CN100581891C - 线性导向转向架 - Google Patents

Abstract

本发明所涉及的线性导向转向架装置是由以下部分构成：摇枕组成：摇枕有两端，摇枕沿横向布置，与纵向垂直，在两轴之间；车体与线性导向转向架连接装置；若干导框：导框与轴承相连，轴承安装在轮对的一端，一导框至少与沿纵向同一平面内的其它导框可移动地连接在一起；车体导向装置：一轮对的支点与摇枕形成梯形，而另一轴的支点与摇枕形成平行四边形，导框可转动地连接在一起，使得作用于一根轴上的横向力可以由另一轴来支承。车体的质量犹如具有回复的钟摆一样，无论转向架哪一端向前，均可导向轨道中心线。

Description

线性导向转向架

这是临时专利申请No.60/468281(2003年5月6日)的非临时申请。

技术领域

本发明涉及铁道车辆转向架，特别是可导向转向架。

背景技术

通常铁道车辆所用车轮为锥形踏面，相对车辆，越向外车轮直径越小。另外，车轮最内侧的轮缘部分的直径较踏面部分最大的直径要大得多，且位于车轴和轴承之上，车轴(总称“轮对”)的轮缘之间的横向跨距比钢轨内侧距要小一些。

现有技术中传统的铁道车辆转向架，车轴相对转向架是固定的，典型的铁道车辆两端附近各设有一个转向架。车体上向下的直径14或16英寸的圆柱体(上心盘，译者注)安装于转向架的盘内(下心盘，译者注)。这种典型的车体与转向架上下心盘连接，允许转向架相对车体有一定量的转动。实际上，由于车体的巨大重量，上下心盘连上面产生的摩擦力意味转向架转动的阻力将很大。上下心盘连上面产生的摩擦力使车辆行驶中转向架保持在任何位置。

然而，轮轨间的导向力足以克服上述摩擦阻力。导向力使得转向架转向车辆前进方向。当转向架接近前进方向时，导向力将减小至上下心盘摩擦阻力之下。当上下心盘摩擦阻力大于导向力，摩擦力又将使转向架保持在某一位置，直到导向力重新变大。这一连续的诱导能量过程使转向架从不真正与轨道保持一致，这一连续的诱导能量过程还导致车辆在直线或曲线上行驶时，产生滚动阻力和磨耗。

转向架相对心盘转动沿钢轨留下了正弦曲线轨迹。随速度提高，这一现象更加明显，当速度更高时，这一运动变得无法接受。这一现象被称为“蛇行运动”。蛇行运动始于低速，能导致无法接受的横向轮轨力、加速度、频率，除非得到约束。蛇行运动将滚动能量转化为不想要的横向能量，横行能量将导致滚动阻力、载荷、车辆损害以及轮轨磨耗。

当一装用现有技术的转向架进入曲线时，钢轨相对车轮移动。一侧的车轮的半径增大，而另一侧的半径减小。不同的半径导致不同的周长。不同的周长使得同一转动，车轮一侧较另一侧前进得更多，使得车轮和车轴进入曲线。实际上，长的周长和短的周长分别对应于外轨和内轨。

单轮在曲线上的运行趋势是假定其“点”处于曲线中心。单轮对按径向方式运动。对现有技术的两轮对固定车轴转向架，车轴的运动不能假定是相互独立的，转向架作为一个整体被迫绕转向架中心转动。这样给轮对和转向架造成了大的作用力，增加了转向架部件的磨耗，增大了滚动摩擦力，增加了能源消耗，因为必须付出额外的能量以保持铁道车辆前进。另外，轮轨间大的作用力也导致钢轨和车轮的磨耗。

一种典型的现有技术转向架包括两个纵向(钢轨延伸方向)的侧架，以及一个横向布置的摇枕，摇枕与两侧架相连(三大件转向架)。轮对的车轴布置在摇枕的前后，轴端相对侧架固定。

虽然名义上转向架是刚性组成，但在充分装载情况下(如在曲线上)，转向架可能变形。典型的变形方式如，通过曲线时作用于车轮的力推动车轴偏向，使侧架、摇枕、轮对相对变形，形成平行四边形。这种平行四边形变形普遍被认为是铁道车辆低速通过曲线脱轨的原因，而刚性构架转向架则不会出现这种现象。

因此，使转向架更加刚性、将转向架与车体紧密地联系在一起，以消除蛇行运动，与让转向架可转动和或可变形以便使转向架或轴在曲线上可以摇头或导向是矛盾的，使得三大件转向架的设计陷入一个僵局，三大件转向架的交叉支撑有一定帮助，但对于车轮寿命及轨道载荷来说，其效果仍不令人满意。

迄今在制造直线和曲线通过均有效率的转向架这一方面有了很多探索，其中包括侧架和或摇枕增加弹性或回弹单元、轴和侧架增加阻尼装置如减振器、各种形式的交叉拉杆及类似结构。这样现有技术构造使得转向架结构更昂贵、更重和或过于复杂，以致容易出现故障或需要大量的维护和部件的更换。

美国专利NO.5249530就说明了这样一个探索。‘530’专利介绍了一种导向装置，它可以高速精确地反应单轨竖曲线的变化，转向架从而转向，犹如已经探测到一横向曲线。车体将继续沿原方向运行，从而产生很大的横向力，提升内轮离开钢轨。单轨竖曲线的交替和重复被美国铁道协会引用为轨道扭曲的标准。

为解决此问题，美国专利NO.5666885提出了一种主动横向悬挂和导向组合系统。‘885’专利中，横向悬挂运动根据横向加速度延缓和增加导向。‘885’专利有一种激励机构以适宜转向，但‘885’专利的横向悬挂导向容易导致高摩擦力，没有显示出导向与横向悬挂组合的效果。

另一个直线和曲线通过均有效率的转向架实例如美国专利NO.5918546所示。‘546’发明整合了低摩擦横向悬挂导向，根据横向加速度延缓或增加导向。虽然该机制提供了这一概念，但对于实际应用来说太复杂。

发明内容

本发明克服了传统技术和现有解决方案的局限性。考虑到现有技术已知铁道货车转向架前述固有缺陷，本发明提供了一种新型的铁道货车转向架结构。

本发明的根本目的在于，其后将更详细地介绍，提供一种新型可导向铁道转向架，它具备了迄今为止现有技术的很多优点以及许多新颖的特性，使之成为新型可导向转向架，现有技术的铁路转向架设备没有单独和组合在一起，对此提出期望、明显提及、建议或甚至暗示。

为此，本发明提出的转向架可以以恰当的方式通过曲线，同时在直线段保持稳定，基本上没有蛇行运动和振动。本发明通过导向机构产生刚度，将轮对保持与直线和曲线轨道一致，消除与蛇行运动和振动相关的摩擦力。本发明利用低摩擦系数的旁承支承车体，侧架悬挂连接轮对，与车体导向部件组合，达到了纯滚动。本发明在欠超高、平衡、过超高横向曲线上、单个垂向曲线以及横向不平顺上，增加刚度以提供导向时限制摩擦力的大小，因此达到纯滚动。另外，本发明的导向机构在出现轨道不平顺时恒定地调节轮对的冲角，因而完全消除了蛇行运动。

本发明的更多的重要特性被广泛地描述，所以其后的推荐实施例的详细描述可以更好地理解，对技术的贡献可以更好地领会。此后对推荐实施例的详细描述中，本发明的其它特性会被论及，从而形成后面权利要求的主要内容。

所以，在详细解释本发明至少一个实施例之前，应当明白本发明并不仅限制其应用于后面描述或附图说明的构造细节及部件布置。本发明还可以适用于其它实施例，可以以多种途径进行应用。另外，还需明白这里所用的名词和术语是以描述为目的，不应被认为限制。

同样，本领域的技术人员会认识到，本介绍所依据概念可以很容易地被利用，作为其它结构、方法及实施本发明几个目的的系统的基础。因此，权利要求被认为包括其它同类结构是重要的，只要这些结构不背离本发明的精神和范围。

此外，前述介绍的目的是使美国专利和商标办公室及一般公众，特别是科学家、工程师和那些对专利或法律名词术语不熟悉的本领域从业人员，通过粗略的浏览，可以很快明确本申请的技术概要的实质和特性。摘要既不打算定义权利要求涉及的发明申请，也不打算以任何方式限制本发明的范围。

这些及其它本发明的目标，以及表征本发明的多种新特性，在其后的权利要求中被特别地指出，并形成本介绍的一部分。为了更好的理解本发明及其优点、特殊用途，在本发明的推荐实施例的附图及描述中将给以说明。

因此，本发明的一个目的在于提供一种转向架，其结构使得轮对在曲线上可以自然地径向运动，使得运行更高效，滚动损害更少。

本发明的另一个目的在于提供一种转向架，其结构使得直线行驶时，可减少蛇行运动的趋势，从而减少与蛇行相关的损害和滚动低效，增加了速度提高的能力。

本发明的一个目的在于提供一种转向架，具备简化和高效结构的特征。

本发明的一个目的在于提供一种转向架，通过应用轮轨间纯滚动概念达到提高生产力的目的。

本发明的一个目的是仅在滚动方向消耗能量，而能量不在横向或纵向转化或传递。

本发明的一个目的是通过控制轮轨间冲角而达到实质上的纯滚动。

因而本发明的另一个目的是控制轮轨间冲角，而在欠超高、理论超高、过超高的曲线上及横向不平顺情况下达到实质上的纯滚动。

本发明还有一个目的是通过导向机构产生刚度，保持轮对沿直线和曲线轨道运行。

本发明还有一个目的是消除与蛇行或振动相关的摩擦。

本发明这些及其它目的将在其说明书、权利要求及附图中明确。

附图说明

本领域的技术人员在理解了以下推荐实施例的附图及详细描述后，可以很容易领会本发明的前述及其它目的。

图1是线性导向转向架装置10的上侧视图。

图2是线性导向转向架装置10推荐实施例的分解上侧视图。

图3是装置10的侧视图。

图4A是直线运行时轮对方位和转动轴点相对轨道及侧架的示意图。

图4B是曲线运行时轮对方位和转动轴点相对轨道及侧架的示意图。

图4C是曲线运行时导向部件运动的示意图。

图5A是摇枕20和旁承32上透视图。

图5B是旁承32分解透视图。

图6A是承载鞍50相对导框26定位的示意图。

图6B是承载鞍50分解透视图。

图7是平衡侧架悬挂60a的示意图及在机罩62中平衡侧架悬挂部件的一半的分解透视图。

图8是装置10的滚动通用关节外形的分解透视图。

图9是装置10的导向部件90(包括反作用横向导向部件91和齿轮齿条导向部件92)外形的分解透视图。

图10是反作用横向导向部件91的外形的分解透视图。

图11是精确导向装置10的导向部件90的转动轴的几何示意图。

图12是制动梁190布置的示意图。

具体实施方式

虽然本发明可以很容易有多种不同的实施例，但其后附图及详细说明的是一个推荐实施例，其部件已指定了编号，应当明白的是本介绍应视为本发明原理的例子，而不应是所说明的推荐实施例对权利要求的限制。

图1是推荐实施例装置10的上侧视图。图2是线性导向转向架装置10推荐实施例的分解上侧视图。图3是装置10沿轨道11的侧视图。

如图4A所示，当装置10沿轨道11直线运行时，在其运行方向有一纵向延伸的轴线18。另外，线性导向转向架装置10有一横向轴线19与纵向轴线18垂直。图4A中与横向轴线19平行的是第一横向延伸的轴14和第二横向延伸的轴16。轮13a和轮15a附于轴14，构成如图1的轮对21。同样，图1中另一轮对25由轮13b和15b及其依附的轴16构成。通过纵向轴线18在轴14和轴16的中点17，沿横向轴线19布置并平行于轴14和轴16的是摇枕20，摇枕20没有在图4A中给出。图2中摇枕20与轮对的定位是一个铁道车辆转向架设计的普遍形式。现有技术一般来说，摇枕20与轮对相连，车体通过传统的上下心盘装置与摇枕相连。然而，推荐实施例没有采用传统的方式。取而代之，如图1所示，图5A和5B将要详细讨论，推荐实施例用旁承32、34连接摇枕20和车体12，从而将装置10连接到车体12。

如图2所示，摇枕组成20有两个端部，端部22和端部24。摇枕端部22和24分别和平衡侧架悬挂60a、60b相连。平衡侧架悬挂60a、60b通过柱销63a、63b分别与摇枕端部22、24相连，如图5A所示，其后将详细讨论。这一连接使得平衡侧架悬挂60a、60b可以旋转，并承载几乎相同的载荷。如图2所示，一个平衡侧架悬挂60a支持一对导框26、27，如图4A所示，导框26、27位于同一平面内，且与如图4A所示的纵轴18平行，另一个平衡侧架悬挂60b则支持一对导框28、29，导框28、29位于与纵轴18平行的同一平面内。

如图2所示，其后将在图6A和6B中详细讨论，各导框26、27、28、29分别通过一个放置在轴承30上的一个承载鞍50，与对应的轴承30相连。轴承30安装在轴14、16的端部，可以转动。这种结构使得轮对21、25与装置10及车体12相连，车体12没有显示在图中。如图2所示，其后将在图9中更详细地讨论，在推荐实施例中，每一导框26、27、28、29通过导向部件90和平衡侧架悬挂60a、60b，与另一导框26、27、28、29可移动连上。导向部件90也以推荐方式为车体提供导向。

图5A和5B描述了装置10和车体12连接的推荐方式。如图5A所示，车体12以虚线表示，通过将车体12放置在摇枕上的旁承32、34，与装置10连接。如图5A所示，旁承32、34设置在距摇枕端部22、24很近的地方。图5B是旁承34的分解透视图，如图5B所示，推荐的旁承34包括三个锥形滚子35、36、37，滚子位于平板31和33间。平板31推荐成为摇枕20的一部分，如图5A所示。平板31要么可放置在摇枕20上，要么通过传统的方式，如螺栓连接，安装在摇枕20上。虽然推荐实施例中使用旁承32、34，但当应用传统车体连接时，装置10的导向机制仍然同样起作用。

如图5A，在推荐实施例中，滚子35、36、37分别具有一个互联齿条35a、36a、37a。如图5A所示，齿条35a、36a、37a与齿条31a、33a互锁，因而调节平板31和平板33间的滚子35、36、37，防止不需要的摩擦。另外，启用了一个间隔装置(未显示)来避免滚子35、36、37相互连上，从而消除附带的摩擦点。

当车体12置于旁承32、34上时，如图5A所示，车体的上心盘(未显示)插入摇枕20的通孔42中，以便车体与线性导向转向架对中。通孔42传递纵向和横向载荷，旁承32、34则承载车体12的垂向载荷。与前面讨论的传统车体连接方式相比，旁承32、34的应用是一种轻量化设计，通过消除转向阻力和磨损、给车体12以导向连接，从而减小摩擦。此外，以靠近摇枕端部的旁承32、34来支承车体12，这种推荐结构独特地通过整个摇枕10平均地分配车体载荷。虽然可以用其它类似的高强度材料，但在推荐实施例中，旁承32、34，摇枕20及导框26、27、28、29是由高强度的铸铁制造。推荐实施例中的锥形滚子提供了理想的径向滚动，摩擦很少几乎没有。

如图2所示，轴承30安装在轮对21、25的车轴14、16的两端。轴承30可以是传统的铁道轴承结构，如柱体轴承。如图2、6A、6B所示，承载鞍50置于轴承30之上，每一导框26、27、28、29则置于对应的承载鞍50上，这样，装置10就与轮对21、25连接在一起。

如图6A所示，承载鞍50推荐由外槽52、球形轴承组成56以及内槽58构成，外槽52装配有弹簧43、44、45、47(图5A、5B没有显示)。外槽52具有球形连接面，使得导框26对于轴承30的旋转中心可以垂向对中，如图6A所示。如图6A所示，导框26有一导框凸台54，推荐采用标准凸台界面，使得导框26与承载鞍50可以移动连上。承载鞍50推荐成型能接纳导框凸台54。承载鞍50推荐做成锥形，形成一凹槽以接纳导框凸台。这种连接使得承载鞍50在纵向和横向均在导框26中。凸台和凹槽锥形的间隙允许承载鞍50相对导框在横向、垂向及导向运动时摇头和侧滚。

外槽52使得垂向载荷从导框26传至轴承30。内槽58与轴承30连上面是球形，这样允许导框26对于轮对21可以转动连上。如图6B所示，承载鞍50的分解透视图，上隔离51、下隔离53、保持架55、若干球形滚子57以及装配扣件59组成了图6B的球形轴承组成56。扣件59推荐采用a1/4英寸的螺栓和螺母，虽然其它扣件也可以采用。保持架55和球形滚子57置于上隔离51和下隔离53之间，装配扣件59将上隔离51和下隔离53连接在一起。一旦给承载鞍加载，保持架55和球形滚子57就被密封起来避免污染。球形轴承组成56置于球形滚子57中央之上，保持球形滚子57在各自位置。球形轴承组成56位于外槽52和内槽58之间，四组弹性组成43、44、45、47将外槽52与内槽58连接。推荐的弹性组成43、44、45、47仅对承载鞍50的组成是必要的，运行时允许旋转。

这一推荐的承载鞍50组成在保持承载鞍50组成整体性的情况下，允许轮对21、25和导框26、27、28、29摇头和侧滚的自由度。球形的承载鞍50可以被加工以适应于任何标准轴承。这样，装置10在允许轮对21、25摇头和侧滚自由度的情况下，吸收横向和纵向的载荷。另外，承载鞍50在任何工况下都给轴承30一个法向力，消除了作用于轴承30的力矩，因此延长了轴承30的使用寿命。

内槽58和外槽52宜采用高强度铸铁制造，虽然类似的高强度材料也可采用。保持架55推荐采用钢制。上隔离51和下隔离53推荐采用高分子、高温的聚乙烯。上隔离51和下隔离53采用塑料材料，将使车体的重量弹性地压缩塑料构件，从而形成对球形滚子57密封，将球形滚子57与外界隔绝开。在推荐实施例中，有22个直径1.5英寸钢球，虽然也可采用直径足够大的任意多的球形滚子承受垂向载荷。

另外，每一导框26、27、28、29置于横向轴14和16的端部，每一导框26、27、28、29还和另一导框26、27、28、29可移动地连接，如图1所示。每一导框26、27、28、29与位于平行于纵向轴18的同一平面内的另一导框26、27、28、29可移动地连接，如图4A所示。如图2所示，每一导框26、27、28、29推荐通过平衡侧架悬挂60a、60b及导向部件(见图9)，和另一导框26、27、28、29可移动地连接。

在推荐实施例中，如图7所示，一个平衡侧架悬挂60a具有一机罩62。机罩62位于平板65和平板67形成的凹槽61中，凹槽61则靠近摇枕20的端部22、24，如图5A所示。平板65和平板67分别开有孔71和孔73。如图7所示，机罩设有孔156，而孔156与孔71及孔73共线，这样形成一个孔。这样的布置使得柱销63a、63b能安装在上述孔中，如图5A所示，从而将机罩62和平衡侧架悬挂60a连接到摇枕20上，如图1和图7，机罩62的一半被切开，其中的零部件分解展开，以便更好地说明。为了方便起见，仅讨论构成平衡侧架悬挂60a、与机罩62的相关的零部件的一半。本领域的技术人员可以明白，另一半的构成平衡侧架悬挂60a、与机罩62的相关的零部件是几乎一样的。

如图7所示，机罩62的一半推荐包括一个后悬挂连接64、弹性单元66、粘性阻尼器68以及一个弹簧和阻尼器连接70。平衡侧架悬挂60a的一半还有非线性的力平衡器72以及一个通用滚动关节74。后悬挂连接64推荐与机罩62铸造在一起，并且设有一孔78，与孔156、孔71、孔73(没有显示在图7中)形成的孔垂直，并与孔156相通。弹性单元66的一端76与后悬挂连接64相邻，这样连接64将弹性单元66定位。粘性阻尼器68推荐置于弹性单元66内。粘性阻尼器68有一柱状固定器150，通过孔78进入孔156中。柱状固定器150有一孔152，与孔156、孔71和孔73形成的孔共线。如前所述，图5A中的柱销63a和63b，可以置于孔156、孔71、孔73和孔152形成的孔，从而连接摇枕20和平衡侧架悬挂60a及相关零部件，如图1所示。

粘性阻尼器68推荐采用可调的液压阻尼器。粘性阻尼器68，图7分解的一部分，设有一检查阀154，推荐设一流量控制机关，以便根据运行要求进行调节。检查阀154推荐为延伸外面的流量控制孔的螺丝钉，螺丝钉通过粘性阻尼器68的活塞155进入粘性阻尼器68内部的圆柱体部分。可以根据车体重量和装载、速度要求、线路条件以及重心，改变流量控制孔的尺寸适应运行要求。

粘性阻尼器68的活塞臂153有一孔79。活塞臂153置于弹簧和阻尼器连接70的孔77处。阻尼器连接70与弹性单元66的第二端75相连。阻尼器连接70设有平板160和平板162，其上各有一孔164和孔166。活塞臂153的孔79与孔164、孔166共线，形成一孔。非线性的力平衡器72的第一端82设有一对孔146、147，并与孔79与孔164、孔166形成的孔共线。一柱销81通过孔79、孔164、孔166、孔146及孔147形成的孔，这样可移动地连接粘性阻尼器68、非线性的力平衡器72、弹簧和阻尼器连接70及其相关零部件。

图8中将会更详细地显示，非线性力平衡器72的第二端83推荐设有圆形锯齿面830a，以便与相对的通用滚动关节74的圆形锯齿面830b可移动地连接，这样使非线性的力平衡器72与通用滚动关节74互锁，并允许滚动。通用滚动关节74的第二端85宜设有圆形锯齿面850a与相对的导框26圆形锯齿面850b可移动地连接，这样通用滚动关节74与导框26互锁，并允许滚动。

如图7所示，非线性力平衡器72设有一孔170与机罩62的孔172共线形成一孔。一柱销174通过此孔，将非线性的力平衡器72和机罩62可转动地连接起来。平衡侧架悬挂60a的这一结构使作用于与导框26、27连接的轮13a、13b的载荷得以充分平衡，此外，也使轮13a、13b、15a、15b及导框26、27、28、29经受的垂向冲击能量得到吸收，如图1所示。

在如图8所示的推荐实施例中，通用滚动关节74由一顶部86、底部87、中部88和弹性组成89构成。中部88设有一齿轮面880a，与顶部86对应的齿轮面880b形成一互锁连接。另外，中部88设有一齿轮面870a，与底部87对应的齿轮面870b形成一互锁连接。这种互锁连接允许通用滚动关节74的横向运动。弹性组成89推荐采用弹簧，将顶部86和底部87连接在一起。如图8所示，顶部86与非线性的力平衡器72的第二端83的圆形互锁连接，及通用滚动关节74的第二端85与导框26对应的圆形锯齿面850a形成的圆形互锁连接，使得通用滚动关节74允许纵向运动。在推荐实施例中，机罩62、后悬挂连接64、弹簧和阻尼器连接70、非线性的力平衡器72、通用滚动关节74推荐采用高强度铸钢制造，虽然其它类似的高强度材料也可采用。

如图4C所示，完成车体导向的推荐方式是采用一对导向部件90a、90b。图9更详细地描述了导向部件90。为了方便讨论，仅导向部件90将被论及。导向部件90推荐设如图2所示的一反作用横向悬挂导向部件91及齿轮齿条导向部件92。如图9所示，齿轮齿条导向部件92由一齿轮盘94、小齿轮96、惰轮98及若干齿条100、101、102组成，齿轮盘94推荐与摇枕20一体。惰轮98绕小齿轮96的凹槽106滑动。惰轮98与小齿轮96结合，置于齿轮盘94上，其中，惰轮98置于凹槽104中。这一结构使得惰轮98可以自由地绕凹槽106转动。惰轮98的孔隙980提供了相对小齿轮96的凹槽106运动的自由度。

如图2和图9所示，齿条100连接于齿轮盘94处，齿条101连接于小齿轮96处，齿条102连接于惰轮98处。齿条100、101、102分别连接于齿轮盘94、小齿轮96、惰轮98的齿200、201、202处，而运行齿间隙是通过给齿200、201、202间一滚动面形成的。在推荐实施例中，齿轮盘94、小齿轮96、惰轮98及齿条100、101、102推荐采用高强度铸钢制造，虽然其它类似的高强度材料也可采用。

如图4C和图9所示，一导向部件90可旋转地连接于一对导框26、27，当导框26旋转连上在小齿轮96上的齿条101时，将允许绕第一导框连上点110a、110b转动；当导框27旋转连上在齿轮盘94上的齿条100及在惰轮上的齿条102时，允许绕第二导框连上点111a、111b和第三导框连上点112a、112b转动。当一个小齿轮96的球形滚子97通过摇枕20的开口，连上到旁承32的平板33的接纳孔180时，导向部件90转动连上到装置10。

如图4B所示，当轨道11从车体12(未显示)下转向时，由于车轮13b、15b和车轮13a、15a的圆锥形，轮对25和21自然摇头。同时，各导向部件90a、90b在转向的方向移动，从而精确地导向轴14、16。如图4C所示，小齿轮96a可以旋转及平移穿过摇枕20。小齿轮96a的旋转通过齿条110a拉导框26和轮13a至其控制的进曲线导向。小齿轮96a的旋转也使小齿轮96a相对摇枕20平移。这种平移拉动和摇动摇枕20。摇枕20连上齿轮盘94和齿条100a，拉动导框27和轮13b至其控制的进曲线导向。小齿轮96b也在与小齿轮96a相反的方向旋转和平移。这样，小齿轮96b的旋转推齿条110b、导框28和轮15a至其控制的进曲线导向。小齿轮96b的旋转也使小齿轮96b相对摇枕20平移。这种平移推动和摇动摇枕20。通过齿轮盘94和齿条100b，摇枕20的连上推动导框29和轮15b至其控制的进曲线导向。这样，进入曲线时，在一侧导框26、27及对应的轮13a、13b有被拉在一起的效果，其方向由箭头A和A’表示；而导框28、29及对应的轮15a、15b有被推开的效果，其方向由箭头B和B’表示。然而，如同将要看到的那样，虽然各导向部件90a、90b是刚性的，因而延缓了导框26、27、28、29的移动量，但各导向部件90a、90b可以使装置10到达纯滚动，同时减少摩擦的产生。

如同将要看到的那样，车体质量中心位置沿小齿轮96a和小齿轮96b。相对于轨道11，轮对21和25比小齿轮96a和小齿轮96b更高。因为导框26、27、28、29在这些点连接，并可以摇动，导框的作用如同钟摆一样，用车体12质量的力作用于装置10，使之在轨道11上恢复并对中。这样，导向部件90a、90b的反作用横向悬挂导向部件91a、91b，利用这一钟摆效应的恢复力，总是充分作用于装置10，使之对中。如图11所示，轴14的几何点与摇枕20上的点111a、111b形成梯形，而轴16的几何点与摇枕20上的点110a、110b形成平行四边形。反作用横向悬挂导向部件91a、91b与导框26、27、28、29可转动地连接，这样作用于轴14的横向力可以由轴16来支承。这样，这个梯形一旦摇头偏向一边，装置10的轴14将导向轨道中心，不管装置10哪一端向前。

图10是反作用横向悬挂导向部件91的分解透视图，可以更详细地描述。反作用横向悬挂导向部件91设有一个选择器罩120。推荐采用一柱销130连接选择器罩120和摇枕20。柱销130推荐置于选择器罩的孔143和摇枕的一个孔中(未显示)。如图10所示，选择器罩120有一对选择器121、122与之相连，选择器121、122有相对的齿面123、126，确保选择器121、122在选择器罩120中转动。选择器是通过柱销140、141，连接选择器孔137、138与选择器罩孔142a、142b。反作用横向悬挂导向部件91还有一对支架124、125，它们是通过置于选择器孔133、134上的球铰131、132，与选择器121、122可移动地连接。反作用横向悬挂导向部件91的支架124、125设有一对球铰127、129，它们可移动地与支架124、125相连，推荐用球铰和帽螺丝连接至导框26、27的轮对支承128上，如图3所示。在本推荐实施例中，轮对支承128位于小齿轮96之上。如前所述，小齿轮96代表了车体质量中心，在导框26、27、28、29间作用如钟摆。选择器121、122的底部贴在选择器罩120背部，互锁住轮对21、25，限制其横向运动，从而给装置10以刚度。

如上所述，反作用横向悬挂导向部件91a、90b将导框26、27、28、29当成摇动的悬臂，使摇枕20象钟摆一样作用，这样使得车体质量在轮对21、25间对中。车体导向利用导框26、27、28、29检测、校正过超高曲线、欠超高曲线，如单轨垂向曲线，以及与蛇行相关的轮对横向加速度。轮对21、25与摇枕20间的连接，使得轮对21、25适应欠超高曲线。推荐实施例中，选择器罩120、选择器121、122、支架124、125推荐采用高强度铸钢制造，虽然其它类似的高强度材料也可采用。

支架124、125还设有安放制动梁190的制动梁滑槽144、145。制动梁滑槽145是一种推荐的形式，使得制动时整个闸瓦贴在车轮上。如图12所示，制动梁190滑入制动梁滑槽145。这种定位使得行驶中未连上的闸瓦192可以绕球形关节129、132转动，如图12所示。这样，当制动时，闸瓦192沿制动梁滑槽145向上滑，并绕球形关节129、132转动，以便整个闸瓦192贴在车轮(未显示)上。这样，闸瓦托相对车轮保持一固定位置，因而延长了闸瓦寿命。

这里介绍的装置已被证实可减少能源消耗。已用一载重100t的漏底车进行了阻力试验。这一试验是根据AAR的“能源纲要”制定的列车阻力测试方法进行的。试验重车体导向转向架在直线上的运行阻力为每车体重(吨)1.0磅(1磅/吨)，在曲线上，每车体重(吨)、每曲线曲率(度)阻力仅增加0.1磅。轨道变形和道床阻尼产生运行阻力0.8-1.0磅/吨。从运行阻力中减去轨道结构产生的阻力，可以确定车体导向转向架达到了纯滚动的0.2至0.001磅/吨。

车体导向的方法使得轮对适应于直线和所有曲线。导向几何确定在直线和曲线上，轮轨间的平均冲角小于千分之一弧度(0.057度)。通过一12度曲线时，测量导向轮的位移来确定冲角。在直线上导向轮的冲角为0。导向轮进入缓和曲线时，位移理想，在园曲线上冲角为0；导向轮出该缓和曲线回到直线时，冲角回复为0。导向机构调节轴位移及导向力。测试的导向力表明，导向力为沿轨道运行所需的最小力，没有车轮滑行，也就没有踏面擦伤。

如前所述，在推荐实施例中，装置10的很多零部件采用高强度铸铁消失模法工艺，虽然其它类似强度的高强度材料也可采用。消失模法工艺的使用使得零部件可以有理想的传力路线，还使重量最小化。

用这样的材料和工艺制造装置10，使得其重量轻、强度高。与传统的三大件转向架相比，采用高强度铸铁，装置10的重量要轻1000磅/转向架。

虽然本发明结合推荐实施例已经介绍，但应理解本发明并不想仅限于推荐实施例。相反，本发明应覆盖在其原理、范围内的所有替代、改进及等效。

至于本发明的使用方法和实施，前面介绍很明白，无须进一步讨论。

关于前面所描述的，应认识到，本发明部件的优化尺寸关系，包括尺寸、形状、形式、功能、使用方法、装配及使用的变化，对于本领域的技术人员是明白无误的。本发明包含了所有与附图说明及使用说明书介绍的等效关系。

因此，前述内容仅是本发明原理的说明。因为对于本领域的技术人员，很容易做出大量的改进和变化，所以不希望将权利要求局限于前述具体的结构和操作上，相应地，所有适当的改进及等效应在权利要求的范围内。

Claims (20)

1.一装配于铁道车辆车体的线性导向转向架装置，该线性导向转向架装置至少有两根横向延伸的车轴，并且每一车轴是可转动安装到铁道车辆车体，线性导向转向架装置在直线运行时，在其运行方向有一纵向延伸的轴线，并且还有一与纵向轴线垂直的横向延伸的轴线，横向轴线通过纵向轴线的中点，其特征在于：线性导向转向架装置包括：

a.有两端的摇枕组成，摇枕沿横向轴线布置，与纵向轴线垂直，置于横向车轴之间，并平行于所述横向车轴；

b.连接线性导向转向架与所述车体的装置；

c.若干导框，一导框连接于一轴承，所述轴承可旋转安装于横向车轴一端，至少一导框与位于平行于纵轴的同一平面内的另一导框可移动地连上；一承载鞍，所述承载鞍可移动地使所述一导框置于一轴承上；所述承载鞍有一外槽、一弹性组成、一球形轴承组成以及一内槽，所述的外槽有一球面和第一互锁界面，该第一互锁界面与所述一导框一端的第二互锁界面可移动地连上，所述的球形轴承组成有一上隔离、下隔离、一保持架、若干球形滚子以及装配扣件组成，该装配扣件组成连接所述上隔离和下隔离，因而密封所述保持架和所述滚子在上、下隔离之间，所述的球形轴承组成位于所述外槽和内槽之间，所述的弹性组成连接所述外槽和内槽，所述的内槽有与所述轴承接触的一接触面，这一接触面使所述导框可旋转地连上所述轴承，允许摇头和侧滚的自由度，因此对于横向和纵向的载荷，所述导框只有一法向力作用于所述轴承，消除了作用于所述轴承的力矩；

d.一完成所述车体导向的装置，一所述车轴上的几何枢点与所述摇枕形成梯形，另一所述车轴上的几何枢点与所述摇枕形成平行四边形，所以一所述车轴受的横向力由另一所述车轴支承，其中，车体质量作用如具有回复力的钟摆质量一样，当梯形摇头变形后，无论转向架哪一端向前，线性导向转向架装置被导向轨道中心。

2.根据权利要求1所述的线性导向转向架装置，其特征在于：其中所述外槽和内槽是由高强度铸钢制造。

3.根据权利要求2所述的线性导向转向架装置，其特征在于：所述外槽和内槽是由高强度铸钢制造，采用消失模法工艺。

4.根据权利要求1所述的线性导向转向架装置，其特征在于：其中所述上隔离和下隔离是由高分子材料制造。

5.根据权利要求1所述的线性导向转向架装置，其特征在于：其中所述上隔离和下隔离是由高温聚乙烯制造。

6.根据权利要求1所述的线性导向转向架装置，其特征在于：其中所述滚子是由直径1.5英寸的球形滚子组成。

7.根据权利要求1所述的线性导向转向架装置，其特征在于：其中一平衡侧架悬挂可移动地与至少一所述导框连上，在沿纵向的同一平面内与至少另一所述导框可移动地连上；

其中平衡侧架悬挂设有一机罩，

所述机罩包括一个后悬挂连接、一弹性单元、一粘性阻尼器以及一个弹簧和阻尼器连接，所述平衡侧架悬挂还有一非线性的力平衡器以及一个通用滚动关节，其中，所述后悬挂连接固定在所述机罩上，所述弹性单元的第一端在所述后悬挂连接附近，所述弹性单元的第二端在所述弹簧和阻尼器连接附近，所述弹性单元内有空间，将所述粘性阻尼器纳入所述空间中，所述粘性阻尼器的第一端可移动地连接于所述后悬挂连接，所述粘性阻尼器的第二端可移动地连接于所述弹簧和阻尼器连接，所述非线性的力平衡器的第一端可移动地连接于所述弹簧和阻尼器连接，所述非线性的力平衡器的第二端可移动地连接于所述通用滚动关节的第一端，所述通用滚动关节的第二端可移动地连接于一与之相对的所述导框，其中，所述平衡侧架悬挂给连接于所述导框的每一车轮以相同的载荷，并吸收车轮和所述导框所受的垂向冲击载荷。

8.根据权利要求7所述的线性导向转向架装置，其特征在于：所述通用滚动关节包括顶部、底部和中部，以及一弹性单元组成，所述中部可移动地连接于所述顶部和底部之间，所述顶部和底部通过所述弹性单元组成连接在一起，其中，所述中部允许所述通用滚动关节的横向运动，所述顶部和底部允许所述通用滚动关节的纵向运动，其中，所述平衡侧架悬挂的重量使所述通用滚动关节和所述导框在一起，因此，避免了所述通用滚动关节的弯曲作用力和不均匀磨耗。

9.根据权利要求7或8所述的线性导向转向架装置，其特征在于：其中该机罩、后悬挂连接以及所述弹簧和阻尼器连接是由高强度铸钢制造。

10.根据权利要求7所述的线性导向转向架装置，其特征在于：其中该机罩、后悬挂连接以及所述弹簧和阻尼器连接是由高强度铸钢制造，采用消失模法工艺。

11.根据权利要求8所述的线性导向转向架装置，其特征在于：所述连接线性导向转向架与所述车体的装置包括若干旁承，所述旁承设置在靠近所述摇枕的两端，所述旁承在所述摇枕和车体平板间有一滚子，所述车体置于所述旁承上，所述摇枕的布置，使得车体的总重通过所述摇枕均匀地分布。

12.根据权利要求7所述的线性导向转向架装置，其特征在于：所述连接线性导向转向架与所述车体的装置包括若干旁承，所述旁承设置在靠近所述摇枕的两端，所述旁承在所述摇枕和车体平板间有一滚子，所述车体置于所述旁承上，所述摇枕的布置，使得车体的总重通过摇枕均匀地分布。

13.根据权利要求1所述的线性导向转向架装置，其特征在于：其中所述完成车体导向的装置包括两个导向部件，其中每一所述导向部件有一齿条和齿轮导向部件，所述导向部件包括一齿轮盘、一小齿轮、一惰轮、一组齿条，所述齿轮盘有一凹槽，所述小齿轮旋转地连接于所述齿轮盘的所述凹槽处，所述小齿轮有一凹槽，所述惰轮连接于所述小齿轮的所述凹槽处，所述一组齿条中的第一齿条连接于所述齿轮盘，所述一组齿条中第二齿条连接于所述小齿轮，所述一组齿条中第三齿条连接于所述惰轮，第一个导框旋转连上所述小齿轮上的所述第二齿条，第二个导框旋转连上所述齿轮盘上的所述第一齿条及所述惰轮上的所述第三齿条，所述小齿轮旋转地连上车体平板，因此，当轨道在车体下转向时，轮对由于车轮的锥形面摇头，一个车轮的直径变小而另一个变大，因此使得导向部件沿转向方向移动，从而精确地导向每一车轴，当进入曲线时，在一侧拉近一导向部件中的所述第一个导框和第二个导框及对应的轮对，而在另一侧推开另一导向部件中第一个和第二个导框及对应的轮对，所述摇枕在与所述小齿轮穿过所述摇枕平移相反的方向移动，作为响应，在所述一侧的导框和与在所述齿轮盘接触所述摇枕的车轮被拉近，在所述另一侧的导框和与在所述齿轮盘接触所述摇枕的车轮被推开，因此，允许所述惰轮自由地转动，支承所述另一侧的导框。

14.根据权利要求13所述的线性导向转向架装置，其特征在于：其中所述齿轮盘、小齿轮、惰轮和齿条是由高强度铸钢制造。

15.根据权利要求14所述的线性导向转向架装置，其特征在于：其中所述齿轮盘、小齿轮、惰轮、齿条是由高强度铸钢制造，采用消失模法工艺。

16.根据权利要求13所述的线性导向转向架装置，其特征在于：所述导向部件包括一反作用横向悬挂，该反作用横向悬挂有一选择器罩，所述的选择器罩被固定于所述摇枕中，所述选择器罩设有一对选择器，每一所述选择器有相反的齿轮面，使得所述选择器可以在所述选择器罩中旋转，所述反作用横向悬挂还有一对支架，每一所述支架可移动地连接在一个所述选择器上，所述反作用横向悬挂的一所述支架可移动地连接在所述第一个和第二个导框之一的轮对支承上，其中轮对支承位于车体质心之上，这样所述反作用横向悬挂通过将车体导向轨道中心而吸收了很大的能量。

17.根据权利要求16所述的线性导向转向架装置，其特征在于：其中所述选择器罩、选择器和支架是由高强度铸钢制造。

18.根据权利要求17所述的线性导向转向架装置，其特征在于：其中所述选择器罩、选择器和支架是由高强度铸钢制造，采用消失模法工艺。

19.根据权利要求1所述的线性导向转向架装置，其特征在于：还包括一种在制动时保持整个闸瓦贴上车轮的装置，其中，在制动时所述保持整个闸瓦贴上车轮的装置包括一个附于在所述完成车体导向装置中一导向部件的支架，该支架有关节和一制动梁滑槽，该制动梁滑槽能接受一制动梁和一闸瓦，所以，当制动时，所述支架绕该关节的旋转使得该闸瓦保持与车轮的完全接触。

20.一个连接导框和轮对的承载鞍，其特征在于：包括：

a、一个外槽，一个弹性组成，一个球形轴承组成和一个内槽；

b、所述的外槽有一球面和第一互锁界面，以便提供垂向对中，以及与导框的一端的第二互锁界面可移动地连上；

c、所述的球形轴承组成包括一上隔离、下隔离、一保持架、一组球形滚子及至少一个装配扣件组成，至少一个该装配扣件组成连接所述上隔离、下隔离，因此将所述保持架和所述滚子密封于所述上隔离、下隔离之间，与外部环境隔离；

d、所述的球形轴承组成位于所述外槽和内槽之间，至少一个所述的弹性组成连接所述外槽和内槽，因此，在保持承载鞍整体性的同时，允许摇头和侧滚的自由度；

e、所述导框连接一轴承，所述的内槽有与所述轴承接触的一接触面，这一接触面使所述导框可旋转地连上所述轴承，允许摇头和侧滚的自由度，因此对于横向和纵向的载荷，所述导框只有一法向力作用于所述轴承，消除了作用于所述轴承的力矩。

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