CN102625759A - 用于铁路车辆的摩擦楔 - Google Patents

Abstract

一种用于抑制铁路车辆的承梁与侧架之间的相对运动的单件式摩擦楔，包括一基本水平的底面，一基本竖直的前表面及一与前表面成锐角的后表面，所述后表面带有互成角度的第一和第二斜面。一种使用所述摩擦楔的阻尼系统包括一承梁凹腔插件，所述承梁凹腔插件可以至少部分地容纳于承梁凹腔内，并包括一内表面，以接合承梁的凹腔，和一外表面，以接合摩擦楔的后表面的第一和第二斜面中的至少一个斜面。

Description

用于铁路车辆的摩擦楔

技术领域

本发明涉及铁路车辆的阻尼系统，具体涉及摩擦楔，所述摩擦楔弹簧装载于车辆承梁与相关侧架的柱之间。

背景技术

典型的“三件式”铁路车辆包括两个平行的侧架，这两个侧架由横向延伸于侧架之间的承梁连接。承梁的每一端都包含至少一个，通常情况是两个，楔形的凹腔，以容纳弹簧装载式摩擦楔或摩擦铸件。

所述三件式铁路车辆的侧架至承梁连接的设计通常是通过一三角形的摩擦楔来实现的，其中，摩擦楔的一侧与承梁凹腔接触并被容纳在承梁凹腔内，摩擦楔的另一侧与侧架的竖直面接触，同时摩擦楔的第三侧则与一弹簧接触。所述连接包括三个承重面：底面，前表面及后表面。楔块的表面为直角三角形，而底面与前表面相互构成直角，后表面与前表面构成锐角。所述楔块的前表面呈竖直以允许承梁由于车身的动力引起的相对于侧架的滑动。楔块的后表面则支撑承梁的一个斜面，以将弹簧上来自底面的力传导到楔块前表面。这样通过楔块的构型及导向可以在摩擦楔的三个界面上获得力的平衡，并且这种边的平衡取决于承梁至侧架的相对位置及移动。

在使用铁路车辆的过程中，多数处于高速运作的状态，会发生“摇摆”的情况。所述“摇摆”指的是一个侧架移位到了另一个侧架前面，这种不重合导致承梁绕一竖向轴、从其相对于侧架的理想垂直方位旋转。承梁的这种解取向（disorientation）会引起许多问题。其中之一就是作用于承梁和侧架的力会引起两者相互间横向的相对位移，而这种位移又将引起摩擦楔与承梁之间的横向的相对位移。这种位移会引起凹腔侧壁和/或摩擦楔的侧面的磨损，尤其是当摩擦楔重复并强有力地压住凹腔或与之摩擦时。

另外一个因“摇摆”引起的问题是支撑摩擦楔的弹簧的会偏斜其理想的竖直趋向。这种偏斜会引起摩擦楔在凹腔里旋转，此时压住楔块上方的一个角而楔块的下方对面的角则顶在凹腔对面的壁上，从而产生一个挤压力磨损凹腔和楔块。

铁路车辆抵抗这种变形力的能力指的是其抗弯性或是抗翘曲性。有多种不同的摩擦楔，每种摩擦楔都有不同的抗翘曲特性。这些不同类型的摩擦楔一般分为一体的或是组合结构的；单体的或是分体结构的。一体的摩擦楔是铸造的单体金属，通常是铁或者钢。而在组合的摩擦楔里，一块板或是插件位于支撑楔体与承梁凹腔之间，以提供前述的后表面或是减缓支撑楔体与凹腔间的相互作用。关于磨耗板或插件的使用请参见以下美国专利：3,559,589（发明人为Williams）、4,426,934（发明人为Geyer）、4,974,521（发明人为Eungard）、 5,555,817（发明人为Taillon等）和 5,850,795（发明人为Taillon）；所有这些专利在此通过引用结合到本发明中。

单体结构的摩擦楔被设计为占据整个承梁凹腔。而与此不同的，当多个楔块（通常的情形为一个弹簧支撑2个一半尺寸的楔块）设置于一个承梁凹腔内时，这种通常称为分体结构。单体楔块和分体楔块都可以是单一式楔快也或以是组合式楔块，所以摩擦楔的种类很多。美国专利号6,895,866阐述了许多不同的单一式、组合式、单件式、分体式的摩擦楔。

一般地，已知的单件式的摩擦楔将提供竖直阻尼和中等的形成矩形的能力，但是这种楔块会比凹腔稍窄，使它们能在承梁凹腔内旋转。因而它们不能提供最大的抗翘曲性。相比之下，分体式楔块提供了竖直阻尼和较高的形成矩形的能力，由于这种方式在承梁凹腔内将力相互分散到了邻接的侧壁上，因此阻止了凹腔内的旋转。所述分体式楔块可以相互间上下移动从而增加了抗翘曲性。然而如上所述，邻接承梁凹腔的侧壁会引起凹腔和/或摩擦楔的磨损，因此具有高的形成矩形的能力且不与侧壁接触的摩擦楔是有益的。

发明内容

本发明主题有多个方面，将在以下的实施例的装置和系统中阐述。这些方面可以单独应用，也可以与其它方面结合应用。

一方面，单件式的摩擦楔用于抑制承梁与火车车厢的转向架的侧架之间的相对运动。所述摩擦楔包括一基本水平的底面，一基本竖直的前表面，以及一与前表面成锐角的后表面；所述后表面包括第一和第二斜面，两者互成角度。

另一方面，阻尼系统可用于抑制铁路车辆的承梁与侧架之间的相对运动。所述阻尼系统包括一单件式的摩擦楔和一承梁凹腔插件。所述摩擦楔包括基本水平的底面，基本竖直的前表面，以及与前表面成锐角的后表面；所述后表面包括第一和第二斜面，两者互成角度。所述承梁凹腔插件设计为至少部分收纳于承梁凹腔内，并包括一内表面与承梁凹腔接合，一外表面与摩擦楔的后表面的第一和第二斜面中的至少一个面接合。

再一方面，单件式的摩擦楔用于抑制铁路车辆的承梁与侧架之间的相对运动。所述摩擦楔包括基本水平的底面，基本竖直的前表面，以及与前表面成锐角的后表面；所述后表面包括第一和第二斜面以及两个斜面之间的凹糟。第一和第二斜面为平坦的且两者互成角度。此外两个斜面互为基本相同的镜像，且两者间形成的第二夹角约为90°~175°，以凹槽为第二夹角的顶点。 

附图说明

图1 是根据本发明的摩擦楔及承梁凹腔插件的正面透视图。

图2 是图1中摩擦楔及承梁凹腔的背面透视图。

图3是图1中摩擦楔的侧视图。

图4是图1中摩擦楔的后视图。

图5是图1中摩擦楔的仰视图。

图6是图1中摩擦楔的俯视图。

图7是图1中承梁凹腔插件的透视图。

图8是根据本发明的已经装入承梁凹腔的摩擦楔的正面视图，图中显示了作用于摩擦楔上的旋转力。

具体实施方式

在此公开的具体实施例仅用于阐述本发明的发明主题，仅作为例证。故在此公开的具体细节不能被解释为对本发明的限制。

根据本发明的摩擦楔可应用于现有的铁路车辆的阻尼系统。三件式铁路车辆的典型元件及其阻尼系统（即：侧架、承梁、弹簧等）均为本领域的技术人员所熟知，并不在此详细描述。然而对这些元件的描述可以参见标准汽车公司（Standard Car Truck Company）的相关专利。其中可参见美国专利号：5,511 ,489 和 5,850,795。

图1－6阐述了本发明公开的摩擦楔10。图1和图2显示了与摩擦楔10一起使用的承梁凹腔插件12，以下将作详细阐述。

与分体式的楔块设计不同，摩擦楔10为单件式结构，包括基本水平的底面14（图5），基本竖直的前表面16（图1），后表面18（图2、4和6）以及侧面20（于图1－3中 只能看到其中之一）。根据传统的设计，三个表面及侧面基本成直角三角形的结构，后表面18与前表面16成第一夹角α，α为锐角（图3）。所述第一夹角α的角度可变化，在本实施例里约为25°~75°之间。

摩擦楔10的底面14（图5）适合于以本领域技术人员熟知的方式安装在弹簧或是其它弹性元件上。

摩擦楔10的前表面16（图1）为平坦的，且以本领域技术人员熟知的方式与安装于铁路车辆侧架柱上的磨耗板邻接。

摩擦楔10的后表面18（图2、4和6）包括第一斜面22和第二斜面24。图示的斜面22和24为平坦的，互为基本相同的镜像。于图示的实施例中，于斜面22和24之间有一个凹槽26，后表面18关于凹槽26对称。

斜面22和24的特征在于有两个夹角：前面所述的第一夹角α（图3）和第二夹角β（图5和6）。斜面22和24之间的夹角为第二夹角β。如果背面18带有凹槽26，则凹槽26为所述第二夹角β的顶点。第二夹角β为可变的，本实施例中β约为90°~175°。

摩擦楔10的后表面18适合于按本领域技术人员熟知的方式至少部分地安装于承梁凹腔内，面向凹腔的倾斜面。典型的，承梁凹腔的倾斜面为平坦的且以相同于摩擦楔10的后表面18的角度（即：第一夹角α）倾斜。然而如果凹腔的倾斜面为平坦的，则不适合带有两个角度的摩擦楔10的后表面18，故于凹腔的倾斜面与摩擦楔10的后表面18之间插入一插件以提供合适的接触面。

图1、2和7中公开了一种具代表性的承梁凹腔插件12。所示的承梁凹腔插件12带有一内表面28（图2）和一外表面30（图1和7）。内表面28为平坦的以适合承梁凹腔的倾斜面；而外表面30则设计为与摩擦楔10的后表面18匹配。承梁凹腔插件12的外表面30带有第三斜面32和第四斜面34以及之间的隆起部36（图7）。所示的第三斜面32和第四斜面34互为基本相同的镜像，且承梁凹腔插件12的外表面沿隆起部36对称。

第三斜面32和第四斜面34相互成角度，以使形成的外表面30与摩擦楔10的后表面18互补，这样第三斜面32与第三斜面22接合；而第四斜面34与第二斜面24接合。从而使摩擦楔10的凹槽26可以至少部分地容纳承梁凹腔插件12的隆起部36。这种紧密配合的斜面可以防止摩擦楔10在承梁凹腔内旋转，而紧密配合的隆起部36和凹槽26可以更好地防止旋转。

于最佳实施例中，斜面32和斜面34各自形成一定程度的凸起，而楔块的斜面22和24相交可构成楔块的凹处（斜面22和24间的夹角为第二夹角β），斜面22和24各自均为平坦的。与楔块的斜面相接触的插件的两个斜面形成凸起形状，斜面32和34与相对应的斜面22和24分别以线接触接合。另一种可选的设置为凸起和平面可以反过来，即：斜面22和24各自形成凸起，并与插件的平坦的表面32和34相接合。要注意的是此处所述凸起表面指的是所述每个表面自身构成凸起，而非与相邻的表面构成凸起。因此，在此可选的设置中，表面22和24一起构成后表面18上的凹处，而每一表面本身呈凸起状。

应用时，摩擦楔10按常规的阻尼关系设置在铁路车辆侧架与承梁之间，且摩擦楔10的水平底平面14安装在弹簧或是弹性元件上，竖直的前表面16与柱磨耗板接合，而后表面18面向承梁凹腔的斜面。承梁凹腔插件12按前述方式设置在摩擦楔10的后表面18与承梁凹腔的斜面之间。承梁凹腔插件12的内表面28可通过焊接或是其它方式固定在承梁凹腔的斜面上。

图8显示了从相关的柱磨耗板方向看，摩擦楔10安装承梁38的凹腔内的情形。如图8中所示，摩擦楔10可以比承梁凹腔稍窄，因此而在摩擦楔10的侧面20与承梁凹腔相邻的侧壁之间存在一间隙G。这样摩擦楔10的宽度取决于承梁凹腔的宽度，但是在一实施例中其变化范围为约3至15英寸。

图8还显示了在使用铁路车辆过程中会产生的旋转力F，该力试图旋转摩擦楔10直到上角及对面的下角顶住了承梁凹腔的边。这种由承梁凹腔插件12的外表面30的斜面（及隆起部和凹槽，如果有的话）与摩擦楔10的后表面18之间的紧密配合所形成的几何约束防止了摩擦楔10在承梁凹空内旋转。而且，所述几何约束还可以保持摩擦楔10在承梁凹腔中居中，以防止摩擦楔10的侧面与承梁凹腔侧壁之间的接触。从而根据本发明公开的摩擦楔提供了最佳的阻尼和翘曲刚度以稳定在高速动作时的铁路车辆，同时也防止了承梁凹腔侧壁的磨损。

于另一可选的实施例中，于承梁凹腔的平坦斜面与摩擦楔10之间没有提供插件12，承梁凹腔的斜面可有两个夹角以提供一个与摩擦楔10的后表面18形状互补的表面。除了这种承梁凹腔－摩擦楔的接触方式的变化外，所述阻尼系统按以上的描述动作。

根据本发明的摩擦楔与承梁凹腔可以为任何材料，虽然如果它们含有金属会更有利。它们也可以含有与“基本”材料（典型的为金属材料）不同的“第二的”合成材料。如：所述摩擦楔和/或承梁凹腔插件可以是金属结构，带有合成材料的外表面或涂层。在一个实施例中，摩擦楔为金属的，带有非金属的材料，如：一种人造橡胶材料，覆盖或固定在摩擦楔的底面、前表面、后表面和/或侧面的部分。

以上所述的实施例是对本发明主题的说明，本领域的技术人员对本发明可以在本发明的精神和原则之内作很多的修改，但是均应包含在本发明的保护范围之内。为此，本发明的保护范围不限于以上说明书的描述，而是由后附的权利要求来限定。

Claims (18)

1.一种用于抑制铁路车辆的承梁与侧架之间的相对运动的单件式摩擦楔，所述摩擦楔包括：

一基本水平的底面；

一基本竖直的前表面；和

一后表面，该后表面与所述前表面成一锐角，且所述后表面包括第一和第二斜面，该第一和第二斜面互成角度。

2.根据权利要求1所述的摩擦楔，其特征在于，所述第一和第二斜面互为基本相同的镜像。

3.根据权利要求2所述的摩擦楔，其特征在于，所述第一和第二斜面均为平坦的。

4.根据权利要求1所述的摩擦楔，其特征在于，所述第一和第二斜面之间形成第二夹角，所述第二夹角约为90°~175°。

5.根据权利要求1所述的摩擦楔，其特征在于，所述后表面进一步包括位于第一和第二斜面之间的凹槽。

6.根据权利要求5所述的摩擦楔，其特征在于，所述第一和第二斜面之间形成第二夹角，所述凹槽界定第二夹角的顶点。

7.根据权利要求5所述的摩擦楔，其特征在于，所述后表面关于所述凹槽对称。

8.一种用于抑制铁路车辆的承梁与侧架之间的相对运动的阻尼系统，所述阻尼系统包括：

一单件式的摩擦楔，所述摩擦楔包括：

一基本水平的底面；

一基本竖直的前表面；及

一后表面，该后表面与所述前表面成一锐角，且所述后表面包括第一和第二斜面，该第一和第二斜面互成角度；和

一承梁凹腔插件，用于至少部分地容纳于承梁凹腔内；

所述承梁凹腔插件包括：

一内表面，用于与承梁凹腔接合，和一外表面，用于与摩擦楔的后表面的第一和第二斜面中的至少一个斜面接合。

9.根据权利要求8所述的阻尼系统，其特征在于，所述摩擦楔的后表面的第一和第二斜面互为基本相同的镜像。

10.根据权利要求9所述的阻尼系统，其特征在于，所述摩擦楔的后表面的第一和第二斜面均为平坦的。

11.根据权利要求8所述的阻尼系统，其特征在于，所述摩擦楔的后表面的第一和第二斜面之间形成第二夹角，所述第二夹角约为90°~175°。

12.根据权利要求8所述的阻尼系统，其特征在于，所述摩擦楔的后表面进一步包括位于第一和第二斜面之间的凹槽。

13.根据权利要求12所述的阻尼系统，其特征在于，所述摩擦楔的后表面的第一和第二斜面之间形成第二夹角，所述凹槽界定第二夹角的顶点。

14.根据权利要求12所述的阻尼系统，其特征在于，所述摩擦楔的后表面关于所述凹槽对称。

15.根据权利要求8所述的阻尼系统，其特征在于，所述承梁凹腔插件的外表面包括第三和第四斜面，所述第三和第四斜面互成夹角，第三斜面与摩擦楔的后表面的第一和第二斜面中的其中一个斜面接合；第四斜面则与所述摩擦楔的后表面的第一和第二斜面中的另一个斜面接合。

16.根据权利要求15所述的阻尼系统，其特征在于，所述摩擦楔的后表面进一步包括第一和第二斜面之间的凹槽，所述承梁凹腔插件的外表面进一步包括一位于第三和第四斜面之间的隆起部；所述隆起部至少部分地被容纳于所述凹槽内。

17.根据权利要求16所述的阻尼系统，其特征在于，所述摩擦楔的后表面沿所述凹槽对称；而所述承梁凹腔插件的外表面则关于所述隆起部对称。

18.一种用于抑制铁路车辆的承梁与侧架之间的相对运动的单件式摩擦楔，所述摩擦楔包括：

一基本水平的底面；

一基本竖直的前表面；及

一后表面，该后表面与所述前表面成一锐角，且所述后表面包括第一和第二斜面以及第一和第二斜面之间的凹槽；且所述第一和第二斜面：

互成角度；

均为平坦的；

互为基本相同的镜像；

形成第二夹角，所述第二夹角约为90°~175°，且所述凹槽界定第二夹角的顶点。

Images