一种采用新型柔性构架和永磁直驱电机的内轴箱转向架

1.本发明涉及转向架技术领域，特别涉及一种采用新型柔性构架和永磁直驱电机的内轴箱转向架。


背景技术：

2.现有转向架主要为三大件式和整体构架式转向架，三大件式转向架适应线路扭曲能力较强，但其结构松散，抗菱刚度小，运行速度较低，而整体构架式转向架可消除菱形变形，但其适应线路扭曲能力差，需要靠柔软的一系垂向变形来适应线路扭曲，对一系悬挂和轨道的要求较高。现有部分柔性整体式构架能减小两个侧梁间的扭转刚度，其主要通过橡胶关节或薄钢板横梁实现。对于采用橡胶关节的柔性构架，橡胶关节承受扭矩较大，且采用橡胶关节的柔性构架的两个侧梁间只能转动一定角度，不能实现两侧梁间的自由扭转；对于横梁采用薄钢板实现柔性的构架，其两个侧梁间转动角度有限，也不能实现自由扭转。对于两侧梁不能自由扭转的转向架，线路适应能力和曲线通过能力有限。
3.现有轨道交通牵引系统多采用交流异步电机牵引系统，牵引系统包含了齿轮箱，在使用过程中，传动效率较低、维修成本高、运行噪声高以及包括齿轮箱油液对环境的污染等不利特点。
4.根据轴箱安装在轮对的结构类型的不同，转向架分为外轴箱转向架和内轴箱转向架。相对于内轴箱转向架，外轴箱转向架存在轴颈中心距较长、结构笨重、自重大、簧下质量高、轮轨动作用力大和牵引能耗高等缺点。


技术实现要素：

5.本发明主要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提供一种无菱形变形、扭转刚度为零、曲线通过性好、适应线路扭曲能力强的整体铰接构架和一种与之相配套的永磁直驱牵引系统的轨道车辆内轴箱转向架，其中技术主要由铰接横梁装置和永磁直驱电机来实现。
6.为了解决上述技术问题，本发明是一种采用新型柔性构架和永磁直驱电机的内轴箱转向架，包括以下部件：
7.构架，包括两组纵向布置的箱型侧梁和一组横向布置的铰接横梁装置，其中：两侧梁端部通过一系悬挂装置与轮对相连，两侧梁中部连接有一个横向布置的铰接横梁装置，两侧梁可通过所述铰接横梁装置绕着横轴或车辆动力学广义坐标中的y轴做自由地相互点头扭转，而其他方向保持很大的刚度。
8.优选的，所述铰接横梁装置由外侧铰接梁、内侧铰接梁、左右两个回转支承、中间四个牵引橡胶堆以及牵引座、过渡件、固定板组成。所述外侧铰接梁采用圆柱形设计，所述外侧铰接梁上部开有一个直槽口，便于车体中心牵引销连接装置伸下来与所述牵引座配合，同时在拆装时便于工作人员将手伸入铰接横梁装置拆装；所述内侧铰接梁呈箱体结构，没有上盖板，牵引座与内侧铰接梁之间通过四个牵引橡胶堆连接，内侧铰接梁下端板和外
侧铰接梁底部均开设中心孔，以免中心牵引装置上下移动与内侧铰接梁下端板碰撞同时便于排出雨雪天气横梁装置中的积水，并且方便牵引座向下伸出横向液压减振器安装座；所述铰接横梁装置内的左回转支承和右回转支承采用相同尺寸，采用回转支承，左右分别布置在内侧铰接梁端盖和外侧铰接梁端盖之间，回转支承外圈通过螺钉与外侧铰接梁端盖固定，内圈通过螺钉与内侧铰接梁端盖板固定。
9.进一步优选的，所述铰接横梁装置外侧铰接梁端盖直接与侧梁焊接形成一个t形梁，内侧铰接梁与所述侧梁间通过过渡件连接，所述过渡件一端通过焊接与侧梁连接，另一端呈柱状穿过外侧铰接梁端盖、回转支承、内侧铰接梁端盖，通过一个固定板将其紧固在内侧铰接梁端盖内部同样形成一个t形梁，固定板用来将过渡件和回转支承固定在内侧铰接梁端板上。两t形梁之间通过左右有一定跨距的回转支承连接，使得所述柔性构架仍然保持整体构架，无菱形变形，且两侧梁间扭转刚度为零，可做自由的点头扭转运动。所述两回转支承采用内径和外径相同的轴承，与内外侧铰接梁端板之间均是通过螺钉紧固，便于拆卸。
10.轮对，包括车轴以及安装在车轴两端的车轮和端盖。
11.一系悬挂装置，包括上承载鞍、八字形橡胶堆、下承载鞍、上轴箱体、轴承、下轴箱体、橡胶密封圈。
12.基础制动装置，包括四个单元踏面制动装置，所述单元踏面制动通过三点吊挂在构架侧梁上。
13.二系悬挂装置，包括左右两个对称布置的空气弹簧、垂向液压减振器、横向止挡和一个横向液压减振器。
14.永磁直驱驱动系统，永磁直驱电机包括定子、转子、电机外壳和扭矩平衡杆，所述转子通过连接键固定在车轴上，使得转子直接带动车轴转动，所述电机外壳分为上下两个对称布置的壳体，其两端分别与两侧的轴箱体内伸部分通过螺栓固定。
15.优选的，所述一种采用新型柔性构架和永磁直驱电机的内轴箱转向架采用内轴箱方式布置，所述构架支承在所述轮对内侧，能够有效缩短车轴长度，降低转向架的簧下质量，从而减小转向架自重，有效降低曲线轮轨磨耗，改善曲线通过性能。
16.优选的，所述扭矩平衡杆由杆件和两侧的球铰组成，一端连接牵引电机外壳，一端与侧梁连接，通过扭矩平衡杆为牵引电机提供支反力矩，与电机工作时产生力矩平衡。
17.优选的，所述侧梁外伸梁上端面安装空气弹簧安装座，下端面安装横向液压减振器安装座。
18.优选的，所述铰接横梁装置的内侧铰接梁端板内部安装横向止挡。
19.本发明的有益效果是，与现有技术相比，本发明具有以下优点：1.本发明转向架构架属于h型整体式构架，是一个整体稳定结构，依靠铰接横梁装置能使柔性构架承受三个方向的力和两个方向的扭矩，即能进行三个方向的力和两个方向的扭矩平衡，只释放绕横向转动的自由度，使转向架均载性能好、稳定性高、通过曲线的安全性高、适应线路扭曲能力强，从而使转向架能在各种线路上提高运行速度。并且转向架无菱形变形且扭转刚度为零，能同时拥有优越的运行稳定性和曲线通过性，从根本上解决了传统转向架运行稳定性和曲线通过性之间的矛盾。
20.2.使用本发明转向架构架，转向架构架的两侧梁很容易绕横轴产生相对扭转运动，使对应的转向架适应线路不平顺能力大大增强，柔性构架采用牵引橡胶堆，取消牵引拉
杆的设置，牵引橡胶堆具有重量轻，耐磨性良好的优点。采用牵引橡胶堆中心牵引的方式，更适用于紧凑型动力转向架，便于转向架布置牵引电机，可匹配不同项目的转向架，从而降低了转向架研发成本。
21.3.本发明转向架构架结构创新，采用回转支承，回转支承回转角度小，在轴向和径向均有良好的承载能力，经济性能好，使用过程中免维修。
22.4.本发明转向架构架采用永磁直驱电机取代传统的异步电机驱动系统，省去传统的齿轮箱，使得整车的效率大大提高，在整体可靠性、噪声维护成本等方面都有了极大的改善。
23.5.本发明转向架构架采用轴箱内置的方式，有效缩短车轴长度，降低转向架的簧下质量，从而减小转向架自重，有效降低曲线轮轨磨耗，改善曲线通过性能。
附图说明
24.图1为实施例1中的一种采用新型柔性构架和永磁直驱电机的内轴箱转向架的结构示意图；
25.图2为实施例1中的一种采用新型柔性构架和永磁直驱电机的内轴箱转向架的结构俯视图；
26.图3为实施例1中的一种采用新型柔性构架和永磁直驱电机的内轴箱转向架的结构剖视图a-a；
27.图4、图5为实施例1中的铰接横梁装置的结构示意图；
28.图6为实施例1中的构架的结构示意图；
29.图7为实施例1中的一系悬挂装置的结构示意图；
30.图8为实施例1中的永磁直驱电机的结构剖视图b-b；
31.图中标记：1-轮对，11-车轮，12-车轴，2-构架，21-左侧梁，211-外伸梁，22-铰接横梁装置，221-外侧铰接梁，222-内侧铰接梁，223-左回转支承，224-右回转支承，225-牵引座，226-叠层牵引橡胶堆，227-固定板，23-右侧梁，24-过渡件，3-一系悬挂装置，31-八字形橡胶堆，32-轴承，33-上轴箱体，34-下轴箱体，35-八字形橡胶堆上盖板，36-八字形橡胶堆下盖板，37-内侧挡，38-外侧挡，39-橡胶圈，4-踏面基础制动装置，5-二系悬挂装置，51-横向止挡，52-横向液压减振器，53-垂向液压减振器，54-空气弹簧，6-永磁直驱驱动装置，61-电机外壳，62-定子，63-转子，64-扭矩平衡杆。
具体实施方式
32.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。
33.如图1-8所示，本发明提供了一种采用新型柔性构架和永磁直驱电机的内轴箱转向架，包含：
34.轮对1，每个轮对1包含两个车轮11、一根车轴12；
35.构架2，为h型整体构架，包括两纵向布置的左侧梁21、右侧梁23和一组横向布置的铰接横梁装置22，其中：所述铰接横梁装置22由外侧铰接梁221、内侧铰接梁222、左回转支
承223、右回转支承224、中间四个牵引橡胶堆226以及牵引座225组成，左侧梁21和右侧梁23的两个端部通过一系悬挂装置3与轮对1相连，所述左侧梁21和右侧梁23两者中部之间连接横向布置的铰接横梁装置22，所述左侧梁21和右侧梁23依靠铰接横梁装置22能做绕铰接横梁装置22中心线的相互自由点头转动。
36.一系悬挂装置3，所述一系悬挂装置3设置于轮对1内侧，包含八字形橡胶堆31，轴承32，上轴箱体33，下轴箱体34，八字形橡胶堆上盖板35，八字形橡胶堆下盖板36，内侧挡37，外侧挡38，橡胶圈39。
37.基础制动装置，包括四个踏面基础制动装置4，分别布置在转向架内侧，其安装座安装在转向架侧梁腹板和底板上。
38.二系悬挂装置5，包括左右对称布置的两个空气弹簧54、垂向液压减振器53、，两个横向止挡51布置在铰接横梁装置22内部，横向液压减振器52一端与牵引座225下端相连接，一端与侧梁下底板连接。
39.永磁直驱驱动装置6，包括定子62、转子63、电机外壳61和扭矩平衡杆64。
40.具体的，所述铰接横梁装置22的外侧铰接梁221与所述左侧梁21之间有一过渡件24，所述过渡件24一端通过焊接与左侧梁21连接，另一端呈柱体通过外侧铰接梁221、左回转支承223、内侧铰接梁222深入到铰接装置内部，通过固定板227将其固定在内侧铰接梁222端盖内部，所述内侧铰接梁222伸入所述外侧铰接梁221内部，外侧铰接梁221和内侧铰接梁222之间通过左右有一定跨距的回转支承相连，外侧铰接梁221和内侧铰接梁222通过左回转支承223、右回转支承224可实现相互自由扭转，即左右侧梁之间扭转刚度为零。
41.所述铰接横梁装置22的外侧铰接梁221采用圆柱面设计，外侧铰接梁221上部开有一个直槽口，便于车体中心牵引销连接装置伸下来与牵引座225配合，同时在拆装时便于工作人员将手伸入铰接横梁装置22内部拆装，外侧铰接梁221和内侧铰接梁222下部开有孔，便于牵引座225向下伸出横向液压减振器52的安装座和雨雪天气排出铰接横梁装置22中的积水；所述内侧铰接梁222呈箱体结构，没有上盖板，牵引座225与内侧铰接梁222之间通过四个叠层牵引橡胶堆226连接，内侧铰接梁222下端板中心开孔，以免中心牵引装置上下位移时与内侧铰接梁222下端板碰撞；所述铰接横梁装置22内的回转支承采用相同尺寸，左右分别布置在内侧铰接梁222端板和外侧铰接梁221端盖之间，回转支承外圈通过螺钉与外侧铰接梁端盖固定，内圈通过螺钉与内侧铰接梁222端盖板固定。装配时，所述外侧铰接梁221与右侧梁23焊接，形成一个t形梁，内侧铰接梁222通过过渡件24和左侧梁21连接形成另一个t形梁，两t形梁之间通过左右有一定跨距的回转支承连接，内侧铰接梁222在安装了叠层牵引橡胶堆226、牵引座225之后深入外侧铰接梁221内部，两者之间通过回转支承连接，其中回转支承外圈通过螺钉与外侧铰接梁221固定，内圈通过螺钉与内侧铰接梁222固定，装配之后，外侧铰接梁221通过过渡件24与左侧梁21连接，过渡件24一端与左侧梁21焊接，一端深入内侧铰接梁222内部通过固定板227固定。所述构架无菱形变形，且两侧梁之间扭转刚度为零，能做自由的点头扭转运动。
42.使用时，当右侧梁23受到向右的横向力时，右侧梁23会对外侧铰接梁221有一个向右的拉力，此力通过外侧铰接梁221端面把力传给回转支承外圈，回转支承通过自身结构把力传递给内圈，内圈再把力传递给内侧铰接梁222端板，此力又通过内侧铰接梁222另一端端板将力通过固定板227传递给过渡件24，过渡件24最终将力传递给左侧梁21。当左侧梁21
受到向左的横向力时，横向力平衡的传输途径与上述路径相反。
43.使用时，当两侧梁受到车体的垂向力时，两个力会在铰接横梁装置22上产生弯矩，由于铰接横梁装置22上布置了两个横向有一定横向距离的左回转支承223、右回转支承224，通过所述左右两回转支承会产生相应的力和弯矩与上述力和弯矩平衡。当两侧梁受到纵向力时，依靠铰接横梁装置22也可平衡。因此，本发明柔性构架能承受三个方向的力和两个方向的转矩，只释放柔性构架绕横轴转动的自由度，无菱形变形，同时两侧梁之间扭转刚度为零，即所述两侧梁能做自由相互点头扭转运动，从而使得采用此柔性构架的转向架同时拥有优越的均载性、线路适应性、曲线通过性、运行稳定性，能从根本上解决运行稳定性和曲线通过性之间的矛盾。
44.所述一系悬挂装置3包含八字形橡胶堆31，轴承32，上轴箱体33，下轴箱体34，八字形橡胶堆上盖板35，八字形橡胶堆下盖板36，内侧挡37，外侧挡38，橡胶圈39，所述轴承32横向两侧安装有一个内侧挡37和一个外侧挡38用于固定轴承32，内侧挡37和外侧挡38均安装在车轴12上，八字形橡胶堆31通过八字形橡胶堆上盖板35与侧梁连接，通过八字形橡胶堆下盖板36与上轴箱体33连接，上轴箱体33与下轴箱体34之间通过螺栓螺母连接，并向内与电机外壳61同样通过螺栓螺母连接，用于固定电机外壳61。
45.所述二系悬挂装置5包括左右对称布置的两个空气弹簧54，垂向液压减振器53左右布置在侧梁外伸梁211端板上，两个横向止挡51布置在铰接横梁装置22内部，横向液压减振器52一端与牵引座225下端相连接，一端与侧梁下底板连接。
46.所述永磁直驱驱动装置6包括定子62、转子63、电机外壳61和扭矩平衡杆64，所述转子63通过连接键安装在车轴12上，使得转子63直接带动车轴12转动，所述电机外壳61分为上下两个对称布置的壳体，其两端分别伸出两个半圆环与两侧的轴箱体内伸部分通过螺栓固定，其中扭矩平衡杆64用于平衡电机，扭矩平衡杆64两端为橡胶球铰弹性关节，一端连接电机外壳61上的安装座，一端连接侧梁向内伸出的工字梁安装座上。
47.采用本实施所述的转向架，采用轴箱内置的布置方式，布置在所述构架2内侧，有效缩短车轴12长度，降低转向架的簧下质量和自重，改善曲线通过性能；采用所述铰接横梁装置22，能够实现转向架无菱形变形且扭转刚度为零，能同时拥有优越的运行稳定性和曲线通过性；采用所述永磁直驱驱动装置6，可省去传统的齿轮箱，使得整车的效率大大提高，在整体可靠性、噪声维护成本等方面都有了极大的改善；采用所述一系悬挂装置3，能够满足构架2与轮对1之间的水平定位刚度和垂向悬挂刚度；所述二系悬挂装置5能够提供车体与转向架合适的垂向悬挂刚度和水平剪切刚度，满足空重车垂向挠度要求，并且该安装方式不需安装抗侧滚扭杆，结构简单，成本低廉。
48.本发明还提供了一种非动力转向架，去掉永磁直驱驱动装置6，此非动力转向架仍在本发明的保护之内。
49.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。