技术领域
[0001] 本实用新型涉及一种城市轨道作业车，具体为一种四对轮结构的跨座式单轨作业车。
背景技术
[0002] 随着国内外跨座式单轨
铁路线路的发展，对建设、维修、维护其线路的高
质量轨道作业车有巨大的需求量，跨座式单轨作业车是用于单轨交通系统施工作业的专用
工程机械，其车辆底盘空间狭窄，对运行速度要求不高，但要求低速
稳定性好，起动
扭矩大。现有跨座式单轨作业车车厢较重，空间较小，传动方式复杂，
能量转换能耗相对较大，导致传动效率低，而且影响整车的运行平稳性，现有
转向架的设计也不能满足PC梁轨道的运行要求，影响车辆运行的平稳性和安全性，而且整个转向架过于笨重，造价也很昂贵。因此迫切需要根据跨座式单轨线路技术规格以及线路建设、维修、维护的特点，设计出符合国内跨座式单轨线路使用的工程作业车；根据跨座式单轨作业车的技术特点，设计符合跨座式单轨作业车运行要求的转向架；由于单轨作业车运行速度要求不高，并且有低速大扭矩牵引作业工况，迫切需要设计一套完整的
传动系统，符合单轨作业车运行及作业需求。
发明内容
[0003] 本实用新型为了解决现有跨座式单轨作业车车厢重、空间小、传动方式复杂、传动效率低以及转向架过于笨重、造价高等问题，提供了一种四对轮结构的跨座式单轨作业车。
[0004] 本实用新型是采用如下技术方案实现的：一种四对轮结构的跨座式单轨作业车，包括由前司机室、后司机室以及位于中间的机器室构成的车厢、位于车厢下方两端的前转向架、后转向架及其Ⅰ位轮对、Ⅱ位轮对、Ⅲ位轮对、Ⅳ位轮对，还包含
动力传动系统、
散热器总成、作业平台、司机操作台、附属设备，动力传动系统和
散热器总成安装在机器室内；其中每个转向架包括跨座在PC梁上的构架、车体
支撑装置、牵引装置，构架整体为“Π”字型全
钢组焊板式箱型结构，包含位于PC梁轨道两侧的
侧梁、连接于侧梁上部两端之间的端梁、连接于侧梁上部中心
位置之间的中心梁以及分别连接于两根端梁与中心梁之间的四根
纵梁，侧梁上部与相应纵梁之间分别固定有位置对应的两组
马达
支架，Ⅰ位轮对、Ⅱ位轮对安装在后转向架的两组马达支架上，Ⅲ位轮对、Ⅳ位轮对上安装在前转向架的两组马达支架上，其中Ⅱ位轮对和Ⅲ位轮对上分别安装有一组轮边马达Ⅰ和一组轮边马达Ⅱ，Ⅰ位轮对、Ⅳ位轮对上安装常闭式
盘式制动器；侧梁中部两侧安装四个导向轮装配，下部两侧安装两个稳定轮装配；车体支撑装置采用二系钢圆簧装配，车体支撑装置以中心梁为中心对称安装在侧梁顶部两侧；牵引装置采用牵引中心销，安装在中心梁中部，转向架通过牵引中心销与车厢的承载式底架连接。
[0005] 为了进一步优化该单轨作业车的结构，完善其功能，本实用新型还进行了以下结构设计：
[0006] 动力传动系统包含通过减震安装座固定在车厢承载式底架上的
发动机、
分动箱、安装在分动箱上的走行
泵、作业泵、辅助泵以及包含一组轮边马达Ⅰ和一组轮边马达Ⅱ、应急
电动泵、冲洗
阀、
开关阀Ⅰ、开关阀Ⅱ、开关阀Ⅲ、开关阀Ⅳ、自由轮阀Ⅰ、自由轮阀Ⅱ的闭式液压系统，走行泵采用静液压走行轴向
柱塞变量泵，轮边马达Ⅰ和轮边马达Ⅱ采用径向柱塞双速马达，静液压走行轴向柱塞变量泵A口通过高压油管与Ⅱ位轮对两并联的轮边马达ⅠC口联接，与Ⅲ位轮对两并联的轮边马达ⅡC口联接；静液压走行轴向柱塞变量泵B口通过高压油管与Ⅱ位轮对两并联的轮边马达ⅠD口联接，与Ⅲ位轮对两并联的轮边马达ⅡD口联接，构成两组各自独立的基本闭式静液压回路，
冲洗阀与马达并联于回路中，开关阀Ⅲ与自由轮阀Ⅰ构成
控制阀组，控制轮边马达Ⅰ，开关阀Ⅳ与自由轮阀Ⅱ构成控制阀组，控制轮边马达Ⅱ，开关阀Ⅲ、开关阀Ⅳ为电控
先导阀，开关阀Ⅱ为
排量控制
电磁阀，开关阀Ⅰ为制动控制电磁阀，应急电动泵压力口与开关阀Ⅰ进油口联接。
[0007] 侧梁是由上侧梁和下侧梁构成的可拆卸结构，上侧梁和下侧梁之间通过两根紧固销和一根
定位中心销连接，四个导向轮装配安装在上侧梁上，两个稳定轮装配安装在下侧梁上。
[0008] 车体支撑装置是由下
弹簧座、外弹簧、内弹簧、上弹簧座、螺钉、拉杆
螺栓、磨合板、
固定板及
压板组成，磨合板通过螺钉与侧梁固定，下弹簧座与磨合板之间采用平面摩擦结构，并涂覆
润滑脂层。
[0009] Ⅰ位轮对、Ⅱ位轮对、Ⅲ位轮对、Ⅳ位轮对中的走行轮为充氮气的
橡胶钢丝轮胎，安装在工程
车轮上，轮边马达Ⅰ和轮边马达Ⅱ一端安装在工程车轮内的
轮毂上，另一端与安装座连接，安装座通过细牙紧固螺栓安装在马达支架上。
[0010] 导向轮装配、稳定轮装配均包含与上侧梁固定的安装支架、实芯橡胶轮胎、
轮辋、拉杆、轴、
轴承座、轴承、弹簧及弹簧座，实芯橡胶轮胎、轮辋通过螺栓与轮毂联接并支承在轴承及轴承座上，轴端部通过拉杆、弹簧、弹簧座与安装支架联接，弹簧的压缩量大于作业车过弯道时的最大伸长量。
[0011] 两根端梁中间对称安装救援轮，救援轮采用双侧具有
接触式橡胶油封的单列深沟球轴承，轴承内填充锂基润滑脂。
[0012] 端梁上固定有整体起吊
连接杆，主要是在车体与转向架一起起吊时连接车体和转向架，保证两台设备一起被吊起。
[0013] 车厢采用整体式结构车厢，包含车厢骨架、外蒙板、车厢内饰、地板，车厢骨架采用由承载式底架和型钢骨架组成的笼状设计，车厢骨架内
喷涂阻尼浆、填充阻燃材料；外蒙皮采用0.8mm～1.5mm钢板张拉蒙铺；车厢内饰采用玻璃钢内饰；地板采用artboard三明治结构复合地板。
[0014] 采用本实用新型的结构设计，主要特点包括1、跨坐式单轨列车运行线路是PC梁，与普通铁路列车完全不同，因此跨坐式转向架需设置稳定轮，以保证车辆的稳定；2、走行轮由橡胶轮胎取代铁道车辆的钢制车轮，由导向轮实现铁道车辆车轮踏面的导向作用，导向轮和稳定轮也使用橡胶轮胎；3. 转向架整体形状成“Π”字形跨座在PC梁上；4.转向架不设
一系悬挂装置由充气橡胶轮胎的弹性替代其作用，车体支撑装置由钢圆簧直接支承车体，钢圆簧安装在构架上；5、牵引中心销布置在转向架几何中心处，与车体中心销座连接，保证车体在直线、弯道等各线路条件下把转向架
牵引力完全传递至车体，牵引整车运行，四个导向轮与PC梁以一定预紧力接触，保证整车沿PC梁轨迹运行，两个稳定轮与PC梁下部紧密接触，保证车辆平稳行驶，无倾翻危险；6、整车采用独立的整体式结构车厢，其骨架采用笼状设计，有足够的
刚度和强度来承载作业人员和载重，
隔音、阻燃、轻量化，100%低地板结构设计，释放了车厢空间；7、独特的静液压传动系统，静液压走行轴向柱塞变量泵是一种
斜盘式变量泵，流量与驱动转速及排量成正比，并用电气比例控制
手柄控制其无级变量及改变液压油流向从而实现整车高低速及正反向行驶，
轴向柱塞泵通过一系列特殊的控制阀组控制四个轮边马达，该马达是一种专为行走机械设计的径向柱塞双速马达，它启动扭矩大，在
机车低速时能够输出较大扭矩；而在机车需要低扭矩高速运行时，能够通过操作阀将液压
流体仅送至马达柱塞的一般行程中，而另一般行程中则使液压流体连续循环流动，该“减小排量”的模式减少了高速时所需的流量，降低了成本，提到了效率，提高了整车最高车速。
[0016] 1、跨坐式单轨作业车转向架与普通的铁道车辆转向架不同，能够合理地满足单轨PC梁的线路要求，走行轮为充氮气的橡胶钢丝轮胎，增加了导向轮和稳定轮，使作业车运行安全、平稳；
[0017] 2、跨坐式单轨作业车转向架与单轨列车转向架不同，走行轮为马达独立驱动的2个动力轮；单轨列车转向架为2轴转向架，
轴距1500mm,由牵引
电机、联轴节、
齿轮减速箱、最后由
驱动轴转动2个
串联的走行轮；
[0018] 3、跨坐式单轨作业车转向架转
转弯半径小、爬坡能力强、粘着力高，最高运行速度40km/h，作业时速度5km/h，救援速度5km/h以下，结构简单，维护方便，性能可靠，更适合轨道梁曲线半径为50m、线路坡度为60‰、限界小、低速运行工况多的专用作业车工况；
[0019] 4、轻量化设计的整体式车厢在保证其功效的同时降低了整车的
能源消耗率，即环保节能又使得传动元件的选型经济可靠。
[0020] 5、双速径向柱塞马达是在该类机械中首次使用，整车无论是高速、低速、液力制动均由前后2组马达控制动力轮完成，使得整车的运行平稳可靠，制动性能优异；驻车制动由安装在马达上的
驻车制动器完成；整车
行车制动为静液压制动。
[0021] 6、牵引中心销布置在转向架几何中心处，与车体中心销座连接，保证车体在直线、弯道等各线路条件下把转向架牵引力完全传递至车体，牵引整车运行，中心销座内设计有多个缓冲橡胶衬套，其特殊结构能够很好的控制机车的纵向牵引和横向偏移，安全系数高、牵引性能好、结构简单紧凑，易于维修，机车运行平稳，无点头现象。
[0022] 7、车体支撑装置主要是承载车体重量作用，布置在横梁中部，当车体在弯道时，转向架与车体以中心销为圆心形成一定旋转
角度，中心式布置的车体支撑位移小，保证车体支撑的物理参数不改变，提高了使用寿命。
附图说明
[0023] 图1为本实用新型转向架的主视图；
[0024] 图2为图1的侧视图；
[0025] 图3为图1的俯视图；
[0026] 图4为本实用新型所述构架的主视图；
[0027] 图5为图4的侧视图；
[0028] 图6为图4的俯视图；
[0029] 图7为本实用新型所述车体支撑装置的结构示意图；
[0030] 图8为本实用新型所述走行轮示意图；
[0031] 图9为本实用新型所述导向轮、稳定轮装配示意图；
[0032] 图10为本实用新型的主视图；
[0033] 图11为图10的侧视图；
[0034] 图12为图10的俯视图；
[0035] 图13为图10中车厢的主视图；
[0036] 图14为图13的A-A剖视图；
[0037] 图15为本实用新型闭式液压系统原理图；
[0038] 图16为本实用新型开式液压系统原理图
[0039] 图中：1-前司机室；2-后司机室；3-机器室；4-前转向架；5-后转向架；6-Ⅰ位轮对；7-Ⅱ位轮对；8-Ⅲ位轮对；9-Ⅳ位轮对；10-散热器总成；11-作业平台；12-司机操作台；13-PC梁；14-车体支撑装置：14.1-下弹簧座，14.2-外弹簧，14.3-内弹簧，14.4-螺钉，14.5-拉杆螺栓，14.6-磨合板；14.7-固定板；14.8-压板；15-牵引装置；16-端梁；17-中心梁；18-纵梁；19-马达支架；20-轮边马达Ⅰ；21-轮边马达Ⅱ；22-导向轮装配；23-稳定轮装配；24-发动机；25-分动箱；26-走行泵；27-应急电动泵；28-冲洗阀；29-开关阀Ⅰ；
30-开关阀Ⅱ；31-开关阀Ⅲ；32-开关阀Ⅳ；33-自由轮阀Ⅰ；34-自由轮阀Ⅱ；35-上侧梁；
36-下侧梁；37-紧固销；38-定位中心销；39-走行轮；40-工程车轮；41-安装座；42-安装支架；43-实芯橡胶轮胎；44-轮辋；45-拉杆；46-轴；47-轴承座；48-轴承；49-弹簧；
50-弹簧座；51-救援轮；52-整体起吊连接杆；53-车厢骨架；54-外蒙板；55-车厢内饰；
56-地板；57-双联泵；58-手压泵；59-同步马达；60-分流阀。
具体实施方式
[0040] 一种四对轮结构的跨座式单轨作业车，如图10、11、12所示，包括由前司机室1、后司机室2以及位于中间的机器室3构成的车厢、位于车厢下方两端的前转向架4、后转向架5及其Ⅰ位轮对6、Ⅱ位轮对7、Ⅲ位轮对8、Ⅳ位轮对9，还包含动力传动系统、散热器总成
10、作业平台11、司机操作台12、附属设备，动力传动系统和散热器总成安装在机器室内；
如图1、2、3所示，其中每个转向架包括跨座在PC梁13上的构架、车体支撑装置14、牵引装置15，构架整体为“Π”字型全钢组焊板式箱型结构，材料为Q345B，具有足够的强度和刚度，如图4、5、6所示，包含位于PC梁轨道两侧的侧梁、连接于侧梁上部两端之间的端梁16、连接于侧梁上部中心位置之间的中心梁17以及分别连接于两根端梁与中心梁之间的四根纵梁18，侧梁上部与相应纵梁之间分别固定有位置对应的两组马达支架19，Ⅰ位轮对、Ⅱ位轮对安装在后转向架的两组马达支架上，Ⅲ位轮对、Ⅳ位轮对上安装在前转向架的两组马达支架上，其中Ⅱ位轮对和Ⅲ位轮对上分别安装有一组轮边马达Ⅰ20和一组轮边马达Ⅱ21，Ⅰ位轮对、Ⅳ位轮对上安装常闭式
盘式制动器；侧梁中部两侧安装四个导向轮装配
22，下部两侧安装两个稳定轮装配23；车体支撑装置采用二系钢圆簧装配，车体支撑装置以中心梁为中心对称安装在侧梁顶部两侧；牵引装置采用牵引中心销，安装在中心梁中部，转向架通过牵引中心销与车厢的承载式底架连接；端梁上固定有整体起吊连接杆52。
[0041] 动力传动系统包含通过减震安装座固定在车厢承载式底架上的发动机24、分动箱25、安装在分动箱上的走行泵26、作业泵、辅助泵以及包含一组轮边马达Ⅰ和一组轮边马达Ⅱ、应急电动泵27、冲洗阀28、开关阀Ⅰ29、开关阀Ⅱ30、开关阀Ⅲ31、开关阀Ⅳ32、自由轮阀Ⅰ33、自由轮阀Ⅱ34的闭式液压系统，如图16所示，走行泵采用静液压走行轴向柱塞变量泵，是一种斜盘式变量泵，有过载保护和高压切断功能，流量与驱动转速及排量成正比，用电气比例控制手柄控制其无级变量及改变液压油流向从而实现整车高低速及正反向行驶。轮边马达Ⅰ和轮边马达Ⅱ采用径向柱塞双速马达，静液压走行轴向柱塞变量泵A口通过高压油管与Ⅱ位轮对两并联的轮边马达ⅠC口联接，与Ⅲ位轮对两并联的轮边马达ⅡC口联接；静液压走行轴向柱塞变量泵B口通过高压油管与Ⅱ位轮对两并联的轮边马达ⅠD口联接，与Ⅲ位轮对两并联的轮边马达ⅡD口联接，构成两组各自独立的基本闭式静液压回路，冲洗阀与马达并联于回路中，开关阀Ⅲ与自由轮阀Ⅰ构成控制阀组，控制轮边马达Ⅰ，开关阀Ⅳ与自由轮阀Ⅱ构成控制阀组，控制轮边马达Ⅱ，开关阀Ⅲ、开关阀Ⅳ为电控先导阀，当开关阀Ⅲ、开关阀Ⅳ得电时，柱塞泵控制口产生的液压力使得自由轮阀Ⅰ或自由轮阀Ⅱ在工作位，使得柱塞泵的A、B口和各组轮边马达的C、D口接通，系统处于工作状态；当开关阀Ⅲ、开关阀Ⅳ不得电时，各组轮边马达的C、D口卸油，系统处于自由轮状态。自由轮阀Ⅰ或自由轮阀Ⅱ为特殊设计阀
块，自由轮位与工作位之间有阻尼缓冲位，可保证从自由轮位到工作位或从工作到自由轮位切换时为线性平滑过渡，保证整车运行平稳、安全。上述结构中，Ⅱ位轮对与Ⅲ位轮对，各安装一组轮边马达，各有一套控制阀组，当车辆不启动时、开关阀（7.3、7.4）不得电，两组轮对均为自由轮对，可被牵引运行；当车辆正常启动时、开关阀Ⅲ、开关阀Ⅳ得电，两组轮对均为工作轮对，可正常运行；当Ⅱ位轮对与Ⅲ位轮对中有一出现故障时，可单独切断开关阀Ⅲ或开关阀Ⅳ电
信号，使其控制的轮对为自由轮对，另外一组为工作轮对，保证车辆正常运行。
[0042] 开关阀Ⅱ为排量控制电磁阀，当车辆以低速大扭矩启动后，可控制开关阀Ⅱ得电，柱塞泵控制口压力使得轮边马达Ⅰ、轮边马达Ⅱ平滑切换为半排量模式，该马达是一种专为行走机械设计的径向柱塞双速马达，它启动扭矩大，在机车低速时能够输出较大扭矩；而在机车需要低扭矩高速运行时，能够通过操作阀将液压流体仅送至马达柱塞的一般行程中，而另一般行程中则使液压流体连续循环流动，该“减小排量”的模式减少了高速时所需的流量，降低了成本，提到了效率，提高了整车最高车速。开关阀Ⅰ为制动控制电磁阀，开关阀Ⅰ不得电，Ⅰ位轮对、Ⅳ位轮对上安装的常闭式盘式制动器通过弹簧力使得车辆处于制动状态，即停机自动驻车制动；当车辆需要运行时，开关阀Ⅰ得电，柱塞泵控制口压力使得Ⅰ位轮对、Ⅳ位轮对上安装的常闭式盘式制动器处于缓解状态，整车可自由运行，控制开关阀Ⅰ不得电并配合
液压泵排量控制即可完成行车制动。应急电动泵压力口与开关阀Ⅰ进油口联接，保证柱塞泵出现故障时，通过
应急泵产生的压力油，使得盘式制动器缓解，保证车辆拖行要求。
[0043] 如图16所示，整车开式液压系统主要为双联泵57、驱动散热器总成10马达转动，完成各系统散热需求。双联泵驱动作业平台各油缸，完成平台外伸、翻转等动作，其中同组外伸油缸上均装有同步马达60，翻转油缸上均装有分流器，保证同组各油缸伸缩的同步性。
[0044] 如图4所示，侧梁是由上侧梁35和下侧梁36构成的可拆卸结构，上侧梁和下侧梁之间通过两根紧固销37和一根定位中心销38连接，四个导向轮装配安装在上侧梁上，两个稳定轮装配安装在下侧梁上，通过将两根紧固销卸下，松开一定量定位中心销的方式对下侧梁旋转，可在PC梁上进行作业车的吊装，不必拆卸稳定轮，上、下侧梁上还装有侧梯。
[0045] 如图7所示，车体支撑装置14是由下弹簧座14.1、外弹簧14.2、内弹簧14.3、上弹簧座、螺钉14.4、拉杆螺栓14.5、磨合板14.6、固定板14.7及压板14.8组成，磨合板通过螺钉与侧梁固定，下弹簧座与磨合板之间采用平面摩擦结构，并涂覆润滑脂层，便于转向架的转向。二系钢圆簧通过9枚M12的螺钉安装在构架上部两侧，再通过4个拉杆螺栓及外径为Ф180mm的铁路机车用标准钢圆簧与侧梁连接，实现了作业车在运行过程中的减震，二系钢圆簧也是作业车车体的支承装置，其垂向静挠度为40mm。
[0046] 如图8所示，Ⅰ位轮对、Ⅱ位轮对、Ⅲ位轮对、Ⅳ位轮对中的走行轮39为充氮气的橡胶钢丝轮胎，起一系减震作用，安装在工程车轮40上，轮边马达Ⅰ20和轮边马达Ⅱ21一端安装在工程车轮内的轮毂上，通过轮毂传递力矩，另一端与安装座41连接，安装座通过10个M20×50（10.9）的细牙紧固螺栓安装在马达支架19上，走行轮胎选用米其林生产的型号为345/85 R16XPMA TL
充气轮胎，其主要参数如下：直径为1006mm，标准内压为880kPa；
马达选用形式为单排量内部制动的马达，安装简单方便、安全可靠；车轮采用工程车车轮总成，其中轮辋规格为：16×9.5V；由于马达与走行轮胎为独立的走行装置，故走行轮胎拆装比较方便，同样拆装马达只需将一侧的马达安装座螺栓松开就可以轻松地拆卸。
[0047] 如图9所示，导向轮是使作业车过弯道时顺路转向，稳定轮是在作业车转向时防止车辆倾覆。导向轮装配22、稳定轮装配23均包含与上侧梁固定的安装支架42、实芯橡胶轮胎43、轮辋44、拉杆45、轴46、轴承座47、轴承48、弹簧49及弹簧座50，实芯橡胶轮胎、轮辋通过螺栓与轮毂联接并支承在轴承及轴承座上，轴端部通过拉杆、弹簧、弹簧座与安装支架联接，弹簧的压缩量大于作业车过弯道时的最大伸长量。每个转向架上的导向轮与稳定轮通过外径为91mm的弹簧施加的预紧力使其时刻紧贴PC梁侧面，并设置弹簧的压缩量大于作业车过弯道时的最大伸长量，因而车辆在平直道与弯道上运行时，导向轮和稳定轮始终不离开PC梁面，使车辆运行安全、平稳。
[0048] 两根端梁16中间对称安装救援轮51，救援轮采用双侧具有接触式橡胶油封的单列深沟球轴承，轴承内填充锂基润滑脂。规格为φ250×300mm，当出现走行轮爆胎时，该转向架上安装的两个救援轮立即支撑在PC梁上，支撑起整个车辆，便于救援牵引。救援轮处于经常不使用状态，为了保证事故时能正常使用，救援轮采用双侧具有接触式橡胶油封的单列深沟球轴承，轴承内填充锂基润滑脂，该润滑脂具有防锈性，适用运行
温度为-35℃～+110℃，永久润滑，无需保养。
[0049] 如图13、14所示，车厢采用整体式结构车厢，包含车厢骨架53、外蒙板54、车厢内饰55、地板56，车厢骨架采用由承载式底架和型钢骨架组成的笼状设计，有足够的刚度和强度来承载作业人员，为满足整车牵引要求，利用计算机的大型FEM分析
软件对车厢钢结构进行细致分析，在等强度原则下，使得机械的材料性能得到充分的利用，强度富裕处通过降低板厚、改进结构等手段，使得整车在适用强度范围内，各个工况下车厢各处均处于较为相当一致的
应力水平。通过板厚、改变结构、断面的调整等来降低整车质量，对底架进行FEM分析，确定了
应力分布，在不改变其分布的前提下，在各种吊座、横梁、纵梁等支撑部位开设减重孔，利用去除材料的方法，使得整车质量得到大幅度降低，自重较轻。车厢骨架内喷涂阻尼浆、填充阻燃材料；外蒙皮采用0.8mm～1.5mm钢板张拉蒙铺；车厢内饰采用玻璃钢内饰；地板采用artboard三明治结构复合地板，隔音、阻燃、轻量化，100%低地板结构设计，释放了车厢空间。
