АКТИВНАЯ СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ХОДОВЫМИ ХАРАКТЕРИСТИКАМИ ВЫСОКОСКОРОСТНЫХ ПОЕЗДОВ
ACTIVE HIGH-SPEED TRAIN PERFORMANCE CONTROL SYSTEM

ОБЛАСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Настоящее изобретение относится к регулированию вибраций, а более конкретно к активной системе управления ходовыми характеристиками высокоскоростных поездов.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Высокоскоростные поезда имеют высокую скорость движения и сложные динамические характеристики. В процессе эксплуатации поезда могут испытывать динамические нагрузки, вызванные неровностями рельсовых путей, перепадами давления воздуха, возникающими при прохождении поездов друг мимо друга, и другими внешними факторами, такими как ветер, дождь и снег. Динамические характеристики высокоскоростного поезда обычно включают в себя сложную комбинацию поступательных движений (плавное движение, рыскание и растяжение), колебательных движений (качательное движение, тряска и накатывание) кузова транспортного средства и связанных с ними вибраций и перемещений вместо одного единственного режима движения. Поэтому большое теоретическое и практическое значение имеет разработка системы, пригодной для комплексного управления динамическими характеристиками высокоскоростных поездов.
В настоящее время вибрация и другие неблагоприятные динамические характеристики высокоскоростных поездов обычно контролируются с помощью системы подвески. Однако существующие системы подвески могут работать только в вертикальном и боковом направлениях, а их выходные направления также ограничены вертикальным и боковым направлениями, так что система подвески не может полностью контролировать динамические характеристики высокоскоростных поездов, будучи неспособной в достаточной степени подавить неблагоприятные динамические реакции.
Во время фактического процесса эксплуатации динамические реакции поездов будут приводить к чередующимся друг с другом движениям, таким как тряска, накатывание и качательное движение. Кроме того, эти чередующиеся друг с другом движения не могут эффективно контролироваться линейной силой, обеспечиваемой существующими системами подвески. Поэтому управляющее воздействие существующей системы подвески на поезда все еще ограничено, и неблагоприятные динамические реакции поездов не могут быть полностью подавлены.
В связи с увеличением скорости движения высокоскоростных поездов и требованиями к комфорту езды проблемы, связанные с динамическими характеристиками поездов, особенно с чередующимися друг с другом движениями, возникающими в результате сложных воздействий при высокоскоростном движении, станут более явно выраженными. Поэтому большое теоретическое и практическое значение имеет разработка системы управления, которая может напрямую выводить управляющий момент, избежать дефектов в существующей технологии производства подвески, компенсируя неустойчивое движение кузова транспортного средства при воздействии динамических возмущений и повреждений кузова транспортного средства, а также повышая динамическую устойчивость, комфортность езды и срок службы поезда.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Ввиду недостатков системы подвески в известном уровне техники целью настоящего изобретения является обеспечение активной системы управления ходовыми характеристиками высокоскоростных поездов способной эффективно управлять чередующимися друг с другом движениями поезда, такими как рыскание, накатывание и качательное движение.
Настоящее изобретение предусматривает активную систему управления ходовыми характеристиками высокоскоростного поезда, включающую в себя:
датчик, установленный на поезде;
контроллер и
устройство вывода;
при этом устройство вывода расположено на стыке между двумя соседними вагонами поезда; устройство вывода состоит из силового агрегата, блока вывода и корпуса; причем силовой агрегат и блок вывода предусмотрены внутри корпуса;
корпус содержит нижнюю панель, кольцевую боковую панель и верхнюю панель; корпус дополнительно снабжен сквозным каналом, проходящим через нижнюю панель и верхнюю панель; причем нижняя панель и верхняя панель расположены на двух соседних вагонах соответствующим образом;
силовой агрегат состоит из двигателя и системы повышающих передач; система повышающих передач содержит главную повышающую передачу и вторичную повышающую передачу; двигатель закреплен на нижней панели; главная повышающая передача расположена на двигателе, а вторичная повышающая передача закреплена на нижней панели; главная повышающая передача сцепляется со вторичной повышающей передачей; а датчик и двигатель электрически соединены с контроллером соответствующим образом;
блок вывода содержит инерционно крутящееся кольцо, кольцо передачи крутящего момента и соединительное кольцо, которые являются полыми круглыми кольцами; инерционно крутящееся кольцо, кольцо передачи крутящего момента и соединительное кольцо соосны со сквозным каналом соответственно; соединительное кольцо закреплено на нижней панели; кольцо передачи крутящего момента соединяется между инерционно крутящимся кольцом и соединительным кольцом; наружная окружность инерционно крутящегося кольца снабжена зубьями; а также инерционно крутящееся кольцо взаимодействует со вторичной повышающей передачей через зубья.
В некоторых вариантах осуществления силовой агрегат содержит четыре силовых агрегата; причем четыре силовых агрегата расположены равномерно вокруг блока вывода.
В некоторых вариантах осуществления соединительное кольцо снабжено кольцевым пазом; а кольцо передачи крутящего момента вставлено в кольцевой паз и неподвижно соединено с соединительным кольцом.
В некоторых вариантах осуществления инерционно крутящееся кольцо и кольцо передачи крутящего момента образуют единое целое.
В некоторых вариантах осуществления диаметр вторичной повышающей передачи меньше диаметра главной повышающей передачи.
В некоторых вариантах осуществления кольцо передачи крутящего момента выполнено из резины.
В некоторых вариантах осуществления центр устройства вывода расположен на центральной оси вагонов.
В некоторых вариантах осуществления датчик расположен в верхней части вагона, а контроллер закреплен на нижней части двигателя.
По сравнению с известным уровнем техники настоящее изобретение имеет следующие положительные эффекты.
(1) Активная система управления прикладывает активный управляющий момент к тряске, накатыванию и качательным движениям кузова поезда с целью управления поездом, что помогает избежать дефектов в существующих системах подвески для осуществления контроля уровня вибраций высокоскоростных поездов.
(2) активная система управления уменьшает неустойчивое движение кузова транспортного средства, вызванное динамическими возмущениями, улучшая динамическую устойчивость кузова транспортного средства, комфорт езды и срок службы, а также уменьшая степень разрушения и повреждения кузова транспортного средства.
(3) активное управление системой может максимально увеличить производительность системы управления, обеспечивая эффективность управления.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
ФИГ. 1 представляет собой принципиальную схему, показывающую расположение активной системы управления в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения.
ФИГ. 2 - схематическое изображение конструкции корпуса
ФИГ. 3 схематически изображает внутреннюю структуру устройства вывода активной системы управления согласно варианту осуществления настоящего изобретения.
ФИГ. 4 представляет собой схематическое изображение конструкции силового агрегата в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения.
ФИГ. 5 представляет собой схематическое изображение конструкции блока вывода в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения.
ФИГ. 6 представляет собой схематическое изображение конструкции соединительного кольца в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения.
ФИГ. 7 схематически изображает сборку силового агрегата и блока вывода  в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения.
На чертежах: 1. устройство вывода; 2. нижняя панель; 3. кольцевая боковая панель; 4. верхняя панель; 5. сквозной канал; 6. двигатель; 7. главная повышающая передача; 8. вторичная повышающая передача; 9. инерционно крутящееся кольцо; 10. кольцо передачи крутящего момента; 11. соединительное кольцо; 12. кольцевой паз; 13. система повышающих передач; 14. силовой агрегат; 15. блок вывода; и 16. корпус.
ДЕТАЛЬНОЕ ОПИСАНИЕ НЕКОТОРЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Изобретение будет подробно описано ниже со ссылкой на прилагаемые чертежи.
Здесь представлена активная система управления ходовыми характеристиками высокоскоростного поезда, которая включает в себя датчик, контроллер и устройство вывода 1. Как показано на ФИГ. 1, устройство вывода 1 расположено на стыке между двумя соседними вагонами поезда, а центр устройства вывода 1 расположен на центральной оси вагонов.
Устройство вывода 1 включает в себя силовой агрегат 14, блок вывода 15 и корпус 16.
Как показано на ФИГ. 2-3, корпус 16 включает в себя нижнюю панель 2, кольцевую боковую панель 3 и верхнюю панель 4. Нижняя панель 2 неподвижно соединена с одной стороной кольцевой боковой панели 3, а верхняя панель 4 неподвижно соединена с другой стороной кольцевой боковой панели 3. Нижняя панель 2 и верхняя панель 4 неподвижно соединены с двумя соседними вагонами соответственно. Корпус 16 дополнительно снабжен сквозным каналом 5, который проходит через нижнюю панель 2 и верхнюю панель 4. Силовой агрегат 14 и блок вывода 15 расположены внутри корпуса 16.
Как показано на ФИГ. 4, силовой агрегат 14 включает в себя двигатель 6 и систему, повышающих передач 13. Система повышающих передач 13 включает в себя главную повышающую передачу 7 и вторичную повышающую передачу 8. Двигатель 6 закреплен на нижней панели 2. Главная повышающая передача 7 расположена на двигателе 6, а вторичная повышающая передача 8 закреплена на нижней панели 2. Главная повышающая передача 7 и вторичная повышающая передача 8 взаимодействуют друг с другом. Диаметр вторичной повышающей передачи меньше диаметра главной повышающей передачи.
Как показано на ФИГ. 5-7, блок вывода 15 включает в себя инерционно крутящееся кольцо 9, кольцо передачи крутящего момента 10 и соединительное кольцо 11, которые являются полыми круглыми кольцами. Инерционно крутящееся кольцо 9 и кольцо передачи крутящего момента 10 соосны с соединительным кольцом 11. Соединительное кольцо 11 закреплено на нижней панели 2. В частности, соединительное кольцо 11 крепится болтами к нижней панели 2. Кольцо передачи крутящего момента 10 соединено между инерционно крутящимся кольцом 9 и соединительным кольцом 11, а соединительное кольцо 11 снабжено кольцевым пазом 12. Инерционно крутящееся кольцо 9 и кольцо передачи крутящего момента 10 образуют единое целое, причем кольцо передачи крутящего момента 10 вставлено в кольцевой паз 12 и неподвижно соединено с соединительным кольцом 11. Кольцо передачи крутящего момента 10 изготовлено из резины, предпочтительно из резинового материала относительно высокой степени твердости, так что кольцо передачи крутящего момента 10 может передавать крутящий момент и имеет определенное демпфирование. Наружная окружность инерционно крутящегося кольца 9 снабжена зубьями, и инерционно крутящееся кольцо 9 сцепляется с вторичной повышающей передачей 8 через зубья. В варианте осуществления имеются четыре силовых агрегата 14, которые равномерно расположены вокруг блока выхода 15.
Инерционно крутящееся кольцо 9, кольцо передачи крутящего момента 10 и соединительное кольцо 11 соосны со сквозным каналом 5. Нижняя панель 2 и верхняя панель 4 неподвижно соединены с вагонами с двух сторон стыка соответственно. В середине всей системы управления образуется проход, который сообщается с вагонами, чтобы пассажиры могли пройти через него.
Датчик расположен в верхней части вагона, а контроллер закреплен на нижней части двигателя 6. Датчик и двигатель 6 электрически соединены с контроллером соответствующим образом.
Функциональный механизм изобретения описывается следующим образом.
Датчик контролирует реакцию поезда в реальном времени на угол поворота, преобразует ее в электрический сигнал и передает электрический сигнал на контроллер. Контроллер выводит контрольный электрический сигнал через ряд решений и передает его на двигатель 6. Двигатель 6 приводит во вращение систему повышающих передач 13, чтобы привести в движение инерционно крутящееся кольцо 9 для ускорения или замедления вращения для создания управляющего момента. Крутящий момент передается на нижнюю панель 2 через кольцо передачи крутящего момента 10 и соединительное кольцо 11 и, наконец, подается на кузов транспортного средства. Настоящее изобретение выводит управляющую силу путем изменения скорости вращения и направления двигателя 6 таким образом, чтобы добиться управления реакцией поезда на угол поворота.
Настоящее изобретение разработано на основе базовой концепции механики, то есть сила не эквивалентна паре сил. В некоторых случаях характеристики движения управляемого объекта определяют то, что вращательное движение должно контролироваться крутящим моментом. Поэтому традиционные системы управления, которые действуют на основе выходного усилия или линейного движения, не смогут эффективно управлять вращательным движением. С учетом этого в настоящем изобретении предложен способ управления, при котором управляющий момент напрямую применяется к кузову транспортного средства, чтобы избежать дефектов в существующих системах подвески для контроля уровня вибраций высокоскоростных поездов.
Следует отметить, что вышесказанное является лишь предпочтительными вариантами осуществления изобретения, которые не предназначены для ограничения изобретения. Любая модификация, эквивалентная замена и усовершенствование, выполненная специалистами в данной области без отступления от истинного смысла изобретения, должны подпадать под сферу применения изобретения, определенную прилагаемой формулой изобретения.