CN101646590B - 铁路车辆转向架的主悬挂装置 - Google Patents

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Abstract

将铁路车辆的第一零件(16)悬挂在第二零件(14、16、18)上的装置(20)，该装置包括：两个纵向连杆(26、28)，每个连杆通过第一连接点(30、32)与第一零件(16)连接，通过第二连接点(34、36)与第二零件(14、16、18)连接；至少一位于两个连杆(26、28)之间的弹性机构(38)，以至少确定悬挂装置(20)的垂直刚性。两个连杆(26、28)互相纵向错开。

Description

铁路车辆转向架的主悬挂装置
技术领域
本发明总体涉及铁路车辆的悬挂装置。
更确切地说，根据第一方面，本发明涉及将铁路车辆的第一零件悬挂在第二零件上的悬挂装置，该悬挂装置包括：
-两个纵向连杆，每个纵向连杆通过第一连接点与第一零件连接，并且通过第二连接点与第二零件连接；
-一弹性机构，其位于两个连杆之间，以便至少确定悬挂装置的垂直刚度。
背景技术
从CH-192 957了解一这样的装置，其中弹性机构由两个大高度的螺旋弹簧形成，所述螺旋弹簧平行位于由两个可伸缩部分形成的箱壳中。所述箱壳的这两个部分中的每一个固定在连杆之一上。
这样的悬挂装置可以支撑很大的负荷，但具有很大高度。它不能装在低底盘的车子下面，特别是具有低车身的运行通道(couloir decirculation surbaissé)的有轨电车下。
发明内容
在该技术背景下，本发明的目的是提出垂直尺寸减小的主悬挂装置。
为此，本发明涉及上述类型的主悬挂装置，其特征在于，两个连杆互相纵向错开。
悬挂装置还可具有以下特征的一个或多个，这些特征可以单独或以可能的技术组合的方式存在：
-两个连杆互相基本平行，并且它们在各自的第一连接点和第二连接点之间的长度基本相同；
-每个弹性机构是包括多层弹性材料和多层位于弹性材料层之间并粘在弹性层上的夹层结构；
-两个连杆位于同一垂直平面中；
-每个弹性机构具有一压缩轴线，该压缩轴线与两个连杆的第一连接点通过的轴线t形成0°到90°之间的角度β；
-第一零件是铁路车辆转向架的底座，第二零件是所述转向架的轴杆或轴杆箱；
-两个连杆中的每一个在它的第二连接点通过一柱形弹性铰链与转向架的轴杆或轴杆箱连接，并且在它的第一连接点也通过一柱形弹性铰链与转向架的底座连接；
-连杆与轴杆垂直延伸，并且柱形弹性铰链的轴线与轴杆平行；
-两个连杆的第二连接点以对称方式纵向错开在轴杆的两侧；
-两个连杆位于你低于轴杆或轴杆箱顶部的垂向处；以及
-第一零件是铁路车辆的车身，第二零件是位于车身下的铁路车辆转向架的底座。
根据第二方面，本发明涉及包括至少一具有以上特征的悬挂装置的铁路车辆转向架。
根据第三方面，本发明涉及包括至少一具有以上特征的悬挂装置的铁路车辆。
附图说明
本发明的其它特征和优点将在下文参照附图、作为示例性的而非限定性的详细描述中得以体现，在附图中：
-图1是包括符合本发明的主悬挂装置的转向架一部分的局部剖面侧视图，实线表示处于静止位置的连杆，虚线表示与主悬挂装置结合的轮子承受从下向上的垂直力时的连杆；
-图2为与图1对应的俯视图；
-图3为根据图1箭头III-III看的其中一连杆的弹性铰链的剖面图。
具体实施方式
在图1上部分表示的转向架10包括：
-两个前轮12和两个后轮(未出示)；
-分别转动连接前轮12和后轮的前轴杆(essieux)14和后轴杆(未出示)；
-底座16；
-对每个前轮和后轮，一轴杆箱18，该轴杆箱(
Figure G2008800106579D00031
d′essieux)形成引导相应轴杆的转动的轴承；
-对每个前轮和后轮，使底座16在相应轴杆箱18上的主悬挂装置20；以及
-能够将铁路车辆的车身悬挂在底座16上的辅助悬挂装置22。
底座16一般由互相刚性固定的纵梁和横梁构成，横梁与轴杆平行延伸，纵梁与轴杆垂直。
与同一轴杆相关的两个轮子的轴杆箱18位于两个轮子之间。与一轮子相关的轴杆箱18直接位于该轮子附近，相对所述轮子朝向转向架内部。轴杆箱18包括轴杆14穿过的外包封体24和一轴承，特别是位于轴杆与外包封体24之间的滚珠轴承。
如图2所示，每个轴杆箱18基本位于底座16的一纵梁的延长线中。
每个辅助悬挂装置22位于转向架支撑的铁路车辆的车身与所述转向架的底座16之间。它可以把车身悬挂在底座16上。
每个主悬挂装置20包括：
-两个连杆26和28，它们通过各自的第一连接点30和32与底座16连接，并通过各自的第二连接点34和36与轴杆箱的外包封体24连接；
-一位于两个连杆26和28之间的弹性机构38，以至少确定主悬挂装置20的垂直刚性。
两个连杆26和28位于同一垂直平面中，即在同一与转向架的轴承(roulement)垂直的平面中，在下面的描述中，位于连杆28之上的连杆26叫做上连杆，连杆28叫做下连杆。
静止时，两个连杆26和28互相基本平行，并且沿与底座16的纵梁方向基本一致的纵向延伸。因此，它们与轴杆14垂直。连杆26和28在它们各自的第一和第二连接点之间基本具有相同的纵向长度。
如图1所示，当主悬挂装置20静止并且也在它处于负荷之下时，两个连杆26和28互相纵向错开。如上连杆26向图1的右边错开，即相对下连杆28向底座16错开。为了使负荷分布在两个连杆26和28上，上连杆26和下连杆28的的第二连接点34和36在轴杆14的轴线两侧纵向错开。因此，在图1的情况下，上连杆的连接点34相对于轴杆14的横向中心轴线向底座16错开一距离D。与此对称，下连杆28的连接点36沿与底座16相背离的纵向相对于轴杆14的中心轴线错开同样的距离D。用该设置，当弹性机构38在连接点30与32之间对中心时，即当弹性机构38的中心在两个连接点30和32通过的直线上与连接点30、32等距时，两个连杆26和28之间的负荷分布相等。
静止时，连杆26和28基本水平延伸，即与转向架的轴承平面基本平行，并且完全位于低于轴杆箱外包封体的顶部40的垂向处。轴杆箱外包封体的顶部40是该外包封体相对转向架轴承平面的最高点。
弹性机构38是专利申请FR-1536401中描述的橡胶-金属型夹层结构。弹性机构38包括多个互相平行的橡胶层42、多个位于橡胶层42之间的金属板44、和位于夹层结构底部和顶部的端部金属板46。板44和46互相平行，并且与橡胶层42平行。因此每个橡胶层42位于两个金属板44和/或46之间，并且粘在这些板上。
该弹性机构的压缩轴线与板44和46以及橡胶层42垂直。
该夹层结构具有同时确定压缩的和剪切的刚性，即分别回应沿与板44、46和层42的平面垂直的方向施加的力，和与这些板和层平行的方向施加的力。
上、下连杆26和28的每一个分别包括侧向延长部48和50，它们形成相面对的用于弹性机构38的相应的贴靠表面52和54。弹性机构38接合在所述贴靠表面52和54之间。贴靠表面52和54互相平行，端部板46紧贴在贴靠表面上，并且刚性固定在这些贴靠表面上。
贴靠表面52和54的方向为，弹性机构38的压缩轴线在参照位置与两个连杆的第一连接点30和32通过的轴线形成0°到90°之间的角度β。角度β最好在20°到60°之间，并且一般为30°。
两个连杆26和28通过它们的第二连接点34、36并通过柱形弹性铰链与转向架的轴杆箱18连接。两个连杆也通过柱形弹性铰链在它们各自的第一连接点30和32与底座16连接。
连杆26和28在每个连接点30、32、34和36包括嵌在柱形孔眼58中的横向轴端体56，柱形孔眼根据情况或者设在轴杆箱中，或者设置在转向架的底座16中(见图3)。一例如天然橡胶或合成橡胶的柱形弹性套筒60位于轴端体56与孔眼58的周边壁之间。轴端体56、孔眼58和套筒60就横向轴线而言同轴。套筒60通过内表面与轴端体56贴合，并通过外表面与孔眼58的周边壁贴合。
现在详细描述上述悬挂机构的运行。
在负荷的作用下或在使轮子12上升的道路缺陷的作用下，连杆26和28按一垂直运动的方式驱动轴杆箱18。通过连接点30、32、34、36、38连接的底座16、两个连杆26和28以及轴杆箱18构成可变形的平行四边形。
当轮子12承受自下而上的垂直力F时，例如在道路缺陷的情况下，由于第一连接点位于轴杆的两侧，连杆26和28的每一个在它们各自的第二连接点34和36承受力F的一部分。两个连杆26和28之间力的分布取决于点30和32之间的阻滞(bloc)位置。
连杆26和28在该力的作用下围绕第一连接点30和32相对底座16转动，即向图2的顺时针方向转动。在这些转动的作用下，贴靠表面52和54有靠近的趋势。在角度β约为30°的图1实施例中，连杆26和28的转动导致同时在弹性机构38上施加压缩力和剪切力。对90°的角β，弹性机构在纯压缩下工作。角度β为0°时，弹性机构在纯剪切下工作。
同时，连杆26和28围绕第二连接点34和36相对轴杆箱18转动，如图1点划线(traits mixtes)所示，连接点34和36向上垂直移动。当然，轴杆箱18和它的顶部40也承受向上的垂直运动，但图1没有出示。连杆26和28相对轴杆箱18在图中的顺时针方向转动，并保持在向上移动的轴杆箱顶部40的下部。
对每个连杆连杆26和28的转动导致第一连接点和第二连接点的弹性套筒60的扭转。
主悬挂装置相对轮子的垂直刚性Kz因此产生于三个分量：弹性机构38的刚性、在连接点30、32、34和36上的柱形弹性铰链的抗扭刚性、和柱形弹性铰链在连接点30、32、34、36的径向刚性。相对轮子的垂直刚性Kz按以下方式表达：
Kz＝1/(1/Kzr+1/Kzp)+Kzt
其中
Kzr＝2·((1/2)·KAr)
Kzp＝4·((sinβ)2·KPc+(cosβ)2·KPs)(l/L)2
Kzt＝4·(KAt/L2)
Kzr是柱形弹性铰链的径向刚性对主悬挂装置相对轮子的刚性的贡献；
Kzp是弹性机构38对主悬挂装置相对轮子的刚性的贡献；
Kzt是柱形弹性铰链的扭转对主悬挂装置相对轮子的刚性的贡献；
KAr是柱形弹性铰链的径向刚性；
KPc是弹性机构38的压缩刚性；
KPs是弹性机构38的剪切刚性；
L是连杆在第一连接点与第二连接点之间的长度；
2l是两个连杆各自的第一连接点之间的距离；
KAt是柱形弹性铰链38的扭转刚性。
如果轮子12承受横向力Fy(见图2的箭头Fy)，每个连杆26、28有在它的第二铰链点处围绕一相对于轴杆箱18基本垂直的轴线转动的趋势，并且在它的第一铰链点处有相对于底座16转动的趋势。因此，在每个连接点，连杆的轴端体56在围绕一垂直轴线的转动时(见图3的箭头Ω)有相对柱形座腔58偏心的趋势。
主悬挂装置相对轮子的横向刚性(raideur)按以下方式表达：
Ky＝1/(1/Kya+1/Kyc)，
其中
Kya＝2·((1/2)·KAa)；并且
Kyc＝4·(KAc/L2)；
Kya为柱形弹性铰链的轴向刚性对主悬挂装置的横向刚性的贡献；
Kyc为柱形弹性铰链的锥形刚性(raideur conique)对主悬挂装置的横向刚性的贡献；
KAa为柱形弹性铰链的轴向刚性；
KAc为柱形弹性铰链的锥形刚性。
主悬挂装置相对轮子的纵向刚性按以下方式表达：
Kx＝2·((1/2)·KAr)。
轴杆的横向摆动(roulis)刚性用以下方式表达：
Ktetax＝Ktetac+Ktetad
其中
Ktetac＝2·KAc；并且
Ktetad＝2·Kz·(d/2)2
Ktetac为柱形弹性铰链的锥形刚性对轴杆的横向摆动刚性的贡献；
Ktetad为横向轴距(entraxe)对轴杆的横向摆动刚性的贡献；
d为与同一轴杆的两个轮子相关的主悬挂装置之间与轴杆平行的轴距。
轴杆的横向摆动运动相当于该轴杆围绕与转向架的移动方向基本平行的轴线转动的运动。在这种情况下，每个连杆26、28在连杆的第二连接点处相对于轴杆箱18有围绕与转向架的移动方向(图2中用点划线R表示)平行的轴线枢转的趋势，且在所述第二连接点处相对底座16有枢转趋势。因此，在每个连接点，轴端体56在围绕轴R的枢转时有相对于柱形孔眼58偏离轴线(désaxer)的趋势。
现在给出上面描述的主悬挂装置的实施例，该装置适用于大约每个轮子具有五吨负荷的转向架。
每个连杆26和28在它们各自的第一和第二连接点之间的长度L约为400mm。杠杆臂l约为170mm，角度β约为60°。同一轴杆的主悬挂装置之间的轴距d约为1.09m。弹性机构的抗压缩刚性KPc为3×106N/m，抗剪切刚性KPs为0.15×106N/m。
每个柱形弹性铰链的径向刚性KAr约为175×106N/m，轴向刚性KAa约为65×106N/m，抗扭转刚性KAt为4300m·N/rd，锥形刚性KAc约为0.3×106m·N/rd。
在这种情况下，主悬挂装置相对轮子的垂直刚性Kz约为174×104N/m，相对轮子的与轴杆平行的刚性Ky基本为670×104N/m，沿转向架移动方向相对轮子的刚性Kx基本为175×106。轴杆的横向摆动刚性约为1.93×106m·N/rd。
静止时，主悬挂装置的高度基本等于300mm。
上面描述的悬挂装置具有多个优点。
当悬挂装置静止时，两个连杆互相纵向错开，这一事实可以增加两个连杆各自的第一连接点之间的间距，而不增加悬挂装置的高度。这样反过来可以容纳更柔软的弹性机构，而不增加悬挂装置的高度。
选择橡胶-金属夹层结构作为弹性机构，对于给定的垂向的悬挂容积体(encombrement)，这一事实还可使悬挂装置承受更大的垂直负荷。
实际上，橡胶-金属夹层结构型弹性机构比传统使用的螺旋弹簧更紧凑。
另外，橡胶-金属夹层结构可以在压缩和剪切状态下工作，而螺旋弹簧只能在压缩状态工作。因此可以使橡胶-金属夹层结构型弹性机构的角度β明显与90°不同，这样将减小悬挂装置的高度。
另外，对同样的容积体，特别是在橡胶-金属夹层结构主要在压缩状态工作的设置中，悬挂装置可比螺旋弹簧构成的弹性机构承受更大的垂向负荷。
使用橡胶-金属夹层结构可以自由选择角度β，因此可以对同一连杆位置得到悬挂装置的可变的垂向刚性。
另外，两个连杆之间纵向错开越大，弹性机构的压缩轴线越接近垂直方向(对固定的角度β)，因此更能增加所述机构与它的压缩轴线垂直的截面，因此增加它的体积，而不增加悬挂装置的高度。换句话说，这样可以减小悬挂装置的高度，而不减小弹性机构的体积。
因此，使用两个错开的连杆和橡胶-金属夹层结构必要时可以将每个主悬挂装置设置为完全处于轴杆箱的或轴杆的顶部之下。例如每个装置的高度可以在200mm到400mm之间，最好在250mm到350mm之间，并一般为300mm。
连杆的优选位置在于使连杆在轴杆的两侧以对称方式纵向错开，如上文解释，在弹性机构按等距的方式处于连杆的第一连接点之间的情况下，这允许在垂向促压作用于轮子上的情况下使连杆按相同的方式承受负荷。
使用柱形弹性铰链使连杆一方面与底座连接另一方面与轴杆箱连接也是特别有利的。这些铰链的轴线与轴杆平行，这样可以增加：
-在柱形弹性铰链的锥形刚性的作用下与主悬挂装置的轴杆平行的刚性；
-主悬挂装置在柱形弹性铰链的抗扭转刚性作用下的垂直刚性；
-在柱形弹性铰链的锥形刚性作用下轴杆的抗轴向摆动的刚性。
当主悬挂装置处于同一轴杆的轮子之间时，后一点特别重要，在这种情况下，由于轴杆的右悬挂与左悬挂之间的距离缩小，与横向轴距有关的固有横向摆动刚性很小。
另外，使用柱形弹性铰链和橡胶-金属夹层结构使主悬挂装置具有足够的减震率，以便在所述主悬挂装置中省掉垂向减震器。
另外，可以通过将一些垫块位于橡胶-金属夹层结构与连杆的贴靠表面之间实现悬挂装置高度的调节。
上述悬挂装置可以具有多种变型。
下连杆和上连杆可以不垂直于轴杆，而是相反，与轴杆平行地延伸。
在一非优选的实施变型中，弹性机构38可以不是橡胶-金属夹层结构，而是螺旋弹簧或其它类型的弹性机构。
还是在本发明一非优选的变型中，连杆可以不通过柱形弹性铰链，而是通过其它类型的铰链——例如通过球窝节，与第一和第二零件连接。
还是以非优选的方式，连杆26和28可以设置为连杆的第二连接点不与轴杆14对称。
由于转向架的体积尺寸和结构的原因，弹性机构可以比图1所示的位置向上、向下、向左或向右地与连杆相对错开。
在转向架包括轮子旋转安装在其上的固定轴杆的情况下，连杆26和28可以通过它们各自的第二连接点34和36直接与轴杆连接。连杆也可通过它们的第一连接点与转向架的其它固定部分连接，例如与制动机构连接。
在转向架配设有轴杆的情况下——所述轴杆包括一连接转动轮的转轴和一保证所述轴杆的机械刚性并引导所述转轴转动的箱壳，连杆26和28可以通过它们各自的第二连接点34和36与箱壳连接。在这种情况下，箱壳实际上延伸在轴杆的整个长度上，从一个轮子到另一轮子。
装置可以包括多个平行位于两个连杆之间的弹性机构38。
主悬挂装置可以不相对轮子位于转向架内，而是直接相对轮子位于转向架外。
悬挂装置可以集成在转向架的辅助悬挂装置内，在这种情况下，第二零件是转向架的底座，在一不枢转的转向架的情况下，第一零件是铁路车辆的车身，在一相对车身枢转的转向架的情况下，第一零件是转向架的枕梁(traverse danseuse)。
上面描述的悬挂装置可以用于任何类型的铁路车辆转向架上，例如有轨电车或任何列车。

Claims (11)

1.将铁路车辆的第一零件(16)悬挂在第二零件(14、16、18)上的悬挂装置，所述悬挂装置(20)包括：
-两个纵向的连杆(26、28)，每个连杆通过第一连接点(30、32)与所述第一零件(16)连接，通过第二连接点(34、36)与所述第二零件(14、16、18)连接；
-至少一弹性机构(38)，其间置在所述两个连杆(26、28)之间，以便至少确定所述悬挂装置(20)的垂直刚性；
所述两个连杆(26、28)互相纵向错开；
其特征在于，
每个弹性机构(38)是一夹层结构，所述夹层结构包括多个弹性材料层(42)和多个位于所述弹性材料层(42)之间并粘附于所述弹性材料层(42)的金属板(44、46)；
并且，所述弹性机构(38)具有一压缩轴线，该压缩轴线与通过所述两个连杆(26、28)的第一连接点(30、32)的轴线形成20°到60°的角度(β)。
2.如权利要求1所述的悬挂装置，其特征在于，所述两个连杆(26、28)互相基本平行，并且在它们各自的第一和第二连接点(30、34；32、36)之间在纵向上基本具有相同的长度。
3.如权利要求1所述的悬挂装置，其特征在于，所述两个连杆(26、28)位于同一垂直平面中。
4.铁路车辆转向架(10)，其包括至少一如权利要求1至3中任一项所述的悬挂装置(20)。
5.如权利要求4所述的铁路车辆转向架(10)，其特征在于，所述第一零件(16)是所述铁路车辆转向架(10)的底座，所述第二零件是所述铁路车辆转向架(10)的轴杆(14)或轴杆箱(18)。
6.如权利要求5所述的铁路车辆转向架(10)，其特征在于，所述两个连杆(26、28)中的每一个通过一柱形弹性铰链(60)在所述连杆的第二连接点(34、36)与所述铁路车辆转向架(10)的所述轴杆(14)或所述轴杆箱(18)连接，并且也通过一柱形弹性铰链(60)在所述连杆的第一连接点(30、32)与所述铁路车辆转向架(10)的底座(16)连接。
7.如权利要求6所述的铁路车辆转向架(10)，其特征在于，所述连杆(26、28)垂直于所述轴杆(14)地延伸，并且所述柱形弹性铰链(60)具有平行于所述轴杆(14)的轴线。
8.如权利要求7所述的铁路车辆转向架(10)，其特征在于，所述两个连杆(26、28)的第二连接点(34、36)以对称方式在所述轴杆(14)两侧纵向错开。
9.如权利要求5至8中任一项所述的铁路车辆转向架(10)，其特征在于，所述两个连杆(26、28)位于低于所述轴杆(14)的或所述轴杆箱(18)的顶部(40)的垂向处。
10.铁路车辆，其包括至少一如权利要求1至3中任一项所述的悬挂装置(20)。
11.如权利要求10所述的铁路车辆，其特征在于，所述第一零件是铁路车辆的车身，所述第二零件是位于所述车身下的铁路车辆转向架(10)的底座(16)。
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