CN102774394B - 具有自转向装置的铁路货运车厢转向架 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种铁路货运车厢转向架，其具有转向架承梁和一对侧架，转向架承梁相对于侧架横向地安装。车轮的端部和侧架导框之间的安装接口允许侧架以摆动转向架的方式横向摆动。横向摆动与纵向自转向能力相结合。自转向能力可以通过使用纵向定位的摆件来实现，该摆件可以趋向抵抗偏转，其与接口承载的重量成比例。转向架可以具有安装在导框座中的辅助对中构件，该对中构件由弹性合成橡胶材料制成。转向架还具有不显现粘滑特征的摩擦减振器。摩擦减振器可在与侧架柱接合的面上或其斜面上或两者上设置制动衬面或类似特征。摩擦减振器可产生大小相差不大的向上和向下摩擦力。摩擦减振器可以以四角布置的方式安装在转向架承梁的各端。弹簧组包括具有不同高度的子弹簧组。

Description

具有自转向装置的铁路货运车厢转向架
本申请是国际申请日为2004年7月8日、国家申请号为200480025644.0、发明名称为“火车车厢转向架和其构件”的发明专利申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及火车车厢领域，并且更特别地涉及用于火车车厢的三件式火车车厢转向架领域。
背景技术
北美的火车车厢普遍使用公知为“三件式转向架”的双车轴转动转向架以使其沿一组铁轨滚动。所述术语“三件式”是指转向架承梁以及第一和第二侧架对。在三件式转向架中，转向架承梁相对于侧架横向延伸，所述转向架承梁的端部突出穿过所述侧架窗口。通过安装在侧架中的弹簧座中的弹簧组在所述转向架承梁和所述侧架之间传递作用力。所述侧架将作用力传送给所述侧架导框。所述基座安装在轴承座上，作用力依次传递给轴承、车轴、车轮，并且最后传递给轨道。“1980车厢和机车百科全书”(1980 Car&Locomotive Cyclopedia)在第669页记载，三件式转向架带来“可互换性、结构可靠性和低原始成本，但这是以较差的行驶质量以及车厢和轨道的高维修成本为代价的”。
行驶质量可以用许多不同的标准来判定。对于纵向行驶质量，通常极限状况是在急速行驶或平路调车(flat switching)或缓慢试车和溜驶(run-out)期间所经受的预期最大纵向加速度。对于竖直行驶质量，通过悬挂的竖直作用力传递是关键的决定因素。对于横向行驶质量，其涉及到悬挂的横向响应。还应该考虑其他的现象，例如，转向架摆动，转向架的自转向能力，以及不管是哪一种的输入扰动，转向架衰减掉不希望有的运动的能力。这些现象往往是相互关联的，并且针对一个现象对悬挂进行优化所产生的系统不一定为其他现象带来最佳的性能。
在优化转向架性能方面，有利的是能够获得对横向和竖直扰动相对柔和的动态响应，以实现对自转向的测量，并且还能够保持对菱形变形(或平行四边形变形)的抗力。菱形变形或平行四边形变形为如上所述转向架承梁相对于所述转向架的侧架的非方形变形。自转向往往是理想的，原因是其可以减小阻力并且往往可以减小对车轮和轨道两者的磨损，并且可以获得更加平稳的总体行驶质量。
在本专利申请中所讨论的转向架类型为摆动运动转向架。摆动运动转向架的较早专利为Weber等人的美国专利3,670,660，颁布于1972年6月20日。该转向架具有无弹性支撑的横向交叉支撑，其实质为将侧架连接在一起的横梁。相反，接下来的说明记载了未使用横向无弹簧交叉构件的转向架的几个实施例，但转向架可以是可使用以四角装置安装在转向架承梁的各端的减振器构件。减振器的较早专利为Barber的美国专利3,714,905，颁布于1973年2月6日。
发明内容
本发明在其各方面提供了一种在侧架导框至轮副车轴端部接口处进行双向摆动的火车车厢转向架。本发明还提供一种具有自转向的转向架，所述自转向与所述转向架承载的重量成比例。本发明还可以在侧架至车轴端部接口处具有纵向摆件。此外，本发明可以提供具有自转向的摆动运动转向架。本发明还提供具有摆动运动横向摆件和合成橡胶轴承座垫的组合的摆动运动转向架。
在本发明的一方面中，具有一种用于火车车厢转向架的轮副至侧架接口组件。所述接口组件具有轴承座和配合导框座。所述轴承座具有第一和第二端，所述第一和第二端形成位于火车车厢侧架的一对导框夹紧装置之间的互锁插入件。所述轴承座具有第一摆动构件。所述导框座具有第二摆动构件。所述第一和第二摆动构件可配合地接合以实现其间的横向和纵向摆动。在所述轴承座和所述导框座之间具有弹性构件。所述弹性构件具有形成为与所述轴承座的所述第一端接合的部分。所述弹性构件具有容纳室，其形成为允许所述第一和第二摆动构件的配合接合。
在本发明的所述方面的特征中，所述弹性构件具有第一和第二端，其形成以夹置在所述轴承座和所述侧架的所述导框夹紧装置之间。在另一个特征中，所述弹性构件具有Pennsy垫的形状，所述Pennsy垫具有形成为限定容纳室的凹槽。在另一个特征中，所述弹性构件为合成橡胶构件。在又一特征中，所述合成橡胶构件由橡胶材料制成。在又一特征中，所述合成橡胶构件由聚亚安酯制成。在又一特征中，所述容纳室由所述合成橡胶材料形成并且所述第一摆动构件突起至少局部路径穿过所述容纳室以接触所述第二摆动构件。在另外的特征中，所述轴承座为轴承座组件，其包括所述第一摆动构件位于其上的轴承座体。在其他额外特征中，所述第一摆动构件由不同于所述轴承体的材料形成。在另一额外特征中，所述第一摆动构件为插入件。
在又一额外特征中，所述第一摆动构件具有覆盖区，所述覆盖区具有与所述容纳室一致的外形。在又一额外特征中，所述外形和所述容纳室被相互标定以阻止所述第一摆动构件相对于所述轴承座错误定位。在又一额外特征中，所述体部和所述第一摆动构件被锁定以阻止其间的错误定位。在另一特征中，所述容纳室由所述弹性构件形成并且所述第二摆动构件突出至少局部路径穿过所述容纳室以接触所述第一摆动构件。在又一特征中，所述导框座包括在其中形成有所述第二摆动构件的插入件。在又一特征中，所述第二摆动构件具有覆盖区，所述覆盖区具有与所述容纳室一致的外形。
在又一特征中，形成为与所述轴承座的所述第一端接合的所述弹性构件的所述部分在安装时包括夹置在所述轴承座的所述第一端与所述导框夹紧装置之间的构件以阻止所述轴承座相对于所述夹紧装置的横向和纵向移动。
在本发明的另一特征中，所述轴承座的各端部包括由一对拐角接界支撑的端壁。所述端壁和拐角接界形成槽以允许所述轴承座滑动地插入到所述侧架的所述导框夹紧装置之间。所述弹性构件形成为与所述轴承座的所述第一端接合的所述部分为第一端部。所述弹性构件具有形成为与所述轴承座的所述第二端接合的第二端部。所述弹性构件具有在所述第一和第二端部之间延伸的中间部。所述容纳室形成在所述弹性构件的所述中间部。在另一个特征中，所述弹性构件具有Pennsy垫的形式，所述Pennsy垫形成有中心开口以限定所述容纳室。
在本发明的另一方面，用于火车车厢转向架上的轮副至侧架接口组件具有接口组件，所述接口组件具有轴承座、导框座和弹性构件。所述轴承座具有第一端和第二端，所述第一端和第二端各具有由一对拐角接界支撑的端壁。所述端壁和拐角接界协作以形成槽，该槽允许所述轴承座滑动地插入到侧架导框的一对止推耳之间。所述轴承座具有第一摆动构件。所述导框座具有第二摆动构件以与所述第一摆动构件接合。所述第一和第二摆动构件在接合时用于相对于所述侧架纵向摆动以使所述火车车厢转向架转向。所述弹性构件具有可与所述轴承座的所述第一端接合的第一端部，以夹置在所述轴承座的所述第一端和所述第一导框夹紧装置止推耳之间。所述弹性构件具有可与所述轴承座的所述第二端接合的第二端部，以夹置在所述轴承座的所述第二端和所述第二导框夹紧装置止推耳之间。所述弹性构件具有位于所述第一和第二端部之间的中间部。所述中间部形成为适应所述第一和第二摆动构件的配合摆动接合。
在另一特征中，具有与所述轴承座使用的弹性垫，所述轴承座具有与所述导框座的所述摆动构件配合和摆动接合的摆动构件。所述弹性构件具有与所述轴承座的所述第一端接合的第一部、与所述轴承座的所述第二端接合的第二部以及在所述第一和第二端部之间的中间部。所述中间部形成为适应所述摆动构件的配合接合。
在本发明的所述方面的特征中，具有轮副至侧架组合件，所述组合件具有用于安装在火车车厢转向架侧架导框的顶部中的导框座。具有安装到火车车厢转向架的轮副的轴承上的轴承座和安装到所述轴承座上的弹性构件。所述轴承座具有与所述导框座以摆动关系接合的第一摆动构件。所述轴承座具有第一端和第二端，所述两端具有端壁和支撑所述端壁的一对接界以形成槽，其允许所述轴承座滑动地插入到一对侧架导框夹紧装置止推耳之间。所述弹性构件具有与所述轴承座的所述第一端一致的第一部以夹置在所述轴承座和止推耳之间。弹性构件具有与所述第一部连接的第二部，所述第二部在安装时至少局部地覆置在所述轴承座之上。
在另一特征中，所述轮副至侧架组合件具有所述弹性构件的第二部，所述第二部具有其外形面向所述第一摆动构件的边缘。所述第一摆动构件成形为位于所述外形的附近。在另一特征中，轮副至侧架组合件具有包括体部的轴承座并且所述第一摆动构件可与所述体部分开。在又一特征中，所述轮副至侧架组合件具有所述弹性构件的第二部，所述第二部具有其外形面向所述第一构件的边缘，所述第一构件成形为位于所述外形的附近。在又一特征中，所述轮副至侧架组合件具有外形和第一摆动构件，所述第一摆动构件成形为在安装时阻止所述第一摆动构件的错误定位。在另一特征中，所述轮副至侧架组合件具有带有体部的第一摆动构件，所述体部相互地被锁定以有助于所述第一摆动构件在安装时的定位。在又一特征中，所述轮副至侧架组合件具有第一摆动构件和带有相互接合特征的体部。所述特征相互被锁定以阻止所述摆动构件在安装时的错误定位。
在另一个特征中，所述组件具有第二弹性构件，所述第二弹性构件与所述轴承座的第二端一致。在另一特征中，所述轮副至侧架组合件包括导框座接合部件，其用于将所述弹性构件相对于所述组件上的所述导框座定位。在又一特征中，所述弹性构件包括第二端部，所述第二端部与所述轴承座的所述第二端一致。
在额外特征中，具有在所述轮副轴承和火车车厢转向架的侧架导框之间传动负荷的轴承座。所述轴承座具有与所述轴承接合的至少第一和第二平台和形成在所述第一和第二平台之间的凹槽。所述凹槽相对于所述轴承沿主要轴向延伸。在另一个额外特征中，所述平台设置为与所述轴承一致的阵列并且所述凹槽形成在所述阵列的顶点。在又一额外特征中，所述轴承座包括第二凹槽，所述第二凹槽相对于所述轴承周向延伸。在又一额外特征中，所述径向延伸的凹槽和所述周向延伸的凹槽沿所述轴承座的第二对称轴延伸。
在另一特征中，所述径向延伸凹槽沿所述轴承座的第一对称轴延伸而所述周向延伸凹槽沿所述轴承座的第二对称轴延伸。在又一特征中，所述轴承座具有形成在圆周弧上的平台。在又一特征中，所述轴承座具有摆动构件，所述摆动构件具有向上面对的摆动表面。在又一特征中，所述轴承座具有体部，所述体部具有可与其分离的摆动构件。
在本发明的另一方面中，具有安装在火车车厢转向架侧架导框中的轴承座。所述轴承座具有可与导框座接合的上部和可与轴承外壳接合的下部。所述下部具有顶点。所述下部包括与所述轴承外壳的第一部接合的第一平台和与所述轴承外壳的第二部结合的第二平台区。所述第一平台位于所述顶点的一侧。所述第二平台位于所述顶点的另一侧。至少一个凹槽位于所述第一和第二平台之间。
在额外特征中，所述凹槽具有主要尺寸，所述主要尺寸定位为安装时在相对于轴承的轴向延伸方向上沿所述顶点开始延伸。在另一特征中，所述凹槽位于所述顶点。在另一特征中，具有至少两个凹槽，所述两个凹槽位于跨接构件的任一侧，所述跨接构件在所述第一和第二平台之间延伸。
在本发明的另一方面，用于改进火车车厢转向架的组件具有安装在轴承座上的合成橡胶构件。所述组件包括配合轴承座和导框座配对。所述轴承座和所述导框座具有可协作的双向摆动构件。所述导框座具有大约1/2英寸的截面深度。
在本发明的另一方面中，火车车厢转向架具有承梁和一对协作的侧架，安装在轮副上以沿铁路轨道滚动的运行。转向架具有安装在所述侧架之间的摆件以允许所述侧架横向摆动。所述转向架在所述侧架之间未使用横向无弹簧支撑横梁。所述侧架各具有横向摆高L，所述摆高L测量于重量负载传递给所述侧架处的下部位置和竖直反作用力传递给所述侧架处的所述摆件的上部位置之间。所述摆件包括凸构件，所述凸构件具有曲率半径r1，并且r1与L的比值小于3。
在所述方面的另一特征中，所述摆件具有与凸构件配合接合的凹构件。所述凹构件具有大于r1的曲率半径R1，并且因数[(1/L)/((1/r1)-(1/R1))]小于3。在又一特征中，R1至少为r1的4/3，并且r1大于15英寸。
在本发明的一方面中，具有一种火车车厢转向架，其具有自转向能力和摩擦减振器，在所述摩擦减振器中，所述静态摩擦系数和动态摩擦系数基本上相同。其可包括在侧架导框至轮副车轴端部接口处所添加的横向摆动特征。其可包括与转向架承载的重量成比例的自转向。所述转向架可以还包括在侧架至车轴端部接口的纵向摆件。此外，其可以提供具有自转向的摆动运动的转向架。其可以还提供具有摆动运动横向摆件和合成橡胶轴承座垫的组合的摆动运动转向架。在另一特征中，所述转向架可以具有沿转向架悬挂的弹簧组的纵向中心线放置的减振器。在另一特征中，其可以包括以四角布置安装的减振器。在另一个特征中，其可以包括减振器，所述减振器在摩擦支撑面上和安置于承梁套口中的减振器斜角面上均具有改进摩擦表面。
在本发明的一个方面中，三件式火车车厢转向架具有横向安装在一对侧架之间的转向架承梁。所述转向架承梁具有端部，各所述端部弹性地安装于相应的其中一个所述侧架上。所述转向架具有一组减振器，其以四角减振器布置的方式安装在各所述承梁端部和其相应侧架之间。各减振器具有支撑表面，所述支撑表面安装成当所述承梁相对于所述侧架移动时在摩擦界面处以滑动关系作用于配合表面上。各减振器具有在其上安置有偏置装置的座部，所述偏置装置用于将所述支撑表面抵靠在所述配合表面上。所述减振器的所述支撑面在所述配合表面上作用时具有动态摩擦系数和静态摩擦系数。所述静态和动态摩擦系数具有基本相同的大小。
在本发明的所述方面的另一特征中，所述各摩擦系数的大小为彼此大小的10％之内。在另一特征中，所述各摩擦系数基本上相等。在另一特征中，所述各摩擦系数位于0.1到0.4的范围内。在又一特征中，所述各摩擦系数位于0.2到0.35的范围内。在另一特征中，所述各摩擦系数为大约0.30(+/-10％)。在又一特征中，所述减振器包括安装在其上的摩擦构件，并且所述支撑表面为所述摩擦构件的表面。在又一特征中，所述摩擦构件为包括聚合物材料的复合表面构件。
在本发明的所述方面的另一特征中，所述转向架为自转向转向架。在另一特征中，所述转向架包括轴承座至侧架导框接口，所述接口包括自转向装置。在另一特征中，所述自转向装置包括摆件。在另一特征中，所述转向架包括轴承座至侧架导框接口，所述接口包括自转向装置，所述自转向装置具有作为竖直负载的函数而变化的作用力-偏转特征。在又一特征中，所述转向架具有轴承座至侧架导框接口，所述接口包括双向摆件，所述摆件用于实现所述侧架的横向摆动和实现所述转向架的自转向。
在本发明的所述发明的另一特征中，各减振器具有装入到火车车厢转向架的转向架承梁的减振器套口中的斜面，所述支撑面为支撑配合的侧架柱磨损表面的基本竖直面，并且所述导框座在使用时定位为基本上面向下。在另一特征中，所述斜面经过表面处理以促进所述斜面相对于所述减振器套口滑动。在又一特征中，所述斜面具有静态摩擦系数和动态摩擦系数，并且所述斜面的所述静态和动态摩擦系数基本上相等。在另一特征中，所述斜面和所述支撑面均具有滑动表面构件，并且两个所述滑动表面构件由具有聚合物成分的材料制成。在又一特征中，所述斜面具有相对于所述支撑表面的第一角和横向第二角。
在本发明的另一方面中，具有一种三件式火车车厢转向架，其具有横向安装在一对侧架之间的承梁和在轮副至侧架接口组件处安装在所述侧架上的轮副。所述轮副至侧架接口组件用来准许自转向，并且其包括一装置，该装置用于将轮副相对于所述侧架沿纵向方向推向相对于所述侧架的最小势能位置。所述自转向装置具有作用力-偏转特征，所述特征为竖直负荷的函数。
在本发明的另一特征中，具有一种用于火车车厢转向架的轴承座。所述轴承座具有用于安置在铁路转向架轮副轴承的体部和用于安装于所述体部的摆件。所述摆件具有摆动表面，所述摆动表面当所述摆件安装于所述体部时背向所述体部，并且所述摆件由不同于制成所述体部的材料制成。
在所述方面的另一特征中，所述摆件由工具钢制成。在本发明的所述方面的另一特征中，所述摆件由用于制造滚珠轴承的金属等级来制成。在另一特征中，所述体部由铸铁制成。在另一特征中，所述摆件为双向摆件。在又一特征中，所述摆件的摆动表面形成为球形表面的一部分。
在本发明的一个方面中，具有一种三件式火车车厢转向架，其具有用于自转向的摆件。在又一特征中，具有一种火车车厢转向架，其具有侧架、车轴轴承和安装在所述侧架和所述车轴轴承之间的摆件。所述摆件具有横向轴线以使轴承相对于所述侧架纵向摆动。
在本发明的另一方面，具有一种三件式火车车厢转向架，其具有横向安装到一对侧架上的承梁。所述侧架具有导框部件和安装在所述导框部件中的轮副。所述导框部件包括摆件。各摆件具有横向轴线以允许沿纵向方向相对于所述侧架摆动。
在本发明的另一方面，具有一种三件式火车车厢转向架，其具有横向安装到一对侧架上的转向架承梁，各侧架具有纵向导框座接口部件，以及一对安装到所述导框座接口部件上的轮副。所述导框座接口部件包括摆件，所述摆件用于允许所述转向架自转向。
在本发明的另一方面中，具有一种三件式火车车厢转向架，其具有侧架、车轴轴承和安装在所述侧架和所述车轴轴承之间的双向摆件。在本发明的又一方面，具有一种火车车厢转向架，其具有横向安装在一对侧架之间的转向架承梁，以及安装在所述侧架上的轮副以使所述转向架沿一组铁路轨道滚动运行。所述转向架包括安装在所述侧架和所述轮副之间的摆件。所述摆件用于允许所述侧架横向摆动和允许所述转向架自转向。
在本发明的另一方面，具有一种火车车厢转向架，其具有一对侧架、一对其端部安装到所述侧架上的轮副和侧架至轮副接口部件。所述侧架至轮副接口部件包括摆件，所述摆件具有允许所述侧架相对于所述轮副横向摆动的第一自由度和允许所述轮副端部相对于所述侧架纵向摆动的第二自由度。
在本发明的另一方面，具有一种火车车厢转向架，其具有形成在复合曲率上的摆件，所述摆件用来允许所述转向架中的横向摆动和所述转向架的自转向。在本发明的又一方面中，具有一种火车车厢转向架，其具有一对侧架，一对轮副，所述轮副具有安装到所述侧架上的端部，以及侧架至轮副接口部件。所述侧架至轮副接口部件包括摆件，所述摆件具有允许所述侧架相对于所述轮副横向摆动的第一自由度和允许所述轮副端部相对于所述侧架的纵向摆动。所述侧架至轮副接口部件绕主竖直轴是扭转柔顺的。
在本发明的一个方面中，具有一种摆动火车车厢转向架，其改进为包括摆件，所述摆件被安装以允许自转向。在又一方面中，具有一种摆动运动火车车厢转向架，其具有被弹性支撑在一对侧架之间的横向承梁，以及在轮副至侧架接口部件处安装到所述侧架上的一对轮副。所述轮副至侧架接口部件包括摆动摆件和与所述摆动摆件连续地安装的合成橡胶构件以允许所述转向架自转向。
在本发明的另一方面，具有一种火车车厢转向架，其具有横向安装在一对侧架之间的转向架承梁，和在轮副至侧架接口部件处安装到所述侧架上的轮副。所述轮副至侧架接口部件包括允许所述侧架横向摆动的摆件。所述摆件具有凸构件和配合的凹构件。所述凸和凹摆件接合以实现协作的摆动运行。所述凹构件具有不小于25英寸的横向摆动方向的曲率半径。所述轮副至侧架接口部件同样用于允许自转向。
在本发明的又一方面中，具有一种火车车厢转向架，其具有横向安装在一对侧架之间的转向架承梁，和在轮副至侧架接口部件处安装到所述侧架上的轮副。所述轮副至侧架接口部件包括允许所述侧架横向摆动的摆件。所述摆件具有凸构件和配合的凹构件。所述凸和凹摆件接合以实现协作的摆动运行。所述侧架具有相等的摆长Leq，当安装在所述摆件上时，其大于6英寸。所述轮副至侧架接口部件包括与所述摆件连续地安装的合成橡胶构件以允许自转向。
在本发明的又一方面中，具有一种火车车厢转向架，其具有横向安装在一对侧架之间的转向架承梁，和在轮副至侧架接口部件处安装到所述侧架上的轮副。所述轮副至侧架接口部件包括允许所述侧架横向摆动的摆件。所述摆件具有凸构件和配合的凹构件。所述凸和凹摆件接合以实现协作的摆动运行，并且所述轮副至侧架接口部件包括与所述摆件连续地安装的合成橡胶构件。
在本发明的又一方面中，具有一种火车车厢转向架，其具有弹性支撑在两侧架之间的横向承梁，以及在轮副至侧架接口部件处安装到所述侧架上的轮副，所述转向架具有弹簧组和减振器，所述减振器装入所述承梁中并且由所述弹簧组偏压以作用在所述侧架上。所述弹簧组包括第一减振器偏压弹簧，所述减振器的第一减振器安置在所述第一减振器偏压弹簧上。所述第一减振器偏压弹簧具有线圈直径。所述第一减振器具有大于所述线圈直径的150％的宽度。
在本发明的又一方面中，具有一种火车车厢转向架，其具有承梁，所述承梁具有弹性支撑在一对侧架上的端部，以及在轮副至侧架接口部件处安装在所述侧架上的轮副。所述轮副至侧架接口部件包括双向摆件，所述双向摆件允许所述侧架的横向摆动和允许所述轮副的自转向。所述转向架具有安装在所述承梁的各端部的四角减振器的布置方式。在本发明的所述方面的另一特征中，所述接口部件具有绕主要竖直轴的扭转柔顺性。
在另一方面中，具有一种火车车厢转向架，其具有横向安装在一对侧架之间的转向架承梁，和安装到所述侧架上的轮副。所述火车车厢转向架具有各侧架和轮副之间的纵向和横向双向的摆动表面，以及安装在各侧架和所述转向架承梁之间的四角减振器组。在本发明的所述方面的额外特征中，所述摆动表面绕主竖直轴线是扭转柔顺。在另一额外特征中，所述摆动表面与扭转柔顺的构件连续地安装。
在本发明的又一方面中，具有一种自转向火车车厢转向架，其具有弹性支撑在两侧架之间的横向安装承梁，和安装在所述侧架上的轮副。所述侧架安装成相对于所述轮副横向摆动。所述转向架具有安装在所述承梁和所述侧架之间的摩擦减振器。所述摩擦减振器具有静态和动态摩擦系数。所述静态和动态摩擦系数基本上相等。
在又一方面中，具有一种自转向火车车厢转向架，其具有弹性支撑在两侧架之间的横向安装承梁，和安装在所述侧架上的轮副。所述侧架安装成相对于所述轮副横向摆动。所述转向架具有安装在所述承梁和所述侧架之间的摩擦减振器。所述摩擦减振器具有静态和动态摩擦系数。所述静态和动态摩擦系数相差小于10％。换句话说，所述摩擦减振器具有静态摩擦系数μs和动态摩擦系数μk，并且μs/μk的比值位于1.0到1.1的范围内。在本发明的另一方面中，所述转向架具有摩擦减振器，所述摩擦减振器以基本上无粘滑特征的滑动摩擦关系安装在所述承梁和所述侧架之间。在本发明的所述方面的另一特征中，所述摩擦减振器包括摩擦减振器楔，所述摩擦减振器楔具有与其中一个所述侧架接合的第一面和与承梁套口接合的第二斜面。所述斜面以基本上无粘滑特征的滑动摩擦关系安装在所述承梁套口中。
在本发明的另一方面中，具有一种自转向火车车厢转向架，其具有安装在一对侧架之间的承梁，和安装在所述侧架上用于沿铁路轨道滚动运动的轮副。所述轮副在轮副至侧架接口部件处安装到所述侧架上。所述轮副至侧架接口部件用来允许所述转向架横向摆动。所述转向架具有一组安装在所述承梁和各所述侧架之间的摩擦减振器。所述摩擦减振器具有与所述侧架保持滑动摩擦关系的第一面和安置入所述承梁的承梁套口中的第二面。所述第一面当与所述侧架接合地作用时具有静态摩擦系数和动态摩擦系数，所述静态和动态摩擦系数相差不到10％。所述第二面当安装在所述承梁套口内时具有静态摩擦系数和动态摩擦系数，并且所述静态和动态摩擦系数相差不到10％。
在本发明的又一方面中，具有一种自转向火车车厢转向架，其具有安装在一对侧架之间的承梁，和安装到所述侧架上用于沿铁路轨道滚动运动的轮副。所述轮副在轮副至侧架接口部件处安装到所述侧架上。所述轮副至侧架接口部件用来允许所述转向架的横向摆动。所述转向架具有一组安装在所述承梁和各所述侧架之间的摩擦减振器。所述摩擦减振器具有与所述侧架保持可滑动摩擦关系的第一面和安置于所述承梁的承梁套口中的第二面。所述第一面和所述侧架可协作并且位于基本上无粘滑状态。所述第二面和所述承梁套口同样为基本上无粘滑状态。
在本发明的另一方面中，具有一种用于火车车厢转向架的轴承座上的摆件。所述摆件具有摆动表面，所述摆动表面与火车车厢转向架的侧架的导框座的配合表面接合。所述摆动表面具有允许既纵向又横向摆动的复合曲率。在本发明的补充方面，具有一种用于火车车厢转向架的侧架的导框座的摆件。所述摆件具有摆动表面，所述摆动表面与火车车厢转向架的轴承座的配合表面接合。所述摆动表面具有允许既纵向又横向摆动的复合曲率。
在本发明的一个方面中，具有一种用于三件式火车车厢转向架的侧架导框座至车轴轴承接口组件，所述接口组件具有用于在横向和纵向均摆动的接口部件。
在本发明的所述方面的额外特征中，所述组件包括具有复合曲率的配合表面，所述复合曲率包括横向和水平两个方向的曲率。在另一个特征中，所述组件包括至少一个摆件和配合构件，所述摆件和配合构件与一配合构件点接触，所述点接触构件在与所述配合构件的滚动点接触中是可移动的。在又一特征中，所述点接触构件在与所述配合构件的滚动点接触中是既横向又纵向可移动的。在又一特征中，所述部件包括可摆动配合的鞍状表面。
在另一特征中，所述部件包括具有第一空间曲率的凸表面和具有第二空间曲率的凹表面，所述凸表面和凹表面相互摆动接合，并且其中一个所述表面包括至少球状部。在另一个特征中，所述部件包括至少一个方向的非摆动中心部。在又一特征中，所述部件相对于竖直旋转轴的纵向摆动扭转地分离于所述部件的横向摆动。在又一特征中，所述部件包括作用力传递界面，所述作用力传递界面相对于绕竖直轴的扭转力矩是扭转柔顺的。在又一特征中，所述组件包括合成橡胶构件。
在本发明的另一方面中，具有一种摆动三件式火车车厢转向架，其具有横向延伸的转向架承梁，一对纵向延伸侧架，所述转向架承梁弹性地安装于所述侧架，以及所述侧架安装在其上的轮副。减振器组安装在所述承梁和各所述侧架之间。所述减振器组各自具有四角的减振器布置，并且轮副至侧架导框接口组件用于准许所述侧架的横向摆动和所述轮副纵向自转向。
在另一方面中，具有一种火车车厢转向架，其具有安装在侧架之间的转向架承梁，以及所述侧架安装在其上的轮副，以及轮副至侧架接口组件，所述侧架通过所述轮副至侧架接口组件安装在所述轮副上。所述侧架至轮副接口组件包括允许所述侧架横向摆动的摆动装置。所述摆动装置包括摆动接合的第一和第二表面。至少所述第一表面的一部分具有小于30英寸的第一曲率半径。所述侧架至轮副接口包括自转向装置。
在本发明所述方面的特征中，所述自转向装置具有基本上线性的作用力偏转特征。在另一特征中，所述自转向装置具有随所述侧架至轮副接口组件的竖直负载而变化的作用力-偏转特征。在另一特征中，所述作用力-偏转特征随所述侧架至轮副接口组件的竖直负载线性地变化。在另一特征中，所述自转向装置包括摆动机构。在又一特征中，所述摆件包括在绕其中一个所述侧架的横向轴线的方向上具有角位移的摆件。
在另一特征中，所述自转向装置包括凸和凹摆件，并且至少所述凸摆件的一部分具有小于45英寸的曲率半径。在又一特征中，所述自转向装置包括凸和凹摆件，并且至少所述凹摆件的一部分具有小于60英寸的曲率半径。在又一特征中，所述自转向特征为自动对中。在另一特征中，所述自转向装置被偏置向中心位置。
在又一特征中，所述自转向装置包括弹性构件。在所述又一特征的另一特征中，所述弹性构件包括合成橡胶构件。在又一特征中，所述弹性构件为合成橡胶座垫组件。在另一特征中，所述弹性构件为具有横向作用力-位移特征和纵向作用力-位移特征的合成橡胶座组件，并且所述纵向作用力-位移特征不同于所述横向作用力-位移特征。在另一特征中，所述合成橡胶座组件的横向剪切刚度大于纵向剪切刚度。在又一特征中，摆件安装在所述合成橡胶座垫组件之上。在又一特征中，摆件直接安装在所述合成橡胶座垫组件之上。在另一特征中，所述合成橡胶座垫组件包括整体摆件。在另一特征中，所述三件式样转向架为摆动运动转向架并且所述自转向装置包括合成橡胶轴承座垫。
在又一特征中，所述轮副具有车轴，并且所述车轴具有转动轴线和安装在所述侧架之下的端部，并且在其中一个所述车轴的一端，所述自转向装置具有作用力偏转特征，至少一个所述特征由以下作用力-偏转特征的组中选定：
(a)在3000磅/英寸和10,000磅/英寸之间的纵向偏转线性特征，其为当所述自转向装置承受大小在45,000和70,000磅之间的竖直载荷的1/8时，在所述车轴的端部的转动轴线处测量的结果；
(b)在16,000磅/英寸和60,000磅/英寸之间的纵向偏转线性特征，其为当所述自转向装置承受大小在263,000和315,000磅之间的竖直载荷的1/8时，在所述车轴的端部的转动轴线处测量的结果；以及
(c)在0.3和2.0磅/英寸之间的纵向偏离线性特征，其为当每磅的竖直载荷传递到所述一车轴的所述一端时，在所述车轴的端部的转动轴线处测量的结果。
在本发明的另一方面中，具有一种三件式铁路货运车厢转向架，其具有自转向装置，其中，所述被动转向装置包括至少一个纵向摆件。
在本发明的另一方面中，具有一种三件式铁路货运车厢转向架，其具有被动自转向装置，所述被动自转向装置具有线性作用力-偏转特征，并且所述作用力-偏转特征作为所述转向架的竖直负荷的函数而变化。
在本发明的所述方面的额外特征中，所述作用力-位移特征随着所述转向架的竖直负荷而线性地变化。在另一特征中，所述自转向装置包括摆动机构。在另一特特征中，所述摆动机构在施加在其中一个所述轮副的车轮上的阻力的作用下可离开极小能量状态。在又一特征中，所述作用力-偏转特征位于大约0.4磅和2.0磅/英寸的偏转量之间的范围内，该值在所述转向架的轮副的车轴的一端的中心处当每磅的竖直载荷传递给所述轮副的所述车轴的所述端部时测量所得。在另一特征中，所述作用力偏转特征位于0.5到1.8磅/英寸/传递给所述轮副的所述车轴的所述端部的竖直载荷的磅数之间的范围内。
在本发明的又一方面中，具有一种三件式铁路货运车厢转向架，其具有横向延伸的转向架承梁，一对安装在并且弹性地连接在所述转向架承梁的相对端部上的侧架，以及轮副。所述侧架在侧架至轮副接口组件处安装到所述轮副上。至少一个所述侧架至轮副接口组件安装在其中一个所述轮副的车轴的第一端和所述侧架的第一侧架的第一导框之间。所述轮副至侧架接口组件包括第一线接触摆件装置和第二线接触摆件装置，所述第一线接触装置用于准许所述第一侧架横向摆动，所述第二线接触装置用于准许所述车轴的所述第一端相对于所述第一侧架的纵向移动。
在本发明的所述方面的特征中，所述第一和第二摆件装置与扭转柔顺性构件连续地安装，所述扭转柔顺性构件对于绕竖直轴施加的扭转力矩是柔顺的。在另一特征中，扭转柔顺性构件安装在所述第一和第二摆件装置之间，所述扭转柔顺性构件绕竖直轴是扭转柔顺的。
在本发明的另一方面中，具有一种三件式铁路货运车厢转向架，所述轴承座具有与侧架导框部件的配合表面摆动接合的摆动接触表面，所述轴承座的所述摆动接触表面具有复合曲率。
在所述发明的所述方面的另一特征中，所述复合曲率形成在第一凸曲率半径上和与其横向定位的第二凸曲率半径上。在另一特征中，所述复合曲率为鞍形。在另一特征中，所述空间曲率为椭圆体形。在另一特征中，所述曲率为球形。
在又一特征中，具有一种火车车厢转向架，其具有横向延伸的转向架承梁。所述转向架承梁具有第一和第二端。第一和第二纵向延伸的侧架分别弹性地安装在所述承梁的所述第一和第二端。所述侧架在侧架至轮副安装接口组件处安装在轮副上。四角减振器组安装于所述转向架承梁的各端与该端安装在其上的相应侧架之间。所述侧架至轮副安装接口组件绕竖直轴是扭转柔顺的。
在本发明的所述方面的特征中，所述转向架在所述侧架之间不具有未装弹簧的横向横构件。在另一特征中，所述侧架安装成横向摆动。在又一特征中，所述侧架至轮副安装接口组件包括自转向装置。
在本发明的另一方面中，具有一种铁路货运车厢转向架，其具有安装在一对侧架中的轮副，所述侧架具有容纳所述轮副的侧架导框。所述导框具有侧架导框夹紧装置。所述侧架导框夹紧装置包括侧架导框夹紧装置止推座。所述轮副具有安装在其上以安装在所述夹紧装置之间的轴承座。所述侧架导框具有与所述轴承座摆动地可配合的各自导框座构件。所述转向架具有安装在所述夹紧装置和所述轴承座之间的构件以将所述轴承座推向相对于所述导框座对中的位置。在另一特征中，在火车车厢侧架导框夹紧装置的止推耳与轴承的所述端壁和拐角接界之间放置有构件，所述构件用于将所述轴承座推向相对于所述侧架的非工作位置。
在本发明的另一方面中，具有一种用于三件式火车车厢转向架上的侧架导框至车轴轴承接口组件。所述接口组件具有用于既横向又纵向摆动的部件，并且所述接口组件包括轴承组件，所述轴承组件具有整体形成在其上的其中的一个摆动表面。
在本发明的所述方面的额外特征中，所述轴承组件包括具有复合曲率的摆动表面。在另一特征中，所述部件包括可摆动配合的鞍状表面。在又一特征中，所述部件包括具有第一复合曲率的凸表面和具有第二复合曲率的配合凹表面，所述凸表面和配合凹表面相互摆动地接合。其中一个所述表面包括至少球状部。在又一特征中，所述部件相对于竖直转动轴的纵向摆动扭转地分离于所述部件的横向摆动。在又一特征中，所述部件包括作用力传递界面，所述作用力传递界面相对于绕竖直轴的扭转力矩具有扭转柔顺性。在又一特征中，所述组件包括弹性偏置构件。
在本发明的另一方面中，具有一种用于三件式火车车厢转向架上的侧架导框至车轴轴承接口组件。所述接口组件具有用于既横向又纵向摆动的部件，并且所述接口组件包括轴承组件，所述轴承组件具有整体形成在其上的其中的一个摆动表面。
在本发明的所述方面的额外特征中，所述轴承组件包括具有复合曲率的摆动表面。在另一特征中，所述部件包括可摆动配合的鞍状表面。在又一特征中，所述部件包括具有第一复合曲率的凸表面和具有第二复合曲率的配合凹表面，所述凸表面和配合凹表面相互摆动地接合，其中一个所述表面包括至少球状部。在又一特征中，所述部件相对于竖直转动轴的纵向摆动扭转地分离于所述部件的横向摆动。在又一特征中，所述部件包括作用力传递界面，所述作用力传递界面相对于绕竖直轴的扭转力矩具有扭转柔顺性。在又一特征中，所述组件包括弹性偏置构件。
在本发明的另一方面中，具有一种用于三件式火车车厢转向架上的侧架导框至车轴轴承接口组件。所述接口组件具有配合的摆动表面。所述组件包括安装到轮副车轴的端部上的轴承。所述轴承具有外环，并且其中一个摆动表面相对于所述轴承刚性地固定。
在本发明的又一方面中，具有一种安装在三件式火车车厢转向架的轮副轴的一端的轴承。所述轴承具有外构件，所述外构件安装在允许所述车轴的端部相对于该外构件转动的位置，并且所述外构件具有形成在其上的摆动表面以与所述三件式转向架的侧架的导框座构件的配合滚动接触表面接合。在本发明的所述方面的额外特征中，所述轴承具有与所述车轴的中心线轴一致的转动轴线，并且所述表面具有离所述转动中心的径向距离为最小的区域和所述区域与在其任一侧角度地邻近于该区域的各点之间的正导数dr/dθ。
在另一特征中，所述表面为柱状。在又一特征中，所述表面具有恒定的曲率半径。在又一特征中，所述柱状体具有平行于所述轴承的所述转动轴线的轴线。在又一特征中，所述表面在安装在三件式转向架中时具有局部极小势能位置，所述极小势能位置位于较大势能位置之间。在又一特征中，所述表面为具有复合曲率的表面。在又一特征中，所述表面具有鞍状的形状。在另一特征中，所述表面具有曲率半径。所述轴承具有转动轴线和离所述转动轴线径向距离最小的区域。所述曲率半径大于所述最小径向距离。
在又一特征中，具有一种轴承和导框座的组合。在额外特征中，所述轴承具有转动轴线。所述轴承的所述表面上的第一位置比其上的其他任何位置都径向地更接近于所述转动轴线，第一距离L定义为所述转动轴线与所述第一位置之间的距离。所述轴承的所述表面和所述导框座的所述表面各自具有曲率半径并且以凸和凹的关系配合。一个曲率半径为凸曲率半径r1。另一个曲率半径为凹曲率半径R2；r1大于L，R2大于r1，并且L、r1和R2遵从公式L-1–(r1 -1–R2 -1)>0。在另一个额外特征中，所述摆动表面可协作以允许自转向。
参考下述对本发明的详细说明和附图，可以理解本发明的上述和其他的方面和特征。
附图说明
参考所提供的附图，并通过对本发明的示范性实施例或实施例、结合原理和各方面内容进行说明，本发明的原理可以得以更好地理解，并且其中：
图1a示出了根据本发明一方面的火车车厢转向架的实施例的实例的等轴视图；
图1b示出了图1a的火车车厢转向架的俯视图；
图1c示出了图1a的火车车厢转向架的侧视图；
图1d示出了转向架的一部分的分解图，所述转向架类似于图1a的转向架；
图1e示出了图1a的转向架的备选三件式转向架的实例的分解截面图，该备选三件式转向架具有沿弹簧组中心线安装的减振器；
图1f示出了根据本发明一方面内容的火车车厢转向架的实施例实例的等轴视图；
图1g示出了图1f的火车车厢转向架的侧视图；
图1h示出了图1f的火车车厢转向架的俯视图；
图1i是剖视图，其一半示出了图1f的转向架的端视图，另一半示出了沿转向架中心截取的截面；
图1j示出了图1f的转向架的弹簧的布置；
图2a是例如图1a、1b、1c或1e的转向架的侧视图的放大细节，其在侧架导框至轴承座接口处截取；
图2b示出了图2a的穿过侧架导框至轴承座接口沿轮副(wheelset)轴中心线截取的横向截面；
图2c示出了图2b位于横向偏转状态时的截面；
图2d是图2a的导框座至轴承座接口在所述轴承座的纵向对称平面上的纵向截面；
图2e示出了图2d当纵向偏离时的纵向截面；
图2f示出了图2a的细节的俯视图；
图2g示出了图2a的轴承座在图2a的剖面线‘2g-2g’上的交错截面；
图3a示出了图2a的侧架导框至轴承座接口的备选侧架导框至轴承座接口的分解等轴视图；
图3b示出了图3a的轴承座至导框座接口的备选轴承座至导框座接口；
图3c示出了图3b的组件沿其纵向－垂直对称平面截取的截面图；
图3d示出了沿图3c的3d-3d′截取的图3b的组件的细节的梯形截面图；
图3e示出了图3a的轴承座至导框座接口的实施例的另一备选轴承座至导框座接口实施例的分解图；
图4a示出了从图3a的组件的固定垫的上面和一个角的前面观察的等轴视图；
图4b是从图4a的固定垫上面和后面观察的等轴视图；
图4c是图4a的固定垫的仰视图；
图4d是图4a的固定垫的前视图；
图4e是图4a的固定垫在图4d的‘4e-4e’上的截面图；
图5示出了与图4d的承梁相似的备选承梁，所述备选承梁具有一对分隔开的承梁套口和具有第一和第二楔形角的插入件；
图6a是可使用在例如图1a、1b、1c、1d和1f的转向架的承梁中的备选减振器的剖面图；
图6b示出了图6a中摩擦调整垫被拆卸后的减振器；
图6c是图6a的减振器的摩擦调整垫的反向视图；
图7a是用于例如图1a的转向架上的摩擦减振器的前视图；
图7b示出了图7a的减振器的侧视图；
图7c示出了图7b的减振器的后视图；
图7d示出了图7a的减振器的仰视图；
图7e示出了在图7c的截面‘7e-7e’上截取的在图7a的减振器的中心线上的剖面图；
图7f是图7a的减振器在图7e的截面‘7f-7f’上截取的剖面图；
图7g示出了图7a的减振器的备选减振器的等轴视图，所述备选减振器具有摩擦调整侧面垫；
图7h示出了图7a的减振器的另一备选减振器的等轴视图，所述备选减振器具有“环绕”摩擦调整垫；
图8a示出了图3a的轴承座组件的备选轴承座组件的分解等轴安装视图；
图8b示出了图8a的轴承座组件等轴装配视图；
图8c示出了图8b的组件当其摆件被拆卸时的视图；
图8d示出了图8b的组件被安装时的纵向截面；
图8e是图8b的组件在图8d的截面‘8e-8e’上的安装视图；
图8f示出了图8b的组件被安装时的横向截面；
图9a示出了图3a的组件的备选组件的分解等轴视图；
图9b示出了类似于图9a视图的分解等轴视图，所示的轴承座组件结合有合成橡胶垫；
图10a示出了图3a的组件的备选组件的分解等轴视图；
图10b示出了由上方和对着一角方向观察图10a的组件的轴承座的透视图；
图10c示出了由下方观察图10b的轴承座的透视图；
图10d示出了图10b的轴承座的仰视图；
图10e示出了图10b的轴承座在图10d的截面‘10e-10e’上的纵向截面；
图10f示出了图10b的轴承座在图10d的截面‘10f-10f’上的横向截面；
图11a是图3a的轴承座组件的备选轴承座组件的分解图；
图11b示出了由下方和对着一角方向观察的图11a的轴承座的视图；
图11c是图11b的轴承座的俯视图；
图11d是图11c的轴承座在‘11d-11d’上的纵向截面图；
图11e是图11c的轴承座在‘11e-11e’上的横向截面图；
图11f是图11a的组件的弹性垫构件的一组视图；
图11g示出了由上方和对着一角方向观察图11a的轴承座的视图；
图12a示出了图3a的轴承座至导框座组件的备选轴承座至导框座组件的分解等轴视图；
图12b示出了图12a的组件在装配后的纵向中心截面；
图12c示出了在图12b的‘12c-12c’上的截面；以及
图12d示出了在图12b的‘12d-12d’上的截面；
图13a示出了轴承座和导框座的实施例的俯视图，所述轴承座和导框座可以使用在类似于图2a的侧架导框中，所述导框座被倒置以显示形成在其中的凹部，所述凹部用于与所述轴承座结合；
图13b示出了图13a的轴承座和导框座的侧视图；
图13c示出了图13a的轴承座在图13d的‘13c-13c’上截取的纵向截面；
图13d示出了图13a的轴承座和导框座的端视图；
图13e示出了图13a的轴承座在轮副轴中心线上截取的横向截面；
图13f是轴承座和导框座组对的沿横向对称平面的截面，所述轴承座和导框座组对类似于图13e的轴承座和导框座组对，其具有倒置摆件和座部；
图13g示出了图13f的轴承座和导框座组对在纵向对称平面上的截面；
图14a示出了图13a的轴承座和导框座的备选实施例的等轴视图，其具有完全弯曲的上表面；
图14b示出了图14a的轴承座和导框座的侧视图；
图14c示出了图14a的轴承座和导框座的端视图；
图14d示出了在纵向对称平面上截取的图14a的轴承座和导框座的截面；
图14e示出了在横向对称平面上截取的图14a的轴承座和导框座的截面；
图15a示出了图13a的轴承座和导框座的备选轴承座的俯视图和备选凹导框座的倒置视图；
图15b示出了图15a的轴承座的纵向截面；
图15c示出了图15a的轴承座和导框座的端视图；
图16a示出了图13a的轴承座和导框座组合的另一实施例的等轴视图，其中，所述轴承座和导框座具有鞍状的结合界面；
图16b示出了图16a的轴承座和导框座的端视图；
图16c示出了图16a的轴承座和导框座的侧视图；
图16d是图16a的轴承座和导框座的横向截面；
图16e是图16a的轴承座和导框座的纵向截面；
图16f示出了轴承座和导框座组对的横向截面，所述轴承座和导框座组对具有相对于图16a的轴承座和导框座组对倒置的界面；
图16g示出了图16f的轴承座和导框座组对的纵向截面；
图17a示出了图13a的轴承座和导框座组合的另一备选的轴承座和座部组合的分解侧视图，所述备选轴承座和座部组合具有一对柱形摆件和位于其间的枢转连接机构；
图17b示出了图17a的轴承座和导框座的分解端视图；
图17c示出了图17a的轴承座和导框座被装配后在其纵向中心线上截取的截面；
图17d示出了图17a的轴承座和导框座被装配后在其横向中心线上截取的截面；
图17e示出了图17a的组件的可能的排列；
图18a是图17a的轴承座和导框座组件的备选形式的轴承座和座部组件的分解端视图，所述备选形式的轴承座和导框座组件具有合成橡胶中间构件；
图18b示出了图18a的组件的分解侧视图；
图19a是图13a或16a的组件的备选组件的侧视图，所述备选组件使用合成橡胶剪切垫和横向摆件；
图19b示出了图19b的组件在其车轴中心线上截取的横向截面；
图19c示出了图19a的组件在所述轴承座的纵向对称平面上截取的截面；
图19d示出了图19a的备选组件在如‘19d-19d’所标示的梯形截面上截取的由上方观察的截面视图；
图19e示出了图19a的摆件组合的备选摆件组合的端视图，其使用了合成橡胶垫；
图19f示出了图19e的垫组合的备选垫组合的透视图；
图20a是使用在图19a的组件中的轴承座的视图；
图20b示出了图20a的轴承座的俯视图；
图20c示出了图20a轴承座的纵向截面；
图21a示出了用于图19a的组件的垫座的等轴视图；
图21b示出了图21a的垫座的俯视图；
图21c示出了图21a的垫座的侧视图；
图21d示出了图21a的垫座的半截面；
图21e示出了用于图21a的垫座的摆件的等轴视图；
图21f示出了图21a的摆件的俯视图；
图21g示出了图21a的摆件的端视图；
图22a示出了图2a的轮副至导框接口组件装置的备选装置，所述装置具有配合的双向弧形摆件，一个所述摆件整体地形成为轴承的外部；
图22b示出了图22a的组件在图22a的‘22b-22b’上截取的截面；
图22c示出了图22a的组件沿图22b的箭头‘22c-22c’方向观察的截面图；
图23a示出了图22a的组件的备选组件的端视图，所述备选组件结合有单方向纵向摆件；
图23b示出了在图23a在‘23b-23b’上截取的截面；
图24a示出了图1a的三件式转向架的备选三件式转向架的等轴视图；
图24b示出了图24a的三件式转向架的侧视图；
图24c示出了图24b的三件式转向架的一半的俯视图；
图24d示出了图24b的转向架在‘24d-24d’上截取的局部视图；
图24e示出了图24a的三件式转向架的转向架承梁的局部等轴视图，其示出了摩擦减振器座；
图24f一般地示出了例如在图1a、1f和图24a的转向架中的四角减振器装置的作用力示意图；
图25a示出了图24a的三件式转向架的备选三件式转向架的侧视图；
图25b示出了图25a的三件式转向架的一半的俯视图；以及
图25c示出了图25a的转向架在‘25c-25c’上截取的局部截面；
图25d示出了图25a的承梁和侧架组件的分解等轴视图，其中，水平作用的弹簧驱动恒力减振器；
图26a示出了图24e的承梁的备选形式，其具有双倍尺寸的减振器套口，所述套口用于安装具有焊接插入件的大单楔；
图26b示出了用在类似于图26a的转向架承梁上的备选双楔；
图27a示出了类似于图5的承梁装置的备选承梁装置，但其具有分离楔；
图27b示出了类似于图24b的承梁的承梁，其具有带第一和第二角的楔套口和用在所述楔套口中的分离楔装置；
图27c示出了用在图27b的承梁上的备选梯状单楔；
图28a示出了图17b的承梁和楔装置的备选承梁和楔装置，所述备选承梁和楔装置具有第二楔角；
图28b示出了用在图28a的承梁上的备选分离楔装置；
具体实施方式
通过对本发明原理的特定实施例的实例或各实例进行说明来提供下述的描述以及其中所述实施例。提供这些实例是出于解释而不是限制那些原理和本发明的目的。在该说明书中，类似的部分在整个的说明书和附图中用相同的各自附图标记标示。所述附图不一定按比例绘制并且在某些情况中可能夸大比例以便更清楚地描述本发明的某些特征。
在总的方位和方向性术语方面，对于其中所述各个铁路火车车厢转向架(truck)，纵向方向定义为与火车车厢或火车车厢单元在位于直线区间(即，平直的)轨道上时的滚动方向一致。在具有中梁的火车车厢的情况下，纵向方向平行于中梁，并且如果有侧梁时，其平行于侧梁。除非另外注释，“垂直的”或“向上的”和“向下的”是使用铁轨顶部作为基准线的术语。术语“横向的”或“横向外侧的”用来表示相对于火车车辆或车厢单元的纵向中心线的距离或方位。术语“纵向内侧的”或“纵向外侧的”是相对于车厢或车厢单元的中跨横向截面的所得距离。俯仰运动是火车车厢单元绕垂直于所述纵向方向的水平轴的角运动。偏转是绕垂直轴的角运动。滚动是绕所述纵向轴的角运动。
该说明书涉及火车车厢转向架和转向架部件。若干AAR标准转向架尺寸列出在“1997车厢和机车百科全书”(1997 Car&Locomotive Cyclopedia)中的711页。如所示，对于具有两个转向架的单一单元火车车厢，“40吨”转向架级相当于在铁轨上的最大的总车厢重量(GWR)142,000磅。类似地，“50吨”相当于177,000磅，“70吨”相当于220,000磅，“100吨”相当于263,000磅，“125吨”相当于315,000磅。在每种情况下，每转向架的负荷极限于是为铁轨上最大总车厢重量的一半。两种其它类型的转向架是用于具有286,000磅GWR的火车车厢的“110吨”转向架和有时使用在自动支架车厢上的“70吨专用”不引人注意的转向架。如果在此所述火车车厢转向架倾向于既具有纵向对称轴又具有横向对称轴，在考虑到右侧和左侧部分之间的差别的同时，对组件的一半进行的说明可通常还用来描述另一半。
该应用涉及到用于火车车厢转向架的摩擦减振器，以及多重摩擦减振器系统。存在若干类型的减振器装置，一些减震器装置示出在“1997车厢和机车百科全书”中的715至716页。双重减振器装置说明和描述在2003年3月6日的美国专利申请公报No.US2003/0041772 A1中，题为“具有减振悬挂的火车货运车厢”，并且还在此通过参考引入。示出在“1997车厢或机车百科全书”中的715至716页的各减振器装置可以被更改为使用遵照本发明各方面的原理的四角的、内部和外部双重减振器的减振器装置。
减振器楔将在此讨论。在一般术语方面，各楔会被安装在形成于转向架承梁末端中的成角度的“承梁套口”内。在横截面上，各楔可具有大致三角形状，三角形的一边是或具有支撑面，可以称作底部或底边的第二边形成弹簧座，第三边是斜边或其他两边之间的斜边。所述第一边可以具有基本平坦的支撑面，其用于竖直滑动地结合在其中一个侧架柱的相对支撑面上。所述第二面可以不是这样的平面，而是可以具有插口的形式用以容纳弹簧组的其中一个弹簧的上端。虽然所述第三面，或斜边可以呈现基本平坦的形状，其可以具有曲率半径大概为60″的轻微的拱高。所述拱高可以沿斜边延伸并且还可以延伸穿过斜边。各楔的端面可以是基本平直的且可还具有涂层、表面处理、薄垫片或低摩擦垫以使其与承梁套口的侧面或与另一个独立可滑动减振器楔的邻近侧面(如果有)平稳滑动结合。
在火车车厢运行期间，侧架可能会围绕转向架承梁的末端转动或枢转小范围的角偏转以产生车轮负载平衡。减振器的斜面上的轻微拱高通过如下方式可以容纳该枢转运动，即，在平坦支撑面保持与侧架柱的磨损板的平面接触的同时使减振器相对于承梁套口的基本倾斜面稍微摆动。虽然所述斜面可以具有轻微的拱高，出于说明的目的，其将作为斜面或作为斜边来加以说明，并且其将大致近似地被认为是基本平直的面。
在此的术语中，各楔具有第一角α，其是由承梁末端向转向架中心所观察的(a)安装到转向架承梁上的减振器套口斜面和(b)侧架柱面之间的夹角。在一些实施例中，第二角可以定义在角α的平面中，即垂直于(未偏转)侧架的竖直纵向平面的平面中，从垂直面倾斜第一角的大小。也就是说，该平面平行于(未偏转)转向架承梁的长轴，并且好像沿减振器的背面(斜边)观察到的一样。所述第二角β定义为当观看平行于角α平面的减振器所观察到的横向倾斜角。由于悬挂响应于铁轨扰动而工作，作用在第二角β上的楔作用力可以根据所选择的角度将减振器推向内侧或是推向外侧。
转向架特征的一般说明
图1a和1f提供了体现本发明一个方面的转向架20和22的实例。图1a和图1f的转向架20和22可以具有同样或基本类似的特征以及类似的结构，尽管它们在摆长、弹簧硬度、轮距、窗口宽度和高度以及减振装置方面不同。也就是说，图1f的转向架20可以具有更大的轮距(对于转向架20，轮距为从73英寸到86英寸，可以在80-84英寸之间；而对于转向架22，轮距为63-73英寸)，可以具有更小竖直弹簧应变率的主弹簧组，以及四角减振器组，所述四角减振器组可以具有在减振器楔上的不同的第一和第二角。转向架20可以具有5×3弹簧排列，而转向架22可以具有3×3排列。虽然任一转向架可适合于多种通用用途，转向架20可以最合适于运送例如汽车或消费品的相对低比重、高价值的货物，而转向架22可以最适合于运送比重较大的半成品工业货物，例如其可被承载在火车货运车厢中以用来运输的纸卷。所述两类型转向架的各特征可以互换，并且意图在于说明广泛范围的转向架类型。尽管有尺寸方面可能的不同，基本类似的特征还是以相同的部分附图标记给出。转向架20和22绕其纵向和横向中心线轴都对称。在每种情况中，在涉及侧架的地方，可以理解的是，转向架具有第一和第二侧架、第一和第二弹簧组，以此类推。
转向架20和22各自具有转向架承梁24和侧架26。各侧架26具有大致矩形的窗口28，所述窗口容纳承梁24的一个末端30。窗口28的上边界由侧架拱形或标示为上弦构件32的压缩构件限定，窗口28的底部由标示为底弦34的拉伸构件定义。窗口28的纵向竖直侧面由侧架柱36限定。拉伸构件的各末端弯曲延伸以与压缩构件结合。在侧架26的各弯曲末端处具有侧架导框装置或导框座38。各装置38容纳可以是摆件或支座的上装置，其在如下说明和讨论。该上装置，无论其为摆件还是支座，其一般的标示为40。装置40与轴承座44上表面的配合装置42接合。轴承座44接合轴承46，所述轴承安装在与其中一个车轮50邻近的其中一个转向架轴48的其中一端上。装置40位于每个纵向导框装置38上，所述装置40纵向地对准以使得侧架可以相对于转向架的滚动方向横向地摆动。
配合装置40和42的关系在以下做更详细的说明。这些装置的关系确定其中一个轮副的其中一个轴的末端和侧架导框之间的一部分总体关系。也就是说，在确定总体响应时，轴端安装在侧架导框中的自由度涉及到组装件的动态接口，所述组装件可称作例如轮副至侧架接口组件，其可以包括轴承、轴承座、合成橡胶(如果使用)、摆件(如果使用)以及安装在侧架导框顶部中的导框座。所述轮副至侧架接口组件的几个不同的实施例在如下说明。就轴承46具有一个自由度来说，即绕轮轴转动，对所述组件的分析可以集中在轴承至导框座接口组件或轴承座至导框座接口组件上。出入该说明书的目的，装置40和42一般地用来表示轴承座和导框座组件的特征组合，该组件限定侧架导框顶部和轴承座之间的接口，以及在该接口上的六个运动自由度，即响应于动态输入的竖直的、纵向的和横向的移动(即在z、x和y方向的移动)以及纵摇、转动和摇摆(分别绕y、x和z轴的旋转运动)。
侧架26的底弦或拉伸构件可以具有刚性地安装在其上的篮式板或下弹簧座52。虽然转向架22可以没有具有横梁或横杆性质的未装弹簧的横向交叉支撑，如果采用转向架22代表具有横杆或其他交叉支撑的“摆动运动”转向架，可以在摆件上安装弹簧座52的下部摆件平台以允许相对于侧架26的横向摆动。弹簧座52可以具有座圈，其为内部凸台或外围凸缘，所述座圈与弹簧组56的弹簧54接合以阻碍弹簧底端的逸出。弹簧组56夹置在承梁24的远端30和弹簧座52之间，所述弹簧组放置于火车车厢体和货物的重量的压力下，所述货物由上对承梁24施加压力。
承梁24在承梁外侧端的每个面上具有两个内侧和外侧的承梁套口60和62(即，各承梁总共有8个承梁套口，每端有4个)。承梁套口60、62分别容纳纵向成对的第一和第二、横向内侧或横向外侧的摩擦减振器楔64、66和68、70。各承梁套口60、62具有斜面或减振器座72，其与减振器楔64、66、68和70的类似斜边面74相配合。楔64、66各自位于第一、内侧角弹簧76，78上而楔68、70各自位于第二、外侧角弹簧80，82上。楔64、66和68、70的斜面74抵靠各座72的斜面。
中间末端弹簧96支撑在平台98的底面上，所述平台98位于承梁套口60和62的中间。中心排弹簧100的上端支撑在承梁24末端的主中心部102。在该四角结构中，每个减振器由弹簧组的其中一个或另一个弹簧单独支撑。在车厢体或货物的重量下的弹簧的静态压力倾向于以弹簧负载起作用使减振器偏压，从而沿承梁套口的斜面作用以将摩擦面推靠在侧架上。当摩擦减振器楔64、66和68、70的竖直滑动面90在摩擦磨损板92上上下移动时，提供摩擦减振，所述摩擦磨损板安装于侧架柱36的面向内部的表面上。这样，运动的动能或多或少地通过摩擦转化成热量。该摩擦可以衰减掉承梁相对于侧架的运动。当横向的扰动通过铁轨传递给车轮50，刚性车轴48可以使两侧架26在相同方向上偏转。侧架26的反应是像钟摆一样在上摆件上的摆动。摆动的重量和由弹簧的扭曲引起的反作用力可以随后将促使侧架回到其初始位置。归因于轨道扰动的协和振动可以通过减振器在磨损板92上的摩擦衰减掉。
与例如如图1e所示可以安装在侧架中心线上的、具有单个减振器的承梁相比较，使用例如分隔开成对的减振器64、68的双减振器可以获得更大的力矩臂以更普遍地抵抗转向架22的平行四边形变形，如图1d中以尺寸“2M”所标示的。使用双减振器可以比使用单个减振器产生更大的使转向架回到方形方位的“成方形”恢复作用力，所述单个减振器只具有恢复偏置力，即成方形作用力，其随偏转的增大而增大。也就是说，在平行四边形变形或菱形变形时，一对对角弹簧(即，内侧弹簧76和外侧弹簧82可以更明显地被压缩)相对于另外一对对角弹簧(即，内侧弹簧78和外侧弹簧80可以比弹簧76和82更不明显地被压缩)的不同压缩力会产生作用在侧架磨损板上的恢复力偶。该力偶会将侧架转动到使转向架成方形的方向(即，承梁垂直于侧架或“成方形”的位置)。这样，转向架能够弯曲，并且当转向架弯曲时，各减振器协作担当作为承梁和侧架之间的偏置构件以抵抗侧架相对于转向架承梁的平行四边形或菱形变形并且促使转向架回到非偏转位置。
转向架20和22已进行了上述说明，转向架20和22各自具有弹簧组，所述弹簧组具有面向侧架柱的三排弹簧。四角减振器布置的恢复力偶可以同样在具有2排面向减振器布置的弹簧组的转向架中进行说明，如图14a至14e的转向架400中。出于概念上的直观性，任何减振器的摩擦面上的法向力可以由压力场来表示，所述正交力的作用近似于作用在压力场的质心上的点载荷而所述正交力的大小等于所述压力场在其面积上的积分值。该分布作用力的中心作用于靠着柱428的楔440的内侧摩擦面上，并且可以被认为点载荷相对于靠着柱430的楔443的对角外侧摩擦面横向偏移一距离，该距离是示出在图1k的概念略图中的尺寸‘L’的标定两倍。在图14a的实例中，该距离2L大约是弹簧组中大弹簧线圈的一个全部直径的长度。在该情况中恢复力矩在概念上是，MR＝[(F1+F3)－(F2+F4)]L。这可以表示为MR＝4kcTan(ε)Tan(θ)L，其中，θ是减振器的第一角(通常在此表示为α)，并且kc是减振器所处的和被偏置的线圈的垂直弹簧常数。
在弹簧组2×4、3×3、3:2:2或3×5组的不同的布置中，各减振器可以安装在4角位置的每一个上。对于具有相等刚度的弹簧，弹簧作用力作用在减振器楔上的部分处在25-50％的范围内。如果弹簧不具有相等的刚性，弹簧作用力作用在减振器上的部分的范围可以在大约20-35％的范围内。如果在某些弹簧中使用内线圈而在其它弹簧中不使用内线圈时或者如果使用不同弹簧常数的弹簧时，线圈组可以具有不相等的刚性。
从本发明的发明人看来，可能的是，促进承梁至侧架接口(即，通过使用四角减振器组)成方形这一趋势的增强往往可减少在导框至轮副轴接口处对成方形的依赖。这又会提供使用扭转地可弯曲(围绕竖直轴)的轴至导框接口组件的机会，并且允许对自转向进行测量。
支撑板，即磨损板92(图1a)显著地宽于侧架的整体厚度，所述厚度更通常地例如在导框处测量得到，并且所述磨损板会比传统的普通磨损板要宽。该额外宽度对应于横跨过减振器对充分测量的额外总体减振器跨度宽度，加上上述横向行程，典型地允许承梁相对于侧架至未偏斜中心位置的任何一侧的11/2(+/-)英寸的横向行程。也就是说，板92的宽度不是一个线圈加上行程余量，而是三个线圈加上容纳相对任何一侧的11/2(+/-)英寸行程的余量，总共双倍数量行程3"(+/-))。承梁24分别具有内侧和外侧的扁块106、108，其限制承梁24相对于侧架柱36的横向运动。该运动余量可以在+/-11/8到13/4英寸的范围内，并且可以在13/16到19/16英寸的范围内，并且可以将相对于侧架未偏转时的中间位置的横向行程设定在例如11/2或11/4英寸。
一般地标示为58的整个弹簧组的各弹簧的下端位于下弹簧座52中。下弹簧座52可以布置为具有上翻矩形外围边的底盘。虽然转向架22使用以3×3布置的弹簧组，这只是出于一般性的目的，并且是为了代表不同的范畴。它们可以代表3×5、2×4、3:2:3或者2:3:2布置，或者某些其他的布置，并且可以包括液压减振器，或者弹簧的这些其他布置可以适用于该转向架将用于其上的火车车厢的给定服务。
图2a-2g
类似摆动运动类的转向架，轴承座的摆动接口表面可以具有凸部或凹曲度，摆件上的滚动接触件通过凸曲度或凹曲度允许侧架的横向摆动。轴承座至导框座接口可以同样具有凸或凹的纵向曲度并且对于给定的竖直载荷，该凸或凹曲度可以呈现或多或少的沿纵向方向偏移的线性阻力，与弹簧或合成橡胶起的作用几乎一样。
对于在此示出和说明的在复合曲线面(即，具有在两个方向的曲度)上滚动接触的表面来说，竖直刚性可以近似为无穷(即，与其他刚性相比非常大)；假定所述表面不滑动，在接触点的平移纵向刚度也可以认为是无穷的；假定所述表面不滑动，在接触点的平移横向刚度也可以认为是无穷的。围绕竖直轴线的转动刚度可以被认为是零或大约是零。对比来讲，绕纵向和横向轴线的角刚度不是微不足道的。横向角刚度可以更通常地确定测架的相当的摆(pendulum)的刚度。
摆的刚度与摆的重量成正比。相似地，作用在火车车厢车轮上的阻力以及作用在下层轨道结构的摩擦是车轮所承受的重量的函数。因此，对于满载车厢最好希望有自转向，并且随着装载货物的增加，车轮所承载的重量或自转向机构的刚度之间的大致比例可以通过摆动来维持。
转向架性能可以随着减振器表面的摩擦特性而变化。倾向于采用动态和静态摩擦系数显著不同的减振器产生不完全有益的粘滑现象。有益的是，将自转向性能的特征和减小粘滑操作倾向的减振器相结合。
此外，尽管轴承座可以由例如铸铁的相当低成本的材料形成，在某些实施例中，不同材料的插入将可以用在摆件中。另外，可以有益地采用能使遥杆在安装时对中并且可以实现辅助对中功能以使摆件从期望的最小能量位置进行操作的构件。
图2a-2g示出了轴承座和导框座组件的实施例。轴承座44具有下部112，所述下部形成以容纳并且安置在轴承46上，所述轴承本身安装在轴的末端，即车轴48的末端。轴承座44具有上部114，其具有中心定位、向上突出的部件，即凸的轴承座接口部116。配合部件，即凹的摆件座接口部118刚性地安装在侧架导框的顶部120中。为此目的，横向延伸的凸耳122中心地相对于导框顶部120进行安装。上部件40不论是哪种类型，其具有板126形式的体部，所述板在沿其纵向延伸的侧缘处具有一组向上延伸的被槽口分隔的凸耳或耳状物或凸起部124，所述凸起部支撑并紧紧接合凸耳122，从而将上部件40定位，部件40的板126的背部邻接于顶部120的平坦的负荷传送面。上部件40可以是具有凹形支撑表面的导框座部件，即部分118。如图2g所示，当侧架被下降至轮副上时，位于轴承座拐角接界132之间的端切口或槽128位于各自的侧架导框夹紧装置130之间。当侧架放到位时，轴承座44因此固定在当轴承座接口的凸和凹部分(116和118)处于配合接合时的位置。
凸部116(图2d)形成为具有大致面向上的表面142，所述表面既具有第一曲率r1以允许纵向方向摆动，又具有第二曲率r2(图2c)以允许横向方向摆动(侧架的摆动运动)。类似地，在一般的情况中，凹部118具有表面，所述表面具有沿纵向方向的第一曲率半径R1和沿横向方向的第二曲率半径R2。r1和R1的接合可以允许沿纵向方向的摆动，摆动位移量与车轮承受的重量成比例。也就是说，角偏移的阻力与重量成比例而不是等于固定的弹簧常数。这可以在轻载车厢和满载车厢的状态下均产生被动的自转向。该关系显示在图2d和2e中。图2d示出了纵向摆动部件居中的或未工作的非偏转位置。图2e示出了位于其最大纵向偏转状态的摆动部件。图2d表示系统的局部最小势能状态。图2e表示如下系统，在该系统中，纵向作用在通过车轴和轴承的中心CB的水平平面上的作用力F所作的功引起势能的增加，这将产生导框的高度的升高。换句话说，由于所述作用力促使车轴偏转，所以摆动运动将使车厢升高，并且因而增加其势能。
当延伸在拐角接界之间的轴承座44的端面134与夹紧装置130的止推座的一个或另一个行程限制邻接面136接触时，纵向方向的行程界限得以到达。通常，偏移可以通过车轴中心线的角位移θ1或者以如θ2所示的摆件接触点在半径r1上的角位移来测量。轴承座44的端面134是平面的，并且其与垂直面成η的倾斜角度。如图2g所示，邻接面136可以具有圆形的柱形弧，所述柱形的长轴竖直地延伸。该表面的典型最大半径R3为34英寸。当轴承座44完全地偏移η角度时，端面134会与邻接面136线接触。这样，(部分116的)凸面相对于(部分118的)凹面上的进一步纵向摆动运动得以抑制。因此，夹紧装置130将轴承座44的弧形偏转抑制到有限的范围。η的典型范围可以是大约3弧度。δ纵向的典型最大值可以是相对于静止的竖直中心线的任意一侧的大约+/-3/16″。
类似地，如图2b和2c所示，在横向方向，r2与R2的接合可以允许横向摆动，即可以采用摆动运动转向架的方式。图2b示出了横向摆动系统的居中、静止的最小势能位置。图2c示出了位于横向偏转状态的相同系统。在该情况中，δ2大约等于其中，对于小的角度，大约等于L摆可以被认为是弹簧底座52的中心与凸和凹部116和118间的接触界面之间的静止高度差。
当横向作用力施加在转向架承梁的中心板上，最终将在车轮和铁轨接触处产生反作用力。横向作用力由承梁传递到主弹簧组，并接下来转换为弹簧座中的横向作用力以使摆的底部偏转。所述反作用力传送给轴承座，并因此传送给摆的上部。所述摆将随后偏转，直到所述摆上的重量乘以所偏转摆的力矩臂足以使作用在所述摆上的横向力偶的力矩平衡为止。
该轴承座至导框座接口组件被作用在所述摆上的重力偏置向中心或“静止”的位置，其中在系统中存在极小的局部势能。图2c所示的完全偏转位置可以对应于由竖直面向中心的任意一侧偏转大约小于10度(优选地小于5度)，实际最大值由扁块106和108相对于板104的间距确定。虽然通常R1和R2可以不同，因此凹面为环面的外部，但是可以最好使R1和R2的值相同，即，使得所述凹形部件的支撑面形成为球状面的一部分，既不具有长轴也不具有短轴，而是仅形成在球半径上。R1和R2具有自动对中的趋势。该趋势可以相当平缓。此外，在通常情况中，最小的R1和R2可以等于或大于最大的r1和r1值。如果是这样，所述接触点可能具有很小(如果有一些)的能力将在接触点处围绕垂直于摆动面的轴线作用的扭矩进行传递，所以横向和纵向摆动运动倾向被扭转地分开，因此可以说，相对于该自由度(围绕垂直于摆动接触接口表面的竖直地或基本上竖直的轴进行的转动)，所述接口具有扭转柔顺度(即，围绕在接触点穿过所述表面的轴的扭转偏离的阻力可以比例如横向角度偏离的阻力小得多)。对于小角度偏离，围绕在接触点处的垂直轴的扭转刚度，甚至当所述凹半径的较小值小于最大的凸半径时，该条件有时也可以满足。虽然可以使r1和r1值相同以使得轴承座(如果关系颠倒，其或者为导框座)的凸面为球形面的一部分，在通常情况下，r1和r1值可以不同，r1可能倾向大于或显著地大于r2的值。通常，不论r1和r1是否相等，R1和R2可以相同或不同。当r1和r1不同时，凹部件结合面可以是环面表面的一部分。同样需要指出的是，如果系统将回到局部极小能量状态(即，正常运转的自动恢复状态)，极限的情况是，R1和R2任意一个或两者都可以为无穷大，以使得或者形成柱状部或者当两者为无限大时可以形成平面。在另一实施例中，可以是r1＝r1并且R1＝R2。在一项实施例中，r1可以与r1相同，并且可以是大约40英寸(+/-5″)，以及R1可以与R2相同，并且两者均可以为极大以使得凹面为平的。
可以考虑摆件几何形状的其他实施例。在一项实施例中，R1＝R2＝15英寸，r1＝85/8英寸并且r2＝5″。在另一项实施例中，R1＝R2＝15英寸，并且r1＝10″并且r2＝85/8″(+/-)。在另一项实施例中，r1＝85/8，r2＝5″，R1＝R2＝12″。在又一实施例中，r1＝121/2″，r2＝85/8并且R1＝R2＝15″。在另一实施例中，R1＝R2＝∞并且r1＝r2＝40″。
凸纵向摆件的曲率半径r1可以小于60英寸，并且位于5到50英寸的范围内，可以位于8到40的范围内，可以为大约15英寸。R1可以为极大，或者小于100英寸，并且可以在10到60的范围内，或者在12到40的较窄范围内，并且可以在r1大小的11/10到4倍的范围内。
凸横向摆件的曲率半径r2可以在30到50英寸之间。可选择地，在另一类型的转向架中，r2可以小于大约25或30英寸，并且可以位于大约5到20英寸的范围内。r2可以在大约8到16英寸的范围内，并且可以为大约10英寸。当使用线接触摆动运动时，r2可以比不使用线接触摆动运动时的值大约稍微要小一些，大约在3到10英寸的范围内，并且可能等于大约5英寸。
R2可以小于60英寸，并且可以小于大约25或30英寸，因而小于上述凸半径60英寸的一半。可选择地，R2可以在6到40英寸的范围内，并且在滚动线接触的情况下可以在5到15英寸的范围内。R2可以处于r2的11/2倍到4倍之间。在一项实施例中，R2可以是r2的大约2倍(+/-20％)。当使用线接触时，R2可以在5到20英寸的范围内，或者更窄的范围，8到14英寸。
在球形凸摆件用在球形凹盖上的情况中，在某些实施例中，凸半径可以在8到13英寸的范围内，并且可以为大约9英寸；凹半径可以在11到16的范围内，并且可以是大约12英寸。当使用环面或椭圆表面时，在一项实施例中，横向凸半径可以是大约7英寸，纵向凸半径可以是大约10英寸，横向凹半径可以是大约12英寸，并且纵向凹半径可以是大约15英寸。当使用平的凹摆件表面并且使用凸球形表面时，凸曲率半径可以在大约20到大约50英寸的范围内，并且可以位于30到40更窄的范围内。
取决于装载量、预定用途和摆件材料可以有许多的组合。在各情况中，根据预定装载量、预期的载荷历史和运转寿命可以选择配合的凸和凹摆件表面以产生实体的适当配对。这些配对可以变化。
这里所述摆件表面可以由相对硬的材料形成，所述硬材料可以是金属或金属合金材料，例如钢或具有可比硬度和韧性的材料。该材料在摆动接触的位置以类似于轴颈轴承和滚珠轴承的方式发生弹性变形。尽管如此，所述摆件可以认为接近无穷刚性构件的理想滚动点或线接触(可以是)。这不同于如下材料，在该材料中，合成橡胶元件不管是垫还是块状哪一种形状，其偏转可以用来确定该元件的动态和静态响应特征。
在一项实施例中，轻载车厢的横向摆动常数的范围可以在大约48,000到130,000in-lbs/侧架摆的角偏转弧度内，或对于满载车厢范围在260,000到700,000in-lbs/弧度内，或更一般地，范围大约在0.95到2.6in-lbs/弧度/摆所承受的镑重量内。可选择地，对于轻载(例如，空的)车厢，摆的刚度可以在3,200到15,000磅/英寸的范围内，并且对于满载的110吨级转向架，摆的刚度在22,000到61,000磅/英寸的范围内，或者更一般地，在弹簧底座所测量的0.06到0.160磅/横向偏转的英寸/摆所承受的镑重量范围内。
凹和凸表面可以倒置以使得凹接合面形成在轴承座上而凹接合面形成在导框座上。这是哪一部件实际为“座”而哪一部件为“摆件”的术语问题。有时，座可以假定为具有较大半径的部件，其被认为是固定基准，而摆件被认为是具有较小半径的部件，其在所述固定基准上“摆动”。然而，不是总是这样。本质地，配合部件不论是凸还是凹，其存在相互关系，并且不论所述部件被称作“座”还是“摆件”，所述部件或零件之间存在相对的运动。所述部件在作用力传递界面上配合。所述作用力传递界面随着所述部件的移动而移动，所述部件协作以确定彼此上的摆动界面，不论其名称上是凹部件还是凸部件。配合部件或表面的其中之一是所述轴承座的一部分，而另一个是所述导框的一部分。可以仅有两个配合表面，或在总的组件中可以有两个以上的配合表面，所述配合表面确定所述轴承座和所述导框部件或导框座(不论其以何种方式称呼)之间的动态界面。
凹半径R1和R2均可以不在同一部件上，并且r1和r1均可以不在同一部件上。也就是说，它们可以被结合起来形成鞍形部件，在所述鞍形部件中，所述轴承座具有上表面，所述上表面具有凸部件，该凸部件是带有横向延伸转动轴的纵向凸面，其具有曲率半径r1，并且所述轴承座具有凹部件，其是具有横向曲率半径R2的纵向延伸槽。类似地，所述导框座部件可以具有面向下的表面，该表面具有横向延伸槽，该槽具有纵向定位的曲率半径R1，以与所述轴承座的凸面的r1结合；以及具有纵向延伸、向下突起的凸面，所述凸面具有横向曲率半径r2，以与所述轴承座的槽的R2结合。
在某种意义上，鞍形表面既是座又是摆件，在一个方向上是座，在另一个方向上是摆件。如上所述，本质是存在两个小半径和两个大(或可以甚至是极大)半径，并且所述表面形成在横向和纵向方向上均滚动接触的配合配对，所述组件被偏置回到中心的局部极小的势能位置。同样需要指出，所述鞍形表面可以被倒置以使得所述轴承座具有r2和R1而所述导框座部件具有r1和R2。在任一情况中，R1和R2的最小值可以大于或等于r1和r2的最大值，并且所述配合鞍形表面倾向被扭转地分开，如上所述。
图3a
图3a示出了轮副至侧架接口组件的备选实施例，更一般地标示为150。在该实例中，可以理解的是，如图3a所示的侧架151的导框区域基本类似于在以前实例中所述导框区域，并且除非指明之外，其可以认为是相同的。类似地，轴承152可以被认为更一般地表示轮副端的位置，所述轮副至侧架接口组件包括安装在轴承152和侧架151之间的那些零件、构件或部件。就轴承座154的下部结构安装在轴承152上的方面来说，其一般地类似于轴承座44。与在此所说明的其他轴承座的体部一样，轴承座154的体部可以是铸件或锻件，或机加工部件，并且可以由例如铸铁或钢的相对低成本材料制成，并且可以以与此前制造轴承座的基本相同的方式制成。轴承座154具有双向摆件153，所述摆件采用了根据在此讨论的凸或凹曲率半径的一个或另一个可能组合的具有第一和第二曲率半径的复合曲率。轴承座154可以与上述轴承座不同，其不同在于轴承座的中央体部155被修整为纵向更短，并且拐角接界部之间的内部间隔被稍微加宽以适应辅助对中装置或对中构件或中心偏置恢复构件的安装，这些构件具有例如标示为弹性垫或构件156的合成橡胶缓冲垫的形式。构件156可以被认为具有恢复对中部件的形式，并且还可以称作“缓冲器”或“缓冲”垫。具有配合摆动表面以准许横向和纵向摆动的导框座部件标示为158。与在此显示和说明的其他导框座部件一样，部件158可以由硬金属材料制成，所述硬金属材料可以是某一级别的钢。此外，摆动表面的接合可以对围绕通过接触点的明显垂直的轴的转矩具有低的阻力。
图3b
在图3b中，轴承座160基本类似于轴承154，但不同在于其具有一般地标示为161的中央凹口、凹处、空腔或容纳部分，所述中央凹口、凹处、空腔或装置用于容纳标示为第一或下部摆件构件162的插入件。与轴承座154一样，轴承座160的体部159的主要或中央部分与其它的情况相比可以具有更短的纵向长度，其被截短或拆卸以容纳弹性构件156。
容纳部分161可以具有平面图形状，平面图形状的边缘包括一个或多个配合键、标记、零件或部件，其中尖头163具有代表性。尖头163可以容纳摆件构件162的配合键、标记、零件或部件，在摆件构件162的配合固定键、标记、零件或部件之中，叶片164可以被认为是具有代表性的实例。尖头163和叶片164可以固定所述下部或第一摆件构件162的角度方位以使得在横向和纵向各方向上呈现合适的曲率半径。例如，可以将尖头163围绕容纳部分161(叶片164围绕插入构件162的边缘相应地被间隔开)以特定的分隔方式不均匀地间隔开来以避免安装方位的错误(例如，90度异相)。例如，一个尖头可以围绕边缘与另一相邻尖头间隔80度，围绕边缘与另一相邻尖头间隔100度，并且以此类推形成矩形式样。可以有许多的变异。
轴承座160的体部159可以由铸铁或钢制成，而插入件，即第一摆件构件162可以由不同材料制成。这不同的材料可以呈现例如可由不同工艺制造的硬化金属摆件表面。例如，插入件，构件162可以由工具钢或例如可以用于生产滚珠轴承的钢制成。此外，插入构件162的上表面165包括与配合导框座168摆动结合的部分，插入构件162的上表面可以被机加工或者以另外的方式形成高等级的光滑度，类似于滚珠轴承表面，并且可以被热处理以获得光滑的支撑部分。
类似地，导框座168可以由例如工具钢或制作轴承的钢的硬化材料制成，以形成高等级的光滑度，并且其经过适合的热处理以形成与摆件162的表面165配合的表面。可选择地，导框座168可以具有类似于容纳部分161和插入构件162的以167标示的容纳部分和以上部或第二摆件166标示的插入构件，其带有例如固定键或标记以使部件能安装在正确的方位上。构件166可以以类似于构件162的方式由硬材料形成，并且可以具有面向下的摆动表面157，所述摆动表面可以被机加工或以其他的方式被形成高等级的光滑度，类似于滚珠或滚柱轴承表面，并且其可以被热处理以获得用于与表面165配合、摆动接合的光滑支撑部件表面。当摆件162具有两凸半径，并且凹曲率半径均为极大以使得凹表面是平面时，具有例如弹簧夹的平面的磨损构件可以以弹簧干涉配合的方式安装在导框顶部以代替导框座168。在一项实施例中，弹簧夹可以是例如由TransDyne Inc.提供的“Dyna-Clip”(t.m.)导框顶部磨损板上的夹子。该夹子以零件354示出在图8a中的等轴视图中。
图3e
图3e示出了轮副至侧架接口组件的备选的实施例，一般地标示为170。组件170可以包括轴承座171，一对弹性构件156，摆动组件，所述摆动组件包括套环、弹性环或护圈172、第一摆件173和第二摆件174。导框座可以如上述安装在导框的顶部，或者第二摆件174可以直接安装在导框顶部。
轴承座171就其用于安装在轴承152上的下部结构方面来说，一般地类似于轴承座44或154。轴承座171的体部可以是铸件或锻件，或机加工部件，并且其可以由例如铸铁或钢的相对低成本的材料制成。轴承座171可以具有一般地由176标示的中央凹口、凹处、空腔或容纳部分，其用于容纳摆件173和摆件174以及护圈172。轴承座171体部的主要部分的末端具有相对短的宽度以容纳弹性构件156。容纳部分176可以具有圆形开口的形状，所述圆形开口可以具有径向向内延伸的凸缘177，所述凸缘的面向上的表面178限定用于在其上安置第一摆件173的平台。凸缘177还可对包括排出孔178，例如其可以是以90度的间隔形成的4个孔。摆件173具有球形接合面。第一摆件173可以包括加厚的中心部和较薄的径向远边缘部，所述边缘部具有下部径向边或缘或平台，以使其安装到并且使竖直载荷传递到凸缘177上。在备选实施例中，不论是由合适的黄铜、青铜、铜还是由其他材料制成的无磨损面、相对软的环形垫片或薄垫片可以使用在平台下的凸缘177上。第一摆件173可以更一般地由不同于制成轴承座156体部的材料制成。也就是说，摆件173可以由硬的或硬化材料制成，例如工具钢或例如可以用在轴承中的钢，其可以更通常地被磨光到比轴承座156更高级别的精度和更细级别的表面粗糙度。该材料可以适合于在高接触压力下滚动接触运转。
第二摆件174可以具有圆形形状(在平面图中)或者其他合适形状，其具有用于装入导框座168内的上表面或者，如果不使用导框座构件，所述上表面因而直接被形成为与具有整体形成座部的导框顶部配合。第一摆件173可以具有上部、摆动表面175，所述摆动表面具有例如与配合的第二或上摆件174一起使用时可以获得双向的横向和纵向摆动运动的轮廓。第二摆件174可以更一般地由不同于制成轴承座171或导框座的材料制成。第二摆件174可以由例如工具钢或可用在轴承中的钢的硬的或硬化材料制成，这些材料可以更通常地被磨光到比侧架151的体部通常更高级别的精度以及更细级别的表面粗糙度。这样的材料可以适合于在高接触压力下滚动接触运转，特别当与第一摆件173一起运转时。在使用具有不同材料的插入件时，该材料可能比另外制成轴承座的铸铁或相对软的钢要昂贵的多。此外，具有这种特性的插入件基于预定的转动或所产生的需要被磨损时，其可以被拆卸或替换。
弹性构件172可以由例如聚亚安酯的复合或聚合材料制成。弹性构件172可以还具有孔或凹槽179，其可以被放置在与相应的排出孔178协作的位置。弹性构件172的壁高可以足够地高以与第一摆件173的边缘接合。此外，第二、上部摆件174的径向面向外的外周边缘的一部分还可以以紧密配合或干涉配合的方式位于弹性构件172上边缘的内部或与弹性构件172上边缘部分重叠，并且可能稍微伸展地接合于弹性构件172上边缘，从而可以形成密封以防止灰尘或湿气。这样，所述组件可以形成封闭的单元。在这一方面，可以形成在第一和第二摆件173、174之间的在防尘构件内部的间隔可以填入例如锂或其他合适油脂的润滑剂。
图4a-4e
如图4a-4e所示，弹性构件156大致形状可以是槽，其具有中心的、或后面的、或横向、或腹板部181，以及一对左和右臂、侧翼部182、183。翼部182、183可以具有向下和向外伸出的末端，所述末端可以具有例如可安置在轴承外壳上的弓形下边缘。翼部182、183的内宽度可以紧密地围绕止推座180的侧安装。沿腹板部181的上边缘延伸的横向延伸叶状部185可以装入止推座180的上边缘和导框座168的末端之间的圆角槽口184中。叶状部185的内部横向边缘186可以被切成斜面或被脱开以容纳并贴近安装于导框座168的末端。
理想的是，在轮副至侧架接口处的摆动组件倾向将其本身维持在定中的位置。如上所述，在此公开的扭转分开双向摆动装置可以具有与放置在该摆件上的重量成比例的摆动刚度。当使用纵向摆动表面以允许自转向，并且转向架经受减小的车轮载荷(例如可以接近车轮提升高度)，或者车厢在轻载状况下运行时，有益的是采用辅助恢复定中部件，其可以包括趋向将轴承座推向相对于导框顶部的纵向对中位置的偏置部件，并且该定中部件的恢复倾向可以独立于车轮所承受的重力。也就是说，当轴承座承受小于满负荷的负荷或其当卸货时，理想的是可以保持对中心位置的偏置力。上述弹性构件156可以起作用来完成该对中。
图3c和3d说明由(a)轴承座，例如轴承座154；(b)对中构件，例如弹性构件156；以及(c)导框夹紧装置止推座180形成的夹层结构的空间关系。出于清楚的目的，图3c和3d省略了例如排出孔或用于显示隐藏部件的虚线的辅助细节。当弹性构件156被放入时，轴承座154(或可以是171)可以相对于夹紧装置180对中。缓冲器(构件156)被安装时，其可以围绕导框夹紧装置止推座紧密地安装，并且可以以微小的干涉配合方式贴近轴承座端壁并在轴承座拐角接界之间安装。所述缓冲器可以夹置在止推座和轴承座之间并且建立止推座和轴承座的间隔相对位置，并且可以提供配合摆动部件的初始中心定位以及提供恢复偏置力。虽然轴承座154可以仍然相对于侧架摆动，但是该摆动可以使构件156的一部分变形(典型地，局部地压缩)，并且，由于构件156具有弹性，其可以将轴承座154推向中心位置，不论摆件是否承受重量。弹性构件156可以在纵向方向上具有恢复的作用力-偏转特性，该特性基本上比满载的纵向摆件的作用力偏转特性的刚性要小(大约小一到两个数量级)，因此，在满载车厢的状态下，构件156可能不会显著地改变摆动特征。在一项实施例中，构件156可以由杨式模量大小为大约6,500p.s.i的聚亚安酯制成。在另一项实施例中，杨式模量可以为大约13,000p.s.i。合成橡胶材料的杨式模量可以在4-20k.p.s.i的范围内。放置弹性构件156时可以在安装期间使摆件对中。在一项实施例中，在轻载车厢(例如，卸货后)状态下，使其中一个缓冲器偏转的作用力可以小于使摆件偏转相应大小的作用力的20％，并且对于小的偏转，使其中一个缓冲器偏转的作用力可以具有可小于纵向摆件的作用力偏转特征的10％的相当作用力/偏转曲线斜率。
图5
至今为止仅仅讨论了第一楔角。图5示出了转向架承梁210的端部的等轴视图。与在此示出和讨论的所有转向架承梁相同，承梁210沿其中心纵向竖直平面对称(即，通常相对于转向架的横向)并且沿其竖直中跨截面对称(即，通常是转向架的纵向对称平面，与火车车厢纵向中心线一致)。承梁210具有一对间隔开的承梁套口212、214，其用于容纳减振器楔216、218。套口212更一般地是相对于转向架侧架的横向内侧套口214。磨损板插入件220、222沿成角度的楔面安装在套口212、214内。
可以看到，楔216、218具有在垂直面和外侧面230的成角度背向顶点228之间量度的第一角α。对于在此讨论的实施例，第一角α可以位于35到55度的范围内，也可以在大约40到50度。该相同角α由承梁套口212或214的相对面来匹配。第二角β给出楔216(或218)的斜面224(或226)的内侧的(或外侧的)斜度。实际的斜度角可以通过沿所述斜面观察并且测量所述斜面和外侧平面230之间的夹角而得到。所述斜度角等于所测量角度的余角。所述斜度角可以趋向大于5度，可以在5到20度的范围内，并且优选地为大约10到15度。所希望的是适度的斜度角。
当转向架悬挂响应于轨道扰动工作时，减振器楔可在其套口中工作。所述斜度产生趋向将外侧楔218的外侧面230向外偏置在承梁套口214的相对外侧面上的分力。类似地，楔216的内侧面可以趋向被偏压向承梁内侧套口212的内侧平面。承梁套口的这些内侧和外侧面镶有一般地标示为232的低摩擦面垫片。所述楔的左侧和右侧偏置力可以趋向将所述摩擦垫片保持分开以产生预期充足的力矩臂间距，并且通过将所述摩擦垫片保持抵靠相对平面壁上而阻止减振器在各自套口中扭转。
承梁210包括在套口212、214之间的中间平台234，另一个弹簧236可在压靠在所述中间平台上工作。中间平台234可以例如用在具有三个(或更多个)线圈宽度的弹簧组中。然而，无论是具有两个、三个线圈宽度，还是具有更多个线圈的宽度，并且无论是采用中心平台或不采用中心平台，承梁套口可以均具有如在图5的实例实施例中所示的第一和第二角，其可以具有或不具有磨损插入件。
在例如平台234的中心平台分开两个减振器套口的情况时，相对的侧架柱磨损板不必要是整体式的。也就是说，可以提供两个磨损板区域，一个区域与各内侧和外侧减振器相对，从而提供所述减振器可支撑在其上的平面。这些区域的法向矢量可以相互平行，所述表面可以是共平面的并且垂直于侧架的长轴，并且可以向减振器的摩擦面呈现清楚的、不中断的表面。
图1e
图1e示出了一般地标示为250的三件式火车车厢转向架的实例。转向架250具有转向架承梁252和一对侧架254。转向架250的弹簧组标示为256。弹簧组256是具有最紧密地邻近于侧架柱254的三个弹簧258(内侧弹簧)、260(中心弹簧)和262(外侧弹簧)的弹簧组。具有摩擦减振器264、266性质的运动减振的、动能消耗部件安装在各中心弹簧260上。
摩擦减振器264、266具有基本平面的摩擦面268，所述摩擦面以平面地面对于并且接合于侧架磨损构件的方式安装，所述侧架磨损构件具有安装在侧架柱254上的磨损板270性质。减振器264、266的底部形成弹簧座，或插口272，中心弹簧260的上端装入所述插口中。减振器264、266具有第三面，其是斜面或斜边面274，其用于与倾斜承梁套口278内的斜面276配合接合。弹簧260所承受转向架承梁端部的压力可以趋向使减振器264或266承载，由于是这样的，因此摩擦面268被偏置向侧架柱280的相对支撑面。转向架250还具有轮副，所述轮副的轴承安装在侧架254的任何一端的导框284中。每个导框可以容纳上述一个或另一个的侧架至轴承座接口组件并且可以因此测量自转向。
在该实施例中，摩擦减振器264的竖直面268可以具有静态摩擦系数为μs且动态或动摩擦系数为μk的支撑面,这可以使所述竖直面在靠在磨损板270的磨损面上工作时趋向展现很少的或不展现“粘滑”特征。在一项实施例中，摩擦系数处于各自的10％内。在另一项实施例中，摩擦系数基本相等并且可以基本上无粘滑特征。在一项实施例中，在干燥的状态时，摩擦系数可以在0.10到0.45的范围内，可以在0.15到0.35的更窄的范围内，并且可以为大约0.30。摩擦减振器264、266可以具有摩擦面涂覆层，或粘合垫286，所述粘合层具有上述摩擦性能，并对应于在图6a至6c和图7a至7h中所述插入部件和垫片。粘合垫286可以是聚合垫片或涂覆层。低摩擦或可控摩擦垫片或涂覆层288可以同样使用在减振器的斜面上。在一项实施例中，涂覆层或垫片288可以具有在20％内的静态和动态摩擦系数，或者更窄范围内地，各自的10％以内。在另一项实施例中，静态和动态摩擦系数基本相等。动态摩擦系数可以在0.10到0.30的范围内，并且可以是大约0.20。
图6a到6c
减振器楔的体部自身可以由例如软钢或铸铁的相对普通的材料制成。楔可以具有以防磨装置、磨损嵌入物或其他磨损构件形式存在的磨损面构件，其可以确定为消耗零件。在图6a中，减振器楔一般地标示为300。可替换的摩擦改进可消耗磨损构件标示为302、304。楔和磨损构件可以具有配合的凸形和凹形机械互连形状，例如形成在楔300的第一角面和竖直面内的十字形凹槽303，其用于与磨损构件302、304的对应的凸起交叉形状配合。滑动磨损构件302可以由具有特定摩擦性能的材料制成，并且可以从例如制动和离合器衬套和类似材料的厂商，例如铁路摩擦产品公司(Railway FrictionProducts)获得。所述材料可以包括被称作非金属、低摩擦材料的材料，并且可以包括UHMW聚合物。
虽然图6a和6c示出了具有磨损板即磨损构件302和304性质的可消耗嵌入物，整个承梁套口可以制成为可替换的部件。承梁套口可以是高精度铸件，或可以包括具有合适物理性能的烧结粉末金属组件。如此形成的部件可以随后焊接到承梁端的位置中。
在此所述楔300的下侧，可以典型地具有座或插口307，其用于与弹簧线圈的顶部结合，无论其可以是哪些弹簧，所示出的弹簧262为典型地具有代表性的。插口307用来阻碍弹簧的顶端偏移离开楔下的预期大致中心位置。用于阻碍弹簧底部横向偏离的底座或凸台以零件308示出在图1e中。需要指出的是，楔300具有第一角，但不具有第二斜度角。在这一方面上，楔300可以使用为例如图1e的转向架250的减振器264、266，并且可以提供很少有或没有“粘滑”特征的摩擦减振，但更确切地，静态和动态摩擦系数相等或仅相差很小(差别小于大约20％，可能小于10％)的摩擦减振。楔300可以与任何在此所述实施例的双向轴承座一起使用在转向架250中。楔300还可以使用在例如转向架22中的四角减振布置中，其中可以使用没有第二角的楔。
图7a到7e
参考图7a到7e，其示出了减振器310，所述减振器例如可使用在转向架22中或者在此所述任何其它双减振器转向架中，所述转向架可以具有例如适当形成的配合承梁套口。减振器310可以任意地称为右侧减振器楔。图7a到7e被规定为一般性的，因此可以理解，其还表示与减振器310形成配对的配合减振器的左侧镜像。
楔310具有体部312，其可以由铸造或另外合适工艺来制作。体部312可以由钢或铸铁制成并且可以基本上是中空的。体部312具有第一、基本平面的压板部314，所述压板具有第一表面，其放置在与侧架支撑面相对的基本竖直的方位，例如，安装在侧架柱上的磨损板。压板部314可以具有形成在其中的槽口或凹槽或凹处以容纳支撑面磨损构件，所述凹槽标示为构件316。当构件316与侧架柱摩擦板材料一起使用时，其可以是具有特定摩擦特性性能的材料。例如，构件316可以由制动衬套材料构成，并且侧架柱摩擦板由高强度钢构成。
体部312可以包括底部318，其由压板部314向后延伸且垂直于压板部314。底部318可以具有以某种方式形成在其中的凹槽320，从而大致地形成弹簧线圈端部的凹印，其可以容纳例如弹簧组的弹簧线圈的顶端，例如弹簧262。底部318可以与压板部314在中间高度处接合，以使得压板部314的下部321以裙部的方式向下超出地悬挂。该裙部可以包括形成的拐角或环绕部322以围绕弹簧的一部分安置。
体部312可以还包括具有倾斜构件324性质的斜构件。倾斜构件324可以具有第一或下部端，其由底部318的远端延伸并且向上和向前延伸到与压板部314的结合点。压板部314的上部区域可以向上延伸超出所述结合点，以使得减振器楔310可以具有其竖直长度比倾斜构件324的竖直长度稍微要大一些的覆盖区。倾斜构件324可以还具有形成在其上的具有凹槽或槽口328性质的插口或座，其用于容纳滑动表面构件330以与楔310装入其上的承梁套口的承梁套口磨损板接合。可以看到，倾斜构件324(和表面构件330)被倾斜了第一角α角和第二角β。滑动表面构件330可以是具有选定的、可能相对低的摩擦特性(当与承梁套口磨损板接合时)的部件，所述摩擦特性可以包括具有期望值的静态和动态摩擦系数。在一项实施例中，静态和动态摩擦系数可以基本上相等，可以是大约0.2(+/-20％，或更窄的范围+/-10％)，并且可以基本上没有粘滑特征。
在图7g的备选实施例中，减振器楔332类似于减振器楔310，但是，减振器楔332除了具有用于提供摩擦表面上可改进或可控摩擦特性并与侧架柱接合的垫片或嵌入件以及具有在表面上与承梁套口的斜面接合的垫片或嵌入件之外，减振器楔332还可以具有在其侧面上的例如垫片334的垫片或嵌入件，以与承梁套口的侧面结合。在这点上，理想的是，垫片334具有低摩擦系数并且趋向没有粘滑特征。摩擦材料可以被现场浇铸或现场粘合，并且可以包括例如如图6a所示的机械互锁特征，或可以用于相同目的的凸台、槽、凸起等。类似地，在图7h的备选实施例中提供减振器楔336，其中，倾斜面嵌入件或垫片以及侧壁嵌入件或垫片形成标示为338的连续的或整体式的部件。所述嵌入件或垫片的材料也可以被现场浇铸，并且可以包括机械互锁特征。
图8a到图8f
图8a到图8f示出了图3a的轴承座组件的备选轴承座组件。该组件一般地标示为350，其可以不同于图3a的组件，不同之处在于，轴承座344可以具有上表面346，所述上表面可以是具有有效区域的负荷支撑接口表面，该表面可以是基本上平面的和水平的，因此其可以担当摆件348安装在其上的底部。摆件348可以具有上部的或摆动表面352，所述表面具有合适外形，例如具有横向和纵向曲率半径的复合曲率，以与导框座衬套354的对应摆动接合表面配合。如上所述，在通常情况下，两个摆动结合表面的每一个可以均具有横向和纵向曲率半径，以使得具有配合的横向凸和凹半径以及配合的纵向凸和凹半径。在一项实施例中，两个凹半径可以是极大，以使得导框座可以具有平面接合表面，并且导框座衬套可以是磨损衬套或类似的装置。
摆件348可以还具有用于将其安装在上表面346上并且与上表面346配合的下表面356，并且所述下表面还用于将负荷在相对大的表面积上传递到上表面346，并且摆件348可以具有合适的整体厚度，该厚度使竖直载荷从滚动接触区扩散到摆件348在其上安装的平台的较大区域上(即，表面346，或者其部分)。下表面356可以还包括具有合适形状的固定键、标记部件，并且包括对中特征360，所述固定键、标记部件和所述对中部件360分别有助于安装和有助于当摆件348在运转期间被驱使离开中心位置的情况下使其重新对中。标记部件358可以还包括定位部件，其用于防止摆件348的不当定位。标记部件358可以是具有合适形状的槽362以与形成在轴承座344的上表面346上的相对小块364配合。如果该形状为非圆形，其可以趋向接纳仅一个允许的方位。所述定位部件可以形成为槽362和小块364的平面形状。在摆件348的横向曲率半径和纵向曲率半径不同的情况下，可接受的是180度的异相的两个位置，而不可以接受其他的方位。虽然具有不同长轴和短轴的椭圆可以用于此目的，但是槽362和小块364的形状可以从许多的可能方案中选定，并且其可以具有十字形和三角形的形状，或者可以包括例如非对称形式中的一个以上的凸起特征。所述对中部件可以分别形成在槽362和小块364的锥形或倾斜的侧面368和370上，因为，一旦侧面368和370被定位后，侧面368和370开始彼此靠着对方工作，向下作用在所述界面上的竖直作用力可以驱使所述部件自身对中。
摆件348具有形成覆盖区的外边缘372。弹性构件374可以被认为与如上所述弹性构件156相同，除了，弹性构件374可以具有下垂端部，其放置在导框夹紧装置的止推座周围，以及其可以具有显著地水平延伸部376，其叠置在轴承座344的大体平坦的或水平的上部区域的实质部上。也就是说，轴承座344的表面346的外置区域往往是大致平坦的，并且所述外置区域可以因为摆件348的总厚度而被迫使与导框座的相对的、面向下的表面保持分隔开的关系，所述面向下的表面可以是例如零件354或零件168的磨损衬套的外露表面，或者可以是其他合适的配合部件的外露表面。部分376具有适合于放置在所形成的间隙中的厚度，并且其比平均间隙高度薄以不干涉摆件的工作。水平延伸部376可以具有裙部的形状，其可以包括例如一对左和右侧臂或翼378和380，所述臂或翼具有当从平面图观察时为将边缘372的一部分的外形包围的外形。弹性构件374具有形成在面向内的边缘中的凹槽382。在摆件348具有类似于零件164的向外延伸的突起、尖头的情况，凹槽382可以起标记或定位特征的功能。摆件348的相对粗略的接合可以使翼378和380将摆件348推动到相对于轴承座344大致对中的位置。该粗略的对中将可以使槽362配合在小块364上，以使得摆件348随后被精确对中部件推到预期的对中位置，即斜侧面368、370。部分376的根部可以从邻近于表面346与轴承座348端壁的结合点的半径384释放出来以防止弹性构件372、374在该位置的干扰。
在没有增加多重附图的情况下，应该指出的是，摆件348能够可选择地被倒置以装入形成在导框顶部的容纳部中，其平台面向所述导框顶部，并且摆动表面面向配合的轴承座，不论所述轴承座是轴承座44还是其他的轴承座。
图9a和图9b
图9a示出了图3a或图8a的装置的备选装置。在图9a的一般的标示为400的轮副至侧架接口组件中，轴承座404可以基本类似于轴承座344，并且可以具有上表面406和摆件408，它们相互作用的方式与摆件348和表面346相互作用的方式相同(或者，在倒置的情况中，摆件可以装入导框顶部，并且轴承座可以具有配合的向上面对的摆动表面)。所述摆件可以与导框座部件410相互作用，所述导框座部件可以是装入导框顶部中的磨损衬套。摆件408和轴承座404的体部可以具有在图8a到8e中所述配合的标记部件。
组件400不是具有例如零件374的两个弹性构件，而是具有单个的弹性构件412，其例如可以是整体式的铸造材料，所述铸造材料可以是聚亚安酯或者是例如用于制造LC垫或Pennsy垫的合适橡胶或如橡胶的材料。LC垫是可从Erie Pennsylvania的Lord Corporation公司获得的合成橡胶轴承座垫。LC垫的实例可以标示为标准车厢转向架零件号SCT 5578。在这种情况下，弹性构件412具有第一和第二端部414、416，它们夹置在导框夹紧装置的止推座和轴承座的末端418和420之间。端部414、416可以有少量的尺寸不足，以使得一旦顶部衬套到位，它们将可以在止推座上可能以适度的干涉配合方式竖直地滑入适当的位置。轴承座可以在其后滑入适当的位置，并且同样以微小的干涉配合的方式带着摆件408一起滑到位。
弹性构件412可以还具有在端部414、416之间延伸的中心或中间部422。中间部422可以大致水平地向内延伸以叠置在轴承座404的上表面的实质部上。弹性构件412可以具有形成在其中的容纳部424，不论所述容纳部具有孔还是通孔的性质，其具有合适尺寸的圆周以容纳摆件408并且因此而允许摆件408至少部分地延伸穿过构件412以与导框座的配合摆件相接合。容纳部422的圆周可以以在图8a至8e中所述方式与摆件408的覆盖区的形状相配，从而有助于安装和有助于摆件408在轴承座404上的定位。在一项实施例中，弹性构件412可以以Pennsy垫的式样形成，并具有形成在其中的合适中心孔。
图9b示出了Pennsy垫的安装。在该安装中，轴承座标示为430，并且例如可以是Pennsy垫的合成橡胶构件标示为432。当安装时，构件432安装在导框顶部和轴承座之间。术语“Penny垫”或“Penny插垫”(Penny AdapterPlus)指的是由Westchester Pa的Pennsy Corporation开发的一种合成橡胶。该垫的一个实例记载于Rudibaugh等人颁布于1996年10月6日的美国专利5,562,045中(并且其以引用的方式并入本文中)。图9b可以包括与在5,562,045专利中说明和描述的专利本质上相同或类似的垫432和轴承座430。Pennsy垫可以允许被动转向的测量。图9b的Pennsy垫的安装可以与标示在图1a至1d中的四角减振器装置结合安装在图1a的侧架中。在该实施例中，所述转向架可以是被改进以承载减振器装置的Barber S2HD转向架，例如是四角减振器装置，例如在面对转向架的非方形变形时可以具有增强的恢复倾向，具有可以包括上述摩擦表面的减振器。
图10a至10e
图10a示出了图3a或图8a的轮副至侧架接口组件的另一个备选实施例。在该实例中，轴承座444可以具有任何上述外形的上摆动表面或可以具有轴承座344形式的摆件。
轴承座444的底面可以不仅具有沿圆周延伸的中间槽、沟或槽口446，其具有位于轴承座444的横向对称平面上的顶点，而且还具有横向延伸的底面槽口448，该槽口平行于下置的轮副轴的纵向轴线和轴承中心线(即，轴向方向)延伸，以使得轴承座444的底面具有以阵列布置的四角平台或垫座450，其用于安装在轴承的外壳上。在该实例中，各平台或垫座可以形成在曲面上，该曲面具有与例如轴承外壳的旋转体一致的半径。槽口448将可以沿轴承座444底面的弓形的顶点延伸，槽口446和448相交。槽口448可以相对地浅，并且可以平缓地旋入环绕的轴承座体中。轴承座444的体部或多或少地不但关于其纵向中心竖直平面对称(例如，在安装时，该平面如果不与侧架的纵向竖直中心平面相符，其垂直于并且平行于侧架的纵向竖直中心平面)，而且还关于其横向中心平面(例如，在安装时，该平面由轴承旋转轴和轮副轴的中心线竖直径向地延伸)对称。需要指出的是，轴向槽口448可以趋向放置在轴承座444的最小横截面积的截面上。从本发明人的观点来看，槽口446和448可以趋向将经由所述摆件承受的载荷分割和扩展到轴承外壳的较大区域上并且因而与其它的情况相比，其能更加均匀地将载荷分布到轴承部件中。这被认为可以延长轴承的寿命。
在一般的情况中，轴承座444可以具有有凸度的上表面以允许自转向，或轴承座444可以被形成为能容纳例如合成橡胶垫的自转向装置，所述合成橡胶垫例如是Pennsy垫或其他垫。如果使用摆动表面，不论是其通过可分式插入件或圆盘的方式还是通过整体形成在轴承座体部中的方式，摆件的在装入位置的接触位置直接地位于轴承座的中心的上方，并且因而位于在轴承座444的底面中的轴向和周向槽口的交叉点的上方。
图11a至11f
图11a至11f示出了用作组件插入到轴承46和侧架26之间的轴承座452、导框座插入件454和合成橡胶减振器垫构件456的示图。轴承座452和垫构件456分别一般地类似于轴承座171和构件156。其不同之处在于，轴承座452具有位于其每一端的止推座平衡构件460、462，并且减振器456的下角相应地被截短。对某一范围内的偏移，合成橡胶的响应期望能并且可足以允许高比例的运行性能。然而，超出该偏移范围的偏移可以趋向造成对垫构件456的损坏或对其寿命的缩短。平衡构件460、462可以起到限制制动块的作用以限制上述范围的运动。平衡构件460、462可以更一般地具有搁架或支柱或制动块466、468的形状，其安装到并且凸出地位于轴承座452的拐角接界部470、472的横向向内面对的面上。制动块466、468在安装后位于构件456的趾部474、476的下面。应该指出，趾部474、476与构件356的趾部相比，具有截短的外观以在安装时不与制动块466、468接触。在静止的对中状况下，制动块466、468可以趋向离开导框夹紧装置止推座某一间隙距离。当构件456的合成橡胶的横向偏移量达到上述间隙距离时，止推座可以趋向底部抵靠制动块466或468，视情况而定。制动块466、468的保护宽度(即，其从拐角接界部470、472的内面凸出的距离)可以趋向为翼474、477设置备用压力区域，并可以因而趋向防止翼474、477被过度地挤压或收缩。导框座插入件454可以一般地类似于衬套354，但可以包括有圆角的凸出部480、482，以及更厚的中心部484。轴承座452可以包括中心的双向摆动部486，其用于与中心部484的向下面对的摆动表面配合摆动结合。所述配合表面可以与在此所述双向摆动半径的任何组合符合。摆动部486可以在纵向延伸的侧翼488、480处被横向切边以容纳凸出部480、482。
轴承座452可以还具有不同的底面槽沟492，其实质上是一对由中心桥区域498分开的横向延伸的锥形的叶状凹处、槽或凹槽494、496，所述中心桥区域具有较深截面和逐渐变细为凹槽494、496的侧翼。凹槽494、496可以具有长轴，其相对于轴承座自身横向延伸，但被安装后，所述长轴相对于下置轴承的旋转轴轴向延伸。凹槽494、496的材料的缺少可以趋向在周向表面500上留下大体H形状的覆盖区，所述周向表面安装在轴承46的外部上，其中，H形状的两侧区域或腿部形成平台或垫座502、504，所述平台或垫座由相对窄的腰部，即桥区域498连接。就轴承座452的下部底面与例如可以容纳轴承座外壳的弓形轮廓相符合来说，凹槽494、496可以趋向沿轮廓的顶点在位于任一侧的垫座或平台之间延伸。该构型可以趋向将摆动滚动接触点载荷传播给垫座502、504并且因此传播给轴承46。轴承寿命可以是滚柱中的峰值载荷的函数。通过在轴承座的底面和轴承座圈上的轴承外壳的顶部中心之间留有空间，凹槽494、496可以趋向防止竖直载荷被以显著集中的方式传递给轴承中的顶部滚柱上。代替地，可以有利的是将载荷在每个座圈中的几个滚柱之间传播。这可以通过使用分隔开的垫座或平台来实现，例如安置在轴承外壳上的垫座502、504。中心桥区域498可以安装在轴承外壳下无座圈的那部分上，而不是直接安装在其中一个座圈上。桥区域498可以起到中心周向连结物或压缩构件、中间轴承座端拱506、508的作用，其可以趋向在施加竖直载荷时阻碍垫座502、504相对于彼此向外展开或分离。
图12a至12d
图12a至12d示出了图11a的组件的备选组件，其一般地标示为510并装入侧架512中。轴承46和轴承座452可以与前述的轴承和轴承座相同。组件510可以包括标示为导框座构件514的上部摆动部件以及弹性构件516。侧架512可以使得上摆动部件即导框座构件514具有比其他情况更大的整体厚度ts。该厚度ts可以大于导框座构件的宽度Ws大小的10％，并且可以是所述宽度的大约20(+/-5)％。在一项实施例中，所述厚度可以与从Lord公司获得的“LC垫”的厚度大概相同。该厚度可以大于7/16″，并且该厚度可以是1英寸(+/-1/8″)。导框座构件514可以趋向具有更大的厚度以增强摆动接触载荷在侧架512中的扩散。这可以还用作侧架中改进装置的一部分，例如其以前可被制作以容纳LC垫。
导框座构件514可以具有大体平面的体部518，所述体部具有向上翻转的侧部边缘520，所述侧部边缘支撑并围绕地安装于侧架导框顶部构件522的下边缘。体部518的上表面的主要部可以趋向与顶部构件522的面向下的表面平面接触地配合。座构件514可以具有伸出的端部524，该端部从体部518的主要、平面部纵向地延伸。端部524可以包括更深入的突出部526，其由两翼528、530向下凸出。突出部526的深度可以与构件514的总的整体厚度深度一致。构件518的下部的、面向下表面(安装时)可以形成为与轴承座的上表面配合，从而获得具有在此所述凸和凹摆动半径组合的双向摆动界面。在一项实施例中，所述凹摆动表面可以是平面的。
弹性构件516可以形成为与伸出部524接合。也就是说，弹性构件516可以具有弹性构件156的大体槽状，弹性构件516具有位于一对翼536、538之间的侧部腹板534。然而，在该实施例中，腹板534可以在安装时延伸到低于制动块466、468的高度的水平，并且翼536、538的各自底面540、542定位为安装在制动块466、468的上方。上侧壁或凸出部544位于腹板534的上边缘的顶上并纵向延伸，以使其能伸出在侧架夹紧装置止推座546的顶部。凸出部544的上表面可以被修边或被平整以容纳伸出部526。翼536、538的上末端以突出、尖头或尖角548、550终止，所述尖角向上凸出于凸出部544的平整表面552。尖角548、550的上端在安装时位于翼536、538的面向下的表面之下。
如果安装者试图在没有首先将导框座构件512座放置到合适位置的情况下而将轴承座452安装在侧架512中，尖角548、550的高度足以阻止轴承座452的摆动表面与侧架顶部构件522接合。也就是说，当尖角548、550与制动块466、468接触时，轴承座的摆动表面522的凸面的最高部的高度小于尖角548、550端部的高度。然而，当导框座构件512正确地放到位时，伸出部526位于翼536、538之间并且翼536、538锁定在尖角548、550的上方。这样，弹性构件514，特别是尖角548、550起到安装误差检测部件或损坏防止部件的作用。
安装的步骤可以包括如下步骤，即拆卸现有的轴承座，拆卸例如LC垫的现有合成橡胶垫，安装导框座部件514以使其与顶部522接合，将弹性构件514安装在各止推座546的上方以及在弹性垫构件514之间滑动轴承座452。弹性垫构件514随后用于将组件上的其它部件定位以将这些部件保持在工作的位置，并且如上所述为配合的摆件提供对中偏置力。
图13a至13g
图13a至13g示出了备选的轴承座144和导框座146对。除了轴承座44具有充分弯曲的上表面142而轴承座144具有在稍微升高的侧部149之间的平直中心部148之外，轴承座144基本上与轴承座44相同。凸支撑面部147中心地位于平直中心部148上并且由此处向上延伸。与轴承座44一样，轴承座144具有分别形成在纵向和横向方向上的第一和第二半径r1和r2，以使得所形成的向上凸起的表面为环形表面。导框座146基本上与导框座部件38类似。导框座146具有体部，所述体部具有上表面145，所述上表面平面紧靠地安装于导框顶部120的面向下的表面上，以及向上延伸的尖头124，所述尖头如上述接合于凸耳122。在一般意义上，凹接合配合部，也就是形成在座145的下面中的中空凹槽，如上所述形成在纵向和横向半径R1和R2上，当这两个半径相等时形成球形表面143，得到图13a的圆形平面图。图13f和13g用于显示凸和凹表面可以倒置，以使得凹接合表面560形成在轴承座562上，并且凸结合表面544形成在座566上。
图14a至14e
图14a至14e示出了轴承座44和导框座部件38的放大视图。面向上的表面142的复合曲线充分延伸以终止在端面134和轴承座44的侧面570。所述侧面示出了围绕轴承46安装的侧面570的向下圆形地弯成弓形的下壁边缘572。在所有的其他方面，出于说明的目的，轴承座44可以认为与轴承座144相同。
图15a至15c
图15a至15c示出了概念上类似于图13a至13g的轴承座和导框座组合的轴承座和导框座组合，但其不具有由轴承座的剩余部分凸出形成的界面部，凸部574凹陷到轴承座的顶部中而周围的表面576是凸起的。配合的凹部578在保持其中空形状的同时从导框座的周围结构凸出来以提供相应的配合表面。纵向延伸的虚线标示用于防止积水的排水口。
图16a至16e
两个凹半径R1和R1不必在同一个部件上，并且两个凸半径r1和r1不必在同一部件上。在图16a至16e的鞍状部件中，轴承座580具有与轴承座44和144基本上相同的结构，不同之处在于，轴承座580具有上表面592，所述上表面具有凸部件，其实质上是具有横向延伸转动轴的纵向延伸凸面582，该凸面的曲率半径为r1，并且所述上表面具有凹部件，其实质上是具有横向曲率半径R2的纵向延伸的槽584。类似地，安装在顶部120中的导框部件586具有大体向下面向的表面594，所述表面具有纵向取向曲率半径为R1的横向延伸槽588以与凸面582的r1接合，以及具有横向曲率半径为r2的纵向延伸、向下突出的凸面590以与槽584的R2接合。在图16f和16g中，鞍状表面被倒置以使得轴承座580具有r1和R2，而轴承座596具有r2和R1。类似地，导框部件586具有r2和R1,而导框部件598具有r1和R2。在任一情况中，R1和R2的最小值可以大于或等于r1和r2的最大值，并且在预期的运动范围内，配合的相对鞍状表面可以趋向如轴承座44和144那样被扭转地分开。
图17a至17d
期望的是，从导框顶部传送到轴承座的竖直作用力应该通过线接触传递而不是双向滚动或摆动点接触。具有线接触摆动界面的导框座至轴承座接口组件由图17a到17d表示。轴承座600具有中空的柱状上表面602，其起到形成在半径R1上的凹接合配合部的作用。表面602可以是圆形柱状断面或其可以是抛物线或其他柱状断面。
相应的导框座部件604可以具有纵向延伸的凹部件或槽606，所述凹部件或槽具有形成在半径r1上的柱状表面608。同样，部件604为柱状，并且可以是圆形柱状断面，虽然其可以是产生摆动运动的抛物线、椭圆或某些其他形状。夹置在轴承座600和导框座604之间的是摆件610。摆件610具有第一或下部612，其具有形成在半径r1上的突出的凸柱状摆动表面614以线性接触地接合于形成在半径R1上的轴承座600的表面602，r1小于R1，并且因而允许纵向摆动以获得被动自转向。如上所述，摆动和此后自转向的阻力可以趋向与摆件承受的重量成比例，并且当车厢空载或负载时产生成比例的自转向。下部612还具有下凹槽616，其可以被机加工为高平整度。下凹槽612还具有中心定位、整体形成的向上延伸柱状突出部618，其垂直地从表面616凸起。衬套620，其可以是压配合式衬套，安装在突出部618上。
摆件600还具有上部622，其具有形成在半径r2上的第二突起凸柱状摆动表面624以线性接触地接合于形成在半径R2上的槽606的柱状表面608，因而允许侧架26进行横向摆动。上部622具有下凹槽626，其相对于凹槽606放置。上部622具有中心定位的盲孔628，其具有与衬套620紧密配合接合的尺寸以获得高精度公差的、绕轴枢转的连接，从而使上部622相对于下部612围绕竖直或z轴的枢转运动具有很好的配合性。也就是说，围绕z轴的扭转运动的阻力非常小，并且出于分析的目的可以认为是零。为此，支撑面630可以围绕突出部618和衬套620安装并且放置在相对面606和616之间以促使其间的相对转动。
在该实施例中，突出部618可以形成在上部622中，而孔618可以形成在下部612中，或者可选择地，孔628可以形成在上部612和下部622两者中，而自由浮动的突出部618和衬套620可以锁定在所述上部和下部之间。应该指出的是，上部622相对于下部612围绕z轴的角位移可以是相当小，大约为1度，并且可以经常趋向甚至没有如此大的角度。
轴承座600可以具有纵向延伸凸起的横向邻接侧壁632，其阻止下部612的横向移动和离开。下部612可以具有无粗糙面、具有相对地低摩擦系数的侧磨损垫片座构件634，其夹置在下部612的端面和侧壁632之间。轴承座600可以还具有形成在其中的可以中心或倾斜设置的排放孔。类似地，导框座部件604可以具有横向延伸下垂的端部邻接壁636，其阻止上部622的纵向的移动或离开。与垫片座构件634的方式类似，无粗糙面、具有相对低摩擦系数的端部磨损垫片座构件638可以安装在上部622的端面和端部邻接壁636之间。
在上述实施例的备选实施例中，纵向柱状槽可以形成在轴承座上，并且横向柱状槽可以形成在导框座中，被夹持的摆件相应地发生变化。此外，凸柱状部不必为所夹持摆件的一部分。相反，所述凸部的其中之一可以在轴承座上，而另一所述凸部可以在导框座上，相应的凹部形成在所夹持的摆件上。在另一备选实施例中，摆件可以包括一个凸构件和一个凹构件，形成在r1(或r2)上的所述凸构件位于轴承座上，并且形成在R1(或R2)上的所述凹构件位于所夹持摆件下面上，并且形成在r2(或r1)上的所述凸构件形成在所夹持摆件的上表面上，并且形成在R2(或R1)上的相应配合凹构件形成在导框座的下表面上。在又一备选实施例中，摆动构架可以包括一个凸构件和一个凹构件，形成在r1(或r2)上的所述凸构件位于导框座上，并且形成在R1(或R2)上的所述凹构件位于所夹持摆件的上表面上，并且形成在r2(或r1)上的所述凸构件形成在所夹持摆件的下表面上，并且形成在R2(或R1)上的相应配合凹构件形成在轴承座的上表面上。在这一方面上，存在至少八个组合，所述组合在图17e中由组件601、603、605、607、611、613、615和617表示。
图17a至图17d的实施例可以趋向在作用力传递界面处产生线接触，并且还在纵向和横向两个方向摆动，围绕竖直轴具有扭转柔性。也就是说，轴承座至导框座接口组件可以趋向允许围绕纵向轴线的转动以产生侧架的横向摆动运动；围绕横向轴线转动以产生纵向摆动运动；具有围绕竖直轴的扭转柔顺性。可以趋向阻止横向移动，而趋向保持在竖直方向上的高刚性。
图18a和18b
图18a和18b的实施例基本上类似于图17a至17d的实施例。然而，摆件644不是采用例如图17a至17d的所述孔、突出部、衬套和支撑面的枢转连接，而是其位于轴承座600和导框座604之间。摆件644具有由弹性材料制成的扭动柔性构件，其标示为合成橡胶构件646并粘合在摆件644的上部647和下部645的相对面之间。虽然图18a和18b示出了轴承座600中的横向延伸槽和导框座604中的纵向延伸槽，但是可以制成图17e中的同样的排列。一般而言，当扭转构件以趋向扭转地分离两柱状构件的方式位于其间时，合成橡胶垫不必要安装在所述两柱状构件之间。例如，摆件644可以是实心的，并且合成橡胶可以安装在轴承座600的上表面的下面或导框座构件的上面，以使得扭转柔性构件与所述两摆件连续地放置在一起。
可以对图17a至17d的实例的所述枢转连接做同样概括的说明。即，轴承座的上部可以更一般地枢转安装在轴承座的体部，或导框座可以枢转安装至导框顶部上，以使得扭转柔性构件与两摆件连续地放置。然而，如上所述，扭转柔性构件可以位于两摆件之间，以使得所述两摆件可以趋向被扭转地彼此分离。一般而言，对于图17a至17d和18a至18b的实施例，如果采用的半径产生趋向局部稳定极小能量状态的物理适当组合，那么轴承座至导框座接口的凸部(具有较小的曲率半径)可以在轴承座上或在导框座上，并且配合的凹部(具有较大曲率半径)可以在其它部件上，不管该部件是哪一个。就此而言，虽然特定的说明可以显示轴承座上的凸部和导框座上的凹部件，但是一般而言，这些部件一般可以是倒置的。
图19a至19c、20a至20c、以及21a至21g
图19a至19c示出了轴承座650、合成橡胶轴承座垫652、摆件654和导框座656的组合，以允许侧架横向摆动。示出在图20a至20c三个额外视图中的轴承座650在其接合于轴承的几何特征方面基本上类似于轴承座44(或144)，但轴承座650与轴承座44不同之处在于，轴承座650具有或多或少的传统上表面。上表面658可以是平的，或可具有大(大约60″)半径凸面660，其例如可以用于与导框座的平表面接合。凸面660分离成其间具有横向延伸的中心平坦部的两个纵向部。作为所述中心平坦部的侧面，轴承座650具有一对横向凸出、面向外的侧部平台662和664，并且在所述平台之中具有进一步延伸超出平台662和664的侧部凸耳666。
轴承座垫652可以是可从市场获得的组件，例如可以是由EriePennsylvania的Lord Corporation制造的或可标示为标准车厢转向架零件号SCT 5844的组件。轴承座垫652具有轴承座接合构件，其实质上为下部板668，该下部板的下表面670被分离从而以非摆动接合方式安装在凸面660上。一排下弯的安全定位凸耳、或销、或凸起部阻止轴承座垫652的横向和纵向移动，所述安全定位凸耳实质上为标记构件或尖头672，其定位为每一侧具有成对的两个所述尖头，其向下延伸并且以紧密安装接合的方式支撑凸耳666。凸耳666的支撑状态阻止轴承座垫652和轴承座650之间的纵向运动。尖头672的横向内面紧贴着平台662和664的横向向外面对的表面，因此趋向阻止轴承座垫652相对于轴承座650的横向相对运动。轴承座650竖直、横向和纵向的位置可以被认为是固定的。
轴承座垫652还可以具有上部板674，其在改进安装摆件654和座656的情况下可以被用作导框座接合构件。在任何情况下，上部板674具有纵向延伸槽构件的大体形状，其具有中心的或后部676和向上延伸的左侧和右侧腿部678、680，所述左侧和右侧腿部邻接于后部676的侧部边缘。腿部678可以具有例如适合直接安装至侧架导框上的尺寸和形状。
在下部板668和上部板674之间，轴承座垫652具有粘合的弹性夹层结构680，所述夹层结构可以包括标示为下部合成橡胶层683的第一弹性层，其直接安装到下部板668的上表面上，粘合或压制到层682的上表面的中间加强剪切板684，以及上部弹性层，其标示为粘合在板684之上的上部合成橡胶层686。层686的上表面可以粘合或模制于上部板674的下表面。如果所述弹性层的厚度与其宽度和长度相比可以十分薄，所述合成的夹层结构可以趋向具有比较高的竖直刚度，具有围绕纵向(x)和横向(x)轴扭转的比较高的阻力，具有围绕竖直(z)轴扭转的比较低的阻力，以及具有在x或y方向上的较大的大概相等的剪切阻力，所述剪切阻力可以在20,000到40,000磅/英寸的范围内，或者对于较小偏离范围更窄地在大约30,000磅/英寸的范围内。轴承座垫652可以趋向准许在所述合成橡胶构件承受纵向剪切作用力时获得自转向的测量。
摆件654(见另外视图21e、21f和21g)具有体部，所述体部具有基本上恒定的截面，所述截面具有下表面690，其形成从而以基本上平坦、无摆动的接合方式安装在轴承座垫652的板674的上表面上，以及具有限定凸摆动表面的上表面692。上表面692可以具有位于邻近切线部696之间的连续成圆角的中心部694，所述邻近切线部具有恒定的倾角。在一项实施例中，所述中心部可以向其任何一侧延伸4到6度的弧度，并且在一项实施例中可以为大约41/2到5度。在以上使用的术语中，所述圆角半径为“r2”，即准许侧架26横向摆动的凸半径。当具有凸面半径的轴承座安装在轴承座弹性垫的下面时，摆件654的半径小于所述凸面半径，大约小于所述凸面半径的一半，并且可以小于所述凸面半径的1/3。摆件可以形成在大小在5和20英寸之间的半径上，或更窄范围地，形成在大小在8和15英寸之间的半径上。表面692还可以形成在抛物线外形、椭圆或双曲线的外形上，或其他的外形上以产生横向摆动。
导框座656(见图21a至21d)具有体部，所述体部具有主要部700，所述主要部的平面图为基本地矩形的形状。当沿纵向方向的一端观看时，导框座656具有大体槽状的横截面，其中，主要部700形成有背部702和两个纵向延伸的臂704、706，所述臂从主要部700的侧边缘向上和横向向外延伸。臂704和706具有内部的或邻近部708，其从主要部700的侧边缘以某一角度向上和向外延伸，以及外部的或远端部或趾部710，其从邻近部708的末端沿基本垂直的方向延伸。所述槽截面的相对指状部之间(即，相对趾部之间)的宽度相当于侧架导框顶部712的宽度，臂704和706紧密配合、支撑接合于所述侧架导框顶部，如图19b的横截面所示。臂704和706具有纵向中心定位的切口、凹槽、槽口或标记特征，标示为槽口714。槽口714以紧密配合接合的方式围绕T形凸耳716安装(图19b)，所述凸耳焊接在侧架上的导框顶部的任一侧。该接合确立了导框座657相对于侧架26的横向和纵向位置。
导框座656还具有四个横向突出的拐角凸耳或结合部件718，其纵向向内面对的表面与轴承座垫652的上部板674的上翻腿部678的横向延伸端面相对。也就是说，导框座656的各侧面上的拐角结合部件718以紧密配合接合的方式支撑轴承座垫652的上翻腿部678的端部。该关系固定导框座656相对于轴承座垫652的上部板的纵向位置。
导框座656的主要部700具有向下面对的表面700，其被加工成中空以形成凹部，所述凹部限定凹摆动接合表面702。该表面形成在比摆件654的中心部694(图21f)的半径大很多的凹半径(根据以上使用的术语标示为R2)上，以使得摆件654和导框座656以滚动线接触接合的方式接触并且允许侧架26以横向摆动关系在摆件654上横向摆动。凹摆动接合表面702的弓形外形可以促使摆件654的横向自动对中，并且其可以具有从中心区域至邻近区域变化的曲率半径，所述邻近区域可以是切向平面区域。在导框座656和摆件654通过改进安装设置在具有凸面半径的轴承座上时，导框座的曲率半径可以趋向小于或等于所述凸面半径。表面702的中心曲率半径R2或一般的曲率半径(如果不变)可以在6到60英寸的范围内，优选地大于10英寸并且小于40英寸。其大小可以在摆件的曲率半径r2的11/10到4倍之间。如上所述，导框座不必须具有凹摆动表面而摆件不必须具有凸摆动表面，但是，这些表面可以颠倒，使得凸表面在导框座上而凹表面在摆件上。特别地在改进安装中，在上部板674的上翻腿部678和导框座656的臂704、706之间可以存在相对很小的间隔。该间隔以间隙‘G’示出在图19b中，所述间隙‘G’优选地为所述部件之间的摆动运动的足够余量，所述摆动运动由转向架承梁扁块106、108的间距限定。
通过设置横向摆件和剪切垫的组合，所得到的组件可以提供横向方向上的大体增加的柔度，同时允许对自转向进行测量。图19a的实例可被设置为初始安装，或可以设置为改进安装。在改进安装的情况下，摆件654和导框座656可以安装在现有合成橡胶垫和现有的导框座之间，或可以与具有更薄整体厚度的代替合成橡胶垫一起安装，以使得轴承座至导框座接口的总体高度可以保持为与改进安装前的高度大致相同。
图19e和19f表示合成橡胶垫和摆件组合的备选的实施例。虽然图19a的实施例示出了在横向和纵向方向上对剪切具有大致相等响应的合成橡胶夹层结构，但这不必是一般的情况。例如，在图19e和19f的实施例中，合成橡胶轴承座垫组件720、731具有各自的弹性合成橡胶薄片夹层结构，其标示为722和723，其中，加强件726、727具有纵向延伸的沟纹或波状。在纵向方向，所述夹层结构可以趋向如前面在图19a的实例中一样以几乎纯剪切的方式反作用。然而，横向方向的偏离现在不但需要有剪切分力，而且除了剪切分力之外，还需要有垂直于所述合成橡胶构件的压和拉应分力。这可以趋向产生更刚性的横向响应，并且因而产生各向异性响应。具有该性质的各向异性剪切垫装置可以被使用在图19a的实施例中，并且图19a的实施例中的平面装置可以使用在图19e和19f的实施例的任何一个中。参考图19e，底板728和上部板730均一般地具有与夹层结构722的波状外形相对应的波状外形。摆件732具有有对应外形的下表面。其他方面，该实施例与图19a的实施例基本相同。
参考图19f，合成橡胶轴承座垫组件721具有底板734，所述底板具有以非摆动关系安置在轴承座上的下表面，其方式与轴承座垫组件652安置在轴承座650上的方式一样。底板734的上表面735具有沟纹或波状外形，所述沟纹如上述纵向延伸。第一弹性层736、内部加强板737和第二弹性层738的合成橡胶薄片位于底板734和上部板740的对应波状的底表面之间。上部板740不是其他摆件板可安装其上的平面板，而是具有上表面742，所述上表面具有整体形成的摆件外形，该外形与摆件654的上表面的外形相对应。导框座744因此不需要有分开的摆件，其可以直接安装到上部板740上并且与其具保持横向摆动的关系。轴承座垫721和导框座742的组合可以具有互相连接的结合部件747，其防止摆件表面742相对于导框座744的具有特定形状的面向下表面748的纵向移动。
图22a至22c，23a和23b
图22a至22c中没有采用与轴承分开的轴承座，而是示出了安装在车轴其中一端上的轴承750。轴承750具有整体形成的弧形滚动接触表面754，其用于与导框座部件758的配合滚动接触表面756配合滚动点接触。所述滚动关系的一般几何形状依照r1、R1和L的可能的关系进行描述，并且如上所述，凸和凹滚动接触表面可以颠倒，以使得所述凸表面处在导框座上而所述凹表面处在轴承上，或者此外，在复合曲率的情况下，所述表面可以是鞍状，如上所述。图22b和23b的轴承表示以“1997车厢和机车百科全书”的812页中的轴承横截面的说明为基础。所述轴承横截面说明提供给佛吉尼亚的Petersburg的Brenco Inc.的Cyclopedia Courtesy。
更详细地，轴承750为部件的组装件，其包括内环760，一对锥形的滚柱组件762，其内环与车轴752接合，以及外环构件764，其内部截头圆锥体支撑表面与组件762的滚柱接合。包括密封件、衬垫和垫环的整个组件由安装到车轴752的端部的端盖766固定。图22a至22c的组件中没有采用圆形柱状外环构件，相反地，环构件764具有上部770，所述上部具有与轴承座44或144相同的大体形状和功能，其包括锥形端壁768，该壁如上所述对紧靠的上述导框夹紧装置130的表面进行摆动行程限制。此外，上部770包括用于支撑如上所述夹紧装置130的拐角接界774。因此，轴承具有整体形成的摆动表面。所述摆动表面相对于下置的轴承组件的剩余部分永久地固定。这样，提供了一种轴承外壳被抑制相对于摆动表面转动的组件。
在图23a和图23b中，整体的轴承和轴承座摆动组件或轮副至导框接口组件标示为改进的轴承790。在此情况中，外环792形成为例如凸表面(虽然其可以是如上所述凹形)的横向延伸、柱状摆件表面794的形状，以与导框座798的配合凹形(虽然其可以是如上所述凸形)横向摆件表面796接合，这可以趋向提供如上所述与重量成比例的自转向。
因此，图22a和23a的实施例均示出了用于三件式火车车厢转向架的侧架导框至车轴轴承接口组件。图22a的实施例的组件具有可操作以实现横向和纵向摆动的部件。两实施例包括轴承组件，所述轴承组件具有一个形状为鞍状、不是凹形或就是凸形的摆动表面部件，其形成为轴承外环的整体部分以使得摆动接触表面的位置相对于轴承刚性地定位(因为在该实例中，摆动接触表面为轴承的一部分)。在图22a的实施例中，所述整体形成的表面是复合表面，而在图23b的实施例中，所述滚动接触表面为柱状表面，所述柱状表面形成在具有不变曲率半径的弧形上。
表面类型的可能组合包括上述的两构件界面(即，轴承顶部上的摆动表面和导框座上的配合摆动表面)或三构件界面，在所述三构件界面中，中间摆件安装在(a)相对于轴承座圈刚性定位的表面和(b)导框座的表面之间。如上所述，一个或另一表面可以形成在球形弧部以使得所述部件具有扭转柔顺性，或者换句话讲，相对于绕竖直轴转动扭转地分开。所述组合可以包括使用例如构件156、374、412或456的合适的弹性垫。
图22a和23a的各组件具有轴承，其安装到三件式火车车厢转向架的轮副轴的一端上。所述轴承具有外构件，所述外构件安装到使车轴端能相对于其转动的位置，原因是所述内环会相对于所述外环转动。所述轴承具有转动轴，轴承环和轴承围绕所述转动轴同轴，所述轴承环和轴承安装时，其轴线趋向与轮副轴的纵向轴线一致。在各情况中，所述外构件具有形成在其上的摆动表面以与三件式转向架的侧架的导框座构件的配合滚动接触表面接合。
当所述轴承的滚动接触表面对中在相应的座体之下时，其具有局部极小能量状态，并且优选的是，配合滚动接触表面具有可趋向使凸滚动接触构件自动对中的半径。也就是说，从最小能量位置(优选地，对中位置)移开可以趋向导致轮副轴中心线(从而轴承转动轴的中心线)之间的竖直分开距离变为更远地与侧架导框顶部分开，由于摆动动作可以趋向将侧架的端部轻微地升高，因此系统中所储存的势能得以增加。
这可以用不同的方式来说明。在柱面极坐标中，轮副轴的长轴可以被认为是轴向方向。径向方向垂直于所述轴向方向量度，并且角周向方向相互地垂直于所述轴向方向和所述径向方向。在滚动接触表面上存在距离轴承转动轴最近的位置，该位置定义“静止”或局部极小势能平衡位置。由于所述滚动接触表面的曲率半径大于轴承转动轴和极小半径之间的径向长度L，作为周向角θ函数的径向距离在最小半径位置的每侧得以增加(或者，换句话说，离轴承转动轴的极小径向距离的位置位于具有较大径向距离的区域之间)。因此，函数r(θ)的斜率，即dr/dθ，在极小值点为零，并且在向极小势能位置的任意一侧角位移离开极小值点，r增加。在所述表面具有空间曲率时，dr/dθ和dr/dL均在极小值点为零，并且离开所述极小能量位置的每侧或所述极小能量位置的所有侧，r增加，并且在所述极小势能位置r为零。不论轴承上的所述滚动接触表面是凸表面，还是凹表面，还是鞍状，并且不论曲率中心位于轴承转动中心的下面还是在滚动接触表面的上面，这都可以趋向为正确。滚动接触表面的曲率弯曲部分可以是球形、椭圆、环形、抛物面、抛物线或柱状。所述滚动接触表面具有曲率半径，如果采用空间曲率其具有多个曲率半径，所述曲率半径大于离与转动轴的距离最小位置的距离，并且所述滚动接触表面与所述轴承转动轴不同轴心。
这还可以用另一种方法来说明，即，在轴承的滚动接触表面上存在第一位置，所述第一位置比所述滚动接触表面上的其他任何位置径向地更靠近所述轴承的转动轴。第一距离L定义为所述转动轴和所述最近位置之间的距离。轴承的表面和导框座的表面各具有曲率半径并且以凸和凹的关系配合，一个曲率半径是凸曲率半径r1，另外一个曲率半径是凹曲率半径R2(无论其为哪一个)。r1大于L，R2大于r1，并且L、r1和R2遵从公式L-1-(r1 -1-R2 -1)>0，所述摆件表面可协作以允许自转向。
图24a至24e
图24a至24e涉及一种三件式转向架200。转向架200具有三主要部件，所述部件为转向架承梁192和一对标示为194的第一和第二侧架，所述转向架承梁关于转向架纵向中心线对称。图24c显示转向架200的对称性，其仅示出了一个侧架。三件式转向架200具有由弹簧组195提供的弹性悬挂(第一悬挂)，所述弹簧组夹置在转向架承梁192和侧架194的末端(即，横向外侧)之间。
转向架承梁192为刚性的、装配式横梁，其具有与一个侧架组件接合的第一端和与另外一个侧架组件接合的第二端(两端均标示为193)。中心板或中心盆190位于转向架中心。上缘188在两端部194之间延伸，其在中心腰部窄小，然后向外展开到在端部194的更宽的横向外侧末端。转向架承梁192还具有下缘189和两个装配式腹板191，所述两个装配式腹板延伸在上缘188和下缘189之间形成不规则的、封闭截面盒式横梁。附加的腹板197安装在凸缘188和189的末端部之间、承梁192与其中一个弹簧组195接合的地方。转向架承梁192的横向末端区域还具有摩擦减振器座196、198，其用于容纳摩擦减振器楔。
侧架194可以是具有导框部件40的外壳，轴承座44、轴承46和一对车轴48和车轮50安装在所述外框部件中。侧架194还具有压缩构件或上弦构件32，拉力构件或下弦构件34，竖直侧柱36和36，其各自位于竖直横向平面的一侧，所述竖直横向平面在转向架200中心的纵向位置平分所述转向架。由上和下梁构件32、34以及竖直侧梁柱36的协作形成大体矩形的开口，转向架承梁192的端部193可以导入所述开口中。转向架承梁192的末端部可以因而在该开孔中相对于所述侧架上下移动。下梁构件34具有底或下弹簧座52，弹簧座195可以安置在所述下弹簧座上。类似地，上弹簧座199由承梁192的远端部的底面设置，所述底面与弹簧组195的上端接合。这样，转向架承梁192的竖直移动将趋向增加或减小弹簧组195中弹簧的压力。
在图24a的实施例中，弹簧组195具有两排弹簧193，横向内侧弹簧和横向外侧弹簧。在一项实施例中，每排可以具有四个竖直回弹弹簧应变率常数为k的大(8英寸+/-)直径线圈弹簧，组195的竖直回弹弹簧应变率常数小于10,000磅/英寸。在一项实施例中，该弹簧应变率常数可以在6000到10,000/磅/英寸的范围内，并且可以在7000到9500磅/英寸的范围内，这得出所述转向架的总的竖直回弹弹簧应变率为上述数值的两倍，大约在14,000到18,500磅/英寸的范围内。取决于弹簧组所需总弹簧应变率和刚度分配，弹簧排列可以包括外弹簧、内弹簧和内-内弹簧的嵌套线圈。弹簧的数量、内和外线圈的数量以及各种弹簧的弹簧应变率可以改变。弹簧组线圈的弹簧应变率增加弹簧组的弹簧应变率常数，典型地适合于所述转向架所设计的装载量。
每个侧架组件还具有四个摩擦减振器楔，其排列为第一和第二对横向内侧和横向外侧楔204、205、206和207，它们以四角排列的方式与插口或座196、198接合。弹簧组195中的各角部弹簧支承摩擦减振器楔204、205、206和207。各竖直柱36具有摩擦磨损板92，所述摩擦板具有楔204、205、206和207的摩擦面可分别支承在其上的横向内侧和横向外侧区域。承梁扁块106、108分别位于磨损板92的内侧和外侧。
在图24e的说明中，减振器座示出为由隔板208分开。如果穿过转向架200经由隔板208的中心画出纵向竖直平面，可以看到，内侧减振器位于平面209的一侧，而外侧减振器位于所述平面的外侧。在随后的摆动中，由减振器作用在摆动上的垂直作用力将趋向以力偶的方式作用，其中，作用在内侧垫的摩擦支撑表面上的作用力将始终作用在一端上的平面的完全内侧，而作用在另外斜摩擦面上的作用力将始终作用在所述平面的完全外侧。
在一项实施例中，图24b的弹簧组实施例的尺寸可以产生侧架窗状开口，所述开口的宽度为侧架194的竖直柱36之间的宽度，其大小为大约33英寸。所述弹簧组与现有弹簧组相比要相对的大，其宽度要大25％以上。在图1f的实施例中，转向架20可以还具有特别宽的窗状开口以容纳直径各为51/2″的5个线圈。转向架200可以具有标示为WB的相对较大的轮距长度。WB可以大于73英寸，或者以与轨距宽度的比值来表示，其可以大于轨距宽度的1.30倍。WB可以大于80英寸，或大于轨距宽度的1.4倍，并且在一项实施例中，WB大于轨距宽度的1.5倍，等于或大于大约84英寸。类似地，侧架窗状开口的宽度可以大于高度。跨过相对侧架柱36之间磨损板的宽度可以大于24″，宽高比可以大于8:7，并且所述宽度可以在28″或32″以上的范围内，相应的宽高比大于4:3和大于3:2。可以将所述弹簧座的尺寸延长到对应于侧架窗状开口的宽度，并且横向宽度为151/2″-17″或更大。
图25a至25d
图25a至25d示出了备选的转向架实施例。转向架800具有承梁808，侧架807和减振器801、802装置，其采用内侧和外侧恒定作用力的、纵向成对的摩擦减振器801、802，所述摩擦减振器支撑在水平作用的弹簧803、804上，所述弹簧装入在安装在转向架承梁808端部中的并排套口805、806中。虽然仅有两个减振器801、802被示出，但是这对减振器面向各自相对的侧架柱。减振器801、802可以各自包括块体809和安装到所述块体809的面上的可消耗磨损构件810。所述块体和磨损构件具有配合的凸和凹标记特征812以保持其相对的位置。所述弹簧罩中具有可拆卸的平头螺钉部件814以使弹簧能预先被加载并且在安装期间能被保持在适当的位置。弹簧803、804将摩擦减振器801、802推到或偏置到所述侧架柱的对应的摩擦表面上。弹簧803、804的偏离不依赖于主弹簧组816的压力，而是初始预定载荷的函数。
图26a和26b
图26a和26b示出了转向架承梁820的局部等轴视图，所述转向架承梁与图14a的转向架承梁402大体类似，不同之处在于承梁套口822不具有类似中心隔板的腹板，而是具有连续的凹槽(bay)，所述凹槽延伸跨过例如弹簧组436的下置弹簧组的宽度。单个宽的减振器楔标示为824。减振器824具有由所述下置弹簧组的两弹簧825、826支撑并作用其上的宽度。如果承梁400可以趋向偏移到相对于相关联侧架的非垂直方位，例如平行四边形现象，楔824的一侧可以趋向比另外一侧更紧地被挤压，使楔824趋向在套口中绕垂直于所述楔的成角度面(即，斜边面)的转动轴扭转。该扭转倾向还趋向在弹簧825、826造成不同压力，对楔824的扭转和转向架承梁820相对于所述转向架侧架的非方形位移均产生恢复力矩。在所述侧架的相对侧的柱上的相对弹簧配对可以趋向产生类似力矩。图26b示出了备选的一对减振器楔827、828。该双楔外形可以类似地装入承梁套口822，并且在该情况下，各楔827、828安装在分开的弹簧上。楔827、828沿着承梁套口822的面的第一角相对于彼此可滑动。当所述转向架移动到非方形状况时，楔827、828的差动位移可以趋向在其相关联弹簧上产生差动压力，即，弹簧825、826产生恢复力矩。在任一情况下，所述承梁套口可以具有磨损衬垫494，并且所述套口本身可以是焊接到所述承梁端部上的预制插入件506的一部分，不论是最初的产品还是改进产品，其可以包括安装更宽的侧架柱和不同弹簧组选择，所述弹簧组选择可以伴随从单个减振器到双重减振器(例如，四角的)布置得改进转换。
图27a和27b
图27a示出了类似于承梁210的承梁830，其不同之处在于，承梁套口831各容纳一对分离的楔833、834。套口831、832各具有一对支撑表面835、836，所述一对支撑表面既以第一角α又以第二角β倾斜，表面835、836的所述第二角位于相对侧以产生上述减振器分离作用力。表面835、836还具有衬垫，其实质上为相对低摩擦的磨损板837、838。各对分离楔安装在单个弹簧上。
图27a的实例示出了承梁840和偏置分离楔841、842。承梁套口843、844为阶梯套口，其中所述阶梯，即零件845、846具有相同的第一角α和相同的第二角β，并且均以相同的方向偏置，不同于图27a中左和右侧的分离楔的对称面。因此，外侧成对的分离楔842具有第一和第二构件847、848，其各自具有相同侧的第一角α和第二角β，两所述构件均在外侧方向上偏置。类似地，内侧成对的分离楔841具有第一和第二构件849和850，其具有第一角α和第二角β，不同之处在于第二角β的方向使构件849和850趋向在内侧方向上偏置。在图27c的布置中，单个阶梯楔851、852可以用于代替所述成对的分离楔，即构件847、848或849、850。相应的相对侧的楔使用在另外一个承梁套口中。
图28a和28b
在图28a中，转向架承梁860具有位于相对侧的焊接的承梁套口插入件861、862，其焊接到其端部的容纳室中。各承梁套口具有内侧和外侧部863、864，其共有同一第一角α，但具有位于相对侧的第二角β。相应的内侧和外侧楔标示为865、866，各自安装在竖直定位的弹簧867、868上。在该情况下，承梁860在不具有分开承梁套口的内和外部的平台的方面类似于图26a的承梁820。承梁860同样类似于图5的承梁210，不同之处在于，相对侧的承梁套口在没有干涉平台的情况下合并在一起。在图28b中，分离楔配对869、870(内侧)和871、872(外侧)用于代替单个内侧和外侧楔865和866。
复摆几何学
在此示出和说明的各种摆件可以采用形成为复摆的摆件，即凸摆件半径为非零，并且假设其与凹摆件滚动(与滑动相对)接合。图2a(以及其他的)的实施例例如示出了双向复摆。这些摆的性能可以既影响纵向摆件上的横向刚度又影响纵向摆件上的自转向。
悬挂的横向刚度可以趋向反映(a)(i)轴承座和(ii)底弹簧座之间的侧架(即，侧架横向摆动)的刚度；(b)(i)下弹簧座和(ii)靠着转向架承梁安装的上弹簧座之间的各弹簧的横向偏离的刚度；(c)(i)侧架中弹簧座和(ii)靠着转向架承梁安装的上弹簧之间的力距的刚度。所述弹簧组的横向刚度可以是竖直弹簧刚度的大约1/2。对于为263,000或286,000磅GWR设计的100或110吨的转向架，假定每个转向架有两个弹簧组，每个车厢有两个转向架，给定横向弹簧刚度为13-16,000磅/in.，则竖直弹簧组刚度可以为25-30,000磅/in.。刚度的第二分量涉及到所述侧架的横向摆动偏离。所述底弹簧座和所述轴承座的凸面之间的高度可以为大约15英寸(+/-)。所述导框座可以具有与60英寸半径的轴承座凸面进行线接触的平坦表面。对于负载为286,000磅的车厢，由该第二分量引起的所述侧架的表面刚度在所述底弹簧座的测量值可以为18,000-25,000磅/in。由第三分量、所述弹簧的不平衡压力引起的刚度附加给侧架刚度。每个弹簧组的刚度值可以为大约3000-3500磅/in，取决于所述弹簧的刚度和所述弹簧组的布置。S2HD 100吨转向架的一个侧架的总横向刚度可以为大约9200磅/英寸/侧架。
备选的转向架为“摆动”转向架，例如示出在“1980车厢和机车百科全书”(1980,Simmons-Boardman,Omaha)中的716页。在摆动转向架中，侧架可以更像摆一样动作。所述轴承座具有半径大约为10英寸的凹摆件。安装在侧架顶部的配合的凸摆件可以具有大约5英寸的半径。取决于几何学，这可以对横向偏离产生大小为典型数值的大约1/4(或更小)到大约1/2的侧架阻力。如果所述摆的相对柔顺度与弹簧组的刚度结合，所述摆的相对柔顺度可以具有支配作用。横向刚度可以因而较小地受竖直弹簧刚度的影响。摆动下弹簧座的使用可以减小或消除由不平衡弹簧压力引起的横向刚度。摆动转向架已使用横梁连接侧架，并且锁住所述横梁以防止非方形变形。还已经使用了其他基本上刚性的转向架加强装置，例如横向未装弹簧的杆或未装弹簧的斜支撑的“框架支撑”。横向未装弹簧的支撑可以增加侧架绕转向架承梁长轴的转动的阻力。这可以不需增强车轮载荷的均衡或阻碍车轮升高。
可以使用如下公式来估算转向架横向刚度：
k转向架＝2×[(k侧架)-1+(k弹簧剪切)-1]-1
其中
k侧架＝[k摆+k弹簧力矩]
k弹簧剪切＝弹簧组在剪切时的横向弹簧常数。
k摆＝在底弹簧座中心所测量的所述摆偏转每单位偏转量所需的作用力。
k弹簧力矩＝底部弹簧座抵抗扭转力矩向侧面偏转每单位的偏移量所需的作用力，所述转动力矩由内侧和外侧弹簧的不平衡压力造成。
在摆中，重量和偏移量的关系在小角度时大概为线性，类似于在弹簧中的F＝kx。横向常数可以定义为k摆＝W/L，其中，W为重量，而L为摆长。近似的引用摆长度可以定义为Leq＝W/k摆。W为侧架上弹簧支撑的重量。对于L＝15并且凸面半径为60″的转向架，Leq可以为大约3英寸。对于摆动转向架，Leq可以大于该数值的2倍。
图2a中所示的纵向(即自转向)摆件的公式可以还定义为：
F/δ长＝k长＝(W/L)[[(1/L)/(1/r1-1/R1)]-1]
其中：
k长为摆件的纵向作用力和纵向偏移量之间的纵向比例常数。
F为施加在车轴中心线上的单位纵向作用力。
δ长为车轴中心线的单位纵向偏移量。
L从车轮中心线到凸部116的顶点的距离。
R1为导框座38中凹形的纵向曲率半径。
r1为轴承座上的凸部116的凸面的纵向曲率半径。
在该关系中，R1大于r1，并且(1/L)大于[(1/r1-1/R1)]，并且，如图中所示，L小于r1或R1。在此所述某些实施例中，从位于中心静止位置的轴承座表面顶点到车轴中心的长度L可以典型地为5－3/4到6英寸(+/-)，并且可以在5－7英寸的范围内。轴承座、导框、侧架和承梁典型地由钢制成。本发明人认为所述滚动接触表面可以优选地由工具钢或类似材料制成。
在横向方向上，对于小角度偏移进行的近似为：
k摆＝(F2/δ2)＝(W/L摆)[[(1/L摆)/((1/R摆件)-(1/R座))]+1]
其中，
k摆＝所述摆的横向刚度
F2＝施加在底弹簧座的每单位横向偏移量的作用力
δ2＝单位横向偏移量
W＝所述摆承载的重量
L摆＝未偏离时从轴承座接触表面到弹簧座的摆底的摆长
R摆件＝r2＝摆件表面的横向曲率半径
R座＝R2＝摆件座的横向曲率半径
其中，R座和R摆件具有类似的大小，并且相对于L不过度地小，所述摆可以趋向具有相对大的横向偏移常数。当R座与L或R摆件或两者相比较大，并且可以近似为极大(即，平面)时，上述公式简化为：
k摆＝(F横向/δ横向)＝(W/L摆)[(R摆件/L摆)+1]
以该数作为分母，并以设计重量作为分子得到相当的摆长，Leq＝W/k摆。
从上摆件座的滚动接触界面到底弹簧所测量的所述侧架摆的竖直长度可以在12和20英寸之间，可以在14和18英寸之间。取决于转向架尺寸和摆件几何尺寸，所述相当的长度Leq可以在大于4英寸和小于15英寸的范围内，并且更窄地，在5英寸和13英寸之间的范围内。虽然转向架20或22可以为70吨专用、70吨、100吨、110吨或125吨转向架，转向架20或22可以是车轮直径为33英寸或36或38英寸的转向架尺寸。在此所述某些实施例中，凸摆件R摆件对摆长L摆的比值可以等于或小于3，在某些实例中等于或小于2。在横向柔顺度较好的转向架中，该数值可以小于1。因数[(1/L摆)/((1/R摆件)-(1/R座))]可以小于3，并且在某些实例中可以小于21/2。在横向柔顺度较好的转向架中，该因数可以小于2。在所述各种实施例中，以转向架最大装载能力或更一般地以火车车厢GWR限额所计算的横向摆件摆的横向刚度可以小于相关联的弹簧组的横向剪切刚度。此外，在所述各种实施例中，所述转向架可以不使用横向未装弹簧支撑件，不论其为横梁，横向延伸的平行杆，还是对角交叉框架支撑件或其他未装弹簧的加强件。在所述实施例中，所述转向架可以具有由各弹簧组驱动的四角减振器组。
在此所述转向架中，对于其满载设计条件下，在所述底弹簧座所测量的所述侧架的等效横向刚度，即作用力与横向偏移量的比值，可以小于所述弹簧的水平剪切刚度，所述满载设计条件或者依照对70、100、110或125吨转向架的AAR限制来确定，或者当选定预期较低装载量时，其与在弹簧组中产生2英寸竖直弹簧偏转量的竖直弹簧载荷成比例。在某些实施例中，特别是对于相对低密度易碎、高价值装载货物，例如汽车、生活消费品等，侧架的等效横向刚度k侧架可以小于6000磅/in.并且可以在大约3500和5500磅/in.之间，并且可以在3700到4100磅/in.的范围内。例如，在一项实施例中，2×4弹簧组具有直径为8英寸的弹簧，每个所述弹簧组的总竖直刚度为9600磅/in.并且对应的横向剪切刚度k弹簧剪切为8200磅/in.。所述侧架具有刚性安装的下弹簧座。其可以使用在具有36英寸车轮的转向架中。在另一项实施例中，弹簧直径为51/2英寸的3×5弹簧组使用在具有36英寸车轮的转向架中，所述弹簧组同样具有大约为9600磅/in.的竖直刚度。每个弹簧组的竖直弹簧刚度可以位于小于30,000磅/in.的范围内，可以在小于20,000磅/in.的范围内，并且可以在4,000到12,000磅/in.的范围内，并且可以为大约6000到10,000磅/in.。所述弹簧的扭转可以具有范围在750到1200磅/in.的刚度并且其竖直剪切刚度在3500到5500磅/in.的范围内，总的侧架刚度在2000到3500磅/in.的范围内。
在具有固定底弹簧座的转向架的实施例中，所述转向架可以具有由所述弹簧的不平衡压力引起的横向偏移刚度一部分，其大小为600到1200磅/in.，所述横向偏移测量于所述侧架上的弹簧座的底部。该数值可以小于1000磅/in.，并且可以小于900磅/in.。轻载车厢相对于满载车厢来说，由所述弹簧的不平衡压力引起的恢复作用力的部分可以趋向大一些。
包括可以称作摆动转向架的某些实施例可以具有一个或多个如下特征，即在横向摆动方向，r/R.<0.7；3<r<30，或更窄范围地，4<r<20；并且5<R<45，或更窄范围地，8<R<30，并且对于横向刚度，2,000磅/in.<k摆<10,000磅/in.，或以不同方式表示，在竖直载荷被传递至侧架处的底弹簧座处每英寸的横向偏移的横向摆刚度的磅数，由摆承载的每磅重量，可以在0.08和0.2的范围内，或更窄地，在0.1到0.16的范围内。
摩擦表面
动态响应可以十分敏感。减小变形的阻力是有利的，并且在这方面有助于自转向。减小车轮升高发生的倾向是有利的。减小减振器中的粘滑特征可以在这方面改善性能。使用具有大致相等的向上和向下摩擦力的减振器可以阻止车轮升高。所述车轮升高对侧架之间扭转连接的减少敏感，例如当横梁或框架支撑件被拆卸时。虽然希望侧架扭转地分离，但是同样可以希望将物理锁定关系代替为能使所述转向架以非方形的方式弯曲的关系，在后者的关系中，所述转向架承受趋向使其返回成方形位置的偏置力，这可以采用与单个减振器相比的双倍减振器的较大抵抗力偶来获得。虽然使用横向柔性摆件、具有减少粘滑特征的减振器、四角减振器排列和自转向都可以以自身的方式起有益的作用，但是看来它们还可以以细微和未意料的方式相互关联。当所述减振器中具有减小的粘滑特征倾向时，自转向可以更好地起作用。当所述减振器具有减小的粘滑特征倾向时，具有摆动方式的横向摆动同样可以更好地起作用。当所述减振器以四角排列的方式安装时，具有摆动方式的横向摆动可以趋向更好地运转。反向考虑，当横梁或框架支撑件的刚性锁定关系由四角减振器(明显地使所述转向架更柔性，而不是更刚性)代替并且所述减振器不太易于具有粘滑特征时，所述转向架摆动可以不会显著地变得更坏。所述特征的组合效果可以不寻常地相互联系在一起。
在此所述各种转向架中，在所述承梁和所述侧架之间具有摩擦减振界面。所述侧架柱或所述减振器(或两者)可以具有下部或可控摩擦支撑表面，所述摩擦支撑表面可以包括硬化磨损板，所述硬化磨损板如果用旧或损坏可以更换，或所述摩擦支撑表面可以包括可消耗涂覆层或防磨件或垫。所述运动减振、摩擦减振构件的所述支撑面可以通过将所述表面进行处理以产生预期的静态和动态摩擦系数来获得，所述处理可以是运用表面涂覆层和插入件、垫、制动防磨件或制动衬面或其他的处理。防磨件和衬垫可以从离合器和制动衬面厂商获得，所述厂商之一是铁路摩擦产品(Railway FrictionProducts)。该种防磨件和衬垫可以具有聚合物基或基体，其装载有金属混合物或其它物质粒子以产生特定摩擦性能。
所述摩擦表面在与相对支撑表面结合使用时可以具有静态摩擦系数μs和动态或动力摩擦系数μk。所述系数可以随着环境状况变化。出于说明的目的，所述摩擦系数将为认为看作是在70F的干燥白天状况的摩擦系数。在一项实施例中，干燥时的所述摩擦系数可以在0.15到0.45的范围内，可以在0.20到0.35的较窄范围内，并且在一项实施例中，其可以为大约0.30。在一项实施例中，所述涂覆层或垫在与所述侧架柱的相对支撑表面结合使用时可以在摩擦界面上产生相对于彼此的大小在20％之内，或更窄地，在10％之内的静态和动态摩擦系数。在另一项实施例中，所述静态和动态摩擦系数基本上相等。
斜楔表面
在使用减振器楔时，一般低的摩擦或可控摩擦垫或涂覆层可以使用在所述减振器的斜表面上，所述斜表面与所述承梁套口的磨损板(如果使用该磨损板)接合，在所述承梁套口中，可以有局部滑动、局部摆动的动态相互作用。本发明人认为在所述楔的斜面和所述承梁套口的斜面之间使用可控摩擦界面是有益的，在所述承梁套口中，磨损板和摩擦构件的结合可以有利地趋向产生具有公知特性的摩擦系数。在某些实施例中，所述摩擦系数可以为相同或几乎相同，并且可以具有很少或不呈现粘滑特征的倾向，或与铸铁或钢相比可具有减小的粘滑倾向。此外，使用具有公知摩擦特征的制动衬面或铸造材料插入件可以趋向允许所述性能被控制在更窄、更可预知且更可重复的范围内，这可以产生合理水平的运转连贯性。所述涂覆层或垫或衬垫可以为聚合物构件，或者为装有合适摩擦材料的聚合物或复合基体构件。其可以从制动或离合器衬套制造商等获得。一个可以供给该摩擦材料的公司是MaxtonNC的13601 Laurinburg Maxton Ai的铁路摩擦产品(Railway FrictionProducts)；另一个公司是Reading PA的2120 Fairmont Ave.的Quadrant EPPUSA Inc.。在一项实施例中，所述材料可以与由标准车厢转向架公司(StandardCar Truck Company)使用在具有聚合物涂覆层的“Barber Twin Guard”(t.m.)减振器楔上的材料相同。在一项实施例中，所述材料可以是这样的涂覆层或垫，所述涂覆层或垫在与所述侧架柱的相对支撑表面一起使用时可以在摩擦界面上产生相对于彼此的大小在20％之内，或更窄地，在彼此的10％之内。在另一项实施例中，所述静态和动态摩擦系数基本上相等。所述动态摩擦系数可以在0.15到0.30范围内，并且在一项实施例中可以为大约0.20。
减振器的竖直摩擦面和斜面均可以经过摩擦特殊处理，该摩擦特殊处理可通过涂覆层、垫或衬垫来实现。虽然所述斜面的摩擦系数可以与所述摩擦面的摩擦系数相同，但它们不必彼此相同。在一项实施例中，所述摩擦面上的静态和动态摩擦系数可以为大约0.3，并且可以彼此大约相等，而斜面上的静态和动态摩擦系数可以为大约0.2，并且可以彼此大约相等。在任一情况，不论是在靠着所述侧架柱的竖直支撑面上，还是在所述承梁套口中的斜面上，本发明人认为避免可趋向导致擦伤和粘滑特征的表面配对是有利的。
弹簧组
主弹簧组可以具有多种弹簧布置。弹簧布置的各种双重减振器实施例如下：
在所述弹簧组里，Di表示减振器弹簧，而Xi表示非减振器弹簧。
在100吨或110吨转向架的情况下，本发明人提出位于如下参数包络的20％(并且优选地在10％以内)以内的弹簧和减振器组合：
(a)对于具有全部的钢或铁减振器表面的四楔布置，包络具有依照k减振器＝2.41(θ楔)1.76的上限和依照k减振器＝1.21(θ楔)1.76的下限。
(b)对于具有全部的钢或铁减振器表面的四楔布置，k减振器的中间范围区域＝1.81(θ楔)1.76(+/-20％)。
(c)对于具有例如类似于制动衬面的非金属减振器表面的四楔布置，包络具有依照k减振器＝4.84(θ楔)1.64的上限和依照k减振器＝2.42(θ楔)1.64的下限，其中，所述楔角可以在30到60度的范围内。
(d)对于具有非金属减振器表面的四楔布置，k减振器的中间范围区域＝3.63(θ楔)1.64(+/-20％)。
其中k减振器为各减振器下的侧向弹簧刚度，单位为磅/英寸/减振器。
θ楔为相关联的第一楔角，单位为度。
θ楔可以趋向位于30到60度的范围内。在其他的实施例中，θ楔可以在35到55的范围内，并且在又一些另外的实施例中，θ楔可以在40到50度的更窄的范围内。
可以有益的是具有不极度相异的向上和向下减振作用力，并且在某些情况下所述向上和向下减振作用力趋向大致相等。取决于减振器是负载还是卸载，所述减振器的摩擦作用力可以不同。所述楔角、摩擦系数和所述楔下的弹性装置可以改变。由于弹簧作用力增加，并且因此作用在减振器上的力增大，所以当所述承梁在所述侧架窗状开口中向下移动时，所述减振器被“负载”。类似地，由于弹簧中作用力减小，所述当所述承梁向上移向侧架窗状开口的顶部时，所述减振器被“卸载”。方程式表示如下：
当负载时： F d = &mu; c F s ( Cot ( &phi; ) - &mu; s ) ( 1 + ( &mu; s - &mu; c ) Cot ( &phi; ) + &mu; s &mu; c )
当卸载时： F d = &mu; c F s ( Cot ( &phi; ) + &mu; s ) ( 1 + ( &mu; c - &mu; s ) Cot ( &phi; ) + &mu; s &mu; c )
其中，Fd＝侧架柱上的摩擦力
Fs＝弹簧中作用力
μs＝承梁上成角度的斜面上的摩擦系数
μc＝侧架柱上的摩擦系数
φ＝所述承梁上的成角度面与靠在所述侧柱上的摩擦面之间的夹角
对于给定的角度，摩擦负荷因数Cf可以确定为Cf＝Fd/Fs。取决于所述承梁是向上移动还是向下移动，该负荷因数Cf将趋向不同。
可以有利的是在空载和满载状况下具有不同的竖直弹簧应变率。为此目的，可以使用不同高度的弹簧，从而为整个弹簧组产生例如两个或多个竖直弹簧应变率。这样，在轻载车厢状况下的动态响应可以与在满载车厢状况下使用两种弹簧应变率的动态响应不同。可选择地，如果使用三种(或更多)弹簧应变率，可以存在在半装载状况下的中间动态响应。在一项实施例中，各弹簧组可以具有第一组弹簧，其自由长度至少为第一高度，以及第二组弹簧，所述第二组的各弹簧具有小于第二高度的自由长度，所述第二高度比所述第一高度小距离δ1，使得所述第一组弹簧将具有在第一与第二高度之间的压缩范围和第二范围，在所述第一和第二高度之间的压缩范围中，弹簧组的弹簧应变率具有第一数值，即所述第一组弹簧的各弹簧应变率之和，在所述第二范围内，弹簧组的弹簧应变率较高，即所述第一组弹簧组的弹簧应变率加上至少一个其自由高度小于所述第二高度的弹簧的弹簧应变率。不同的弹簧应变率状态可以产生对应不同的减振状态。
例如，在一项实施例中，车厢具有大约35,000到大约55,000磅(+/-5000磅)的弹簧固定支撑重量(即，不包括例如侧架和轮副的主弹簧之下非弹簧支撑重量的未载货物的车厢体重量)，所述车厢可以具有第一部分弹簧的高度超过第一高度的弹簧组。所述第一高度可以在例如大约9-3/4到10-1/4英寸的范围内。当所述车厢卸载地位于其转向架上时，各弹簧压缩到所述第一高度。当所述车厢在轻载车厢状况下运行时，所述弹簧的第一部分可以趋向以竖直回弹、倾斜-和-振动、侧向摆动的方式确定所述车厢的动态响应，并且可以影响转向架摆动性能。所述第一方式中的弹簧应变率可以在大约12,000到22,000磅/in.的范围内，并且可以在15,000到20,000磅/in.的范围内。
当所述车厢更重地负载时，例如当弹簧固定和可变支撑重量的总和超过临界值，其可以相当于每车厢重量在大约60,000到100,000磅(即在不工作时，每个弹簧组承受15,000到25,000磅的静止对称装载量)的范围内，各弹簧可以压缩到或超过第二高度。所述第二高度可以在例如大约8-1/2到9-3/4英寸的范围内。此时，弹簧支撑重量足以使总弹簧组中的另外一部分弹簧开始弯曲，所述另外一部分弹簧可以是一些或所有的剩余弹簧，在该第二方式中目前被压缩的各弹簧的组合弹簧组的弹簧应变率常数可以趋向不同，并且大于在第一状态中的弹簧应变率。例如，该较大弹簧应变率可以在大约20,000到30,000磅/in.的范围内，并且可以用于在固定和可变载荷总和超过状态改变临界值时提供动态响应。所述第二状态的范围可以是从所述临界值到某一更大的数值，在110吨转向架的情况下，其可以趋向大约每转向架130,000或135,000磅的上限。对于100吨转向架，该数值可以为每转向架115,000或120,000磅。
表1给出了可用在100或110吨转向架中的许多弹簧组的表格，所述弹簧组具有对称的3×3弹簧布置并且包括四角组中的减振器。表1中的最后项目为对称的2:3:2弹簧布置。术语“侧弹簧”是指各个由弹簧单独支撑的减振器下面的弹簧或各弹簧组合，并且术语“主弹簧”是指各个主要线圈弹簧组的弹簧或弹簧组合：
表1–弹簧组组合
在该表中，术语NSC-1、NSC-2、D8、D8A和D6B是指由本发明人提出的弹簧的非标准尺寸。这些弹簧的特征与表1的其他弹簧的特征一起给出在表2a(主弹簧)和2b(侧弹簧)中。
表2a主弹簧参数
表2b–侧弹簧参数
表3提供许多所公知的转向架和本发明人提议的转向架的转向架参数列表。在第一个实例中，标示为No.1的转向架实施例可以被认为使用四角布置的减振器楔，其中，第一楔角为45度(+/-)并且所述减振器楔具有钢支撑表面。在第二实例中，标示为No.2的实施例可以被认为使用四角布置的减振器楔，其中，第一楔角为40度(+/-)，并且所述减振器楔具有非金属支撑表面。
表3–转向架参数
在表3中，主弹簧项目的格式为弹簧数量，其后为弹簧类型。例如，在一项实施例中，ASF Super Service Ride Master具有7个D5外类型的弹簧、7个的D5内类型的弹簧，其套入在所述各D5外类型弹簧的内部，以及2个D6A内-内类型的弹簧，其套入在中间排(即沿承梁中心线的排)的所述D5内类型弹簧的内部。其还具有2个5052外类型的侧弹簧和2个套入在所述5062外类型弹簧内部的5063内类型的弹簧。所述侧弹簧为中心安装的减振器楔下面的侧排的中间构件。
k空为轻载(即，空)车厢的弹簧组的总体弹簧应变率，单位为磅/in。
k负载为满载状况下弹簧组的弹簧应变率，单位为磅/in。
“压实”为各弹簧压缩到压实状态下时的极限值，单位为磅。
H空为轻载车厢状态下时的弹簧高度。
H负载为静止满载状态下时的弹簧高度。
kw为减振器下的各弹簧的总体弹簧应变率。
Kw/k负载为在负载状态时，减振器下的弹簧的弹簧应变率与弹簧组的总弹簧应变率的比值，其单位为百分率。
所述楔角为楔的第一角，其单位为角度。
FD为侧架柱上的摩擦力。其在向上和向下方向的数值给出在表中，最后一排给出了所述向上和向下数值相加的总数。
在例如转向架22的转向架的各种实施例中，各侧架和与其相关联的转向架承梁端部之间的弹性界面可以包括四角减振器布局和3×3弹簧组，所述弹簧组具有在表1中所述其中一个弹簧组。所述各编组可以具有楔，所述楔的第一角位于30到60度的范围内，或更窄地，在35到55度的范围内，仍然更窄地，在40到50度的范围内，或可以从32、36、40或45度的角度组中选定。所述各楔可以具有钢表面，或可以具有例如非金属表面的摩擦改进表面。
各楔和侧弹簧的组合可以使所述侧弹簧下的弹簧应变率为弹簧组的总弹簧应变率的20％或以上。其可以在所述总弹簧应变率的20到30％的范围内。在某些实施例中，当承梁向下移动时，对于满载车厢，各楔和侧弹簧的组合可以使弹簧组中的减振器的总摩擦力小于3000磅。在其它的实施例中，弹簧组中的减振器的向下和向上摩擦力的算术和小于5500磅。
在使用钢面减振器的某些实施例中，向上和向下摩擦力大小的总和可以在4000到5000磅的范围内。在某些实施例中，当承梁向上移动时的摩擦力的大小可以在当所述承梁向下移动时的摩擦力大小的2/3到3/2的范围内。在某些实施例中，Fd(上)/Fd(下)的比值可以在3/4到5/4的范围内。在某些实施例中，Fd(上)/Fd(下)的比值可以在4/5到6/5的范围内，并且在某些实施例，所述Fd(上)和Fd(下)的大小可以基本上相等。
在使用非金属摩擦表面的某些实施例中，向上和向下摩擦力大小的总和可以在4000到5500磅的范围内。在某些实施例中，承梁向上移动时的摩擦力的大小Fd(上)与所述承梁向下移动时的摩擦力大小Fd(下)的比值可以在3/4到5/4的范围内，可以在0.85到1.15的范围内。此外，所述各楔可以采用第二角并且所述第二角可以在大约5到15度的范围内。
No.1和2
本发明人认为列出在表3中的No.1和No.2列的参数组合是有利的。No.1列可以使用钢对钢表面的减振器楔和侧架柱。No.2可以使用合成静态和动态摩擦系数基本上相等的非金属摩擦表面，所述摩擦表面可以趋向不显现粘滑特征。所述侧架柱上的摩擦面的摩擦系数可以为大约0.3。所述楔的斜表面还可以在非金属支撑表面上工作并且可以还趋向不显现粘滑特征。所述斜面上的静态和动态摩擦系数同样可以基本上相等，并且可以为大约0.2。所述楔可以具有第二角并且所述第二角可以为大约10度。
No.3
在某些实施例中，可以有2:3:2弹簧组布置。在该布置中，所述减振器弹簧可以位于四角布置中，其中，各对减振器弹簧没有由中间主弹簧线圈分隔开，并且其并排安装，不论所述减振器是紧靠在一起还是由隔离件或干涉块件分隔开。可以有沿承梁纵向中心线排列的三个主弹簧线圈。所述弹簧可以是非标准弹簧并且可以包括在上述表1、2和3中分别标示为D51-O、D61-I和D61-A的外、内和内-内弹簧。No.3布置可以包括具有钢-钢摩擦界面的楔，在所述摩擦界面上，竖直面上的动摩擦系数可以在0.30到0.40的范围内，且可以为大约0.38，并且斜面上的动摩擦系数可以在0.12到0.20的范围内，且可以为大约0.15。其楔角可以在45到60度的范围内，并且可以为大约50到55度。如果选定50(+/-)度的楔，向上和向下摩擦力可以大约相等(即，平均值的10％以内)，并且可以具有在大约4600到大约4800lbs范围内的总和，其总和可以为大约4700磅(+/-50)。如果选定55度(+/-)楔，向上和向下摩擦力可以还基本上相等(即平均值的10％以内)，并且具有在3700到4100磅范围内的总和，其和可以为大约3850至3900磅。
可选择地，在采用2:3:2弹簧布置的其它的实施例中，可以使用非金属楔。所述楔可以具有在0.25到0.35范围内的竖直面相对侧架柱的动摩擦系数，并且其可以为大约0.30。所述斜面的动摩擦系数可以在0.08到0.15的范围内，并且可以为大约0.10。可以使用在大约35和大约50度之间的楔角。所述楔角可以位于大约40到大约45度之间。在所述楔角为大约40度的一项实施例中，向上和向下动摩擦力可以具有在所述向上和向下摩擦力的平均值的20％以内的大小，并且其总和可以位于大约5400到大约5800磅的范围内，并且其可以为大约5600磅(+/-100)。在所述楔角为大约45度的另一项实施例中，向上和向下动摩擦力的各自大小可以在它们的平均值的20％以内，且其总和可以位于大约440到4800磅的范围内，并且可以为大约4600磅(+/-100)。
组合和排列
本说明记述了减振器和轴承座布置的许多实例。所有的特征并不需要同时并存，并且可以有多种可选择的组合。因此，在不脱离本发明的实质和范围的情况下可以组合和选配几个不同附图的实施例的特征。出于避免多余说明的目的，可以理解的是，各种减振器外形可以与2×4、3×3、3:2:3、2:3:2、3×5弹簧组或其他布置的弹簧组一起使用。类似地，轴承座至导框座接口布置的几个变型已得以描述和说明。存在减振器布置和轴承座布置的许多可能的组合和排列。就此而论，可以理解的是，在不需要进一步增加附图和说明的情况下可以对各种特征进行组合。
在此说明的各种实施例可采用与减振器结合使用的自转向装置，所述减振器可趋向显现很少或不显现粘滑特征。各种实施例可以采用用于提供自转向的“Penny”垫或其他合成橡胶垫装置。可选择地，各种实施例可以使用双向摆动装置，其可以包括具有形成在复合曲面上的支撑表面的摆件，所述复合曲面的几个实例在此已做说明和描述。此外，在此说明的各种实施例可采用与自转向装置、且特别地与例如复合曲面摆件的双向摆动自转向装置结合使用的四角减振器楔装置，所述四角减振器楔装置可包括具有非粘滑性质的支撑表面。
在此所述转向架的各种实施例中，示出了所述扁块安装在所述侧架柱的磨损板的承梁内侧和外侧。在此所示的实施例中，所希望的是，所述扁块和所述侧板之间的间隙足以使转向架承梁相对于车轮向中心的任一侧的横向行程具有至少3/4″的运动余量，有利地，允许向中心的任一侧的行程大于1英寸，并且可以允许向中心的任一侧的行程在大约1或1－1/8″到大约1－5/8或1－9/16″英寸的范围内。
本发明人目前提倡的是具有双向空间曲率摆件表面与四角减振器装置的组合的实施例，在所述四角减振器装置中，减振器具有可趋向显现很小或不显现粘滑特征的摩擦衬面，并且可以具有有相对低的摩擦支撑面的斜面。然而，在此所示实例的特征具有许多可能的组合和排列。一般地认为，自动排放几何形状可以优选于形成有空洞并且需要排放孔的几何形状。
在此所示和说明的各转向架中，总体的行驶质量可以依赖于弹簧组布置和物理性能的相互关系，或减振器布置和性能的相互关系，或以上两者，并结合轴承座至导框座接口组件的动态特征。有利的是，可以使像摆一样作用的侧架的横向刚度小于弹簧组的横向剪切刚度。在具有110吨转向架的火车车厢中，一项实施例可以与在此所示和所说明的双向轴承座至导框座接口组件的实施例结合，使用竖直弹簧组刚度在16,000磅/英寸到36,000磅/英寸范围内的转向架。在另一项实施中，每个弹簧组的竖直刚度可以小于12,000磅/英寸，水平剪切刚度小于6000磅/英寸。
如上所示的双重减振器装置还可以改变为包括示出在“1997车厢和机车百科全书”中715页的任何四种类型的减振器装置，该信息以参考的方式在此引入到本文中，并对双重减振器进行了结构的改变，各减振器支撑在单个弹簧上。也就是说，虽然对斜表面的承梁套口和安装在主弹簧上的斜楔进行了说明和描述，摩擦块件自身可以水平地、弹簧偏置地安装在承梁内的套口中，并且其安装在独立弹簧上，而不是主弹簧上。可选择地，可以将摩擦楔沿向上的方位或向下的方位安装在侧架中。
在此所述和所说明的转向架的实施例可以变化以适合于不同类型的使用。转向架性能可以基于预定装载量、轮距、弹簧刚度、弹簧布置、摆件几何形状、减振器布置和减振器几何形状而显著地变化。
本发明的各种实施例已经得以详细地说明。由于在不脱离本发明的性质、本质或范围的情况下可以对上述最佳方案进行改变和补充，所以本发明不限于所述详细说明，而仅受限于所附的权利要求。

Claims (27)

1.一种三件式铁路货运车厢转向架，具有：
被动自转向装置，所述自转向装置具有线性作用力-偏转特征，并且所述作用力-偏转特征作为所述转向架的竖直负荷的函数而变化；
轮副至侧架接口组件，其具有轴承座和导框座；
所述轴承座安置于所述轮副的轴上的轴承的壳体，所述轴具有中心线；
所述导框座为铁路货运车厢转向架的侧架的导框座；
所述轴承座具有第一表面，所述第一表面为第一滚动接触表面；
所述导框座具有第二表面，所述第二表面为第二滚动接触表面；
所述第一和第二滚动接触表面以滚动接触而配合；以及
所述第一滚动接触表面用于既横向又纵向地相对于所述第二滚动接触表面滚动接触地摆动。
2.如权利要求1所述的三件式铁路货运车厢转向架，其中，所述作用力-偏转特征随着所述转向架的竖直负荷而线性地变化。
3.如权利要求2所述的三件式铁路货运车厢转向架，其中，
所述第一滚动接触表面具有相对于所述轴的中心线的顶点，所述轴的中心线与所述顶点之间存在距离；以及
所述组件具有根据下述公式的处于纵向力与纵向偏转力之间的纵向比例常数：
F/δ长＝k长＝(W/L)[[(1/L)/(1/r1-1/R1)]-1]
其中：
W是重量
k长为摆件的纵向作用力和纵向偏移量之间的纵向比例常数；
F为施加在车轴中心线上的单位纵向作用力；
δ长为车轴中心线的单位纵向偏移量；
L为从车轮中心线到顶点的距离；
R1为所述第二滚动接触表面的纵向曲率半径；
r1为所述第一滚动接触表面的纵向曲率半径；
R1大于r1；1/L大于[(1/r1-1/R1)]，以及
L小于r1或R1。
4.如权利要求3所述的三件式铁路货运车厢转向架，其中，
所述第一和第二滚动接触表面其中的一个限定横向摆动表面，其中的另一个限定横向摆动座；
所述导框座具有第二表面，所述第二表面为第二滚动接触表面；以及
所述组件具有根据下述公式的处于横向力与横向偏移量之间的横向比例常数：
k摆＝(F2/δ2)＝(W/L摆)[[(1/L摆)/((1/R摆件)-(1/R座))]+1]
其中，
k摆＝所述摆的横向刚度
F2＝施加在底弹簧座的每单位横向偏移量的作用力
δ2＝单位横向偏移量
W＝所述摆承载的重量
L摆＝未偏离时从轴承座接触表面到弹簧座的摆底的摆长
R摆件＝摆件表面的横向曲率半径
R座＝摆件座的横向曲率半径。
5.如权利要求1所述的三件式铁路货运车厢转向架，其中，所述第一和第二滚动接触表面从包括下述的滚动接触摆动表面组中选取，其中：
(a)所述第一表面的至少一部分是球形；
(b)所述第二表面的至少一部分是球形；
(c)所述第二表面的至少一部分是平的；
(d)所述第一和第二表面采用具有复合曲率的表面；以及
(e)所述第一和第二表面采用可摆动地配合的鞍状表面；
(f)所述第一表面具有纵向曲率半径和横向曲率半径，所述半径彼此不同；以及
(g)所述第二表面具有纵向曲率半径和横向曲率半径，所述半径彼此不同。
6.如权利要求3-5任一项所述的三件式铁路货运车厢转向架，其中，辅助对中部件安装在所述导框座中，所述辅助对中部件用于促使所述滚动接触表面相对于彼此到对中状态。
7.如权利要求3-5任一项所述的三件式铁路货运车厢转向架，其中，所述转向架具有弹性部件，所述弹性部件具有用于相邻于所述轴承座的第一端的端壁安置的第一部分，以及至少局部地遮盖所述轴承座的第二部分；所述弹性部件的第二部分具有形成在其中的凹槽从而适应所述轴承座与所述导框座的摆动接合。
8.如权利要求3-5任一项所述的三件式铁路货运车厢转向架，其中，所述轴承座具有用于安置在轴承的圆柱形壳体上的下侧；所述轴承座具有第一端和第二端，所述第一端和第二端的每个具有由一对拐角接界支撑的端壁，所述端壁和拐角接界相互配合从而限定一通道，允许所述轴承座插入一对侧架导框止推耳之间。
9.如权利要求3-5任一项所述的三件式铁路货运车厢转向架，其中，所述轴承座具有安置在轴承上的主体，具有安装至所述主体的第二部件，所述第二部件包括第一滚动接触表面，所述第二部件的材料不同于所述轴承座的主体的材料。
10.如权利要求3-5任一项所述的三件式铁路货运车厢转向架，其中，所述组件包括轴承座，所述轴承座具有形成为安置在具有第一和第二轴向间隔开的轴承座圈的滚柱轴承类型的滚柱轴承的壳体上的主体，其中所述轴承座具有下侧，所述下侧在安装时面对轴承的壳体，所述轴承座的下侧在相对于轴承座圈的位置的顶部中心凹陷。
11.如权利要求1-5任一项所述的三件式铁路货运车厢转向架，包括：
在一对第一和第二侧架之间延伸的横向延伸转向架承梁；
所述承梁具有第一和第二端；
所述转向架承梁的第一和第二端分别弹性地安装至所述第一和第二侧架；以及
所述侧架限定所述侧架导框。
12.如权利要求11所述的三件式铁路货运车厢转向架，其中，所述转向架在第一与第二侧架之间不具有未受弹性支撑的横向横构件。
13.如权利要求11所述的三件式铁路货运车厢转向架，其中，所述转向架具有摩擦减振器，安装成工作于所述承梁与每个所述侧架之间；在操作中，所述摩擦减震器不会出现粘滑。
14.如权利要求11所述的三件式铁路货运车厢转向架，其中，所述转向架具有第一和第二组减振器，安装成分别工作于所述承梁与所述第一和第二侧架之间；所述第一组包括第一减震器和第二减震器，所述第二减震器安装成比所述第一减震器更横向向外。
15.如权利要求11所述的三件式铁路货运车厢转向架，其中：
所述转向架具有第一和第二组减振器，安装成分别工作于所述承梁与所述第一和第二侧架之间；以及
所述第一组包括安装在减震器的四角的结构中的减震器。
16.如权利要求15所述的三件式铁路货运车厢转向架，其中，所述减震器包括具有静态摩擦系数和动态摩擦系数的减震器，所述系数是相同的。
17.如权利要求15所述的三件式铁路货运车厢转向架，其中，每个所述减震器具有摩擦面，所述第一和第二减震器的摩擦面具有静态摩擦系数和动态摩擦系数，以及下述任何之一：
(a)所述静态摩擦系数和动态摩擦系数处于彼此的20％以内；
(b)至少一个减震器具有静态摩擦系数和动态摩擦系数，这些系数都处于0.1至0.4的范围内；
(c)所述静态摩擦系数和动态摩擦系数基本上相同；
(d)所述第一和第二摩擦减震器的摩擦面与所述相应的磨损板产生的相互作用为基本上无粘滑的摩擦的；
(e)所述减震器的滑动摩擦面其中的一个是非金属的。
18.如权利要求11所述的三件式铁路货运车厢转向架，其中：
所述承梁的第一端安装至第一主弹簧组上的第一侧架；
所述承梁的第二端安装至第二主弹簧组上的第二侧架；
第一组四个减震器安装成工作于所述承梁的第一端与第一侧架之间，所述减震器为第一、第二、第三和第四减震器；
第二组四个减震器安装成工作于所述承梁的第二端与第二侧架之间；
所述第一主弹簧组包括第一、第二、第三和第四角部弹簧；以及
所述第一、第二、第三和第四减震器分别安装在所述第一主弹簧组的第一、第二、第三和第四角部弹簧上。
19.如权利要求18所述的三件式铁路货运车厢转向架，其中，所述第一主弹簧组具有整体竖直弹簧率k弹簧组，安装在所述第一、第二、第三和第四减震器下方的弹簧具有总竖直弹簧率k减震器弹簧组，k减震器弹簧组大于k弹簧组的20％，其中，所述第一、第二、第三和第四减震器包括减震器楔，所述减震器楔具有大于35度的主减震器角度。
20.如权利要求1-5任一项所述的三件式铁路货运车厢转向架，其中，所述转向架具有额定载荷；所述转向架具有横向地安装在第一与第二侧架之间的承梁；所述侧架具有对于横向扰动的阻力，具有第一特性k侧架，与侧架的横向摇摆相关联，以及第二特性k弹性剪切，与主弹簧组的横向剪切相关联，所述额定载荷k侧架软于k弹性剪切。
21.如权利要求20所述的三件式铁路货运车厢转向架，其中，所述承梁具有相对于所述侧架的横向平移范围以及限制所述范围的扁块，所述范围为到中间位置的任一侧为至少四分之三英寸。
22.如权利要求11所述的三件式铁路货运车厢转向架，其中：
所述第一和第二侧架具有由相应第一和第二侧架柱沿纵向界定的相应侧架窗状开口；
所述侧架柱具有相应的侧架柱磨损板，所述摩擦减震器抵靠所述磨损板工作；
所述第一侧架的第一侧架柱具有第一侧架柱磨损板区域和第二侧架柱磨损板区域，所述第一摩擦减震器抵靠所述磨损板区域工作，所述第二摩擦减震器抵靠所述磨损板区域工作；
所述第一和第二磨损板区域具有相应的第一和第二法向量，所述第一和第二法向量彼此平行并且平行于相应的侧架的纵向轴线。
23.如权利要求11所述的三件式铁路货运车厢转向架，其中，所述转向架具有安装成工作于所述承梁与所述侧架之间的减震器；当所述承梁沿相对于所述侧架的向下方向移动时，所述减震器施加第一摩擦力FD，当所述承梁沿相对于所述侧架的向上方向移动时，所述减震器施加第二摩擦力FU，按照幅值计算，FD:FU处于2:3至3:2的范围内。
24.如权利要求11所述的三件式铁路货运车厢转向架，其中，所述承梁的第一和第二端的每个安装在弹簧组上，所述弹簧组的每个包括第一角部弹簧，第二角部弹簧、第三角部弹簧和第四角部弹簧，所述第一角部弹簧横向偏移朝向所述第二角部弹簧内部，所述第三角部弹簧横向偏移朝向所述第四角部弹簧内部，所述第一和第二角部弹簧分别纵向地偏移离开所述第三和第四角部弹簧，所述第一摩擦减震器和第二摩擦减震器安装在第一弹簧组上方。
25.如权利要求24所述的三件式铁路货运车厢转向架，其中，所述角部弹簧的每个具有嵌入其中的另一弹簧。
26.如权利要求24所述的三件式铁路货运车厢转向架，其中，每个所述弹簧组具有总竖直弹性率kv，所述相应第一组摩擦减震器的所述减震器由具有总弹性率kd的弹簧驱动，其中比例kd/kv大于20％。
27.如权利要求11所述的三件式铁路货运车厢转向架，其中：
所述承梁具有形成在其中的容纳部分，所述摩擦减震器的每个位于所述容纳部分的相应一个中；
所述侧架的每个包括上部件、下部件和一对侧架柱，侧架窗口限定在其间；
所述侧架柱具有安装至其的磨损板；以及
所述磨损板安装成垂直于所述承梁并且跨越所述第一和第二减震器。
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