一種軌道車輛輪對主動導(dǎo)向裝置的制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種軌道車輛輪對主動導(dǎo)向裝置，涉及軌道車輛的轉(zhuǎn)向技術(shù)。包括固定在車軸一端的獨立輪對,內(nèi)側(cè)分別設(shè)有左、右兩組行星輪系，行星輪系的太陽輪與獨立輪對的車軸固定，行星輪系的行星輪通過設(shè)置在行星輪軸上的軸承與行星架固定，行星架通過與行星輪嚙合的太陽輪與車軸聯(lián)接，端面通過連接軸和軸承與機殼固定，行星架的外圈設(shè)有與固定在傳動軸兩端的傳動齒輪嚙合的外齒圈，獨立輪對內(nèi)側(cè)的左、右兩組行星輪系通過傳動軸相聯(lián)；左邊的差動輪系內(nèi)齒圈通過軸承與機殼聯(lián)接，其外齒圈設(shè)有蝸輪?蝸桿副，蝸輪?蝸桿副通過減速器與差速電機聯(lián)接；右邊的定軸輪系的內(nèi)齒圈與機殼固定。主要用于輕軌車輛轉(zhuǎn)向架制造。
【專利說明】
一種軌道車輛輪對主動導(dǎo)向裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本實用新型涉及軌道車輛制造技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及軌道車輛轉(zhuǎn)向架的轉(zhuǎn)向技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002]鐵路機車車輛及電動車組的轉(zhuǎn)向架，均依靠帶有外錐面的鋼制輪對在左右鋼軌上運行實現(xiàn)導(dǎo)向，隨著運行里程的增加，踏面等效錐度變大，車輛的不穩(wěn)定速度降低，同時過大的錐度將加速車輪及鋼軌磨耗。鐵標(biāo)TB/T 449推薦的多種車輪的踏面錐度或坡度大約為1/20，標(biāo)準軌距輪對與鋼軌接觸斑的間距約1.5m，輪緣一鋼軌二個間隙總和最大約30mm，因此依靠踏面錐度能順利通過的最小曲線半徑約為300m?？傊?，常規(guī)的輪對在通過小于300m的曲線時，就會產(chǎn)生較大磨耗及其噪聲，運行在10m半徑以下的小曲線軌道時還容易脫軌。
[0003]近年來采用100%低地板面的現(xiàn)代城市軌道交通正在得到大力發(fā)展。為了實現(xiàn)小半徑曲線通過及低地板結(jié)構(gòu)設(shè)計要求，大多采用獨立輪對，即左右車輪可繞自身軸線獨立轉(zhuǎn)動，取代貫通的轉(zhuǎn)動車軸，這樣車輛的地板高度可小于車輪半徑，但這種車輛的安全導(dǎo)向、磨耗與噪聲一直是難題，解決此問題的技術(shù)在近30年也走過了曲折發(fā)展歷程。
[0004]1990年，在德國不萊梅市投入運營的GT6N低地板車，左右輪采用了錐齒輪、離合器及被動差速器耦合方式:直線運行時，離合器閉合，借助縱向蠕滑力形成導(dǎo)向能力;輪對剛性旋轉(zhuǎn)，曲線通過時，離合器分離，左右輪獨立旋轉(zhuǎn)，由于失去在曲線運行中存在偏磨問題。為此法國阿爾斯通公司的Arpgge轉(zhuǎn)向架通過兩對圓柱齒輪構(gòu)成的軸橋，將左、右車輪重新耦合起來，不僅可實現(xiàn)100%的低地板結(jié)構(gòu)，同時使其具有直線復(fù)位功能，但小半徑曲線通過能力較弱，嚴重磨耗與噪聲并存。
[0005]日本的RT-Xl轉(zhuǎn)向架依靠離心力引起的載重變化，通過板簧使前后輪對呈八字形，以實現(xiàn)輪對的徑向調(diào)節(jié)功能。車輛通過的曲線半徑較小時，車輛反而需要較高速度才能使板簧變形到位，因此其徑向調(diào)節(jié)作用有限。
[0006]對于左右輪均用輪驅(qū)電機的獨立輪對，一般認為可通過左右輪圓周速度的精密快速控制實現(xiàn)小曲線通過，但實際的控制精度不能滿足車輛安全通過的條件。為此CN201310265627.5公開了一種100%低地板獨立輪動力轉(zhuǎn)向架，采用了將單電機外置，通過齒輪同步驅(qū)動左右兩輪的結(jié)構(gòu)，這種輪對驅(qū)動結(jié)構(gòu)仍然存在轉(zhuǎn)彎不靈活的問題。
[0007]CN103625215A公開了一種用于城市軌道車輛的差速器耦合輪對，通過高摩擦自鎖差速器耦合左右車輪，在直線或大半徑曲線段，借助預(yù)緊摩擦力矩將差速器鎖止，左右輪同步轉(zhuǎn)動，相當(dāng)于剛性輪對;但在小半徑曲線段，左右車輪輪軌摩擦力矩差大于摩擦力矩，差速器解鎖，左、右車輪具有不同轉(zhuǎn)速。但該結(jié)構(gòu)無法用于100 %低地板車。
[0008]綜上所述，為了適應(yīng)小半徑曲線軌道，車輛輪對經(jīng)過了多種多次改進，但始終沒有像汽車、坦克及輪船等載運工具那樣，設(shè)置專門的可人為操作的主動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，完全依靠剛性或耦合輪對的踏面錐度導(dǎo)向，難以得到理想的安全導(dǎo)向性能，低磨耗、低噪聲的經(jīng)濟環(huán)保運行性能?！緦嵱眯滦蛢?nèi)容】
[0009]本實用新型的目的是提供一種軌道車輛輪對主動導(dǎo)向裝置。它能有效地解決軌道車輛輪對的主動導(dǎo)向問題。
[0010]本實用新型的目的是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的:一種軌道車輛輪對主動導(dǎo)向裝置，包括固定在半軸一端的獨立輪對，獨立輪對內(nèi)側(cè)分別設(shè)有左、右兩組行星輪系，行星輪系的太陽輪與獨立輪對的半軸固定，行星輪系的行星輪通過設(shè)置在行星輪軸上的軸承與行星架固定，行星架通過與行星輪嚙合的太陽輪與半軸聯(lián)接，行星架的端面通過連接軸及其軸承與機殼固定，行星架的外圈設(shè)有與固定在傳動軸兩端的傳動齒輪嚙合的外齒圈，獨立輪對內(nèi)側(cè)的左、右兩組行星輪系通過傳動軸相聯(lián);左邊的差動輪系內(nèi)齒圈通過軸承與機殼聯(lián)接，其外齒圈設(shè)有蝸輪-蝸桿副，蝸輪-蝸桿副通過減速器與差速電機聯(lián)接;右邊的定軸輪系的內(nèi)齒圈與機殼固定。
[0011]所述左、右兩組行星輪系為反向?qū)ΨQ連接，其中一組為單自由度的定軸輪系，另一組為兩自由度的差動輪系。
[0012]所述行星架的外圈設(shè)有與傳動齒輪嚙合的齒輪結(jié)構(gòu)。
[0013]所述傳動軸外圍的機殼通過法蘭盤聯(lián)接。
[0014]所述半軸與機殼接觸處設(shè)有端蓋。
[0015]所述導(dǎo)向裝置既可用于被動輪對，也可用于動軸輪對。
[0016]所述獨立輪對也可以設(shè)在行星輪系的內(nèi)側(cè)。
[0017]車輛輪對的踏面可解決軌道不平順產(chǎn)生的偏差而保障對中；即當(dāng)車輛位于直線線路時，差速電機閘住，這時，左、右輪同步轉(zhuǎn)動，可認為左輪和右輪為同軸剛性連接，與普通機車車輛剛性輪對的導(dǎo)向作用相同，具有直線對中能力。實現(xiàn)主動導(dǎo)向的方法需要智能化的實時控制器，也需要可靠精確實現(xiàn)左右輪角位移差的輪對差動結(jié)構(gòu)。
[0018]本實用新型利用機械耦合的研究思路，從工程的角度，重新設(shè)計了軌道車輛的導(dǎo)向方法，通過行星輪系實現(xiàn)車輛的獨立輪對的差速，并且依靠差速電機帶動內(nèi)齒圈轉(zhuǎn)動實現(xiàn)差速的主動控制，通過對輪對的轉(zhuǎn)速控制實現(xiàn)主動導(dǎo)向。對于實際線路相對于理想線路的軌道不平順產(chǎn)生的偏差，仍依靠輪軌設(shè)計中的踏面錐度來實現(xiàn);而在實際線路中設(shè)計的緩和曲線及圓曲線上的主動導(dǎo)向控制則依靠左、右輪的轉(zhuǎn)速差實現(xiàn)控制;這種方式不僅能夠?qū)崿F(xiàn)獨立輪對列車的低地板要求，還能夠通過主動控制獨立輪對左、右車輪的差速，從而達到使獨立輪對在曲線上主動導(dǎo)向的目的，從而改善獨立輪對車輛的直線上的自動對中能力和曲線上的曲線通過能力。
[0019]本實用新型的工作過程和原理是:
[0020]在獨立輪對的左、右車輪之間安裝兩個行星輪系結(jié)構(gòu)，右車輪為牽引動力端，其通過減速裝置與牽引電機相連，為獨立輪對提供動力。此處注意:為使兩行星輪系達到差速的目的，兩行星輪系的安裝方式為反向?qū)ΨQ連接，即兩行星輪系的行星架通過傳動齒輪和傳動軸相聯(lián)，太陽輪與半軸聯(lián)接，亦可以兩行星輪系的太陽輪通過傳動齒輪和傳動軸相聯(lián)，行星架與半軸聯(lián)接。在行星輪系的內(nèi)齒圈外部固定一個蝸輪-蝸桿副，使其與內(nèi)齒圈成為一個整體，即具有相同的運動狀態(tài)，蝸輪-蝸桿副在蝸桿保持靜止時，要求兩行星輪系具有相同的減速比。以此結(jié)構(gòu)來達到控制左、右輪對差速的目的。[0021 ]當(dāng)車輛在直線軌道運行時，保持行星輪系的內(nèi)齒圈為靜止?fàn)顟B(tài)，即差動電機被閘住，此時行星輪系可以當(dāng)作與定軸輪系具有相同的結(jié)構(gòu)，由于其對稱聯(lián)接，總傳動比為1，從而使左、右輪同步轉(zhuǎn)動，可認為左輪和右輪為剛性連接，與普通機車車輛剛性輪對的導(dǎo)向作用相同，具有一定的直線對中能力。
[0022]當(dāng)車輛在曲線軌道上運行時，差速電機工作，行星輪系的內(nèi)齒圈隨之轉(zhuǎn)動，使得行星輪系的太陽輪和定軸輪系的太陽輪速度不同，從而使左、右輪產(chǎn)生速度差，實現(xiàn)主動導(dǎo)向目的。
[0023]與現(xiàn)有技術(shù)相比的效果與優(yōu)點在于:
[0024]本實用新型實現(xiàn)了獨立輪對主動差速控制，大大減小了機車車輛通過小半徑曲線時產(chǎn)生脫軌的風(fēng)險。將行星減速機的輸出軸降低，從而達到獨立輪對低地板車輛的要求。在車輛通過實際線路中的緩和曲線及圓曲線時，主動導(dǎo)向控制能夠通過控制獨立輪對左、右車輪的轉(zhuǎn)動角位移差值，解決獨立輪對的直線及曲線上的自動對中能力，從而達到使獨立輪對在曲線上實現(xiàn)安全導(dǎo)向的目的。
【附圖說明】
[0025]圖1為本實用新型的主動差速結(jié)構(gòu)圖
[0026]圖2為本實用新型的差動輪系結(jié)構(gòu)圖
[0027]圖3為本實用新型的定軸輪系結(jié)構(gòu)圖
[0028]圖4為本實用新型的機殼結(jié)構(gòu)圖
[0029]圖5為本實用新型的控制方法流程圖
【具體實施方式】
[0030]以下結(jié)合附圖對本實用新型作進一步說明。
[0031]—種軌道車輛輪對主動導(dǎo)向裝置，包括固定在半軸17—端的獨立輪對I，獨立輪對I內(nèi)側(cè)分別設(shè)有左、右兩組行星輪系，行星輪系的太陽輪2與獨立輪對I的半軸17固定，行星輪系的行星輪12通過設(shè)置在行星輪軸11上的軸承14與行星架10固定，行星架10通過與行星輪12嚙合的太陽輪2與半軸17聯(lián)接，行星架10的端面通過連接軸7及其軸承15與機殼16固定，行星架10的外圈設(shè)有與固定在傳動軸8兩端的傳動齒輪9嚙合的外齒圈，獨立輪對I內(nèi)側(cè)的左、右兩組行星輪系通過傳動軸8相聯(lián)；左邊的差動輪系內(nèi)齒圈6通過軸承3與機殼16聯(lián)接，其外齒圈設(shè)有蝸輪-蝸桿副4，蝸輪-蝸桿副4通過減速器與差速電機5聯(lián)接;右邊的定軸輪系的內(nèi)齒圈13與機殼16固定。
[0032]所述左、右兩組行星輪系為反向?qū)ΨQ連接，其中一組為單自由度的定軸輪系，另一組為兩自由度的差動輪系。
[0033]所述行星架10的外圈設(shè)有與傳動齒輪9嚙合的齒輪結(jié)構(gòu)。
[0034]所述傳動軸8外圍的機殼16通過法蘭盤聯(lián)接。
[0035]所述半軸17與機殼17接觸處設(shè)有端蓋18。
[0036]所述導(dǎo)向裝置既可用于被動輪對，也可用于動軸輪對。
[0037]所述獨立輪對I也可以設(shè)在行星輪系的內(nèi)側(cè)。
[0038]本實用新型的一種軌道車輛輪對主動導(dǎo)向需要通過控制方法來實現(xiàn)，包括以下步驟:
[0039]第一步、利用車載衛(wèi)星定位系統(tǒng)以及在線路上設(shè)置的線圈應(yīng)答器獲取線路定位信息并存檔；
[0040]第二步、根據(jù)線路定位信息中線路曲線的曲率半徑以及車速計算需要的左、右輪的轉(zhuǎn)速差并存檔；
[0041]第三步、編程:當(dāng)車輛運行到線路曲線時，控制器根據(jù)預(yù)存的線路定位信息，調(diào)用對應(yīng)的預(yù)存的轉(zhuǎn)速差信息控制差速電機5的偏轉(zhuǎn)角度，實現(xiàn)主動導(dǎo)向功能；
[0042]車輛輪對I的踏面可解決軌道不平順產(chǎn)生的偏差而保障對中；即當(dāng)車輛位于直線線路時，差速電機5閘住，這時，左、右輪同步轉(zhuǎn)動，可認為左輪和右輪為同軸剛性連接，與普通機車車輛剛性輪對的導(dǎo)向作用相同，具有直線對中能力。
[0043]本實用新型利用機械耦合的研究思路，從工程的角度，重新設(shè)計了軌道車輛的導(dǎo)向方法，通過行星輪系實現(xiàn)車輛的獨立輪對的差速，并且依靠差速電機帶動內(nèi)齒圈轉(zhuǎn)動實現(xiàn)差速的主動控制，通過對輪對的轉(zhuǎn)速控制實現(xiàn)主動導(dǎo)向。對于實際線路相對于理想線路的軌道不平順產(chǎn)生的偏差，仍依靠輪軌設(shè)計中的踏面錐度來實現(xiàn);而在實際線路中設(shè)計的緩和曲線及圓曲線上的主動導(dǎo)向控制則依靠左、右輪的轉(zhuǎn)速差實現(xiàn)控制;這種方式不僅能夠?qū)崿F(xiàn)獨立輪對列車的低地板要求，還能夠通過主動控制獨立輪對左、右車輪的差速，從而達到使獨立輪對在曲線上主動導(dǎo)向的目的，從而改善獨立輪對車輛的直線上的自動對中能力和曲線上的曲線通過能力。
[0044]當(dāng)車輛在直線軌道運行時，保持行星輪系的內(nèi)齒圈為靜止?fàn)顟B(tài)，即差動電機被閘住，此時行星輪系可以當(dāng)作與定軸輪系具有相同的結(jié)構(gòu)，由于其對稱聯(lián)接，總傳動比為1，從而使左、右輪同步轉(zhuǎn)動，可認為左輪和右輪為剛性連接，與普通機車車輛剛性輪對的導(dǎo)向作用相同，具有一定的直線對中能力。
[0045]當(dāng)車輛在曲線軌道上運行時，差速電機工作，行星輪系的內(nèi)齒圈隨之轉(zhuǎn)動，使得行星輪系的太陽輪和定軸輪系的太陽輪速度不同，從而使左、右輪產(chǎn)生速度差，實現(xiàn)主動導(dǎo)向目的。
【主權(quán)項】
1.一種軌道車輛輪對主動導(dǎo)向裝置，包括固定在車軸(17)—端的獨立輪對(I)，其特征在于:獨立輪對(I)內(nèi)側(cè)分別設(shè)有左、右兩組行星輪系，行星輪系的太陽輪(2)與獨立輪對(I)的半軸(17)固定，行星輪系的行星輪(12)通過設(shè)置在行星輪軸(11)上的軸承(14)與行星架(10)固定，行星架(10)通過與行星輪(12)嚙合的太陽輪(2)與半軸(17)聯(lián)接，行星架(10)的端面通過連接軸(7)和軸承(15)與機殼(16)固定，行星架(10)的外圈設(shè)有與固定在傳動軸(8)兩端的傳動齒輪(9)嚙合的外齒圈，獨立輪對(I)內(nèi)側(cè)的左、右兩組行星輪系通過傳動軸(8)相聯(lián);左邊的差動輪系內(nèi)齒圈(6)通過軸承(3)與機殼(16)聯(lián)接，其外齒圈設(shè)有蝸輪-蝸桿副(4)，蝸輪-蝸桿副(4)通過減速器與差速電機(5)聯(lián)接;右邊的定軸輪系的內(nèi)齒圈(13)與機殼(16)固定。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種軌道車輛輪對主動導(dǎo)向裝置，其特征在于:所述左、右兩組行星輪系為反向?qū)ΨQ連接，其中一組為單自由度的定軸輪系，另一組為兩自由度的差動輪系。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種軌道車輛輪對主動導(dǎo)向裝置，其特征在于:所述行星架(1)的外圈設(shè)有與傳動齒輪(9)嚙合的齒輪結(jié)構(gòu)。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種軌道車輛輪對主動導(dǎo)向裝置，其特征在于:所述傳動軸(8)外圍的機殼(16)通過法蘭盤聯(lián)接。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種軌道車輛輪對主動導(dǎo)向裝置，其特征在于:所述半軸(17)與機殼(16)接觸處設(shè)有端蓋(18)。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種軌道車輛輪對主動導(dǎo)向裝置，其特征在于:所述導(dǎo)向裝置既可用于被動輪對，也可用于動軸輪對。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種軌道車輛輪對主動導(dǎo)向裝置，其特征在于:所述獨立輪對也可以設(shè)在行星輪系的內(nèi)側(cè)。
【文檔編號】B61C15/14GK205524241SQ201620179401
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年3月9日
【發(fā)明人】王晨晨, 李紅, 蔡海森, 周文祥, 張進, 文永翔
【申請人】西南交通大學(xué)