柔性直驅式轉向架

《柔性直驅式轉向架》是中車南京浦鎮車輛有限公司於2012年07月10日申請的發明專利，該專利的公布號為：CN102963388A，專利公布日：2013年03月13日，該專利申請號為201210238324X，發明人是楚永萍，唐永明，馮遵委，胡定祥，周睿。

《柔性直驅式轉向架》涉及一種柔性直驅式轉向架，採用柔性橫樑是構架實現柔性化，左右側架容易相對點頭運動，以適應軌道較大的三角坑；由於構架實現了柔性化，從而使《柔性直驅式轉向架》的一系懸掛簡化為很薄的一層橡膠墊，降低了生產成本；彈性傳動裝置使永磁電機得到彈性懸掛，同時能傳遞力矩，提高了傳動效率，減輕傳動機構重量；牽引力和制動力直接傳遞給車體，而不通過轉向架構架來進行傳遞，最佳化了轉向架構架的受力情況，同時使得牽引拉桿的長度不受構架結構限制，從而牽引拉桿可以做得更長，減小了牽引拉桿帶來的二系附加剛度，提高車輛的乘坐舒適性。由於電機懸掛於輪對之間，減小軸距，使轉向架既能通過較小曲線，又有較高的臨界速度，同時對線路不平順的有良好順服性。

2020年7月14日，《柔性直驅式轉向架》獲得第二十一屆中國專利優秀獎。

（概述圖為《柔性直驅式轉向架》摘要附圖）

基本介紹

• 中文名：柔性直驅式轉向架
• 公布號：CN102963388A
• 地址：江蘇省南京市浦口區浦珠北路68號
• 公布日：2013年03月13日
• 發明人：楚永萍，唐永明，馮遵委，胡定祥，周睿
• 申請號：201210238324X
• 申請日：2012年07月10日
• Int. Cl.：B61F5/50(2006.01)I; B61F5/04(2006.01)I
• 申請人：南車南京浦鎮車輛有限公司
• 專利代理機構：南京同澤專利事務所(特殊普通合夥)
• 代理人：石敏
• 專利類型：發明專利

專利背景

傳統的轉向架一般採用H型構架、剛性橫樑、依靠一系垂向柔性懸掛克服線路的扭曲不平順，剛性構架在輪對行駛到緩和曲線時，由於曲線軌道的超高，局部承受較大扭矩作用，而且車速較高時，構架與一系垂向柔性懸掛之間的連線處也會受到較大衝擊力；在傳統轉向架的結構設計中，電機安裝在構架上，為了容許電機與輪對間的動態擾動及轉遞力矩需要設定複雜的連軸節和齒輪箱等機構，這種轉向架結構複雜，生產效率低下，並且該轉向架的輪對軸距較大、重量大，使轉向架的小曲線通過性能、節能性、對線路不平順的順服性等性能指標難以顯著提升。

經檢索發現，中國發明專利CN101565049B，其公開了一種鉸接構架直線電機轉向架，兩個T型框架分別通過橡膠節點與中心橫樑鉸接；中心橫樑側部通過縱向拉桿與上部的牽引橫樑相連，牽引橫樑通過油壓減振器分別連線第一側梁、第二側梁，中心橫樑通過牽引拉桿與直線電機相連，該設計可以改善轉向架傳遞牽引力、以及提高直線電機的牽引作用。

當輪對行駛到緩和曲線時，兩個鉸接點可以承受較大的扭矩而適量地扭曲，從而對構架起到保護作用。可見對比檔案通過鉸接處的橡膠節點實現轉向架的柔性化，根據不同車型的轉向架需要設計不同的橡膠節點，該結構使用橡膠節點實現扭轉，橡膠節點的性能參數離散性較大，隨著環境溫度變化，橡膠節點的性能參數往往與設計值相差較大，同時橡膠容易老化開裂，可靠性較差，使用壽命相對較短。並且電機仍然安裝於轉向架上，輪對軸距大，未能顯著提高轉向架各項性能。

發明內容

專利目的

《柔性直驅式轉向架》所要解決的技術問題是，克服2012年技術的上述不足，提供一種柔性直驅式轉向架。

為了解決以上技術問題，《柔性直驅式轉向架》提供的柔性直驅式轉向架，組成包括：轉向架構架、分別位於轉向架構架前側和後側兩個永磁電機、設定於轉向架構架上方的空氣彈簧、設定於轉向架構架下方的前後輪對，所述轉向架構架具有左側架、右側架，其特徵在於：所述左右側架的中部通過由四片鋼板組成的柔性橫樑固定連線為一體，所述四片鋼板之間留有間隙，所述輪對的車軸穿過永磁電機設有的中心通孔，永磁電機兩端的輸出軸分別通過彈性傳動裝置與輪對的兩個車輪固定，使永磁電機懸掛於輪對之間，兩個永磁電機的外殼之間通過縱向連桿連線，所述空氣彈簧上方橫跨的設定有一塊用於與車體固定連線的過渡板，過渡板下端面的中央位置安裝有一個牽引拉桿座，牽引拉桿座安裝有牽引體，所述牽引體的左右兩端各安裝有一根牽引拉桿，其中一根牽引拉桿與前側的永磁電機外殼連線，另一根牽引拉桿與後側的永磁電機外殼連線。

技術方案

《柔性直驅式轉向架》進一步的改進在於：

（1）所述彈性傳動裝置包括兩端分別連線永磁電機輸出軸和車輪的法蘭盤，所述法蘭盤的內端具有與永磁電機輸出軸配合的軸套，法蘭盤外端通過連線件固定於車輪的內端面，所述連線件與車輪之間通過套有橡膠關節的螺栓固定連線。

（2）所述連線件的第一端和車輪開設有圓孔，車輪上開設的圓孔繞車軸外圍分布，套有橡膠關節的螺柱穿過車輪的圓孔和連線件第一端的圓孔並通過螺母將車輪與連線件固定，所述連線件的第二端設定銷柱，所述銷柱穿過法蘭盤外端開設的圓孔，使法蘭盤掛在所述銷柱上。橡膠關節自身具備適度彈性變形，同時連線件第二端的銷柱與法蘭盤外端圓孔配合，實現少量的轉動，提供車輛垂向和縱向的位移和減振，橡膠關節的軸向彈性變形和偏轉變形與連線件一體提供車軸方向的位移和減振。

（3）所述永磁電機外殼上設定有用於安裝縱向連桿的第一安裝座、用於安裝牽引拉桿的第二安裝座，所述縱向連桿兩端分別與前側和後側永磁電機外殼的第一安裝座鉸接，所述牽引拉桿的一端與永磁電機外殼的第二安裝座鉸接，另一端與牽引體鉸接，所述牽引體與牽引拉桿座鉸接，兩根牽引拉桿與牽引體構成Z型牽引拉桿機構，所述Z型牽引拉桿機構位於柔性橫樑的上方，縱向拉桿位於柔性橫樑的下方。縱向連桿的設定是為了防止永磁電機翻轉，縱向連桿與第一安裝座鉸接，使永磁電機能夠在小幅度範圍內的擺動；縱向連桿和牽引拉桿分別位於柔性橫樑的上下兩側，保證其正常運行的同時互相不發生干涉；採用Z型的牽引拉桿機構使兩部永磁電機的牽引力能夠較均勻的載入給車體（過渡板）。

（4）《柔性直驅式轉向架》柔性直驅式轉向架還具有用於限制過渡板橫向移動幅度的限位機構，所述限位機構包括對稱的固定在過渡板下端面的彈性緩衝橡膠止擋安裝座、對稱的固定在左、右側架中部的橫向止檔座，所述彈性緩衝橡膠止擋安裝座上安裝有彈性緩衝橡膠止擋，當過渡板橫向移動到極限位置時，過渡板偏移方向一側的彈性緩衝橡膠止擋頂住相應側的橫向止檔座，使過渡板得到限位。

（5）所述左側架、右側架分別安裝有一系彈性墊座，所述一系彈性墊座與軸箱之間設定有作為一系懸掛的橡膠墊。

（6）所述橡膠墊為單層橡膠墊，厚度範圍為30～100毫米。由於採用構架實現了柔性化，因此一系懸掛簡化為一層較薄的橡膠墊。

（7）《柔性直驅式轉向架》柔性直驅式轉向架還具有兩端分別連線側架與過渡板的L型抗側滾扭桿、二系垂向減振器、二系橫向減振器。

（8）從柔性橫樑的端面看，所述四片鋼板呈輻射狀分布，且其在橫向方向上、豎向方向上對稱。

改善效果

《柔性直驅式轉向架》中，連線左右側架的柔性橫樑由四片鋼板組成，其具有一定的柔性，使左右側架容易相對點頭運動，以適應軌道較大的三角坑；針對不同項目的轉向架，可根據設計要求調整這四片鋼板的尺寸、夾角，以及選擇不同性能的鋼材，使轉向架構架的柔度得以改變，以適應不同項目；由於構架實現了柔性化，從而使《柔性直驅式轉向架》的一系懸掛簡化為很薄的一層橡膠墊，降低了生產成本；彈性傳動裝置使永磁電機得到彈性懸掛，同時能傳遞力矩，提高了傳動效率，減輕傳動機構重量；牽引拉桿兩端分別連線永磁電機外殼和安裝於過渡板下的牽引體，提供縱向牽引力和制動力的傳遞，使得牽引力和制動力直接傳遞給車體（車體剛性的放置於過渡板之上），而不通過轉向架構架來進行傳遞，最佳化了轉向架構架的受力情況，同時使得牽引拉桿的長度不受構架結構限制，從而牽引拉桿可以做得更長，減小了牽引拉桿帶來的二系附加剛度，提高車輛的乘坐舒適性。

可見，《柔性直驅式轉向架》採用了一種新型的柔性橫樑，同時簡化一系的懸掛元件，並將永磁電機彈性安裝於輪對上，從而大幅度地減小軸距，提高傳動效率，則是最理想的設計，使轉向架既能通過較小曲線，又有較高的臨界速度，同時對線路不平順的有良好順服性。

附圖說明

圖1為《柔性直驅式轉向架》柔性直驅式轉向架的俯視結構示意圖。

圖2為《柔性直驅式轉向架》柔性直驅式轉向架的主視結構示意圖。

圖3為《柔性直驅式轉向架》柔性直驅式轉向架的右視結構示意圖。

圖4為《柔性直驅式轉向架》柔性直驅式轉向架的仰視結構示意圖。

圖5為《柔性直驅式轉向架》柔性直驅式轉向架的立體結構示意圖。

圖6為《柔性直驅式轉向架》柔性直驅式轉向架的構架結構示意圖。

圖7為《柔性直驅式轉向架》柔性直驅式轉向架的構架剖視示意圖。

圖8為《柔性直驅式轉向架》柔性直驅式轉向架的永磁電機和彈性傳動裝置結構示意圖。

圖9為《柔性直驅式轉向架》柔性直驅式轉向架中彈性傳動裝置的法蘭盤結構示意圖。

圖10為《柔性直驅式轉向架》柔性直驅式轉向架（除去過渡板）的立體結構示意圖。

圖11為《柔性直驅式轉向架》柔性直驅式轉向架柔性橫樑端面圖。

圖中標號示意如下：1-左側架，2-車輪，3-彈性傳動裝置，4-永磁電機，4＇-永磁電機，5-牽引拉桿，5＇-牽引拉桿，6-縱向連桿，7-過渡板，8-右側架，9-空氣彈簧，10-橡膠墊，11-軸箱，12-抗側滾扭桿，13-柔性橫樑，14-法蘭盤，15-橡膠關節，16-連線件，17-軸套，18-牽引拉桿座，19-牽引體,20-二系橫向減振器，21-二系垂向減振器，22-橫向止檔座，23-彈性緩衝橡膠止擋，24-第一安裝座，25-第二安裝座，26-軸箱轉臂節點安裝座，27-抗側滾扭桿安裝座，28-二系橫向減振器安裝座，29-彈性緩衝橡膠止擋安裝座。

技術領域

《柔性直驅式轉向架》涉及一種柔性直驅式轉向架,屬於軌道車輛轉向架技術領域。

權利要求

1.柔性直驅式轉向架，組成包括：轉向架構架、分別位於轉向架構架前側和後側兩個永磁電機、設定於轉向架構架上方的空氣彈簧、設定於轉向架構架下方的前後輪對，所述轉向架構架具有左側架、右側架，其特徵在於：所述左右側架的中部通過由四片鋼板組成的柔性橫樑固定連線為一體，所述四片鋼板之間留有間隙，所述輪對的車軸穿過永磁電機設有的中心通孔，永磁電機兩端的輸出軸分別通過彈性傳動裝置與輪對的兩個車輪固定，使永磁電機懸掛於輪對之間，兩個永磁電機的外殼之間通過縱向連桿連線，所述空氣彈簧上方橫跨的設定有一塊用於與車體固定連線的過渡板，過渡板下端面的中央位置安裝有一個牽引拉桿座，牽引拉桿座安裝有牽引體，所述牽引體的左右兩端各安裝有一根牽引拉桿，其中一根牽引拉桿與前側的永磁電機外殼連線，另一根牽引拉桿與後側的永磁電機外殼連線。

2.根據權利要求1所述的柔性直驅式轉向架，其特徵在於：所述彈性傳動裝置包括兩端分別連線永磁電機輸出軸和車輪的法蘭盤，所述法蘭盤的內端具有與永磁電機輸出軸配合的軸套，法蘭盤外端通過連線件固定於車輪的內端面，所述連線件與車輪之間通過套有橡膠關節的螺栓固定連線。

3.根據權利要求2所述的柔性直驅式轉向架，其特徵在於：所述連線件的第一端和車輪開設有圓孔，車輪上開設的圓孔繞車軸外圍分布，套有橡膠關節的螺柱穿過車輪的圓孔和連線件第一端的圓孔並通過螺母將車輪與連線件固定，所述連線件的第二端設定銷柱，所述銷柱穿過法蘭盤外端開設的圓孔，使法蘭盤掛在所述銷柱上。

4.根據權利要求3所述的柔性直驅式轉向架，其特徵在於：所述永磁電機外殼上設定有用於安裝縱向連桿的第一安裝座、用於安裝牽引拉桿的第二安裝座，所述縱向連桿兩端分別與前側和後側永磁電機外殼的第一安裝座鉸接，所述牽引拉桿的一端與永磁電機外殼的第二安裝座鉸接，另一端與牽引體鉸接，所述牽引體與牽引拉桿座鉸接，兩根牽引拉桿與牽引體構成Z型牽引拉桿機構，所述Z型牽引拉桿機構位於柔性橫樑的上方，縱向連桿位於柔性橫樑的下方。

5.根據權利要求4所述的柔性直驅式轉向架，其特徵在於：具有用於限制過渡板橫向移動幅度的限位機構，所述限位機構包括對稱的固定在過渡板下端面的彈性緩衝橡膠止擋安裝座、對稱的固定在左、右側架中部的橫向止檔座，所述彈性緩衝橡膠止擋安裝座上安裝有彈性緩衝橡膠止擋，當過渡板橫向移動到極限位置時，過渡板偏移方向一側的彈性緩衝橡膠止擋頂住相應側的橫向止檔座，使過渡板得到限位。

6.根據權利要求5所述的柔性直驅式轉向架，其特徵在於：所述左側架、右側架分別安裝有一系彈性墊座，所述一系彈性墊座與軸箱之間設定有作為一系懸掛的橡膠墊。

7.根據權利要求6所述的柔性直驅式轉向架，其特徵在於：所述橡膠墊為單層橡膠墊，厚度範圍為30～100毫米。

8.根據權利要求7所述的柔性直驅式轉向架，其特徵在於：還具有兩端分別連線側架與過渡板的L型抗側滾扭桿、二系垂向減振器、二系橫向減振器。

9.根據權利要求2所述的柔性直驅式轉向架，其特徵在於：從柔性橫樑的端面看，所述四片鋼板呈輻射狀分布，且其在橫向方向上、豎向方向上對稱。

實施方式

• 實施例一

如圖1至圖10所示，該實施例柔性直驅式轉向架，組成包括：轉向架構架、分別位於轉向架構架前側和後側兩個永磁電機４（4＇）、設定於轉向架構架上方的空氣彈簧9、設定於轉向架構架下方的前後輪對，轉向架構架具有左側架1、右側架8，左側架1中部與右側架8的中部通過由四片鋼板組成的柔性橫樑13固定連線為一體，四片鋼板之間留有間隙，輪對的車軸穿過永磁電機4（4＇）設有的中心通孔，永磁電機4（4＇）兩端的輸出軸分別通過彈性傳動裝置3與輪對的兩個車輪2固定，使永磁電機4（4＇）懸掛於輪對之間，兩個永磁電機4（4＇）的外殼之間通過縱向連桿6連線，空氣彈簧9上方橫跨的設定有一塊用於與車體固定連線的過渡板7，過渡板7下端面的中央位置安裝有一個牽引拉桿座18，牽引拉桿座18安裝有牽引體19，牽引體19的左右兩端各安裝有一根牽引拉桿5（5＇），其中一根牽引拉桿5與前側的永磁電機4外殼連線，另一根牽引拉桿5＇與後側的永磁電機4＇外殼連線。彈性傳動裝置3包括兩端分別連線永磁電機4（4＇）輸出軸和車輪2的法蘭盤14，法蘭盤14的內端具有與永磁電機4（4＇）輸出軸配合的軸套17，法蘭盤14外端通過連線件16固定於車輪2的內端面，連線件16與車輪2之間通過套有橡膠關節15的螺栓固定連線。連線件16的第一端和車輪2開設有圓孔，車輪2上開設的圓孔繞車軸外圍分布，套有橡膠關節15的螺柱穿過車輪2的圓孔和連線件16第一端的圓孔並通過螺母將車輪2與連線件16固定，連線件16的第二端設定銷柱，銷柱穿過法蘭盤14外端開設的圓孔，使法蘭盤掛在所述銷柱上。

該實施例中，永磁電機4（4＇）外殼上設定有用於安裝縱向連桿6的第一安裝座24、用於安裝牽引拉桿5（5＇）的第二安裝座25，縱向連桿6兩端分別與前、後側永磁電機4（4＇）外殼的第一安裝座24鉸接，牽引拉桿5（5＇）的一端與永磁電機4（4＇）外殼的第二安裝座25鉸接，另一端與牽引體19鉸接，牽引體19與牽引拉桿座18鉸接，兩根牽引拉桿5（5＇）與牽引體19構成Z型牽引拉桿機構，Z型牽引拉桿機構位於柔性橫樑的上方，縱向拉桿位於柔性橫樑的下方。

如圖3、圖6、圖7所示，《柔性直驅式轉向架》柔性直驅式轉向架還具有用於限制過渡板7橫向移動幅度的限位機構，該限位機構包括對稱的固定在過渡板7下端面的彈性緩衝橡膠止擋安裝座29、對稱的固定在左側架1、右側架8中部的橫向止檔座22，彈性緩衝橡膠止擋安裝座29上安裝有彈性緩衝橡膠止擋23，當過渡板7橫向移動到極限位置時，過渡板7偏移方向一側的彈性緩衝橡膠止擋23頂住相應側的橫向止檔座22，使過渡板7得到限位。

由於採用柔性化構架，該實施例的一系懸掛進行了簡化，具體結構如下：左側架1、右側架8分別安裝有一系彈性墊座，一系彈性墊座與軸箱11之間設定有作為一系懸掛的橡膠墊10，該橡膠墊10為單層橡膠墊，厚度在30～100毫米之間，該例中橡膠墊10的厚度為40毫米。

此外，該實施例的柔性直驅式轉向架還具有兩端分別連線側架與過渡板7的L型抗側滾扭桿12、二系垂向減振器21、二系橫向減振器20。

如圖11所示，從柔性橫樑的端面看，四片鋼板呈輻射狀分布，且其在橫向方向上、豎向方向上對稱。

構架抗剪下剛度與車輛的蛇形穩定性有關，左右側架扭轉剛度與車輛通過線路的順服性軌道扭曲相關，設計時不同車輛可根據對兩種性能的需要，改變如圖11所示的四項參數：鋼板內側邊至橫豎向對稱線交點的距離d，鋼板的厚度Z，鋼板的寬度L、鋼板間的夾角α，以及鋼板的長度。來調整扭轉剛度和抗剪剛度滿足不同項目需要。調整後的柔性橫樑可在計算機中進行仿真模擬，看是否符合設計要求，如果不符合則繼續調整，具體調整方法本申請不再詳細描述。

該例中，d=30毫米，L=135毫米；Z=30毫米，鋼板長度為1845毫米，鋼板間的夾角α=40度，轉向架軸距1800毫米，鋼板材質P275，解析得到構架扭轉剛度0.226米扭轉的弧度/轉，剪下剛度62.9米扭轉的弧度/轉，較小的扭轉剛度能適應更差的線路，較大的剪下剛度可以保證車輛蛇形穩定性。

• 實施例二

該實施例二結構與實施例一相同，區別在於柔性橫樑參數不同，該例中，d=38毫米，L=120毫米；Z=25毫米，鋼板長度為1100毫米，鋼板間的夾角α=66度，轉向架軸距為1800毫米，鋼板材質P275，解析得到構架扭轉剛度0.315米扭轉的弧度/轉，剪下剛度102.98米扭轉的弧度/轉，較小的扭轉剛度能適應更差的線路，較大剪下剛度可以保證車輛更高的蛇形穩定性。

除上述實施例外，《柔性直驅式轉向架》還可以有其他實施方式。凡採用等同替換或等效變換形成的技術方案，均落在《柔性直驅式轉向架》要求的保護範圍。

榮譽表彰

2020年7月14日，《柔性直驅式轉向架》獲得第二十一屆中國專利優秀獎。