连杆二，连杆一和连杆二的另外一端均与车体连接，在扭杆上还套接有支座组件一和支座组件二，支座组件一和支座组件二均与转向架连接，所述支座组件一和支座组件二均包括支座本体，在支座本体上开有装配孔，在装配孔中过盈装配有橡胶关节套和塑料套，橡胶关节套由外到内依次包括通过硫化粘接在一起的金属套一、橡胶体和金属套二，塑料套通过过盈装配到金属套二中，在扭杆上过盈套接有金属套三和金属套四，通过支座组件一的金属套二与扭杆上的金属三之间间隙装配以及座组件二的金属套二与扭杆上的金属四间隙配合之间间隙装配，从而将支座组件一和支座组件二装配到扭杆上。

上述专利都是针对单轨列车的点头振动而开发的抗点头扭杆，扭杆都需要安装在固定支座上，安装位置和安装方式受固定支座的限制，所需的安装空间要求较大。

技术实现要素：

本发明针对现有技术中存在的扭杆需要安装固定支座，安装位置和安装方式受固定支座的限制、所需的安装空间要求较大的缺陷，提供一种：所需的安装空间小，安装方式灵活、重量轻的新型无固定支撑座的抗侧滚扭杆装置及轨道车辆。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案为：一种无固定支承座的抗侧滚扭杆装置，包括：扭杆组件和两组连杆组件，所述扭杆组件包括：扭杆和两根扭转臂，所述扭杆为一长杆，所述扭杆的两端分别与所述扭转臂固定连接成U形，在所述扭转臂远离所述扭杆的一端设置有接口一；所述连杆组件一端设置有接口二，另一端设置有关节一；在所述扭转臂上靠近扭杆的一端设置有接口三，所述连杆组件的关节一与所述接口三连接，使连杆组件与扭杆组件铰接。所述接口一与车体连接，所述接口二与转向架连接；或所述接口一与转向架连接，所述接口二与车体连接。由于取消了固定支撑座，极大的缩小扭杆的安装空间需求，减少零部件数量，减少了抗侧滚扭杆装置的重量，增加了轨道车辆转向架的设计自由度，安装方式更加灵活。

进一步地，所述关节一为悬臂关节，所述接口三为与扭转臂固接的带有中心孔的圆柱体。由于采用了所述的悬臂关节，简化了连接结构，便于所述连杆组件与所述扭杆组件铰接。

进一步地，所述悬臂关节包括：悬臂（31）及连接件，所述悬臂（31）的一端与所述连杆杆体（21）一端可转动地连接，另一端设置有用来与所述接口三（14）连接的连接件。

进一步地，所述悬臂（31）为悬臂端部直径小于悬臂根部直径的锥形，所述悬臂（31）端部外周设有外螺纹，所述悬臂（31）端部还设有径向的销孔，所述连接件为与所述悬臂（31）端部外螺纹配合的开槽螺母（32）及与悬臂（31）端部销孔配合的开口销（33）。采用锥形的悬臂（31）与所述接口三连接，利用槽螺母（32）紧固，并用开口销（33）销定，使得悬臂关节（3）与接口三（14）的连接简便可靠。

进一步地，所述悬臂关节还包括：端部防尘罩和中部防尘罩，所述端部防尘罩为碟形，卡在所述连杆杆体的一端的通孔内，盖住所述锥销的外端；所述中部防尘罩穿在所述锥销上，一端卡在所述连杆杆体一端设置的通孔内，另一端顶住与所述连杆杆体连接的接口三。防止水和灰尘进入所述悬臂关节内，避免悬臂关节锈蚀失效。

进一步地，所述关节一为简支关节，所述接口三为与扭转臂固接的Y形凸块，所述Y形凸块设有安装所述简支关节的螺栓孔。简支关节结构简单、承载力大、安装简便。

进一步地，所述接口一与所述接口二内设置有简支关节，以使扭杆系统与车体或转向架的连接简便可靠。

进一步地，所述简支关节为一短轴，所述短轴的两端为扁方头，所述扁方头的表面设置有用于安装到车体或转向架上的螺栓孔；所述短轴的中部为圆柱形凸起。

进一步地，所述简支关节为金属简支关节，所述金属简支关节的中部圆柱形凸起为与短轴固定连接的金属材料，金属简支关节承载力大。

进一步地，所述简支关节为橡胶简支关节，所述橡胶简支关节的中部圆柱形凸起为与所述短轴硫化在一起的橡胶材质，橡胶简支关节的减振降噪功能好。

本发明还涉及一种无固定支撑座的抗侧滚扭杆装置的轨道车辆，包括：转向架与安装在所述转向架上的车体，在所述转向架和所述车体之间设置有无固定支撑座的抗侧滚扭杆装置。这种轨道车辆所需的的车体与转向架之间空间小、地板低，特别适用于城市轨道车辆。可以根据车体与转向架之间的空间位置灵活确定抗侧滚扭杆装置的安装方式，增加了轨道车辆转向架的设计自由度。

本发明的有益效果为：由于取消了抗侧滚扭杆装置的固定支撑座，极大的缩小扭杆的安装空间需求，减少零部件数量，减少了抗侧滚扭杆装置的重量，增加了轨道车辆转向架的设计自由度。采用这种无固定支撑座的抗侧滚扭杆装置的轨道车辆所需的车体与转向架之间空间小、地板低，特别适用于城市轨道车辆。

附图说明

图1为轨道车辆结构主视示意图；

图2为轨道车辆结构侧视示意图；

图3为扭杆装置工作原理示意图；

图4为实施例1的扭杆装置结构示意图；

图5为实施例1的扭杆组件结构示意图；

图6为实施例1的连杆组件结构示意图；

图7为实施例1的的扭杆组件与连杆组件连接示意图；

图8为实施例1的简支关节结构示意图；

图9为实施例1的扭杆装置装配示意图；

图10为实施例2的扭杆组件结构示意图；

图11为实施例2的扭杆装置装配示意图。

图中：M—车体、N—转向架、1—扭杆组件、11—扭杆、12—扭转臂、13—接口一、14—接口三、2—连杆组件、21—连杆体、22—接口二、3—关节一、31—悬臂、32—开槽螺母、33—开口销、4—简支关节、41—扁方头、42—螺栓孔、43—圆柱形凸起。

具体实施方式

下面通过具体的实施例并结合附图对本发明做进一步的描述：

实施例1，如图6至9所示：一种无固定支承座的抗侧滚扭杆装置，包括：扭杆组件1和两组连杆组件2，所述扭杆组件1包括：扭杆11和两根扭转臂12，所述扭杆11为一长杆，两端分别与所述扭转臂12固定连接成U形，所述扭杆与和扭转臂可采用圆柱过盈配合、圆锥过盈配合、直齿花键过渡配合、直齿花键过盈配合或锥齿花键过盈配合等方式连接。在所述扭转臂12远离所述扭杆11的一端设置有接口一13；所述连杆组件2为哑铃状的杆件，一端都设置有接口二22，另一端设置有关节一3。在所述扭转臂12上靠近与所述扭杆11固定连接的一端还设置有接口三14，所述连杆组件的关节一3安装在所述接口三14上，使连杆组件2与扭杆组件1铰接，以取代传统的固定支撑座。由于取消了固定支撑座，极大的缩小扭杆的安装空间需求，减少零部件数量，减少了抗侧滚扭杆装置的重量，增加了轨道车辆转向架的设计自由度。

所述关节一为悬臂关节3，所述接口三14为与扭转臂12固接的带有中心孔的圆柱体。由于采用了所述的悬臂关节3，简化了连接结构，便于所述连杆组件2与所述扭杆组件1铰接。

所述悬臂关节包括：悬臂31及连接件，所述悬臂31的一端与所述连杆杆体21一端可转动地连接，另一端设置有用来与所述接口三14连接的连接件。

所述悬臂31为悬臂31端部直径小于悬臂31根部直径的锥形，所述悬臂31端部外周设有外螺纹，所述悬臂31端部还设有径向的销孔，所述连接件为与所述悬臂31端部外螺纹配合的开槽螺母32及与悬臂31端部销孔配合的开口销33。采用锥形的悬臂31与所述接口三14连接，利用槽螺母32紧固，并用开口销33销定，使得悬臂关节3与接口三14的连接简便可靠。

实施例2，如图10至11所示：所述关节一为简支关节4，所述接口三14为与扭转臂12固接的Y形凸块，所述Y形凸块设有安装所述简支关节4的螺栓孔。简支关节结构简单、承载力大、安装简便。

所述接口一13内安装简支关节4，所述接口二22内安装简支关节4。简支关节4结构简单、承载力大、安装简便。

所述简支关节4为一短轴，所述短轴的两端为扁方头41，所述扁方头41的表面设置有用于安装到车体M或转向架N上的螺栓孔42；所述短轴的中部为圆柱形凸起43。

所述简支关节4为金属简支关节，所述金属简支关节的中部圆柱形凸起43为与短轴固定连接的金属材料。金属简支关节承载力大。

所述简支关节4为橡胶简支关节，所述橡胶简支关节的中部圆柱形凸起43为与所述短轴硫化在一起的橡胶材质。橡胶简支关节的减振降噪功能好。

本发明还涉及一种无固定支撑座的抗侧滚扭杆装置的轨道车辆，包括：转向架N与安装在所述转向架上的车体M，在所述转向架N和所述车体M之间设置有上述抗侧滚扭杆装置，这种采用无固定支撑座的抗侧滚扭杆装置的轨道车辆，可以根据车体M与转向架N之间的空间位置灵活确定抗侧滚扭杆装置的安装方式，增加了轨道车辆转向架N的设计自由度。所需的的车体与转向架之间空间小、地板低，特别适用于城市轨道车辆。

综上所述：本发明的有益效果为：由于取消了抗侧滚扭杆装置的固定支撑座，极大的缩小扭杆的安装空间需求，减少零部件数量，减少了抗侧滚扭杆装置的重量，增加了轨道车辆转向架的设计自由度。采用这种无固定支撑座的抗侧滚扭杆装置的轨道车辆所需的车体与转向架之间空间小、地板低，特别适用于城市轨道车辆。

以上实施例仅供说明本发明之用，而非对本发明的限制，有关技术领域的技术人员在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化或变换，因此所有等同的技术方案也应该属于本发明的保护范围，本发明的保护范围应该由各权利要求限定。