[发明专利]新型轨道车辆用抗侧滚扭杆横向弹性定位方法及其装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种车辆定位方法和定位装置，具体涉及一种轨道车辆抗侧滚扭杆横向定位方法以及用于实现横向定位的装置。

背景技术

车辆的振动主要有六个方向的自由度：X方向的伸缩振动、Y方向的横摆振动、Z方向的浮沉振动、绕Y轴的点头振动、绕Z轴的摇头振动、绕X轴的侧滚振动。目前的轨道交通车辆转向架均为两级悬挂，抗侧滚扭杆系统起到了调节车辆侧滚刚度、控制车辆侧滚振动的作用。

抗侧滚扭杆系统的机构运动图如图1所示，图中M为车体，E、F为扭杆支承座组成，安装于构架上，A、B、C、D为橡胶球铰或金属关节轴承，可在三个方向转动。由图可见，如果不考虑相对于系统刚度小得多的支承座组成和橡胶关节的影响，当车体相对于转向架发生浮沉振动时，两根连杆同时往一个方向运动，整个装置绕支撑球铰同时转动，扭杆并不承受力或扭矩，故并不影响车体的浮沉振动，同样对除侧滚以外的其它几个运动同样不提供任何附加的力或扭矩。而当车体与构架之间发生绕X轴的相对转动即侧滚时，左右连杆向相反的方向上下运动，通过扭转臂（图中FD、EC）使扭杆发生扭转变形，扭杆由于抗扭弹性而产生抗扭反力矩，这一反力矩作用在垂向连杆上表现为一对大小相等方向相反的垂向力，而这对垂向力作用在车体上就形成了与车体侧滚方向相反的抗侧滚力矩，抗侧滚力矩的作用将阻止车体相对于转向架侧滚角度的增加，从而抑制车辆的侧滚，提高车辆的横向平稳性。 

从附图1我们可看出，提供侧滚刚度的除了抗侧滚扭杆系统，二系悬挂弹簧K也起着抗侧滚的作用，故抗侧滚扭杆系统是用来调节系统整体侧滚刚度的附加组件。

现有轨道交通用抗侧滚扭杆系统的典型结构如附图2所示，主要由以下几部分组成：扭杆轴1、扭转臂2、支承座3 、垂向连接装置（用于连接车体和转向架，包括下关节轴4、垂向连杆5和上关节轴6）。

目前轨道车辆用抗侧滚扭杆一般采用的横向定位方式有：支承座与扭杆轴或弯扭杆配合，且可放置在扭转臂的内侧或外侧，支承座与扭杆组件之间存在一定的间隙，定位时通过支承座与扭转臂硬止挡定位（如附图3所示）。但该横向定位方式一般也仍然存在一定的横向窜动，导致形成冲击和噪声。

针对支承座与扭转臂硬止挡定位仍产生的横向冲击和窜动问题，设计开发一种新型轨道车辆用抗侧滚扭杆横向弹性定位方法及其装置，防止抗侧滚扭杆超限界和与车辆上其余零部件干涉，提高可靠性和舒适性。

发明内容

本发明的目的在于针对现有一般结构的抗侧滚扭杆系统无法有效进行横向定位的要求，提供一种新型轨道车辆用抗侧滚扭杆横向弹性定位方法。

我们对问题作进一步的分析，当垂向连杆AC和BD垂直放置时，且车体与构架之间发生Y方向的横摆以及绕Z轴的相对转动即摇头时，左右垂向连杆同时向相同的方向横向运动，扭杆由于连杆上下关节偏扭转刚度的影响，左右将产生同一个方向的横向力，该力作用在抗侧滚扭杆系统上将使系统产生横向窜动。

同时由于抗侧滚扭杆系统本身安装尺寸，垂向连杆角度等影响，不可避免将使垂向连杆在提供垂向力的同时提供横向运动的分力，进而导致抗侧滚扭杆系统横向窜动。该横向窜动将使抗侧滚扭杆受力不均匀，在使用过程中产生破坏，并会使车辆超限界而影响使用。

而考虑装车尺寸以及相关空间要求，垂向连杆AC和BD不垂直放置时，扭杆系统的简化受力模型见图4所示（图中φ为垂向连杆与垂直方向之间的角度，F0为垂向连杆受到的载荷，T2为扭杆轴承受的扭矩）。其中两端垂向连杆与垂直方向之间存在角度φ。

当抗侧滚扭杆产生抗侧滚作用时，车体通过橡胶关节对垂向连杆施加载荷F0，再经垂向连杆和扭杆臂的力传递作用使扭杆轴承受扭矩T2，通过扭杆轴良好的扭转变形回弹特性来调节F0的变化，从而满足车辆抗侧滚性能要求。但此时抗侧滚扭杆将承受的横向力为：

F横向=2F0×cosφ×sinφ；

该横向力的产生，如无横向定位，将使抗侧滚扭杆系统横向窜动和横向冲击，大大影响抗侧滚扭杆系统的使用。并且当车体与构架之间发生Y方向的横摆以及绕Z轴的相对转动即摇头时，以及抗侧滚扭杆系统本身安装尺寸，垂向连杆角度偏差等影响，不可避免将使垂向连杆在提供垂向力的同时提供横向运动的分力，该力作用在抗侧滚扭杆系统上将使系统产生横向窜动和横向冲击的现象加剧。