CN102348588A - 用于车辆悬架的组件和方法 - Google Patents

Abstract

提供了用于转移由不同的轮和轴支承的重量的转向架组件、系统和方法。车辆悬置方法包括在第一模式中以第一有效悬架弹簧刚性系数操作悬架；以及在第二模式中以第二不同的有效悬架弹簧刚性系数操作悬架。

Description

用于车辆悬架的组件和方法

背景

技术领域

本发明的实施例可涉及例如转向架组件、具有转向架组件的车辆和/或操作转向架组件的方法。

背景技术

制造车辆的成本和维护生产部件的存货的成本可根据单独的车辆模型的定制水平而增加。部件存货可由于在生产环境下产生的产品混合的复杂性而增加。一些车辆可包括前转向架和后转向架，在各个转向架上有两个或更多个轴。各个轴可具有马达。在一个车辆所需要的动力小于另一个的制造情形下，更低动力的车辆可能需要制造成具有与轴的数量相等的数量的更小功率的马达。将马达分配在所有轴之间可改进在使用期间的轮牵引。保持包括相对更多的构件选择的生产环境，例如使用第一模型中的所有较低功率的马达来代替在第二模型中使用的所有较高功率的马达，可能不合乎需要。本文的发明人已经认识到，具有不同于当前可获得的那些转向架组件的转向架组件可能是有用的。

发明内容

一个实例实施例包括一种转向架，其包括将第一轴承载器联接到转向架构架元件上的第一弹簧系统，以及将第二轴承载器联接到转向架构架元件上的第二弹簧系统，其中，第一弹簧系统具有基本非线性的有效弹簧刚性系数(spring rate)，而第二弹簧系统具有基本线性的有效弹簧刚性系数。

另一个实例实施例包括操作具有悬架的车辆的方法，其包括在第一模式中以第一有效悬架弹簧刚性系数操作悬架；以及在第二模式中以第二不同的有效悬架弹簧刚性系数操作悬架。车辆可为轨道车辆，例如机车。

应当理解，提供上面的概述来以简化的形式介绍一组概念，这些概念将在详细描述中进一步描述。并不意图确定所要求保护的主题的关键或实质特征，所要求保护的主题的范围唯一地由伴随详细描述的权利要求限定。此外，所要求保护的主题不限于解决在上面或在本公开的任何部分中提到的任何缺点的实现。

附图说明

图1显示了包括本发明的一个实施例的车辆。

图2a-2b是示出了弹簧所施加的力和弹簧的变形的实例关系的曲线图。

图3a示出了实例转向架的右侧截面图，而图3b示出了实例转向架的左侧截面图。

图4a是从第一侧看到的透视图，而图4b是从相反的第二侧看到的透视图，它们示出了实例承载器和弹簧系统。

图5是实例转向架的一部分的右侧截面图。

图6是示出了实例连接装置的构件的分解视图。

图7是实例促动器的透视截面图。

图8a和8b显示了实例弹簧构造。

具体实施方式

本发明的实施例可涉及转向架(或转向车架)组件、具有转向架组件的车辆和操作转向架组件的方法。提供车辆、转向架组件、系统和/或方法来在支承轨道车辆的轮和/或轴之间转移重量。作为实例，车辆可为可定位在轨道上的机车或轨道车辆。

在一个实施例中，实例方法包括操作具有悬架的车辆。该方法可包括在第一模式中以第一有效悬架弹簧刚性系数操作悬架；以及在第二模式中以第二不同的有效悬架弹簧刚性系数操作悬架。

悬架可包括一个或多个弹簧，其中，一个或多个弹簧共同具有随着悬架的位移而改变的有效弹簧刚性系数。在一些状况下，轨道车辆通过这样来选择性地且在一些情况下动态地增大在轨道上的法向力(且因此增大牵引力)：当期望有牵引力时将所支承的负荷从联接到悬架上的无动力轴分配到联接到悬架上的动力轴上，并且类似地当期望有更小的牵引力时使所支承的负荷保持更均匀地分配在动力轴和无动力轴之间。这样，可能可行的是，当将负荷从无动力轴分配到动力轴上时操作具有更高的有效弹簧刚性系数的悬架，以在增大的牵引力期间减小悬架的过度压缩。类似地，可能可行的是，在更均匀地加载轴的情况下操作具有更低的有效弹簧刚性系数的悬架，以在更高的速度处以减小的促动器力和减小的促动器位移提供更平滑的行驶和更小的构架应力。

在一个实施例中，转向架包括：转向架构架元件；第一动力轴；联接到第一轴上的第一轴承载器；将第一轴承载器联接到转向架构架元件上的第一弹簧系统；第二无动力轴；联接到第二轴上的第二轴承载器；以及将第二轴承载器联接到转向架构架元件上的第二弹簧系统。第一弹簧系统可具有略微非线性或基本非线性的有效弹簧刚性系数，并且第二弹簧系统具有相当线性的有效弹簧刚性系数。在另一个备选方案中，对于直至阈值轴负荷的轴负荷而言，转向架的第一轴的有效弹簧刚性系数可基本类似于转向架的第二轴的有效弹簧刚性系数。而对于高于阈值的负荷而言，第一轴和第二轴的有效弹簧刚性系数可不同。而且另外，转向架的第一轴和第二轴可构造成在静态状况下提供不相等的静态负荷，以便在可由于牵引力而发生重量移转时在动态状况下平衡负荷。

再次，这种构造可使得当动态地将负荷从无动力轴分配到动力轴时在增大的牵引力期间在一些情况下能够有相对改进的运行。这可使得当动力轴和无动力轴两者在基本均匀的负荷下运行时在更高的速度处在一些情况下能够有相对改进的运行。而且，在一些情况下，这可提供相对更平滑的行驶。

实例转向架组件可包括转向架构架元件，以及与转向架构架元件联接的承载器。偏置结构可构造成偏置承载器离开转向架构架元件。可促动的连接装置可包括与承载器联接的顺从性连接件。顺从性连接件可构造成以便逆着偏置沿第一方向拉承载器。顺从性连接件可能不能或几乎不能有效地沿与第一方向相反的第二方向推动承载器。承载器可承载动力轴。

通过使得顺从性连接件能够逆着偏置沿第一方向拉承载器，选择性地控制承载器朝向转向架构架元件的增加的压缩以实现动态地将负荷重新分配到转向架组件的其它轴上是可行的。另外，因为顺从性连接件可能不能有效地或充分地沿第二方向推承载器，所以减小了顺从性连接件在行进期间抵消偏置件的自然悬置动作的可能性。这样，可减小在构架元件上的应力。

另外的其它实例实施例可使得能够将类似功率额定值的马达用于高动力机车和低动力机车两者。这样使用可使得能够有可变数量的马达来对对应数量的轴提供动力。用于在轨道上行驶的实例机车可包括具有受驱动的轴和未受驱动的轴的转向架装置。未受驱动的轴可在轨道上施加法向力。通过逆着偏置拉顺从性连接件，可选择性地减小该力。另外，可在释放顺从性连接件之后通过偏置来增大该力。这样，顺从性连接件可仅能够沿远离轨路的方向向上拉未受驱动的轴来减小该力，但是顺从性连接件可能基本不能向下推未受驱动的轴来增加与轨路的接合。

而且，虽然本文中描述的实例实施例包括具有动力轴和无动力轴的转向架，其中，可通过促动器来压缩(沿竖向拉)无动力轴，以实现动态重量移转，但是在一个备选实施例中，动力轴可构造成具有逆着偏置而向下推动力轴的促动器，从而释放在无动力轴上的负荷。而且另外，可促动动力轴和无动力轴两者。

虽然图1示出了机车18，但是系统10的实施例和本文中论述的所有实施例可用于其它车辆，包括有轮的车辆、轨道车辆、轨路车辆和机车。参照图1，提供了系统10来选择性地和/或动态地影响通过多个机车轴30、32、34、36、38、40中的一个或多个施加的法向力70、72、74。在图1中示出的机车18构造成以便沿着轨路41行进，并且包括各自被相应的轴30、32、34、36、38、40接收的多个机车轮20。轨路41包括一对轨道42。被各个轴30、32、34、36、38、40接收的多个轮20沿着轨路41的相应的轨道42沿行进方向24运动。

如在图1的实例实施例中所示出的那样，机车18包括一对可旋转的转向架26、28，它们构造成接收相应的多个轴30、32、34和36、38、40。转向架26、28可包括转向架构架元件60，转向架构架元件60构造成通过悬架(未显示)对承载器(未显示)提供顺从性接合。该对转向架26、28构造成以便旋转，其中，转向架26、28中的一个或两者可从向前方向向向后方向旋转180度。

各个转向架26、28可包括一对隔开的动力轴30、34、36、40，以及定位在该对隔开的动力轴之间的非动力轴32、38。动力轴30、34、36、40各自分别联接到牵引马达44和齿轮46上。虽然图1示出了在各个转向架内的一对隔开的动力轴和定位在隔开的动力轴之间的非动力轴，但是转向架26、28可包括在任何位置布置内的任何数量的动力轴和至少一个非动力轴。

动力轴30、34、36和40中的各个各自包括悬架90，并且非动力轴32和38中的各个包括悬架92。悬架可包括各种弹性和/或阻尼部件，例如压缩弹簧、片簧、螺旋弹簧等。在本文中参照图2-5更详细地描述了悬架90和92的额外的细节。在一个实例中，非动力轴32、38可包括促动器，该促动器构造成以便如关于图3-5所描述的那样通过施加内部压缩力来动态地调节非动力轴悬架的压缩。例如，促动器可为气动促动器、液压促动器、机电式促动器和/或它们的组合。这样，重量可动态地从非动力轴32移转到转向架26的动力轴30、34上。类似的动态重量移转也可以类似的方式在转向架28中执行。因而，在非动力轴32、38上引起向上的力、并且通过在动力轴30、34、36、40上的对应的向下的力来增大机车18的牵引力是可行的。具体而言，在一个实例中，由动力轴30、34和36、40施加在轨路上的重量会增加，而由非动力轴32、38在轨路上施加的重量会减小。

在一个实例实施例中，根据动力轴和转向架构架之间的偏差，动力轴悬架90的有效弹簧刚性系数可改变，使得实现非线性弹簧刚性系数响应。相反，对于非动力轴和转向架构架之间的偏差而言，非动力轴悬架92的有效弹簧刚性系数可为基本恒定的，使得实现基本线性的弹簧刚性系数响应。这样，如本文中所述，允许动态重量移转操作、同时还改进高速性能可为可行的。具体而言，悬架90在增加的动态重量下以更高的有效弹簧刚性系数操作，以因此减少悬架90的过度压缩。同样，悬架90在减小的动态重量下以更低的有效弹簧刚性系数操作，以因此在其它运行状况(例如高速状况)期间减小转向架应力和传递给机车操作员的力。如本文中所用，轴悬架的有效弹簧刚性系数指施加到轴上的法向力和轴的朝向转向架的位移之间的比率。在另一个实例中，悬架90的有效弹簧刚性系数曲线不同于悬架92的有效弹簧刚性系数曲线。

参照图1，如所描绘的那样，在一个实例中，机车是运行柴油发动机56的柴油-电动车辆。但是，在机车18的备选实施例中，可采用备选发动机构造，诸如例如汽油发动机或生物柴油或天然气发动机。安装在转向架26、28上的牵引马达44可通过DC总线52接收来自交流发电机50的电功率，以提供牵引动力来推进机车18。如本文中所述，牵引马达44可为AC马达。因此，与牵引马达配对的逆变器54可将DC输入转换成适当的AC输入，例如三相AC输入，以随后由牵引马达使用。在备选实施例中，牵引马达44可为直接采用交流发电机的在整流和沿着DC总线传输之后的输出的DC马达。一个实例机车构造针对每个轮轴包括一对逆变器/牵引马达。如本文中描绘的那样，针对动力轴30、34和36、40中的各个显示了4对逆变器-牵引马达。

牵引马达44可用作提供动态制动来使机车18制动的发电机。具体而言，在动态制动期间，牵引马达可沿与滚动方向相反的方向提供转矩，从而产生电，该电被连接到电气总线上的电阻器网络(未显示)作为热消散掉。在一个实例中，该网络包括直接串联连接到电气总线上的阻抗性元件组。机车18可使用利用压缩空气的空气制动器(未显示)作为车辆制动系统的一部分。

如上面所提到的那样，为了增加转向架的受驱动的轴的牵引力(通过实现动态地将重量从转向架的至少一个轴移转到转向架的至少另一个轴上)，一个实施例使用了无动力轴(例如32和/或38)和转向架构架元件60之间的以气动的方式促动的相对位移。无动力轴的相对位移导致轴悬架92的变化(例如，压缩)，从而导致重量移转到动力轴上，(并且导致悬架90的额外的压缩)，以补偿在无动力轴处的减小的法向力72。这个动作会例如在动力轴30、34上产生增大的法向力70、74。

但是，由动力轴30、34、36、40承载的额外的重量可在机车18的运行期间导致可能要处理的各种问题。

作为第一实例，在其中重量动态地移转到受驱动的轴(并且因此这些轴在悬架中有增加的压缩的情况下运行)上的高牵引力状况下，悬架可压缩到最大压缩状况的附近。因此，在其中悬架包括弹簧的实例中，弹簧可由于悬架的后备量耗尽而“降到最低点”，其中，相邻的弹簧线圈彼此发生接触。备选地，弹簧或轴可到达设计为用来限制轴的移位的硬止动件。这种状况可增加在机车构件中的应力，并且降低机车的使用寿命，因为轴可能不再允许在动态运行状况(例如由于轨路不规则性、负荷的变化等而引起)期间有进一步压缩。

虽然例如通过增加弹簧的弹簧刚性系数来解决悬架(例如弹簧)的过度压缩是可行的，但是增加弹簧刚性系数可导致与机车性能有关的另外的其它问题。例如，在高速处，如果弹簧的弹簧刚性系数太高的话，则机车悬置动作可退化。再次，这可导致在机车构件中有增大的应力，并且降低它们的使用寿命。同样，更高的弹簧刚性系数可降低行驶质量，因为它们可放大由于轨路不规则性和其它这种现象而引起的、传递给机车乘客的力。

因此，机车可以以不同的悬架操作模式来运行。在包括将至少第一量的动态重量从无动力轴转移到动力轴上的第一模式中，动力轴悬架以第一有效弹簧刚性系数操作。在包括将至少第二量(第二量小于第一量)的动态重量从无动力轴转移到动力轴上(包括没有额外的重量转移的情况)的第二模式中，动力轴悬架以第二有效弹簧刚性系数操作，第二刚性系数低于第一刚性系数。因而，与第二模式相比，在第一模式中重量从轨道车辆的无动力轴转移到轨道车辆的动力轴的程度更大。

这样，在增加的动态重量转移操作期间以增加的悬架硬度操作，以因此减小压缩无动力轴和增加在悬架中的后备量所需的压缩力和位移的量以及减小对提升动力轴的机构(如果存在的话)的提升力需求，是可行的。另外，在减小的动态重量转移操作(其可包括承载相等重量的动力轴和无动力轴两者)期间，例如在高的机车行进速度处，可行的是在动力轴悬架中有降低的硬度的情况下操作，以保持可接受的行驶质量和更低的转向架构架应力。

可使用各种方法来提供上面的动作。在一个实例中，如图2中所示，动力轴悬架可在动力轴上具有非线性有效弹簧刚性系数。

现在具体地参照图2a，曲线图200示出了有效悬架弹簧刚性系数曲线，法向力在竖轴上，而位移在横轴上。显示了第一实例有效悬架弹簧刚性系数210为基本线性的，其中，力一位移的比率(214)在所示出的位移范围上为基本恒定的。如本文中上面所述，悬架92可以有效悬架弹簧刚性系数210操作。

图2b显示了曲线图202，其示出了不同于有效弹簧刚性系数210的第二实例有效悬架弹簧刚性系数212，其中，有效弹簧刚性系数212是基本非线性的。在一个实例中，力一位移的比率在第一位移范围上具有第一基本恒定的刚性系数214，而在第二位移范围上具有第二不同的(更硬的)基本恒定的刚性系数216。如本文中上面所述，悬架90可以有效悬架弹簧刚性系数212操作。在图2b的实例中，第一刚性系数214(在较小的位移处，如本文中所定义，较小的位移指轴的沿竖向朝向转向架的较低的位移)低于(例如不那样硬)第二刚性系数216(在较高的位移处)。如本文中更详细地描述的那样，可调节过渡点220(其在此实例中为约1英寸)，以在机车的不同的轴之间提供不同的弹簧刚性系数过渡。

虽然图2的非线性弹簧刚性系数212被显示为两个线性刚性系数214、216，但是可使用各种备选的非线性弹簧刚性系数，例如曲线、超过两个线性段等。

可使用各种方法来产生非线性弹簧刚性系数，包括使用并联的第一和第二弹簧，其中，在比第二弹簧更少的压缩处接合第一弹簧，诸如例如，在图3-5的实例中所描述的那样。另外，可使用各种其它备选构造，例如具有可变节距、可变线材厚度、可变线材材料等的弹簧。图8a-8b显示了用以产生非线性弹簧刚性系数的不同的弹簧构造的两个这样的实例，其中，图8a和/或8b的弹簧可用于本文中描述的悬架和/或转向架组件中。

现在参照图3a和3b，显示了在以气动的方式控制无动力轴32的压缩的情况下的实例转向架构造350。具体而言，图3a示出了一个实例转向架26的右侧截面图，而图3b示出了该实例转向架26的左侧视图。转向架26可包括转向架构架元件60，转向架构架元件60构造成以便通过悬架与承载器302、304、306进行顺从性接合。在图3a-3b的实施例中，弹簧系统308、310、312代表悬架系统。转向架构架元件60可包括可设置在各种高度处的大体水平的部分。例如，转向架构架元件60可具有位于轴30、32、34的上方的相对较高的部分314，和位于轴30、32、34之间的相对较低的部分316。在一些实例中，转向架构架元件60可构建成具有双壁结构，该双壁结构可包括腹板318，以增加转向架构架元件60的强度和硬度。壁320和/或腹板318可在它们之间提供腔体322，并且可包括通过其中的孔324。

各个承载器304、304、306可构造成保持相应的轴30、32、34。具体而言，承载器可构造成圆柱形衬套等，该圆柱形衬套构造成承载轴。如所提到的那样，承载器302、304、306可与转向架构架元件60联接，以相对于转向架构架元件60进行顺从性运动。各个弹簧系统308、310、312可提供偏置结构309，偏置结构309构造成支承转向架构架元件60的相应的部分和机车18的上面的重量的部分。各个偏置结构309然后可向上偏置转向架构架元件60，并且偏置转向架构架元件60使其远离承载器302、304、306。

在一些实例中，各个承载器304、304、306支承的重量的一部分且因此在轮20中的各个上的向上的法向力70、72、74可选择性地且在一些实例中动态地在承载器302、304、306之间重新分配。在一些实例中，重量可通过重量转移来重新分配，该重量转移构造成减小在非动力轴32上的重量，从而增加在动力轴30、34上的重量，并且因此通过对应地增加在动力轮上的法向力70、74来增大机车18的牵引力。转向架28还可类似地构建成使得可减小在非动力轴38上的重量，从而增加在动力轴36、40上的重量且因此增加机车18的牵引力。

再次更具体地参照图3a和3b，可采用各种促动装置来减小在非动力轴32上的重量。例如，一对促动器326、328可与转向架构架元件60联接。第一促动器326可联接到转向架构架元件60的一个较低的部分316的顶表面352上或联接到其附近，而第二促动器328可联接到转向架构架元件60的另一个较低的部分316的侧表面354上或联接到其附近。第一和第二促动器326、328可为气动促动器。在一个实例中，促动器326、328的构架例如借助于通过缸体构架中的带凹槽的孔的螺栓刚性地安装到转向架构架元件50上，以允许进行调节，以补偿将在下面论述的在转向架构架和/或连接装置构件中的尺寸容差。

促动器326、328可构造成分担用于促动连接装置330的促动负荷，这将在下面关于图3b进行论述。具体而言，促动器可各自产生沿相反的方向又相对于彼此偏移的力，以产生使凸轮或杠杆臂旋转的力偶矩，以在承载器304上产生提升力，以便使其相对于转向架构架元件60且朝向转向架构架元件60移位。连接装置可使用机械效益来放大来自促动器的力，并且在一些实例中，机械效益可根据连接装置的位置而改变。在一个特定实例中，在弹簧系统进一步压缩时，机械效益会增加。关于图4a-4b描述了连接装置330的额外的细节。

通过使用一起动作的至少两个气动促动器，用于气动促动器326、328的各个气动缸体壳体可具有减小的直径，以装配在转向架的周围的有限的包装空间内，并且进一步使得能够使用现货供应的构件。此外，这会减小会导致轴(不包括602)弯曲的有害的力矩。另外，促动器326、328可在转向架26上定位在各种位置上，以利用其上的空余空间。除了气动促动器之外或作为对气动促动器的补充，其它实例可采用诸如液压和/或各种直接或间接促动器的动力，包括但不限于，使用一个或多个伺服马达等。可采用各种构造和数量的促动器。

图4a是从第一侧看到的截面透视图，而图4b是从相反的第二侧看到的透视图，它们示出了在图3a和3b中显示的机车转向架组件350的实例中间承载器304和中间弹簧系统310。承载器304可构造成将非动力轴接收在孔402中。机车转向架组件350可包括转向架构架元件60和与转向架构架元件60联接的承载器304。弹簧系统310可构造成偏置承载器304使其远离转向架构架元件60。

显示了可促动的连接装置330具有顺从性连接件404，顺从性连接件404可与承载器304联接，以将杠杆臂414的由于气动促动器产生的力偶而引起的旋转转换成承载器304的相对于转向架构架元件60的竖向运动。顺从性连接件404可包括链、缆索、带等。在附图中示出了链。如本文中所用，当连接装置330沿第一方向406运动时(例如，当朝向转向架构架元件60拉承载器304时)，顺从性连接件404操作来逆着弹簧系统310拉承载器304。但是，当连接装置330沿与第一方向406相反的第二方向408运动时，顺从性连接件404基本不能推承载器304。如本文中所用，基本不能推的顺从性连接件包括连接件，例如如上面提到的连接的链，其中，与处于压缩中的连接件相比，该连接件能够以张紧的方式操作来支承大至少一个数量级(并且通常大两个或更多个数量级)的负荷。在连接的链的实例中，链的连接件沿第二方向变成脱开，并且因此事实上不能用足以影响机车的悬架的任何力来推。在一个特定实例中，链可如促动器控制的那样拉，并且因此基本不会由于转向架碰撞在轨路中的间断而受影响，因为这会在链中产生松弛。根据对于应用而言专有的参数和需求，还可使用其它顺从性连接件，例如绳索、缆索、开槽刚性部件或其它(如果需要的话)。

通过使得顺从性连接件能够逆着偏置沿第一方向拉承载器，可行的是选择性地控制承载器朝向转向架构架元件的增加的压缩，以实现动态地将负荷重新分配到转向架组件的其它轴上。例如，当悬架操作来支承机车时，通过借助于气动促动器增加和/或减小顺从性连接件中的张力，动态地调节所支承的负荷的从无动力轴32转移到动力轴30、34的量是可行的。但是，因为顺从性连接件基本不能沿第二方向将由于机车沿着轨道运行而引起的干扰力(例如，由于轨路不规则性、机车动态特性等引起)推到承载器上，所以减小了顺从性连接件在行进期间抵消弹簧系统310的自然悬置动作的可能性。例如，即使当顺从性连接件张紧以实现动态地将重量从机车转向架的无动力轴转移到机车转向架的动力轴上时，承载器仍然能够进一步被外力(例如由于轨路不规则性引起)压缩，使得保持了适当的悬置动作，而不需要外力来克服气动促动器的促动力。这样，可减小在构架元件上的应力，同时保持更顺从的悬架。另外，可包括附加的构件，例如联接在气动系统中的蓄能器，其可利用空气的可压缩性来减少在动态力的影响下推压承载器。

连接装置330可包括绕着固定的枢轴线412可枢转的曲柄410。曲柄410可具有与顺从性连接件404联接的远端(见图7)。曲柄410的枢转可构造成以便使顺从性连接件404的联接到曲柄远端上的端部沿第一方向和第二方向运动。

连接装置330还可包括杠杆臂414，杠杆臂414与曲柄410联接，并且构造成以便实现曲柄410的枢转。杠杆臂414可以各种方式来构造，例如构造成T形杆。杠杆臂414可基本绕着枢轴线412平衡，并且可分别在相对的端416、418处联接到两个促动器326(图3b)、328上。两个促动器326(图3b)、328可构造成以便从分别相反的方向420、422施加力，以在杠杆臂414上施加力偶。该力偶可基本以枢轴线412为中心，以使杠杆臂414和曲柄410绕着枢轴线412枢转，从而减小在杠杆臂和曲柄上的应力。在一个实例中，曲柄可恰当地居中，以补偿轴在弯曲的轨路上的横向运动。附加的轴承或多个轴承可装配到曲柄上，以减少绕着枢轴的力的损失且减小摩擦。连接装置330的一部分可构造成装配在转向架构架元件60内的一个或多个腔体322内。例如，如所示出的那样，曲柄410可与腔体322装配在一起。这样，连接装置可制成紧凑的。

弹簧系统310可包括构造成将轴联接到转向架构架元件60上的一个或多个弹簧450。虽然图4a-4b显示了偏置各个承载器使其远离转向架构架元件60的两个弹簧，但是可使用更多或更少的弹簧。继续参照图4a-4b，弹簧450中的各个的顶端可附连到转向架构架元件60上，而各个弹簧的底端附连到承载器304上。在另一个实例中，弹簧可不附连到转向架构架元件60或承载器304中的任何一个或两者上，而是可改为设置在导向槽口等中。

现在参照图5，其示出了侧视图，该侧视图示出了图3a和3b中显示的机车转向架组件350的实例承载器302和弹簧系统308。承载器302可构造成将动力轴接收在孔502中。弹簧系统308可构造成偏置承载器302使其远离转向架构架元件60。

应当理解，在图5中示出的用于动力轴30的弹簧系统308基本类似于例如在其中机车可沿向前方向和相反的方向两者运行的实例中的各个动力轴34、36和40的弹簧系统。但是，在备选实例中，与在后转向架上相比，当沿方向24行进时，由于在转向架或机车内的自然重量转移的原因，诸如转向架26(图3a-3b)的前转向架可需要更大的提升力来压缩中间承载器304(图3a-3b)。因而，弹簧系统308可仅用于轴30和34，而不用于轴36和40(图3a-3b)上。

继续参照图5，它显示了具有与承载器302的朝向转向架构架元件60的位移成非线性的有效弹簧刚性系数的实例悬架。在图5的图示中，显示了弹簧系统308处于未加载或自由状态，其中，弹簧系统308不支承从另一个轴移转的动态重量。

在此实例构造中，弹簧系统308包括第一弹簧组件510和第二弹簧组件512。各个弹簧组件包括第一外部弹簧520和第二内部弹簧522。在图5的实例中，内部和外部弹簧相对于彼此沿相反的方向盘绕。

通过拧到承载器302的基部元件540中的弹簧座杆530来预先压缩和对准内部弹簧522。在一个实例中，弹簧座杆530的带螺纹的轴允许对弹簧522进行高度调节和预压缩调节。这使得弹簧组件510的非线性弹簧刚性系数的变化能够例如适应不同的机车构造。在备选实例中，在弹簧座杆530的端部(例如顶部)上的螺帽可用来使得能够调节弹簧522的接合变形。

图5还示出了将内部弹簧522保持在其预压缩状态中并且进一步提供了稳固的匹配表面的弹簧座杆530的头部532与转向架构架元件60的接合缸体560之间的间隙550。在一个实例中，头部532可成形为盘。

在其中转向架包括三个轴的实例(例如图3a中所示)中，在轴30的弹簧系统308中的间隙可不同于在轴34的弹簧系统312中的间隙。例如，在轴30的系统中的间隙可小于轴34的系统的间隙，以便在牵引力期间补偿转向架的自然重量转移，其中，与轴34相比，更多的负荷可转移到轴30上，以致力于在动态重量移转操作期间使轴30和34之间的轴负荷相等。

继续参照图5，在一个实例中，弹簧组件510产生了在图2中示出的非线性弹簧动作，其中，在从图5的自由状态起的初始压缩(例如，承载器302朝向转向架构架元件60移位)期间，仅外部弹簧520被压缩。但是，一旦接合缸体560接触弹簧座杆头532，内部弹簧522和外部弹簧520两者就被压缩，从而在承载器302继续朝向转向架构架元件60压缩时增加弹簧组件510的有效弹簧刚性系数。因而，在其中仅外部弹簧520支承机车的重量(例如，非常少量或没有动态重量离开无动力轴而移转到动力轴上)的运行期间，内部弹簧522不被接合缸体560接合，并且因此内部弹簧522不支承机车或将机车联接到轨路的轨道上。但是，在弹簧520和522两者均支承机车的重量(例如，非常大量的动态重量离开无动力轴而移转到动力轴上)的运行期间，内部弹簧522被接合缸体560接合，并且因而内部和外部弹簧520和522支承机车，并且将机车联接到轨路的轨道上。

虽然图5显示了彼此并联而形成弹簧组件的第一和第二弹簧，但是弹簧可备选地定位成串联。另外，虽然使用了不同的接合位置来产生非线性弹簧动作，但是如本文中所提到的那样可使用各种备选方法，例如具有可变线材厚度、沿着弹簧的高度可变的材料、可变簧圈节距等的单个弹簧。

图6是示出了连接装置330(图3a)的构件的分解视图。轴602可由转向架构架元件60的第一侧支承。轴602可例如穿过在转向架构架元件60中的孔或穴604，或装配到其中。另外，轴可按压配合、滑动配合或拧到转向架构架上。在一些实例中，轴602可构造成以便旋转，而在其它实例中，轴可为固定式，并且本文中描述的其它构件(例如曲柄410和杠杆臂414)可构造成以便相对于轴602枢转。在一些实例中，轴602和安装在轴上的其它构件可相对于彼此枢转。在一些实例中，曲柄410可通过轴602与杠杆臂414联接。

在一些实例中，轴602可穿过在曲柄410中的孔，并且可由轴承606支承。轴承606可支承在支承板610中的孔608内。支承板610可构造成附连到转向架构架元件60的第二侧上。这样，可在转向架构架元件60的相对的侧处支承轴602。支承板610可具有或可不具有轴承，并且可保持成或可不保持成使得旋转被阻止。可提供止推轴承来在轴在拐弯的同时沿横向方向平移时减小沿横向方向的摩擦。

曲柄410可具有联接到转向架构架元件60上的近端611，并且可构造成以便绕着近端611沿第一方向406和沿第二方向408枢转。曲柄410还可具有远端620。链612可构造成将曲柄410的远端620联接到轴32上，并且可构造成当曲柄410沿第一方向406运动时逆着弹簧系统310(图3a)拉轴32(图3a)。在轴32上的拉力可构造成使在轮82上的来自下面的表面的法向力72(图1)减小。偏置件309(图3a)可构造成使法向力72增大。

曲柄410可具有构造成接收销616的臂614。销616可穿过在链612上的顶部连接件618，以将链612联接到曲柄410的远端620上。另外，销616和链可保持到曲柄410的臂上，例如臂614。在一个实例中，杠杆和曲柄大小设置成、定位成和成形成在使承载器朝向转向架构架元件移位方面增加促动器的机械效益，如本文中所示。在所示的一个特定实例中，在曲柄旋转时，机械效益是可变的。

图7是实例促动器326(图3a)的透视截面图。如所示出的那样，在之前描述的附图中显示的两个促动器326、328中的各个可包括冲杆702、活塞704和缸体706。冲杆702可具有与活塞704联接的近端708。活塞可与缸体706滑动结合。各个冲杆702还可具有分别与杠杆臂414(图4b)的相对的端416、418中的各个联接的远端710。加压流体可提供动力来使活塞704相对于缸体706运动以及使冲杆702沿方向712运动，方向712大体相对于转向架构架元件60(图4b)沿纵向。冲杆702可宽松地限制在缸体706的开口714内，以允许冲杆702的远端710沿基本横向于转向架构架元件60的方向716运动至少足以(使冲杆的远端)跟随杠杆臂414(图4b)的相对的端416、418其中一个的竖向运动的量。因而，冲杆702可关于促动器的缸体706成角度地顺从。在一个实例中，冲杆702沿着纵向方向同轴地运动。冲杆还可绕着其轴线旋转，以沿不同的定向装配T形杆。可对缸体的杆增设附加的支承件，以在最大顺从性处或在整个顺从性范围上减小在冲杆和推杆上的负荷。

在一些实例中，缸体706可具有光滑的内表面。促动器326还可包括设置在活塞704和缸体706的内表面718之间的接合部722处的O形环720。在一个实例中，冲杆可构建成具有低摩擦密封件，以在整个行程中随着压力的变化而增大力的变化。还可结合复位弹簧，以在停用压缩空气之后将冲杆拉到其静止位置。而且另外，可使用允许有三个自由度的接头(例如球窝接头)，以在该机构可沿横向和纵向方向行进时将其联接到304上。

缸体706可包括大型阻尼阀724，以便在发生例如制动器应用和/或轮滑动事件之后快速释放加压流体。缸体706还可包括受控安全阀726，受控安全阀726构造成以便对冲杆702且因此对顺从性连接件404(在一些实例中，即为链612(图6))进行微调控制。

图8a-8b显示了实例弹簧系统。具体而言，图8a显示了可用来提供有效的非线性弹簧刚性系数的实例压缩弹簧802。弹簧802具有可变簧圈节距，其中，弹簧的第一部分具有第一节距810，而弹簧的第二部分具有第二节距812，第二节距小于第一节距。同样，图8b显示了另一个实例，其具有串联的第一压缩弹簧804和第二压缩弹簧806。在此实例中，压缩弹簧804和第二压缩弹簧806各自具有不同的弹簧刚性系数，一个大于另一个。在此实例中，弹簧804和806之间的不同的簧圈节距会产生不同的弹簧刚性系数。具体而言，弹簧804具有第一节距820，而弹簧806具有第二更小的节距822。

此书面描述使用了实例来公开本发明，包括最佳模式，并且还使得相关领域的普通技术人员能够实践本发明，包括制造和使用任何装置或系统，以及执行任何结合的方法。本发明的可获得专利权的范围由权利要求限定，并且可包括本领域普通技术人员想到的其它实例。如果这样的其它实例具有无异于权利要求的字面语言的结构元素，或如果它们包括与权利要求的字面语言无实质性差异的等效结构元素，则这样的其它实例意图处于权利要求的范围内。

Claims (21)

1.一种操作具有悬架的车辆的方法，包括：

在第一模式中以第一有效悬架弹簧刚性系数操作所述悬架；以及

在第二模式中以第二不同的有效悬架弹簧刚性系数操作所述悬架。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，与所述第二模式相比，在所述第一模式期间，重量从所述车辆的无动力轴转移到动力轴的程度更大，并且其中，所述第二弹簧刚性系数低于所述第一弹簧刚性系数。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述悬架包括非线性弹簧系统，并且其中，所述第一模式包括所述车辆的增大的牵引力，而所述第二模式包括高的行进速度。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述非线性弹簧系统包括布置成平行于彼此的第一弹簧和第二弹簧。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述第一弹簧盘绕在所述第二弹簧的周围。

6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，在所述第一模式期间，仅所述第一弹簧支承所述车辆，而在所述第二模式期间，所述第一弹簧和第二弹簧两者支承所述车辆。

7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，与接合所述第一弹簧的情况相比，在所述悬架的更大的位移处接合所述第二弹簧。

8.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述车辆定位在轨道上，并且在所述第一模式期间，仅所述第一弹簧将所述车辆联接到所述轨道上，而在所述第二模式期间，所述第一弹簧和第二弹簧两者将所述车辆联接到所述轨道上。

9.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述第一弹簧沿与所述第二弹簧相反的方向盘绕。

10.一种转向架，包括：

将第一轴承载器联接到转向架构架元件上的第一弹簧系统；以及

将第二轴承载器联接到所述转向架构架元件上的第二弹簧系统；

其中，所述第一弹簧系统具有基本非线性的有效弹簧刚性系数，而所述第二弹簧系统具有基本线性的有效弹簧刚性系数。

11.根据权利要求10所述的转向架，其特征在于，所述第一弹簧系统包括第一弹簧和第二弹簧。

12.根据权利要求11所述的转向架，其特征在于，所述第一弹簧系统包括所述第二弹簧内的弹簧座杆，所述弹簧座杆预先压缩所述第二弹簧，并且进一步具有构造成接合所述转向架构架元件的盘。

13.根据权利要求12所述的转向架，其特征在于，与所述第一弹簧相比，所述第二弹簧通过所述盘来在所述第一轴承载器的朝向所述转向架构架元件的更大的位移处接合所述转向架构架元件。

14.根据权利要求11所述的转向架，其特征在于，所述非线性有效弹簧刚性系数包括在所述第一轴承载器的朝向所述转向架构架元件的较低的位移处的第一较低的弹簧刚性系数，以及在所述第一轴承载器的朝向所述转向架构架元件的较高的位移处的第二较高的弹簧刚性系数。

15.根据权利要求14所述的转向架，其特征在于，所述第二弹簧系统的所述线性有效弹簧刚性系数介于所述第一弹簧刚性系数和第二弹簧刚性系数之间。

16.根据权利要求15所述的转向架，其特征在于，所述转向架为机车的前转向架。

17.根据权利要求10所述的转向架，其特征在于，所述转向架进一步包括联接到所述第二轴上的促动器，所述促动器构造成选择性地使所述第二轴朝向所述转向架构架元件移位。

18.根据权利要求10所述的转向架，其特征在于，所述转向架进一步包括：

将第三轴承载器联接到所述转向架构架元件上的第三弹簧系统；

其中，所述第三弹簧系统具有非线性有效弹簧刚性系数，所述第三非线性弹簧系统的有效弹簧刚性系数不同于所述第一非线性弹簧系统的有效弹簧刚性系数。

19.根据权利要求10所述的转向架，其特征在于，所述第一轴和第三轴是有动力的，而所述第二轴是无动力的。

20.一种机车，包括根据权利要求10所述的转向架。

21.一种转向架组件，包括：

转向架构架元件；

联接到马达上的第一轴；

联接到所述第一轴上的第一轴承载器；

将所述第一轴承载器联接到所述转向架构架元件上的第一弹簧系统；

第二无动力轴；

联接到所述第二轴上的第二轴承载器；

将所述第二轴承载器联接到所述转向架构架元件上的第二弹簧系统；

联接到马达上的第三轴；

联接到所述第三轴上的第三轴承载器；以及

将所述第三轴承载器联接到所述转向架构架元件上的第三弹簧系统；

其中，所述第一弹簧系统和第三弹簧系统具有不同于所述第二弹簧系统的有效弹簧刚性系数的有效弹簧刚性系数。

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