CN110962873B - 一种大功率永磁直驱转向架及快速客运机车 - Google Patents

Abstract

一种大功率永磁直驱转向架及快速客运机车，大功率永磁直驱转向架包括构架、轮对、驱动机构、牵引机构、制动机构及悬挂机构。构架具有相对的第一表面和第二表面，构架包括一对侧梁、多个连接于该对侧梁之间的横梁及一牵引梁。驱动机构包括电机、联轴器及吊挂装置，电机通过吊挂装置安装于构架的第二表面，电机为大功率永磁直驱电机。牵引机构包括牵引杆和分别连接于牵引杆两端的车体牵引支座和转向架牵引支座，转向架牵引支座与牵引梁连接。制动机构包括制动器和制动盘，制动盘安装于车轮，制动器与制动盘和横梁连接。悬挂机构包括一系悬挂装置和二系悬挂装置，一系悬挂装置设置于车轮与第二侧面之间，二系悬挂装置设置于第一侧面。

Description

一种大功率永磁直驱转向架及快速客运机车

技术领域

本发明涉及轨道机车车辆轮对驱动***，特别涉及一种大功率永磁直驱传动机构。

背景技术

近几年来，国内轨道交通行业及相关科研院校已经开始进行直驱驱动有关技术的研究，虽然电机功率小于600kw的直驱轮对在国外地铁、轻轨以及高铁上有所应用，但国内地铁、轻轨才刚开始起步进行有关直驱轮对的研发工作。

我国铁路客运机车都是采用异步电机驱动技术，例如采用传统空心轴六连杆传动机构快速客运机车转向架，由于异步电机驱动技术齿轮箱传动***的存在，不可避免有约2％的齿轮传动效率损失，同时带来了驱动噪音、润滑、密封等方面的问题。目前国内外还没有针对机车进行有关直驱轮对的研究工作，永磁直驱驱动技术的机车转向架技术还处于空白状态。

因此，如何解决上述现有技术存在的问题之一，实为本领域亟待解决的问题。

发明内容

基于上述问题，本发明提供了一种节能、运用成本低、环保型大功率永磁直驱转向架。

为达成上述目的，本发明提供一种大功率永磁直驱转向架，包括构架、多个轮对、驱动机构、牵引机构、制动机构及悬挂机构。

构架具有相对的第一表面和第二表面，构架包括一对侧梁、多个连接于该对侧梁之间的横梁及一牵引梁。多个轮对每一轮对包括车轴和连接于车轴两端的车轮。驱动机构包括电机、联轴器及吊挂装置，联轴器与电机传动连接，电机通过吊挂装置安装于构架的第二表面，电机为大功率永磁直驱电机。牵引机构包括牵引杆和分别连接于牵引杆两端的车体牵引支座和转向架牵引支座，转向架牵引支座与牵引梁连接。制动机构包括制动器和制动盘，制动盘安装于车轮，制动器与制动盘和横梁连接。悬挂机构包括一系悬挂装置和二系悬挂装置，一系悬挂装置设置于车轮与第二侧面之间，二系悬挂装置设置于第一侧面。

本发明另一方面提供一种快速客运机车，包括车身和如上述的大功率永磁直驱转向架，车身安装于大功率永磁直驱转向架。

本发明相较于现有技术的有益效果在于：本发明的大功率永磁直驱转向架能够满足机车的大功率需求，具有节能、运用成本低、环保等优势，在简化传动***的同时，能够简化构架的结构。

附图说明

图1为本发明一实施例的大功率永磁直驱转向架的立体图。

图2为本发明一实施例的大功率永磁直驱转向架的构架的仰视立体图。

图3为本发明一实施例的大功率永磁直驱转向架的构架的俯视立体图。

图4为本发明一实施例的大功率永磁直驱转向架的牵引梁的立体图。

图5为本发明一实施例的大功率永磁直驱转向架的轮对的立体图。

图6为本发明一实施例的大功率永磁直驱转向架的驱动机构的立体图。

图7为本发明一实施例的大功率永磁直驱转向架的驱动机构的剖视图。

图8为本发明一实施例的大功率永磁直驱转向架的牵引机构的立体图。

图9为本发明一实施例的大功率永磁直驱转向架的制动机构的立体图。

具体实施方式

现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施方式；相反，提供这些实施方式使得本发明更全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。在图中，为了清晰，可能夸大了区域和层的厚度。在图中相同的附图标记表示相同或类似的结构，因而将省略它们的详细描述。

此外，所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施例中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本发明的实施例的充分理解。然而，本领域技术人员将意识到，可以实践本发明的技术方案而没有所述特定细节中的一个或更多，或者可以采用其它的方法、组元、材料等。在其它情况下，不详细示出或描述公知结构、材料或者操作以避免模糊本发明的主要技术创意。

在当前的国家提倡绿色发展，以绿色低碳循环为主要原则，铁路移动设备在实际运用，运用部门特别考虑铁路机车使用时对环境的友好性、噪声问题、节能降耗、运用成本等一系列问题。因此，开发节能、环保型的机车尤其重要。基于此，本发明提供一种大功率永磁直驱转向架。

如图1所示，大功率永磁直驱转向架包括构架1、多个轮对2、驱动机构3、牵引机构6、制动机构7及悬挂机构。

构架1具有相对的第一表面S1和第二表面S2，构架1包括一对侧梁11、多个连接于该对侧梁11之间的横梁12及一牵引梁13。多个轮对2每一轮对2包括车轴23和连接于车轴23两端的车轮22。驱动机构3包括电机31、联轴器32及吊挂装置33，联轴器32与电机31传动连接，电机31通过吊挂装置33安装于构架1的第二表面S2，电机31为大功率永磁直驱电机。牵引机构6包括牵引杆61和分别连接于牵引杆61两端的车体牵引支座63和转向架牵引支座64，转向架牵引支座64与牵引梁13连接。制动机构7包括制动器和制动盘71，制动盘71安装于车轮22，制动器与制动盘71和横梁12连接。悬挂机构包括一系悬挂装置40和二系悬挂装置50，一系悬挂装置40设置于车轮22与第二侧面之间，二系悬挂装置50设置于第一侧面。

由于驱动机构3采用直接驱动，没有齿轮箱等传动装置，节约了纵向空间，使减小转向架轴距成为可能，有利于机车的曲线通过，并能减小的转动惯量，从而具有良好的动力学性能。并且，直接驱动的传动效率同比可提高2％，具有节能、环保效能。轮对2两者间距，即轴距，由于采用直接驱动***，因此可以由传统的2000mm左右减小至1750mm，保证了良好的动力学性能。

与既有机车转向架相比较，本案的驱动机构3具有启动转矩大、功率高、传动效率高、传动***结构简单、制造运用成本低、绿色环保型等特点。

因此，本发明的大功率永磁直驱转向架能够满足机车的大功率需求，具有节能、运用成本低、环保等优势，在简化传动***的同时，能够简化构架的结构。

本发明的大功率永磁直驱转向架可与车身组装，形成快速客运机车。因此，本案的该大功率永磁直驱转向架技术方案是立足于(机车、城轨车辆)现有技术，适应高速机车运用的需求，开发的新型转向架，其具有完全的自主知识产权，实现了完全国产化。

本实施例中，如图6、7所示，电机31的内转子采用空心结构，联轴器32具有空心轴，车轴23及空心轴贯穿内转子，电机31的中心线与车轴23的中心轴线重合。

如图6所示，吊挂装置33包括位于电机31前侧的一个悬挂臂333和位于电机31后侧的两个电机吊杆332，如图2所示，构架1还包括位于横梁12的电机31悬挂座和第一防落座，电机31悬挂座和第一防落座分别与悬挂臂333和电机吊杆332对应连接，使得吊挂装置33与构架1弹性联接，属弹性架悬。

本实施例中，如图6所示，悬挂臂333及电机吊杆332上均安装有悬挂橡胶节点331，以减缓电机31的振动与冲击。为防止电机31两侧的悬挂意外脱开，吊挂装置33还包括防落销334，保证在两侧的悬挂意外脱开时的安全性。同时，防落销334两侧与电机31及构架1之间横向设置有一定间隙，以限制电机31相对构架1的过大横向位移与冲击。

如图7所示，电机31转矩通过传力盘321与联轴器挠性板322通过联接销323进行螺栓联接，再由联轴器32空心轴324传至另一侧的联轴器32挠性板，另一侧的联轴器挠性板332与传动盘326联接，再由安装于车轮22上的传力销325传递至车轮22。

所述电机31采用空心轴式永磁电机，由于机车运用牵引的需要，适用于机车电机必须有足够的功率和转矩，本发明中采用单个电机31功率达到800kW以上，启动转矩达到42000Nm以上，保证机车有足够的驱动力。

本实施例中，如图9所示，制动器包括控制器72和夹钳75，制动机构7还包括夹钳吊挂点73和制动器吊挂点74，控制器72通过制动器吊挂点74与夹钳75连接，如图2所示，构架1还包括设置于横梁12上的制动夹钳吊座126，夹钳吊挂点73与制动夹钳吊座126连接。

同时，为保证在机车无电无空气压力情况下的正常停放，每一车辆上安装有两组带停放制动的制动器。制动器吊装在构架1的横梁12上，制动盘71安装座在车轮副板两侧。

本实施例中，如图4所示，牵引梁13设置于侧梁11的一端，牵引梁13包括上盖板131、立板132、加强筋板133、牵引座板134及下盖板135，上盖板131位于第一表面S1，且为平板，下盖板135位于第二表面S2，下盖板135为曲面板，下盖板135的中部朝向远离第一表面S1的方向突出，形成突出面，立板132连接于上盖板131与下盖板135的一侧，加强筋板133连接并支撑于上盖板131与下盖板135之间，牵引座板134设置于突出面，并与转向架牵引支座64连接。

也就是说，牵引梁13为下凸式框架式结构，在上盖板131、下盖板135与立板132围成的框架式结构中根据需要增加加强筋板133，且在过渡处采用缓慢式变化截面的办法，保证牵引梁13有足够的强度与刚度的同时应力小于其许用限度值。

本实施例中，牵引杆61倾斜设置，即采用推挽式单牵引杆61结构，车体牵引支座63的高度高于转向架牵引支座64的高度，突出面S3的高度低于车轴23的中心的高度。

本实施例中，牵引杆61与水平呈倾斜3度布置，牵引点距轨顶面高度低于轮轴的中心，属于低位牵引。所述牵引杆61一端通过转向架牵引支座64安装在牵引梁13上，另一端通过车体牵引支座63安装在车体上。所述牵引杆61两端装有橡胶节点62，橡胶节点62通过托盘65分别与车体牵引支座63、转向架牵引支座64联接，以缓冲转向架与车体间的振动，同时补偿两者间除纵向之外的其它方向的相对运动。

由于牵引杆61前端斜牵引，牵引梁13采用下凸式框架式焊接结构，因此，构架1与牵引梁13组合后具有设计结构流畅、受力均匀、工艺性好等特点，使得转向架整体具有轴距小、结构紧凑、动力学性能优良等特点。

本实施例中，如图1-3所示，横梁12的数量为三个，即为，两个中间横梁15和一个后端梁14。三个横梁12和一个牵引梁13间隔设置，使得构架1呈目字形，间隔处形成第一安装位、第二安装位和第三安装位，每一安装位均安装有一个轮对2、驱动机构3及制动机构7，在第一安装位和第三安装位设置有一系悬挂装置40，在第二安装位设置有二系悬挂装置50。

所述中间横梁15上设置有电机吊杆座121、单元制动器安装座122、第一电机防落座123、第二电机防落座124、电机悬挂座125、制动夹钳吊座126。

大功率永磁直驱转向架还可包括轮缘润滑8、扫石器9及撒砂装置10。

所述后端梁14上设置有轴箱拉杆及撒砂器安装座141。

一系悬挂装置40采用两组钢弹簧+垂向减振器+轴箱单拉杆结构，通过轴箱、钢弹簧与构架1连接，以实现弹性定位。

具体的，一系悬挂装置40包括一系垂向减振器43和一系钢弹簧41，侧梁11的第二表面S2设有一系弹簧安装座111、止挡座113，侧梁11的侧面设有垂向减振器座112，每一车轮22的外端设有轴箱装配部21和减振器安装座24，一系垂向减振器43通过减振器安装座24和垂向减振器座112安装于车轮22和构架1，一系钢弹簧41通过一系弹簧安装座111和轴箱装配部21安装于车轮22和构架1。

二系悬挂装置50采用两侧分布的六组钢弹簧+橡胶垫结构。

具体的，二系悬挂装置50包括二系钢弹簧51，侧梁11的第一表面S1设有二系弹簧安装座抗蛇行减振器座117，二系钢弹簧51的一端安装于二系弹簧安装座抗蛇行减振器座117。

二系悬挂装置50还包括二系垂向减振器53、二系横向减振器41及抗蛇行减振器55，侧梁11的第一表面S1设有二系弹簧安装座114、二系横向减振器座116及摇头止挡座118，侧梁11的侧面设有二系减振器拉杆座115和抗蛇行减振器座117，二系垂向减振器53通过二系横向减振器座116安装于构架1，二系横向减振器41通过二系减振器拉杆座115安装于构架1，抗蛇行减振器56通过抗蛇行减振器座117安装于构架1。二系悬挂装置50还可设置垂向、横向和摇头止挡56。

综上所述，本发明的大功率永磁直驱转向架能够满足机车的大功率需求，具有节能、运用成本低、环保等优势，在简化传动***的同时，能够简化构架的结构。

虽然已参照几个典型实施例描述了本发明，但应当理解，所用的术语是说明和示例性、而非限制性的术语。由于本发明能够以多种形式具体实施而不脱离发明的精神或实质，所以应当理解，上述实施例不限于任何前述的细节，而应在随附权利要求所限定的精神和范围内广泛地解释，因此落入权利要求或其等效范围内的全部变化和改型都应为随附权利要求所涵盖。

Claims (9)

1.一种大功率永磁直驱转向架，包括：

构架，具有相对的第一表面和第二表面，构架包括一对侧梁、多个连接于该对侧梁之间的横梁及一牵引梁；

多个轮对，每一轮对包括车轴和连接于车轴两端的车轮；

驱动机构，包括电机、联轴器及吊挂装置，联轴器与电机传动连接，电机通过吊挂装置安装于构架的第二表面，电机为大功率永磁直驱电机；

牵引机构，包括牵引杆和分别连接于牵引杆两端的车体牵引支座和转向架牵引支座，转向架牵引支座与牵引梁连接；

制动机构，包括制动器和制动盘，制动盘安装于车轮，制动器与制动盘和横梁连接；及

悬挂机构，包括一系悬挂装置和二系悬挂装置，一系悬挂装置设置于车轮与第二侧面之间，二系悬挂装置设置于第一侧面；

其中，所述牵引梁设置于侧梁的一端，牵引梁包括上盖板、立板、加强筋板、牵引座板及下盖板，上盖板位于第一表面，且为平板，下盖板位于第二表面，下盖板为曲面板，下盖板的中部朝向远离第一表面的方向突出，形成突出面，立板连接于上盖板与下盖板的一侧，加强筋板连接并支撑于上盖板与下盖板之间，牵引座板设置于突出面，并与转向架牵引支座连接；上盖板和下盖板之间设置有多个加强筋板，多个加强筋板在突出面的过渡处的截面缓慢变化。

2.如权利要求1所述的大功率永磁直驱转向架，其中，电机的内转子采用空心结构，联轴器具有空心轴，车轴及空心轴贯穿内转子，电机的中心线与车轴的中心轴线重合；吊挂装置包括位于电机前侧的悬挂臂和位于电机后侧的电机吊杆，构架还包括位于横梁的电机悬挂座和第一防落座，电机悬挂座和第一防落座分别与悬挂臂和电机吊杆对应连接。

3.如权利要求2所述的大功率永磁直驱转向架，其中，制动器包括控制器和夹钳，制动机构还包括夹钳吊挂点和制动器吊挂点，控制器通过制动器吊挂点与夹钳吊挂点连接，构架还包括设置于横梁上的制动夹钳吊座，夹钳吊挂点与制动夹钳吊座连接。

4.如权利要求1所述的大功率永磁直驱转向架，其中，牵引杆倾斜设置，车体牵引支座的高度高于转向架牵引支座的高度，突出面的高度低于车轴的中心的高度。

5.如权利要求1所述的大功率永磁直驱转向架，其中，横梁的数量为三个，三个横梁和一个牵引梁间隔设置，使得构架呈目字形，间隔处形成第一安装位、第二安装位和第三安装位，每一安装位均安装有一个轮对、驱动机构及制动机构，在第一安装位和第三安装位设置有一系悬挂装置，在第二安装位设置有二系悬挂装置。

6.如权利要求5所述的大功率永磁直驱转向架，其中，一系悬挂装置包括一系垂向减振器和一系钢弹簧，侧梁的第二表面设有一系弹簧安装座，侧梁的侧面设有垂向减振器座，每一车轮的外端设有轴箱装配部和减振器安装座，一系垂向减振器通过减振器安装和垂向减振器座安装于车轮和构架，一系钢弹簧通过一系弹簧安装座轴箱装配部安装于车轮和构架。

7.如权利要求5所述的大功率永磁直驱转向架，其中，二系悬挂装置包括二系钢弹簧，侧梁的第一表面设有二系弹簧安装座，二系钢弹簧的一端安装于二系弹簧安装座。

8.如权利要求7所述的大功率永磁直驱转向架，其中，二系悬挂装置还包括二系垂向减振器、二系横向减振器及抗蛇行减振器，侧梁的第一表面设有二系横向减振器座，侧梁的侧面设有二系减振器拉杆座和抗蛇行减振器座，二系垂向减振器通过二系横向减振器座安装于构架，二系横向减振器通过二系减振器拉杆座安装于构架，抗蛇行减振器通过抗蛇行减振器座安装于构架。

9.一种快速客运机车，包括车身和如权利要求1至8中任一项所述的大功率永磁直驱转向架，车身安装于大功率永磁直驱转向架。

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