一种轨道交通用的抗侧滚扭杆装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种轨道交通用的抗侧滚扭杆装置，包括扭杆、至少一对水平扭转臂和至少一对竖直作动器；所述竖直作动器与一端与车体连接，另一端与水平扭转臂一端铰连接，水平扭转臂的另一端与扭杆活动连接；所述陀螺仪用于测得车体相对地面的侧滚角；所述反馈控制器会根据测得的车体侧滚角与限值进行比较，判断是否需要对作动器进行操作。与现有技术比较，本实用新型专利技术解决了抗侧滚扭杆对线路和天气等环境适应性差的问题，可以在不影响正常车辆动力学性能的前提下，通过作动器施加作用力，抑制车体的侧滚运动，并且该作动器可以根据车辆运行速度的不同快速做出反应，满足车辆系统对抗侧滚作用的需求，实现了抗侧滚作用力可调、作用时间可控的目标，进一步可以提高车辆在复杂环境下的运行速度。

【技术实现步骤摘要】

本技术属于轨道交通行业，特别是指一种可以对车体侧滚角度主动控制调节的抗侧滚扭杆装置以及利用该装置实现主动控制抗侧滚的方法。
技术介绍
目前高速客车、干线客车和地铁车辆的车体通过二系空气弹簧支承在转向架构架上，以获取良好的横向和垂向动力学性能，一般来说，空气弹簧的水平刚度和垂向刚度较小，降低了车体相对于转向架的侧滚刚度，使得车辆的柔度系数和通过曲线线路时车体相对于转向架的侧滚角度明显增大了，这不仅会对车辆的运行平稳性和舒适性产生影响，还会在车辆通过曲线线路时车体产生离心力的作用，影响车辆的运行安全性。抗侧滚扭杆的工作原理是当左右弹簧发生相互反向的垂向位移时(即车体侧滚时)，水平放置的两个扭臂对于扭杆分别有一个相互反向的力与力矩的作用，使弹性扭杆承受扭矩而产生扭转弹性变形，起着扭杆弹簧作用，扭杆弹簧的反力矩，总是与车体产生侧滚角位移的方向相反，以约束车体的侧滚振动。但是，当左右弹簧为同向垂向位移时，因扭杆两端为转轴及轴承支承，所以左右两个扭臂只是使扭杆产生同向的转动，而不产生扭杆弹簧作用，故对车体不产生抗侧滚作用。在一些特性的多弯道小曲线线路上，车辆所需的抗侧滚刚度频繁增加或者减小，要求车辆的抗侧滚扭杆系统的灵敏度较高，在车辆所需的抗侧滚刚度较小时减小抗侧滚扭杆的抗侧滚刚度，在车辆所需的抗侧滚刚度较大时提供较大的抗侧滚刚度。这就要求抗侧滚扭杆不仅能提供可选择的扭转刚度，还需要具有较强的抗侧滚灵敏度。此外，对于轨道车辆尤其是高速动车组车辆来说，车辆进出隧道、明线上受到横风作用、频繁的会车以及高速通过曲线半径较小的线路等情况下，会对车体产生瞬间的横向作用力，引起车体的侧滚运动，为了车辆安全性和旅客舒适性，对抗侧滚扭杆的扭转刚度和抗侧滚灵敏度要求较高。此外，对于干线客车来说，线路中存在很多曲线线路，极大地限值了车辆的运行速度，摆式列车的出现主要目的就是提高车辆的曲线通过速度，其设计理念是通过转向架与车体上的一套摆式机构，控制车体的侧滚角度来抵消车体通过曲线时的未平衡横向加速度，但是该结构复杂，并且需要足够的安装空间，在国内应用面很窄，但是通过对抗侧滚扭杆装置的控制也可以实现车体的侧滚运动，达到抵消车体通过曲线时的未平衡横向加速度的目的。有鉴于此，如何在不影响正常车辆的动力学性能前提下，提高车辆系统对不同的线路和天气环境的适应性，满足对抗侧滚扭杆刚度(或者扭杆作用力)和抗侧滚灵敏度的需求，是本领域技术人员需要解决的关键问题。
技术实现思路
本技术所要解决的技术问题是提供一种应用于轨道交通车辆上的主动控制抗侧滚扭杆，通过主动控制技术，该抗侧滚扭杆可以根据车辆系统的运行环境提供合理的扭杆作用力。为解决上述问题，本技术的技术方案是，提供一种轨道交通用主动控制的抗侧滚扭杆装置，包括车辆传感器测试系统和抗侧滚扭杆；所述车辆传感器测试系统包括设置在待测车体端部的陀螺仪和设置在待测车体下方的反馈控制器；所述抗侧滚扭杆，包括扭杆、至少一对水平扭转臂和至少一对竖直作动器；所述竖直作动器与一端与车体连接，另一端与水平扭转臂一端铰连接，水平扭转臂的另一端与扭杆活动连接；所述陀螺仪用于测得车体相对地面的侧滚角；所述反馈控制器会根据测得的车体侧滚角与限值进行比较，判断是否需要对作动器进行操作。进一步的，所述竖直作动器为电磁作动器、液压作动器或者气压作动器。进一步的，所述车辆传感器测试系统，还包括车辆的运行速度传感器和车载GPS，所述运行速度传感器和车载GPS通过光纤与反馈控制器连接，将车辆的运行速度v和车辆实时的GPS信息传输到反馈控制器内。本技术的有益效果：与现有技术比较，本技术解决了抗侧滚扭杆对线路和天气等环境适应性差的问题，可以在不影响正常车辆动力学性能的前提下，通过作动器施加作用力，抑制车体的侧滚运动，并且该作动器可以根据车辆运行速度的不同快速做出反应，满足车辆系统对抗侧滚作用的需求，实现了抗侧滚作用力可调、作用时间可控的目标，进一步可以提高车辆在复杂环境下的运行速度。附图说明图1是本技术的实施主动控制抗侧滚扭杆装置的框架示意图；图2是本技术的实施主动控制抗侧滚扭杆装置的设计流程图；图3是本技术提出的主动控制抗侧滚扭杆的典型结构示意图；图4是本技术提出的主动控制抗侧滚扭杆的陀螺仪安装位置示意图；图5是本技术提出的主动控制抗侧滚扭杆与车体之间的位置结构示意图。图中，1.扭杆，2.水平扭转臂，3.竖直作动器，4.陀螺仪，5.车体，6.转向架与车体联接单元。具体实施方式下面结合附图和具体的实施例对本技术作进一步的阐述。如图3-5所示，一种轨道交通用主动控制的抗侧滚扭杆装置，包括车辆传感器测试系统和抗侧滚扭杆；所述车辆传感器测试系统包括设置在待测车体5端部的陀螺仪4和设置在待测车体5下方的反馈控制器；图3和5所示，所述抗侧滚扭杆，包括扭杆1、至少一对水平扭转臂2和至少一对竖直作动器3；所述竖直作动器3与一端与车体5连接，另一端与水平扭转臂2一端铰连接，水平扭转臂2的另一端与扭杆1活动连接；所述陀螺仪4用于测得车体5相对地面的侧滚角；所述反馈控制器会根据测得的车体侧滚角与限值进行比较，判断是否需要对竖直作动器3进行操作。竖直作动器3为了抑制车体5的侧滚运动，施加向上的作用力时，由于力的相互作用，车体5对竖直作动器3有向下的作用力，传递到水平扭转臂2上，水平扭转臂2绕扭杆1旋转，将力的作用转换成扭杆1的扭转运动，通过扭转角θ'实现了扭转力矩M。竖直作动器3为电磁作动器、液压作动器或者气压作动器。具体选择可以根据车辆实际运行环境和车辆具体参数进行合理选择。该作动器在车辆系统不需要提供额外作用力时是刚性的，和现有的抗侧滚扭杆原理相似，满足对车辆动力学性能不产生影响的目的。如图4所示，陀螺仪4可以得到车体的实际侧滚角；安装在车体下方的反馈控制器会将测得的实际侧滚角与目标侧滚角进行比较分析，判断主动控制的抗侧滚扭杆是否需要额外提供侧滚作用力，车辆传感器测试系统，还包括车辆的运行速度传感器和车载GPS，所述运行速度传感器和车载GPS通过光纤与反馈控制器连接。车辆运行的速度、运行位置等信息也通过光纤传输到反馈控制器中，根据抗侧滚灵敏度的需求，快速做出反应。该抗侧滚扭杆主动控制装置属于主动闭环控制，通过适当的系统状态或输出反馈，产生一定的控制作用来主动改变抗侧滚扭杆参数，从而使系统满足预定的动态特性要求。如图1-2所示，利用上述装置实现主动控制抗侧滚的方法具体的是利用安装在车辆上的传感器测试系统将车辆前方路面信息等预先传给悬挂装置，并把所采集到的状态变量反馈给反馈控制器，以实施最优控制的一种控制策略。步骤如下：步骤(a)反馈控制器中预先设置好车体侧滚角的限值θ0和θc。车辆在不同线路上运行所需的悬挂参数是不同的，例如同样的车辆运行在客专干线铁路上车辆的侧滚角限值稍大，在高速铁路上侧滚角稍小，此外，天气环境对侧滚角限值的影响很明显，比如在常年大风天气的兰新线上，侧滚角限值θ0需要设置的稍微大点，但是在京沪等线路上就需要设置小点，避免限值过大造成抗侧滚扭杆系统不能对车体5瞬间横向冲击做出合理的反应。该车体侧滚角限值θ0需要合理选择，需要根据前期分析计算和车辆运营环境的调研得到。对于限值θc来说，需要根本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种轨道交通用的抗侧滚扭杆装置，其特征在于：包括车辆传感器测试系统和抗侧滚扭杆；所述车辆传感器测试系统包括设置在待测车体(5)端部的陀螺仪(4)和设置在待测车体(5)下方的反馈控制器；所述抗侧滚扭杆，包括扭杆(1)、至少一对水平扭转臂(2)和至少一对竖直作动器(3)；所述竖直作动器(3)与一端与车体(5)连接，另一端与水平扭转臂(2)一端铰连接，水平扭转臂(2)的另一端与扭杆(1)活动连接；所述陀螺仪(4)用于测得车体(5)相对地面的侧滚角；所述反馈控制器会根据测得的车体侧滚角与限值进行比较，判断是否需要对作动器(3)进行操作。

【技术特征摘要】
1.一种轨道交通用的抗侧滚扭杆装置，其特征在于：包括车辆传感器测试系统和抗侧滚扭杆；所述车辆传感器测试系统包括设置在待测车体(5)端部的陀螺仪(4)和设置在待测车体(5)下方的反馈控制器；所述抗侧滚扭杆，包括扭杆(1)、至少一对水平扭转臂(2)和至少一对竖直作动器(3)；所述竖直作动器(3)与一端与车体(5)连接，另一端与水平扭转臂(2)一端铰连接，水平扭转臂(2)的另一端与扭杆(1)活动连接；所述陀螺仪(4)用于测得...

【专利技术属性】
技术研发人员：汪群生，曾京，魏来，田向阳，匡成晓，朱彬，吴一，李佳明，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：新型
国别省市：四川;51