CN114228502B - 一种基于车轮支撑的直线驱动车辆系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及轨道交通车辆技术领域，尤其是涉及一种基于车轮支撑的直线驱动车辆系统，包括车体底架、转向架、电机动子和电机定子，所述转向架设置有若干个并设置于车体底架底部，电机动子通过端梁连续铺设于转向架底部及相邻转向架之间，电机定子设置于轨道地面上，电机动子和电机定子共同组成直线电机。本发明通过直线电机实现牵引和电机制动，利用转向架实现垂向支撑和导向功能；其中，多个转向架结构实现了低轴重运输，且转向架结构简洁、技术可靠；通过直线电机牵引车辆，摆脱了轮轨黏着限制；电机动子连续布置使其牵引能力大大增强；利用本发明直线驱动车辆系统的车辆具有独立动力、编组灵活、经济性好以及空气污染零排放的优点。

Description

一种基于车轮支撑的直线驱动车辆系统

技术领域

本发明涉及轨道交通车辆技术领域，尤其是涉及一种基于车轮支撑的直线驱动车辆系统。

背景技术

传统的铁路货运采用机车牵引没有动力的车辆的结构形式。一般而言，机车包括电力机车和内燃机车，电力机车需要从外界供电系统获取电力作为驱动能源。内燃机车需要内燃机发电，最后驱动旋转电机进行车辆牵引。这种机车+无动力车辆的形式有几个特点：动力集中在机车上，引力传递受到轮轨黏着条件限制；电力机车需要外部受流，而内燃机车存在污染物排放；车辆轴重较大，一般都在23t以上；列车编组操作自动化程度较低。

近年来，直线电机技术发展迅速，由于具有非黏着驱动、结构简单与性能可靠等特点，其技术已经广泛运用关于轨道交通系统，主要包含短初级直线感应电机车辆以及长初级直线感应电机车辆系统。短初级直线感应电机车辆系统，主要车型有直线电机轮轨车辆和中低速磁悬浮列车，其主要结构特点：初级放置于车辆上，车载牵引变流器需要外部供电；次级铺设于轨道上。长初级直线感应电机长初级铺设于轨道，由地面牵引变流器供电，无需接触网或者接触轨，但是初级沿线铺设成本较高；短次级悬挂于车下，结构简单，车体轻且无源。长初级直线感应电机类型主要类型包括：常导直线同步电机、无铁心超导直线同步电机、永磁直线同步电机。

从现有的情况来看，传统的铁路货运系统采用机车牵引，编组复杂、缺乏灵活性，且车辆轴重较大，车轨作用比较剧烈。受到直线电机布置、悬浮能力、经济性等问题综合影响，直线电机驱动的车辆主要运用于城市轨道交通领域。目前，需要运输及编制便捷、低轴重、车辆电气系统简单、走行机构可靠性高、牵引能力强、经济性好的快捷货运系统。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的是提供一种基于车轮支撑的直线驱动车辆系统，包括车体底架、转向架、电机动子和电机定子，所述转向架设置有若干个并设置于车体底架底部，电机动子通过端梁连续铺设于转向架底部及相邻转向架之间，电机定子设置于轨道地面上，电机动子和电机定子共同组成直线电机。本发明通过直线电机实现牵引和电机制动，利用转向架实现垂向支撑和导向功能；其中，多个转向架结构实现了低轴重运输，且转向架结构简洁、技术可靠；通过直线电机牵引车辆，摆脱了轮轨黏着限制；电机动子连续布置使其牵引能力大大增强；利用本发明直线驱动车辆系统的车辆具有独立动力、编组灵活、经济性好以及空气污染零排放的优点。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

本发明提供一种基于车轮支撑的直线驱动车辆系统，设置于轨道上方，用于货物运输，包括车体底架、转向架、电机动子和电机定子，

所述车体底架用于货物承载、设备吊挂以及车钩部件安装；

所述转向架用于承受并传递车体与线路之间的载荷，同时实现减振功能，保证车辆安全运行，并适应各种线路线型；

所述电机动子和电机定子共同组成直线电机，为车辆系统提供牵引力和电机制动力；

所述转向架设置有若干个并设置于车体底架底部，电机动子通过端梁连续铺设于转向架底部及相邻转向架之间，所述电机定子设置于轨道地面上。

在本发明的一个实施方式中，所述车体底架包括底架钢结构、底架端部上心盘和底架中间上心盘，

所述底架钢结构为框架结构，所述底架端部上心盘设置有2个，分别设置于底架钢结构长度方向的两侧；所述底架中间上心盘设置有若干个且设置于两个底架端部上心盘中间，通过直线轴承与底架钢结构横向活动连接。

在本发明的一个实施方式中，所述转向架包括下心盘、摇枕、悬挂系统、侧梁、轮对和端梁，

所述侧梁设置有两个，分别位于摇枕两侧，所述下心盘设置于摇枕中心处；摇枕与侧梁的垂向空间设置有所述悬挂系统，并通过悬挂系统相连接；所述轮对通过轴承结构安装在侧梁的导框上。

在本发明的一个实施方式中，所述悬挂系统为弹簧减振系统，通过该悬挂系统实现减振及摇枕与侧梁之间的载荷传递。

在本发明的一个实施方式中，所述下心盘分别与底架端部上心盘和底架中间上心盘相连接。

在本发明的一个实施方式中，所述侧梁端部设置有U型弹性接口和转动接口；所述端梁两端设置有橡胶关节，所述橡胶关节通过销轴与转动接口相连接；所述端梁两端通过侧梁端部设置有U型弹性接口，进行垂向弹性限位。

在本发明的一个实施方式中，所述电机动子包括第一主吊挂点、第二主吊挂点和辅助支撑，

所述第一主吊挂点设置于电机动子沿长度方向的一侧，第二主吊挂点设置于电机动子沿长度方向的另一侧，所述辅助支撑设置于第一主吊挂点和第二主吊挂点沿电机动子宽度方向的两侧。

在本发明的一个实施方式中，所述电机动子设置有若干个，分别位于转向架底部及转向架之间，且相邻的电机动子通过端梁连接。

在本发明的一个实施方式中，所述电机动子上的第一主吊挂点设置橡胶关节或金属球关节、第二主吊挂点设置有滑块-滑槽结构，且在滑块-滑槽结构上设置橡胶关节或金属球关节。

在本发明的一个实施方式中，第一主吊挂点实现纵向、横向、垂向约束，第二主吊挂点释放了纵向自由度，实现横向、垂向约束。

在本发明的一个实施方式中，第一主吊挂点和第二主吊挂点上的橡胶关节或金属球关节通过销轴与端梁相连接。

在本发明的一个实施方式中，电机动子上的辅助支撑采用弹性接触方式限制电机垂向位移，单一的辅助支撑实现对电机的垂向弹性定位，全部的辅助支撑结合第一主吊挂点和第二主吊挂点实现了电机动子转动限制。

在本发明的一个实施方式中，所述电机动子与电机定子垂向间隙恒定。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明系统地形成了一种基于车轮支撑的直线驱动车辆系统，首先基于全动力车辆技术，每个车辆都带有动力，可实现各种列车编组，实现了快速、灵活、轻量化的技术特点；采用直线驱动技术，牵引力和电机制动力直接通过电机传动到构架，因此没有了传统车辆系统的轮轨黏着限制，能够适应更广泛的线路状况；基于长定子的永磁技术，牵引通过地面长定子供电提供车辆走行的能量，而运动的车辆系统上不需要提供牵引需要的电能，减少了车上供电设备以及电流转换设备；基于多组转向架实现车辆的曲线通过；从传统铁路货车的4轴车辆系统到现有的6轴及以上轴系统，实现了系统低轴重；电机定子在转向架下面以及转向架之间，实现了电机动子的连续布置，保障了车辆系统能够获得更大的牵引力；基于传统货车三大件转向架技术，其结构简单、技术可靠、经济性好，另外通过侧梁的重新布局，使结构更加简洁；端梁通过转臂与垂向弹性定位，实现了电机载荷纵向载荷以及垂向载荷的传递，最大可能地减小了左右侧梁之间的约束；电机动子通过主吊挂点吊挂，辅助支撑结构支撑，其中第一主吊挂点和第二主吊挂点采用一端纵向约束一端浮动方式(纵向载荷只能通过一侧传递)，实现了电机载荷传递、减少电机动子结构对前后端梁的约束以及实现转向架之间的运动位移补偿。

附图说明

图1为本发明的一种基于车轮支撑的直线驱动车辆系统(含集装箱)侧向示意图；

图2为本发明的一种基于车轮支撑的直线驱动车辆系统(含集装箱)正向示意图；

图3为本发明的一种基于车轮支撑的直线驱动车辆系统示意图；

图4为本发明的车体底架示意图；

图5为本发明的底架端部心盘安装示意图；

图6为本发明的底架中间心盘安装示意图；

图7为本发明的转向架(含端梁)结构示意图；

图8为本发明的转向架(不含端梁)结构示意图；

图9为本发明的端梁结构示意图；

图10为本发明的电机动子吊挂结构示意图；

图11为本发明的电机动子结构示意图；

图中标号：1-集装箱，2-车体底架，3-转向架，4-电机动子，5-轨道，6-电机定子；

21-底架钢结构，22-底架端部上心盘，23-底架中间上心盘，24-直线轴承；

31-下心盘，32-摇枕，33-悬挂系统，34-侧梁，35-轮对，36-端梁，341-U形弹性接口，342-转动接口；

41-第一主吊挂点，42-第二主吊挂点，43-辅助支撑。

具体实施方式

本发明提供一种基于车轮支撑的直线驱动车辆系统，设置于轨道上方，用于货物运输，包括车体底架、转向架、电机动子和电机定子，

所述车体底架用于货物承载、设备吊挂以及车钩部件安装；

所述转向架用于承受并传递车体与线路之间的载荷，同时实现减振功能，保证车辆安全运行，并适应各种线路线型；

所述电机动子和电机定子共同组成直线电机，为车辆系统提供牵引力和电机制动力；

所述转向架设置有若干个并设置于车体底架底部，电机动子通过端梁连续铺设于转向架底部及相邻转向架之间，所述电机定子设置于轨道地面上。

在本发明的一个实施方式中，所述车体底架包括底架钢结构、底架端部上心盘和底架中间上心盘，

所述底架钢结构为框架结构，所述底架端部上心盘设置有2个，分别设置于底架钢结构长度方向的两侧；所述底架中间上心盘设置有若干个且设置于两个底架端部上心盘中间，通过直线轴承与底架钢结构横向活动连接。

在本发明的一个实施方式中，所述转向架包括下心盘、摇枕、悬挂系统、侧梁、轮对和端梁，

所述侧梁设置有两个，分别位于摇枕两侧，所述下心盘设置于摇枕中心处；摇枕与侧梁的垂向空间设置有所述悬挂系统，并通过悬挂系统相连接；所述轮对通过轴承结构安装在侧梁的导框上。

在本发明的一个实施方式中，所述悬挂系统为弹簧减振系统，通过该悬挂系统实现减振及摇枕与侧梁之间的载荷传递。

在本发明的一个实施方式中，所述下心盘分别与底架端部上心盘和底架中间上心盘相连接。

在本发明的一个实施方式中，所述侧梁端部设置有U型弹性接口和转动接口；所述端梁两端设置有橡胶关节，所述橡胶关节通过销轴与转动接口相连接；所述端梁两端通过侧梁端部设置有U型弹性接口，进行垂向弹性限位。

在本发明的一个实施方式中，所述电机动子包括第一主吊挂点、第二主吊挂点和辅助支撑，

所述第一主吊挂点设置于电机动子沿长度方向的一侧，第二主吊挂点设置于电机动子沿长度方向的另一侧，所述辅助支撑设置于第一主吊挂点和第二主吊挂点沿电机动子宽度方向的两侧。

在本发明的一个实施方式中，所述电机动子设置有若干个，分别位于转向架底部及转向架之间，且相邻的电机动子通过端梁连接。

在本发明的一个实施方式中，所述电机动子上的第一主吊挂点设置橡胶关节或金属球关节、第二主吊挂点设置有滑块-滑槽结构，且在滑块-滑槽结构上设置橡胶关节或金属球关节。

在本发明的一个实施方式中，第一主吊挂点实现纵向、横向、垂向约束，第二主吊挂点释放了纵向自由度，实现横向、垂向约束。

在本发明的一个实施方式中，第一主吊挂点和第二主吊挂点上的橡胶关节或金属球关节通过销轴与端梁相连接。

在本发明的一个实施方式中，电机动子上的辅助支撑采用弹性接触方式限制电机垂向位移，单一的辅助支撑实现对电机的垂向弹性定位，全部的辅助支撑结合第一主吊挂点和第二主吊挂点实现了电机动子转动限制。

在本发明的一个实施方式中，所述电机动子与电机定子垂向间隙恒定。

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“垂向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“若干个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例1

本实施例提供一种基于车轮支撑的直线驱动车辆系统。

参见图1-图3，本发明的一种基于车轮支撑的直线驱动车辆系统，包括车体底架2、转向架3、电机动子4和电子定子6；3组转向架3布置在车体底架2下部，包含端部的转向架3以及中间的转向架3；电机动子4沿着轨道方向连续布置，具体3组布置在转向架3的下部以及2组布置在转向架3之间，总共5组；轨道地面上布置直线驱动的电机定子6，电机动子4与电机定子6在垂向保持稳定的间隙。

参见图4-图6，所述车体底架2包括底架钢结构21、底架端部上心盘22和底架中间上心盘23，底架钢结构21采用框架结构，车体底架2上设置有标准集装箱1的安装接口，能够实现集装箱1的固定和解锁，车体底架2两端设置车钩部件，能够实现车辆之间的自动联挂和解编。车体底架2上设置底架端部上心盘22和底架中间上心盘23。底架端部上心盘22与底架钢结构21固结，底架中间上心盘23与底架钢结构21之间通过直线轴承24活动连接，使底架中间上心盘23与底架钢结构21之间有横向运动自由度。车体底架2包含2个底架端部上心盘22，这是车辆曲线通过时，车体底架2的固定转心，底架中间上心盘23随着中间的转向架3产生横向滑移。

参见图7-图9，转向架3采用轮轨上广泛使用的三大件式转向架结构模式，其结构简单合理，工作安全可靠，运行性能良好，维护检修方便。三大件式转向架结构模式主要包括2个独立的侧梁34、1个摇枕32及2个轮对35。摇枕32固定连接有下心盘31，下心盘设置于摇枕32中心位置，下心盘31与车体底架2上设置底架端部上心盘22或底架中间上心盘23连接，实现转向架3与车体底架2之间的运动和载荷传递，车辆在做平面曲线运动时，2个底架端部上心盘22中心为车体底架2理论回转心。摇枕32与侧梁34的垂向空间设置有悬挂系统33，实现减振及各向载荷传递。侧梁34与轮对35之间垂向不设置弹性环节(或设置较大垂向刚度)，且侧梁布置在轮对内侧，侧梁34前后布置有端梁36的安装接口，包括U形弹性接口341以及转动接口342，在端梁36转动点连接位置布置橡胶关节，垂向方向弹性地卡在左右两侧梁34的转动接口342中间，以实现纵向载荷稳定传递以及满足左右侧梁34之间的各种独立运动，减小端梁36对原有三大件走行机构系统运动关系的干扰。

参见图10-图11，长定子直线电机驱动包括电机动子4和电机定子6。车上电机部分采用永磁体结构型式，独立封装成一个整体结构即电机动子4，一节车包含了5组电机动子4，分别设置在3个转向架3底部以及相邻转向架3之间。每个电机动子4设置有第一主吊挂点41、第二主吊挂点42及辅助支撑43；

第一主吊挂点41设置于电机动子4沿长度方向的一侧的纵向中心线上，通过橡胶关节或金属球关节和销轴固定在端梁36上，以实现各个方向的转动并传递三个方向载荷，特别是传递纵向载荷以及垂向载荷；第二主吊挂点42设置于电机动子4沿长度方向的另一侧的纵向中心线上，连接点设置有滑块-滑槽结构，在滑块-滑槽结构上也设置有橡胶关节或金属球关节，最后通过销轴安装在另一根端梁36上，实现各个方向的转动、纵向运动自由度并传递横向、垂向载荷。通过这种方式，电机动子4纵向方向只在一端实现约束，另一端释放纵向自由度，一组电机动子4的纵向载荷只传递到一侧端梁36上。为了防止电机动子4发生偏转，辅助支撑43设置于第一主吊挂点41和第二主吊挂点42沿电机动子4宽度方向的两侧，辅助支撑43能够实现垂向弹性件的上下调整，以保证合适的支撑预紧力。另外，电机动子4和电机定子6垂向空间设置有电机中间连接结构，电机中间连接结构通过加减垫片的方式实现电机动子4与电机定子6的间隙调整。

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种基于车轮支撑的直线驱动车辆系统，设置于轨道（5）上方，用于货物运输，其特征在于，包括车体底架（2）、转向架（3）、电机动子（4）和电机定子（6），

所述车体底架（2）用于货物承载、设备吊挂以及车钩部件安装；

所述转向架（3）用于承受并传递车体与线路之间的载荷，同时实现减振功能，保证车辆安全运行，并适应各种线路线型；

所述电机动子（4）和电机定子（6）共同组成直线电机，为车辆系统提供牵引力和电机制动力；

所述转向架（3）设置有若干个并设置于车体底架（2）底部，电机动子（4）通过端梁（36）连续铺设于转向架（3）底部及相邻转向架（3）之间，所述电机定子（6）设置于轨道地面上；

所述电机动子（4）包括第一主吊挂点（41）、第二主吊挂点（42）和辅助支撑（43），

所述第一主吊挂点（41）设置于电机动子（4）沿长度方向的一侧，第二主吊挂点（42）设置于电机动子（4）沿长度方向的另一侧，所述辅助支撑（43）设置于第一主吊挂点（41）和第二主吊挂点（42）沿电机动子（4）宽度方向的两侧；

所述电机动子（4）上的第一主吊挂点（41）设置橡胶关节或金属球关节、第二主吊挂点（42）设置有滑块-滑槽结构，且在滑块-滑槽结构上设置橡胶关节或金属球关节；

第一主吊挂点（41）和第二主吊挂点（42）上的橡胶关节或金属球关节通过销轴与端梁（36）相连接。

2.根据权利要求1所述的一种基于车轮支撑的直线驱动车辆系统，其特征在于，所述车体底架（2）包括底架钢结构（21）、底架端部上心盘（22）和底架中间上心盘（23），

所述底架钢结构（21）为框架结构，所述底架端部上心盘（22）设置有2个，分别设置于底架钢结构（21）长度方向的两侧；所述底架中间上心盘（23）设置有若干个且设置于两个底架端部上心盘（22）中间，通过直线轴承（24）与底架钢结构（21）横向活动连接。

3.根据权利要求2所述的一种基于车轮支撑的直线驱动车辆系统，其特征在于，所述转向架（3）包括下心盘（31）、摇枕（32）、悬挂系统（33）、侧梁（34）、轮对（35）和端梁（36），

所述侧梁（34）设置有两个，分别位于摇枕（32）两侧，所述下心盘（31）设置于摇枕（32）中心处；摇枕（32）与侧梁（34）的垂向空间设置有所述悬挂系统（33），并通过悬挂系统（33）相连接；所述轮对（35）通过轴承结构安装在侧梁（34）的导框上。

4.根据权利要求3所述的一种基于车轮支撑的直线驱动车辆系统，其特征在于，所述下心盘（31）分别与底架端部上心盘（22）和底架中间上心盘（23）相连接。

5.根据权利要求3所述的一种基于车轮支撑的直线驱动车辆系统，其特征在于，所述侧梁（34）端部设置有U型弹性接口（341）和转动接口（342）；所述端梁（36）两端设置有橡胶关节，所述橡胶关节通过销轴与转动接口（342）相连接。

6.根据权利要求3所述的一种基于车轮支撑的直线驱动车辆系统，其特征在于，所述电机动子（4）设置有若干个，分别位于转向架（3）底部及转向架（3）之间，且相邻的电机动子（4）通过端梁（36）连接。

7.根据权利要求1所述的一种基于车轮支撑的直线驱动车辆系统，其特征在于，所述电机动子（4）与电机定子（6）垂向间隙恒定。