CN101098808A - 铁路转向架 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于铁路机车车辆的转向架。具体地，本发明涉及用于此种转向架的悬挂设置，其中框架安装在弹簧悬挂设置上。在一个实施例中，弹簧悬挂设置包括在轮轴(11)的任一侧上的两组弹簧，每组弹簧都包括内弹簧(14)和两个纵向的外弹簧(15、16)。在另一设置中，在轮轴(11)的任一侧上具有两个下部弹簧(14)，而在轮轴上方具有至少一个上部弹簧(21)。上述设置提供了较好的横向和纵向刚度以及剪切特性，这些特性减少了蛇行和轮子的磨损。这也使轮轴能够适应增加的载荷。

Description

铁路转向架

技术领域

本发明涉及一种用于铁路机车车辆的转向架，具体地但不唯一，涉及用于铁路货运车辆的转向架。

背景技术

铁路转向架典型包括大致呈矩形的框架，所述框架被设置为通过轴承安装到铁路货车底盘的下侧，用于绕中心垂直轴转动，此转向架框架安装在一对轮副上，每个轮副都由具有轮子的轮轴和轴承组成，轴承在与所述轮轴的相对端部中的各端部相邻处固定到所述轮轴上。轮副通过轴鞍(saddle)或轴箱组件连接到转向架框架，所述轴鞍或轴箱组件将轴承装入轮副的各端处。轴鞍或轴箱具有许多垂直竖立的螺旋悬挂弹簧。转向架框架设置有与其四个拐角相邻的支座结构，四个支座支撑在四个轴鞍或轴箱组件的悬挂弹簧的上端上。此悬挂设置称为第一系悬挂(primarysuspension)。

在当前的设置中，悬挂弹簧设置在共同的水平面上，在轮轴的中心线以上或以下都使得悬挂结构因此而具有弹簧互相作用的单一平面，且弹簧可以剪切和弯曲。在一些其它的悬挂结构中，弹簧只设置为在其轴向平面中弯曲。考虑到螺旋状螺旋弹簧对横向力的响应，必须要考虑由于弯曲力矩造成的偏转和由剪切力产生的偏转。在自由螺旋弹簧平坦地支撑在各端的情况下，可以认为横向力响应在0、90、180和270度方向相等。横向弹簧应变率(spring rate)随着弹簧端的安置状态和其摆动性能而变化。

现在，我们已经提出了在使用中表现出响应悬挂弹簧受到的力的改进性能的转向架，使得转向架表现出改进的自导向能力，且更容易吸收横向力。

发明内容

根据本发明，提供了一种铁路转向架，所述铁路转向架包括转向架框架，所述转向架框架通过悬挂设置支撑在每个轮副轮轴的端部上，其中所述悬挂设置的弹簧表现出对转向架的横向力的第一总响应、以及不同的对转向架的纵向力的第二响应。

在一个实施例中，每个所述悬挂设置的弹簧都表现出抵抗转向架的横向力的第一总刚度、以及抵抗转向架的纵向力的第二较低的总刚度：因此，弹簧表现出横向比纵向小的偏转。结果，转向架轮副表现出对横向运动或在直轨道上蛇行(hunting)的良好阻力，并更容易在弯曲轨道上纵向移动，使得表现出改进的自导向。因此，减小了轮子的磨损。

在一个实施例中，每个所述悬挂设置包括两个内弹簧以及两个外弹簧，其中所述内弹簧的一个在轮副轮轴的任一侧，所述外弹簧在轮轴的每一侧，且比内弹簧距离轮轴更远。优选所述内弹簧和在轮轴的每侧的所述两个外弹簧以三角形成组设置。优选每个所述内弹簧具有为同一组的每个所述外弹簧的两倍的轴向刚度，使得所述内弹簧的轴向刚度与所述两个外弹簧的组合轴向刚度相匹配。优选所述转向架框架通过各摩擦楔状部位于所述内弹簧的顶部上，其中所述摩擦楔状部使转向架具有浮动控制特性，并提供垂直和横向摩擦阻尼，因此，允许和阻止轮副的纵向或偏航运动。

在第二实施例中，每个悬挂设置都包括两个下部弹簧以及至少一个上部弹簧，其中所述下部弹簧在轮副轮轴的任一侧，所述上部弹簧设置在轮副轮轴的上方。在此设置中，抵抗转向架的横向力的总刚度相对较高。所述转向架框架优选通过各摩擦楔状部位于下部弹簧的顶部上。优选所述上部弹簧在其部分长度上被限制成使得在横向平面中发生纯剪切。

优选本发明的第一或第二实施例中任一个的悬挂设置包括比例承载阀(proportional load valve)(PLV)，以测量轮轴上的视载荷。

可以设想，比例承载阀被装配成与轮轴垂直对准，优选大体在悬挂弹簧以上装配到悬挂框架上，或者例如，通过经一比一杠杆连接到通过轮轴的垂直中心线的平面中的点设置用于测量通过轮轴直接施加的载荷。

优选地，比例承载阀发送气动信号到制动控制阀，所述制动控制阀控制施加到作用在轮子上的制动块(brake block)的力。

传统的铁路转向架摩擦楔状部具有倾斜接触面，所述倾斜接触面从端对端处呈拱形或凸起弯曲，但这些表面平直横过楔状部的宽度。优选地，每个所述摩擦楔状部的所述倾斜接触面在纵向和横向都呈拱形或凸起弯曲，所述倾斜接触面提供大致呈圆顶形的表面，因此，减少了接触面积，增加了平均最大压力，从而减少了对轮副的纵向运动的阻力：这导致进一步地改进转向架的自导向性能。

同样根据本发明，提供了一种用于铁路转向架悬挂结构的摩擦楔状部，所述楔状部的所述倾斜接触面在纵向和横向都表现出凸起曲率。

在本发明的进一步实施例中，提供了在转向架框架的部件之间的焊接连接。可以设想，通过完全穿透对焊提供承梁和侧框架之间的焊接连接。

附图说明

现在将仅通过实例并参照附图说明本发明的实施例，其中：

图1是在根据本发明的自导向铁路转向架的第一实施例的一个拐角处的悬挂设置的侧视图；

图2是图1所示设置的平面图；

图3是相似于图1的根据本发明的自导向铁路转向架的第二实施例的悬挂设置的视图；

图4是在根据本发明的自导向铁路转向架的改进的第二实施例的一个拐角处的悬挂设置的侧视图；

图5是在图1到图3所示的转向架的悬挂设置中使用的一个摩擦楔状部的侧视图；

图6是在图4所示的线V-V上通过摩擦楔状部的截面；

图7A显示在现有的承梁和转向架的侧框架之间的传统焊接连接；以及

图7B显示在使用完全穿透对焊的当前发明的实施例中使用的焊接连接。

具体实施方式

首先参照附图的图1和图2，自导向转向架包括两个轮副，一个此轮副的一个轮子显示为10。轴鞍或轴箱组件通过轴承11和轴承适配器(bearingadapter)12安装到轮副的轮轴的端部，统称为13的轴鞍13a或轴箱组件13b(参见图3)将平座提供到轮轴的任一侧，用于各组螺旋悬挂弹簧。每组悬挂弹簧包括三个此种弹簧，即，与轮轴相邻的第一或内弹簧14，以及接着是平行于轮轴并排设置的第二和第三或外弹簧15、16，弹簧15、16比第一弹簧14更远离轮轴并在该弹簧的任一侧对称。悬挂弹簧的基座都在轮轴中心线的下方，并可以都在彼此相同的水平面上，或稍微偏移：例如，在所示的实施例中，内弹簧14的基座在比外弹簧15、16的基座稍微高的水平面上。内弹簧14支撑各摩擦楔状部17，摩擦楔状部17的上表面向下倾斜远离轮轴。转向架还包括大致呈矩形的框架19，所述框架被设置为通过轴承安装到货车底盘的下侧，用于以传统的方式绕中心垂直轴转动：转向架框架设置有与其四个拐角中的每个拐角相邻的支座结构20。支座20直接支撑在悬挂弹簧15、16的上端上，并通过摩擦楔状部17间接支撑在悬挂弹簧14的上端上。

将会理解，转向架悬挂结构使用浮动控制楔形原理，摩擦楔状部的设置提供垂直和横向的摩擦阻尼，并允许和阻止各轮副的纵向或偏航运动。在弹簧的整个行进中，内弹簧14具有为每个外弹簧15、16的两倍的轴向刚度：因此，在每个三角形组或三个套组中，单个内弹簧14的刚度与两个外弹簧15、16的组合刚度匹配：结果，通过摩擦楔状部提供的阻尼因数保持在所需水平。将会理解，弹簧的每个三角形组的抵抗运动的中心被移置到三角形的中心，并且这有效地增加总的横向刚度：具体地，弹簧的每个三角形组的总的横向刚度大于该组的个别弹簧的组合横向刚度，同时，该组的整个纵向刚度小于该组的个别弹簧的组合横向刚度。因此，与纵向轨道产生的(牵引和蠕变)力相比，通过弹簧组的剪切和弯曲更大程度地抵抗车辆产生的横向力。因此，转向架的每个轮副被更多地阻止横向运动或在直轨道上的蛇行，更准备好在弯曲轨道上纵向移动，并具有良好的自导向特性。作为进一步的结果，减少了轮子的磨损。

图3显示根据本发明的转向架的第二实施例的悬挂设置，且所述转向架与图1和图2所示的转向架部件相对应的部件用相同的参考标号表示。图3所示的悬挂设置与图1和图2所示的悬挂设置的不同之处在于包括分别在轮轴的中心线上方或下方的不同弹簧，从而增加了轮副的横向和纵向运动的控制，并因此增加了转向架的动力性能。具体地，悬挂结构包括两个弹簧21和在轮轴任一侧的两个弹簧14，其中弹簧21具有在轮轴以上平坦地安置在轴鞍或轴箱13上的基座，弹簧14具有在轮轴中心线以下平坦地安置在轴鞍和轴箱13上的基座：所有四个弹簧14、21都排列在同一纵向平面中。转向架框架的各支座20直接支撑在弹簧21的上端上，并通过摩擦楔状部17间接支撑在弹簧14的顶部上。在修改的形式中，两个上部弹簧21可以由单个此种弹簧替代。在任一种情况下，上部弹簧或全部上部弹簧都具有比下部弹簧高的横向弹簧应变率。

将会理解，通过几乎直接在轮轴上设置弹簧21，对于给定尺寸和应变率的特定弹簧，转向架框架可以适应比传统设置更大的载荷，其中在传统设置中，此种弹簧搁置在内部楔形支撑弹簧的外部。这是重要的，因为趋势是朝向需要每个轮轴支撑比以前更大的载荷。

还可以观测到，轮轴的轴线以及弹簧21和14的中心之间的距离各自不同。因此，弹簧的不同力矩导致弹簧产生不同的纵向刚度。如先前所述，相似的效果在图1中通过具有低于弹簧14的基部的弹簧15、16的基部获得。

在图3中，比例承载阀(PLV)18测量轮轴上的视载荷，并将气动信号发送到制动控制阀，制动控制阀接着响应测量的压力控制施加到制动块的力，其中制动块作用在轮子上以使货车减速。例如，当货车卸载后，这可防止‘过制动’，因此减少轮子上形成平坦状的可能性。

来自PLV 18的信号通过施加到位于轴鞍或轴箱组件中的螺旋悬挂弹簧13、14、15的压缩载荷而产生。PLV位于一个螺旋悬挂弹簧的顶部上。这在记录作用在轮轴上的载荷时可以导致误差容限。

正常情况下，每个转向架都具有PLV。作用在转向架的上载荷为货车总质量的一半。转向架具有两个轮轴，因此每个轮轴都承担货车总质量的四分之一。这是可以出现误差容限的地方。如果PLV位于一个悬挂弹簧的顶部上，则在Y25转向架的情况下，即，一个弹簧在轴鞍或轴箱的任意一侧，PLV实际承担作用在轮轴上的载荷的四分之一，或在轮轴运动转向架的情况下，即，两个弹簧在轴鞍或轴箱的任意一侧，PLV实际承担作用在轮轴上的载荷的八分之一。因为弹簧可能以不平衡的方式被压缩，即，由于轨道的变形等，轴鞍或轴箱的一侧可以比另一侧压缩的更多，所以可能出现误差。

在优选的设置中，当一个弹簧位于轮轴的中心线以上时，PLV将立即装配到轮轴上，因此，直接测量作用在轮轴上的载荷的四分之一，或者PLV可以装配到转向架框架上，并通过1∶1比例的杠杆18a致动，杠杆18a响应在其垂直中心线上施加到轮轴的载荷。如果两个弹簧直接在轮轴上使用，则同时通过两个弹簧起动的1∶0.5比例的杠杆测量轮轴载荷的四分之一。感测轮轴上直接载荷的新型方法消除了与从轴鞍或轴箱的一侧感测的传统载荷相关的误差容限。

摩擦楔状部的浮动控制设置再次提供了垂直和横向的摩擦阻尼，并允许和阻止各轮副的纵向或偏航运动。横向力被在双剪切平面中的上部弹簧所抵抗，使得弹簧弯曲的弯曲分量为最小。总的横向弹簧应变率相对较高，使得轮副能更好地抵抗轨道对轮子的横向力，具体地，抵抗在直轨道上的蛇行倾向。当受到纵向力时，由于在绕着轮轴中心线间隔开的两个平面上的弯曲力矩和剪切的组合作用，上部及下部弹簧很容易偏转：上部弹簧由于轴鞍或轴箱上造成旋转的轮轴力全部以比下部弹簧低的应变率偏转；效果是降低了总的弹簧应变率，从而更容易产生纵向轮副的导向。在横向或纵向载荷或力的任一种状态下，当垂直弹簧应变率对于所有弹簧均相等时，悬挂结构对垂直载荷的响应不变。

弹簧的基座平坦且以平面形式位于其支撑上，在上部弹簧上，所述基座在其部分长度上被限制成使得在横向平面中将发生纯剪切。如前所述，由于从上部弹簧座的顶部至轮轴中心线的较大弯曲连接，在上部弹簧平面上的横向载荷部分大于下部弹簧平面上的横向载荷部分。在横向载荷的作用下，当造成轴鞍或轴箱以水平和共面方式移动时，由于较大的弯曲连接，在上部弹簧的基座处具有较大的载荷。然而，由于显著的剪切作用，限制了弯曲，并增加了总的横向弹簧应变率，特别是当在直轨道上空车运行时，使轮副具有更大的稳定性。在纵向力下，弹簧座依然平坦且为平面，但所述弹簧座的端部不受到限制；上部弹簧具有较大的弯曲力矩，其原因已经在前面说明。此外，当纵向移置且造成上部弹簧更纯的弯曲时，造成轴鞍或轴箱轻微旋转：这是因为上部弹簧比外部的下部弹簧更靠近轮轴纵向运动的垂直质心，作为纵向移置的结果，下部弹簧也在楔状部的作用下。上部及下部弹簧都由于弯曲和一些部分剪切而偏转，且上部弹簧具有更大比例的力和纯的弯曲。由于轮子对导轨的弯曲摩擦所产生的纵向力，减少了在纵向的总的横向弹簧应变率，导致相对较容易导向，从而导致有效的自导向。

图4和图5显示在已经说明的转向架的两个实施例的悬挂结构中使用的一个摩擦楔状部。如图4所示，传统的摩擦楔状部沿楔状部的倾斜支撑面30呈拱形，但此表面为平直横过楔状部的宽度。如图5所示，根据本发明，倾斜表面30沿楔状部的倾斜表面30呈拱形，而且也横过楔状部的宽度呈拱形。因此，所述表面在其纵向和横向上都为凸起弯曲，提供了大致呈圆顶形或球形的接触面：因此，减少了摩擦接触面积，并增加了平均最大压力，从而减少了轮副纵向运动的阻力，且更容易适应轴鞍或轴箱在水平面中的旋转。这些因素导致进一步改进转向架的自导向性能。

转向架框架容纳各种转向架设备，并且通常通过将两个侧梁焊接在一起、一个梁或承梁焊接成H形的框架而制成。传统上，现有的承梁和侧框架之间的焊接连接如图7A所示通过角焊获得。侧框架40通过角焊42焊接到承梁41。通过使用角焊42，在侧框架和承梁之间的连接处上所允许的许用应力水平通过角焊的级别(角焊为低级的焊接)来控制。然而，如图7B所示的申请人的设置有能力通过使用对焊增加焊接级别的水平，例如，通过使用使许用应力增加的全(或完全)穿透对焊。这通过框架40的部分内壁一体形成在承梁上而获得，使得焊接43向外移动以形成对焊。进一步通过从40切除外壁，可以进一步在44处形成对焊。申请人的结构还将焊接连接移动到低应力区。改进的焊接级别和位置的组合从而在结构上提供更有效的设计。进一步的改进显示在图8中，其中承梁侧框架界面被构造成与侧框架形成I字梁；I字梁的梁腹位于转向架轴颈的平面中。

因此，承梁45形成有环形凸缘46，环形凸缘46可以设置在侧框架40的壁部的大致呈圆形的孔47内。孔47和凸缘46的边缘是尖的，使得所述边缘留下用于圆形双侧全点焊(full pen weld)49的适当空间。

I字梁强度/重量的优点是众所周知的，此承梁和侧框架之间界面的新型方法具有其充分的优点。再次还将焊接放置在低应力位置处，并能够形成高级别焊接。

本发明的目的在于不仅覆盖各个实施例，而且覆盖在此所限定的实施例的组合。

Claims (20)

1.一种铁路转向架，所述铁路转向架包括细长的转向架框架，所述细长的转向架框架通过各悬挂设置支撑在多个轮副轮轴上，每个所述设置包括多个弹簧，所述弹簧表现出对所述转向架的横向力的第一总响应、以及不同的对所述转向架的纵向力的第二响应。

2.根据权利要求1所述的转向架，其中每个所述悬挂设置表现出抵抗所述转向架的横向力的第一总刚度、以及抵抗所述转向架的纵向力的第二较低的总刚度。

3.根据权利要求1或2所述的转向架，其中每个所述悬挂设置包括在其轮轴的任一侧上的一组弹簧，所述每组弹簧都包括与所述轮轴相邻的内弹簧、以及一对纵向的外弹簧。

4.根据权利要求3所述的转向架，其中所述组中的所述弹簧以三角形进行设置。

5.根据权利要求3或4所述的转向架，其中所述组中的所述内弹簧具有为每个所述外弹簧的两倍的轴向刚度。

6.根据权利要求5所述的转向架，其中所述转向架框架通过各摩擦楔状部位于所述内弹簧的顶部上。

7.根据权利要求1或2所述的转向架，其中每个所述悬挂设置包括两个下部弹簧以及至少一个上部弹簧，其中所述下部弹簧在轮副轮轴的任一侧，所述上部弹簧设置在所述轮轴的上方。

8.根据权利要求7所述的转向架，其中从所述轮轴的中心线到所述至少一个上部弹簧的基座的中心的距离小于从所述轮轴的中心线到每个所述下部弹簧的基座的中心的距离。

9.根据权利要求8所述的转向架，其中所述转向架框架通过各摩擦楔状部位于所述下部弹簧的顶部上。

10.根据权利要求6或15所述的转向架，其中支撑所述框架的所述摩擦楔状部的表面在纵向和横向都呈拱形或凸起弯曲。

11.根据前述权利要求中任一项所述的转向架，其中至少一个所述弹簧容纳在一个或多个袋状部中，以减少其剪切的有效长度。

12.根据前述权利要求中任一项所述的转向架，包括比例承载阀(PLV)，所述比例承载阀用于产生指示在其垂直中心平面上施加到所述轮轴的载荷的输出信号。

13.一种铁路转向架，所述铁路转向架包括框架和比例承载阀，其中所述框架支撑在多个轮副轮轴上，每个所述轮副轮轴都具有垂直的中心平面，所述比例承载阀用于产生指示在其垂直中心平面上施加到所述轮轴的载荷的输出信号。

14.根据权利要求12或13所述的转向架，其中所述PLV从所述中心平面偏移，并通过1：1杠杆连接到此。

15.一种用于铁路转向架悬挂结构的摩擦楔状部，所述楔状部具有在纵向和横向都为凸起弯曲或呈拱形的倾斜接触面或支撑面。

16.一种铁路转向架框架，所述铁路转向架框架包括侧框架构件和横向构件或承梁，其中在所述承梁和所述侧框架之间的一个或多个接触为对接接触，而所述承梁和所述侧框架通过完全穿透的对焊相连接。

17.根据权利要求16所述的框架，其中所述承梁具有环形凸缘，所述侧框架具有用于容纳所述凸缘的孔。

18.根据权利要求17所述的框架，其中所述凸缘形成部分I字梁。

19.根据权利要求18所述的框架，其中所述承梁和所述侧框架通过单个大致圆形焊接相连接。

20.根据权利要求1到14中任一项所述的铁路转向架，具有根据权利要求16到20中任一项所述的框架。

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