独立车轮双扭杆耦合转向架制造技术

本发明专利技术所述的独立车轮双扭杆耦合转向架，是在前后独立轮对的单轴转向架之间连接有一耦合弹性元件，该耦合弹性元件是由两个扭杆串联而成的双扭杆耦合机构，其中两根弹性扭杆的结构对称、技术参数相同。不同于两轴转向架和单轴转向架，在单轴转向架之间所连接的耦合弹性元件，可以使前后独立轮对之间的联接刚度Ｋ↓［Ψ］在０到∞之间取一合理值，从而使独立车轮转向架具有导向性能，这样就可符合高速列车和城市轻轨列车的使用要求了。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种新型铁道车辆用的独立车轮转向架，具体地是在现有单轴转向架之间增加一双扭杆耦合机构。
技术介绍
伴随着国内社会经济的稳步增长，随着我国社会经济的快速发展，干线铁路的全面提速和城市轨道交通的大力发展已势在必行。但是，列车的提速对车辆稳定性设计带来了严峻的考验；而且，城市轨道交通中的轻轨车辆通常要求采用低地板面的结构要求。独立车轮转向架恰好可以解决此类问题一方面，独立车轮的使用可以提高高速列车的稳定性；另一方面，独立车轮也可有效降低城轨列车的地板面高度，给旅客的出行带来极大的方便。但是，由于独立车轮缺乏对导向起着重要作用的纵向蠕滑力，所以其导向能力很差，这样轮轨磨耗就会加剧，进而导致列车运行时噪声较大、维护成本增加，严重时还可能引发脱轨安全事故。目前独立车轮的应用方案主要有以下几种如可采取将现有两轴转向架的前后固定轮对直接更换成独立轮对，此类独立车轮两轴转向架的前后轮对是通过一个刚性构架联系起来的，通过曲线时，前后轮对在一个共用的构架约束下而呈现展开不足的形式，即前后轮对不能趋于径向位置，其导向性能较差；另外，也可将独立车轮两轴转向架改换成独立车轮单轴转向架的形式，前后车体相邻端部下面的两个独立车轮单轴转向架要分别受到各自车体的约束，通过曲线时，它们在车体的约束下而呈现展开过渡的形式，也不能趋于径向位置，所以独立车轮单轴转向架的导向性能也不好；再者，目前国外多采用给独立车轮转向架增加各种导向装置，但其结构都较复杂、制造成本较高，并不适应于国内市场应用。
技术实现思路
本专利技术所述的独立车轮双扭杆耦合转向架，其目的旨在解决上述问题和不足而在前后独立轮对的单轴转向架之间连接有一耦合弹性元件，该耦合弹性元件是由两个扭杆串联而成的双扭杆耦合机构，其中两根弹性扭杆的结构对称、技术参数相同。不同于两轴转向架和单轴转向架，在单轴转向架之间所连接的耦合弹性元件，可以使前后独立轮对之间的联接刚度Kψ在0到∞之间取一合理值，从而使独立车轮转向架具有导向性能，这样就可符合高速列车和城市轻轨列车的使用要求了。但是耦合元件必须满足以下两个条件1、采用耦合元件连接在单轴转向架之间，应只提供抗摇头角刚度度，其他方向的刚度都应尽量释放掉，也就是耦合元件只对前、后独立轮对的相对摇头运动有约束作用，而不干涉它们之间的其他相对运动。2、应用耦合元件的独立车轮耦合转向架，其前、后轮对的单轴转向架分别安装在前后车体端部之下，所采用的耦合元件应具备有一定的位移调节能力，以弥补列车车体和转向架的制造误差，便于落车装配。。本专利技术所述的独立车轮双扭杆耦合转向架，是采用双扭杆耦合机构来解决上述专利技术目的的。所述的独立车轮双扭杆耦合转向架，是在列车前、后车体相邻端部下面的前后独立车轮采用单轴转向架。在单轴转向架之间连接有一抗摇头的弹性元件，该弹性元件是由两个扭杆串联而成的双扭杆耦合机构。可以认为直线是一种特殊的曲线(相当于半径R为∞的曲线)，现以曲线为例来分析独立车轮柔性耦合转向架的导向性能。对于独立轮对来说，其左右车轮的纵向蠕滑力理论上为0，所以独立车轮柔性耦合转向架的前、后轮对的摇头运动主要受耦合元件产生摇头力矩Mczi和二系悬挂系统产生的摇头力矩Mszi的共同作用，当列车稳态通过曲线时，这两个摇头力矩之和应该为0，即Mczi+Mszi＝0 (1)根据车辆动力学理论，耦合元件产生摇头力矩Mczi和二系悬挂系统产生的摇头力矩Mszi分别应该为Mszi=-2KsxBs2---(2)]]> Mczi=(-1)iKψ---(3)]]>上述方程式中，i＝1～2，Ksx为所述独立车轮柔性耦合转向架一侧的二系悬挂纵向刚度；Kψ为所述连接前后独立车轮单轴转向架的耦合元件提供的摇头角刚度；Bs为所述二系悬挂横向跨距值之半；l为车辆名义定距之半；b为所述独立车轮柔性耦合转向架的名义轴距之半；R为列车通过曲线线路的圆曲线半径ψB为设定的转向架的摇头角度；ψc为设定的车体的摇头角度。考虑到轮对的位移和悬挂变形比车辆的名义定距2l要小得多，因此可以认为车体的中央部分近似与圆曲线相切，即ψc≈0。当列车稳态通过圆曲线时，为了使耦合转向架的前后轮对完全处于径向位置，必有ψBi＝ψB(i+1)＝0，所以根据式(1)～式(3)可得Kψ2bR=2KsxBs2lR---(4)]]>即Kψ=Bs2lbKsx---(5)]]>其中Bs为所述二系悬挂横向跨距值之半；Ksx为所述独立车轮柔性耦合转向架一侧的二系悬挂纵向刚度；b为所述独立车轮柔性耦合转向架的名义轴距之半；l为车辆名义定距之半。上述方程式(5)即是本专利技术所述独立车轮柔性耦合转向架的耦合元件所需耦合刚度Kψ的表达公式。从上述推导过程可以看出，确定耦合元件刚度Kψ只与车辆转向架轴距(2b)、车辆定距(2l)、以及转向架一侧的二系悬挂装置纵向刚度Ksx相关，从而建立起一种一一对应的关系。由于所述的双扭杆耦合机构是由两个扭杆串联而成的，所以整体摇头角刚度Kψ，应是每根扭杆摇头角刚度(设定为Kψ1)的一半，并设定每根扭杆的扭转刚度为Kδ。当在独立车轮双扭杆耦合转向架上，应用所述的双扭杆耦合机构时，为便于提供双扭杆耦合机构的技术参数，需确定扭杆扭转刚度Kδ与二系悬挂装置的纵向刚度Ksx之间的关系，这样又必需先推导出扭杆扭转刚度Kδ与其提供的整体摇头角刚度Kψ之间的关系。首先确定每根扭杆提供的摇头角刚度Kψ1与扭杆自身的扭转刚度之间的关系，它们满足以下方程式Kψ1=12(LnLz)2·Kδ---(11)]]>其中，Ln是每根扭杆的长度，Ln是每根扭杆两侧转臂的长度。因而双扭杆耦合机构的提供的摇头角刚度Kψ应为Kψ=12Kψ1=14(LnLz)2·Kδ---(13)]]>再结合上述方程式(5)，可推导出每根扭杆的扭转刚度Kδ与转向架一侧的二系悬挂装置的纵向刚度Ksx之间的关系为Kδ=4Bs2·lb·(LzLn)2·Ksx---(14)]]>实际上根据材料力学原理，每根扭杆的扭转刚度Kδ应满足Kδ=πd4G32Ln---(15)]]>其中，G为常数弹性模量，即G＝76000MPa。也就是说，只要给每根扭杆选取一个适当的直径d和长度Ln，就可使双扭杆耦合机构的提供的摇头角刚度Kψ与二系悬挂装置的纵向刚度Ksx达到合理匹配。综上所述，本专利技术所述的独立车轮双扭杆耦合转向架具有以下优点和有益效果1、采用所述的双扭杆耦合机构，只提供抗摇头角刚度，在其他方向的刚度基本上都被释放掉了，因而只对耦合转向架前、后独立轮对的相对摇头运动有约束作用，而并不干涉它们之间的其他运动，所以所述双扭杆机构完全满足独立车轮耦合转向架对其耦合元件的要求。2、采用所述的双扭杆耦合机构具备有一定的位移调节能力，可以弥补列车车体和转向架的制造误差和装配误差，便于落车装配。3、所述独立车轮双扭杆耦合转本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种独立车轮双扭杆耦合转向架，是在列车前、后车体相邻端部下面的前后独立车轮采用单轴转向架，其特征在于：在前后独立车轮的单轴转向架之间连接有一抗摇头的弹性元件，该弹性元件是由两个扭杆串联而成的双扭杆耦合机构。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：池茂儒，张洪，黄其祯，王志春，虞大联，夏竟成，
申请(专利权)人：南车四方机车车辆股份有限公司，池茂儒，
类型：发明
国别省市：95[中国|青岛]