CN103038119B - 铁路车辆用自导向装置 - Google Patents

Abstract

本发明的铁路车辆用自导向装置包含：车轴，该车轴设置在支持铁路车辆车体的转向架上；车轮，该车辆包含踏面和轮缘，该踏面行驶在轨道的上面且支持所述铁路车辆的垂向荷重，所述轮缘为了防止所述铁路车辆脱轨从所述踏面突出，且所述铁路车辆在直线行驶时轮缘与所述轨道侧面接触形成干涉部，且所述车轮连接在所述车轴上；导引滚子，当所述铁路车辆进入曲线轨道时，所述导引滚子在所述车轮的前方或是后方与所述轨道的上面边缘或所述轨道的侧面滚动接触，比所述干涉部支持更多横向荷重。导引滚子直接设置在所述铁路车辆上，或可以设置在车体、转向架、车轴中的至少一个上。

Description

铁路车辆用自导向装置

技术领域

本发明涉及铁路车辆用自导向装置，即本发明涉及沿曲线行驶时可以减少车轮磨耗及由摩擦引起的刺耳噪音、沿曲线行驶时可以提高行驶速度及行驶稳定性的铁路车辆用自导向装置。

背景技术

图1是现有一般铁路车辆的侧面图。如图所示，制造铁路车辆（1）是要运行在轨道（3）上，其基本结构是由车轮（2）、转向架（4）、车体（5）以及附属装置所构成。

乘客乘坐车体，车体是形成车辆形状的部分，依据用途有多种形态，例如有火车头、客厢、货车等多数种类。

车轮（2）是由特殊钢制成，在车轴（6）的左右两端分别固定一个。通常两对以上的车轮（2）结合形成一个转向架（4），而火车头的情况，一个转向架（4）会设置三对以上的车轮（2）。另外，通常一辆铁路车辆设置二个转向架（4）。

各转向架（4）在其中央部与车体（5）以柱结合而对车体（5）可以旋转一定程度。这是沿曲线行驶时结合于同一车体（5）的各各转向架（4）要具有附合轨道曲率的旋转性。

车轮（2）直接影响安全运行及行驶速度。车轮（2）的结构是由在轨道（3）上面滚动接触的踏面（Wheel tread）（22）和沿曲线行驶时用于防止脱轨从踏面（22）突出相当于凸掣的轮缘（Wheel Flange）（21）形成。

支持车体（5）的转向架（4）是设置车轴（6）及车轮（2）的部分，必需具备承受高速运行和荷重的支持力，并架设包含缓冲装置的悬挂及制动装置。一般铁路车辆（1）的转向架设计上，难题中的一个是必需满足直线轨道行驶时高速行驶稳定性和沿曲线行驶时防止脱轨等两个相互矛盾的条件。

图2是产生刺耳噪音的说明图。图3是显示现有轮缘（21）和轨道（3）接触面的侧面图。参照这些图面，铁路车辆（1）沿曲线行驶时，由于发生的离心力增加车辆脱轨的危险性，增加车轮（2）或轨道（3）的磨耗，因此增加轨道（3）的维修费，产生刺耳噪音（Squealing noise）而大幅降低乘坐感。

铁路车辆（1）沿曲线行驶时，由于离心力产生横向荷重。所述横向荷重在轨道侧面和轮缘的接触面大幅增加摩擦力（Fx,Fz），此种摩擦力以‘咝咝’的高频噪音传到乘客。由于离心力比直线行驶时更增加的摩擦力（Fx,Fz）在曲线部产生严重磨耗和刺耳噪音。

这种摩擦力毕竟与离心力成比率增加，高铁在曲线轨道行驶时或低速地铁在高曲率曲线部段行驶时更加明显。

发明内容

发明需要解决的技术课题

经检讨图1至图3所示的现有车论结构的结果，曲线行驶时若是能减少作用在轮缘（21）和轨道（3）之间的横向荷重的话，就可以减少车轮（2）的磨耗及刺耳噪音，在此导出本发明的基本思想。

通常直线行驶时轮缘（21）与轨道（3）的侧面（3d）干涉才能防止铁路车辆（1）的脱轨。但是沿曲线行驶时在轮缘（21）与轨道（3）接触干涉的部分由于横向荷重（Fc）的作用，增加摩擦力而产生很自然地增加车轮（2）的磨耗及噪音的问题。

直线行驶时没有离心力的作用，在轮缘（21）和轨道（3）的接触面产生的磨耗或噪音不成问题。但是，沿曲线行驶时由于离心力的作用，轮缘（21）接触轨道（3）产生磨耗或噪音便成问题。

由于离心力产生的横向荷重（Fc）根本就不能消除，因此导出使横向荷重不会作用在轮缘（21）和轨道（3）的接触面上的结构是本发明的核心思想。为此，本发明提示设置导引滚子（122）与轮缘（21）分别地支持横向荷重（Fc）的结构。

图4至图6是与本发明对应的假想实施例，说明在设置导引滚子（122）时多种考量的模似图。

首先，参照图4，其显示相当于铁路车辆（1）进行方向的转向架（4）的长度方向上，在转向架（4）的前方及后方配置车轮（2），一对车轮（2）之间配置导引滚子（122）的假想实施例。但是，此种结构的导引滚子（122）在曲线行驶时根本上不能解决轮缘（21）接触轨道（3）侧面（3d）形成刺耳噪音产生部（N）的问题。

接着参照图5，其显示只在转向架（4）前方配置导引滚子（122）的假想实施例。但是此种情况也不能解决转向架（4）后方车轮（2）的轮缘（21）接触轨道（3）侧面（3d）形成刺耳噪音产生部（N）的问题。

另外，参照图6，其显示在转向架（4）前方配置导引滚子（122），一对车轮（2）之间又配置另一导引滚子（122）的假想实施例。但是此种情况也不能解决转向架（4）后方车轮（2）的轮缘（21）接触轨道（3）侧面（3d）的问题。

要解决所述问题，本发明提供不但确保铁路车辆的自导向性，还可以高速行驶有很多曲线部的线路，如城市地铁一样在曲线部的曲率很大的情况下，根本地可以防止车轮或轨道的磨耗和刺耳噪音的新结构铁路车辆用自导向装置。

解决课题的技术方案

在一实施例上，本发明的铁路车辆用自导向装置包含：支持铁路车辆车体的转向架，设置在所述转向架的车轴；包含行驶在轨道的上面且支持所述铁路车辆的垂向荷重的踏面，和为了防止所述铁路车辆脱轨从所述踏面突出，且在直线行驶时与所述轨道侧面接触形成干涉部的轮缘，且连接在所述车轴的车轮；所述铁路车辆进入曲线轨道时，在所述车轮的前方或是后方与所述轨道的上面边缘或所述轨道的侧面滚动接触，比所述干涉部支持更多横向荷重的导引滚子。

在一实施例上，本发明的铁路车辆用自导向装置包含：支持铁路车辆车体的转向架，设置在所述转向架的车轴；以所述车轴为中心旋转，沿轨道行驶，与所述轨道侧面面对而防止脱轨的轮缘突出的车轮；沿所述铁路车辆的长度方向上，分别配置在所述转向架前方及后方，在其之间置放所述车轮的导引滚子。

在此，所述轨道的曲率半径减小时，所述导引滚子支持所述铁路车辆的横向荷重，所述轮缘会从所述轨道隔离。

有益效果

根据本发明，沿曲线行驶时导引滚子接触轨道的上面或轨道的侧面来支持横向荷重，相较于现有轮缘单独支持横向荷重的情况，确保自导向性，防止脱轨危险。

另外，即使在有许多曲线部的铁路也可以高速行驶，如城市地铁一样在曲线部的曲率很大的情况下，根本地可以防止车轮或轨道的磨耗和刺耳噪音。因此，可以提高乘坐感和安全性。

另外，因为与离心力的方向相同的方向形成轨道和导引滚子的接触点或接触线，即使导引滚子的外径不大，亦可足够支持横向荷重，由此可以容易通过在轨道的接轨部形成的接轨空隙。

另外，控制部通过控制导引滚子的升降，控制部可以自动控制导引滚子的接触和非接触。因此，即使导引滚子的大小变大，还可以通过接轨空隙并不受限制，又只在曲线行驶时使导引滚子接触轨道，所以可以防止导引滚子的磨耗，又可以提高可靠性。

附图说明

图1是现有一般铁路车辆的侧面图。

图2是产生刺耳噪音的说明图。

图3是现有轮缘和轨道接触面的侧面图。

图4至图6是与本发明对应的假想实施例，说明在设置导引滚子时多种考量的模似图。

图7是说明本发明导引滚子设置结构的模似图。

图8是本发明铁路车辆用自导向装置实施例的斜视图。

图9至图11是说明图8实施例的自导向性的说明图。

图12及图13是本发明多种实施例的斜视图。

图14是本发明的一实施例，显示导引滚子与车轴连结的实施例的斜视图。

图15是本发明的一实施例，显示在铁路车辆上直接架设导引滚子的实施例的侧面图。

具体实施方式

以下，结合附图对根据本发明的实施例进行详细的说明。在此过程中显示在图中的构成因素的大小或形状等基于说明的明确性及便利性可能被夸大显示。另外，考量本发明的构成及作用特别定义的术语，可能根据使用者，管理人的意图或惯例有所不同。对此种术语应该根据本说明书的内容来定义。

图7是说明本发明导引滚子（122）设置结构的模似图。如图所示，本发明的基本结构是在转向架（4）的长度方向上所有车轮（2）配置在一对导引滚子（122）之间，所以沿曲线行驶时不是依靠轮缘（21）而是依靠导引滚子（122）支持。

在沿曲线行驶中，一对导引滚子（122）与轨道（3）接触时配置在导引滚子（122）之间的车轮（2a,2b）自然从轨道（3）隔离，由此根据几何结构上的配置自然形成刺耳噪音防止部（NPA）。

图8是本发明铁路车辆用自导向装置实施例的具体斜视图。图7及图8所示，本发明的铁路车辆用自导向装置包含车轴（6）、车轮（2）、导引滚子（122）。

车轴（6）设置在支持铁路车辆（1）车体（5）的转向架（4）上，成为车轮（2）的旋转中心。除了特殊的情况之外，沿铁路车辆（1）进行的方向上，一个转向架（4）上并列配置两个车轴（6）。对火车头的情况，一个转向架（4）上设置3个车轴（6）。

车轮（2）包含踏面（22）和轮缘（21）。踏面（22）行驶轨道（3）的上面，不论直线行驶或曲线行驶，支持铁路车辆（3）的垂向荷重。是铁路车辆（1）在直线行驶时，轮缘（21）接触轨道（3）的侧面（3d）形成干涉部（30），具有防止铁路车辆（1）脱轨的功能。

当铁路车辆（1）进入曲线轨道（3）时，导引滚子（122）比轮缘（21）的干涉部（30）支持更多横向荷重。尤其，当铁路车辆（1）进入曲线轨道（3）时，导引滚子（122）在车轮（2）的前方或是后方与外轨道（3a）的上面边缘（3c）或外轨道（3a）的侧面（3d）滚动接触。

轨道（3）的曲率半径减小时，导引滚子（122）支持铁路车辆（1）的横向荷重，轮缘（21）从外轨道隔离。铁路车辆（1）在沿曲线轨道（3）行驶时，导引滚子（122）会使轮缘（21）从轨道（3）的侧面（3d）隔离。

在本发明轮缘（21）的隔离状态全然不是靠液压千斤顶、电磁力等外力形成，而是只靠车轮（2）和导引滚子（2）的几何结构上的配置形成。因此，本发明是以简单的结构可以实现具有可靠性的自导向装置。

此种几何结构上的配置是如图7所示的模似图一样，在配置在转向架（4）最前方的车轮（2）的前方及配置在转向架（4）最后方的车轮（2）的后方分别配置导引滚子（122）。

即，如图8所示，从转向架（4）的前方依序排列第1车轮（2a）及第2车轮（2b）时，导引滚子（122）分别配置在第1车轮（2a）的前方及第2车轮（2b）的后方。

不受限制于如图所示，一个转向架（4）上排列3个车轴，从前方起依序排列第1车轮、第2车轮及第3车轮时，导引滚子分别配置在第1车轮的前方及第3车轮的后方。

另外，导引滚子（122）以滚动接触在轨道（3）的上面边缘（3c）做点接触或在轨道（3）的侧面（3d）做线接触。即，导引滚子（122）相较于轮缘（21）在轨道（3）的上面边缘（3c）或在轨道（3）的侧面（3d）不做面接触及滑动接触。就算导引滚子（122）和轨道（3）之间真的存在干涉部（图2及图3的30）或摩擦面，相较于轮缘（21）其摩擦面非常小。

因此，即使发生如前一样基于离心力的横向荷重，因为导引滚子（122）的摩擦面非常微小，基于横向荷重的摩擦力根本没有起大作用的余地，所以抑制摩擦力而发生导引滚子（122）的磨耗及基于导引滚子（122）的刺耳噪音的可能性相较于轮缘明显的小。

在现有轮缘（21）和轨道（3）的干涉部（图2及图3的30）上由于横向荷重（Fc）增加摩擦力，因此发生轮缘（21）的磨耗及刺耳噪音。

然而，本发明是首先通过沿铁路车辆（1）的长度方向上在车轮（2）的前后方设置导引滚子（122）的几何结构，和其次通过沿曲线行驶时导引滚子（122）以点接触或线接触的状态滚动接触的结构，根本上防止现有的问题。以最基本的实施例，导引滚子的旋转轴在轨道的侧面或轨道的上面边缘垂直设置时（图8，图9，图10，图12，图14，图15），因为导引滚子在轨道的侧面或是上面边缘做点接触或线接触，根本上消除摩擦面而可以达到消除刺耳噪音的目的。但是，若导引滚子（122）对轨道的侧面以倾斜的状态设置时，如图13所示，导引滚子（122）在轨道的上面边缘是点接触的状态，才可以达到如消除摩擦面及消除刺耳噪音等的根本目的。不依靠此种结构，导引滚子的旋转轴在轨道的侧面，上面边缘，上面中的任一个做面接触时，根本上不能消除摩擦面，便成为与本发明的实施例不同的恶化技术。即，本发明是导引滚子在轨道上只做点接触或线接触，不发生面接触部分的结构，所以导引滚子和轨道之间的摩擦面根本上不会发生。

在图8显示的一实施例中，导引滚子（122）的旋转轴（130）从铁路车辆（1）的正面看时，与车轴（6）垂直或轨道（3）侧面（3d）平行。在任一轨道（3）和另一轨道（3f）交叉的部分存在让轮缘（21）通过的接轨空隙（ΔA）时，导引滚子（122）的外径小于接轨空隙（ΔA）的大小。

导引滚子（122）及其旋转轴（130）设置在转向架（4），设置在车轮（2），或可以直接设置在铁路车辆（1）或车体（5）。

具体地，参照图8，线路分成两个方向或合成的岔路上设置道岔。此种道岔包含转换铁路车辆（1）行驶方向的转辙器单元，两个线路在同一平面上交叉的辙叉及护轨单元，处于转辙器单元和辙叉及护轨单元之间的连接部分单元。

在转辙器单元上两个轨道（3a，3f）交叉的位置形成一定的角。在辙叉及护轨单元上两个轨道（3a，3f）之间存在让轮绿（2）通过的断开部分（此称接轨空隙（ΔA））。接轨空隙（ΔA）的尺寸小于10cm。参照图8，导引滚子（122）要通过接轨空隙（ΔA），所以限制导引滚子（122）的外径小于10cm。

另一方面，沿曲线行驶时由于导引滚子（122）的作用虽然轮缘（21）从轨道（3）侧面（3d）隔离，但车轮（2）的踏面不会从轨道（3）的上面隔离。因此，导引滚子（122）只是支持铁路车辆（1）的横向荷重，不必支持铁路车辆（1）的垂向荷重。相对于横向荷重支持很大垂直荷重的车轮（2）踏面（22）相比，本发明的导引滚子（122）只支持横向荷重，所以相较于车轮（2）可以设置成非常小的尺寸，另外在材质的选择或退火处理条件相较于车轮（2）更不受限制。

因此，设计导引滚子（122）的外径小于接轨空隙（ΔA）时（例如设计导引滚子（122）的外径小于10cm时），导引滚子（122）亦可充分支持横向荷重。

在此种实施例，导引滚子（122）可以成为滚针轴承（needle bearing）。滚针轴承包含插入旋转轴（130）端部的内轮及在所述轨道（3）侧面（3d）滚动接触的外轮，内轮的内径（d）及外轮的外径（D1）的大小差（2Δd）具有比一般轴承小很多的优点。既，尽管滚针轴承的厚度（2Δd）非常薄还可以充分地承受荷重，且内径可以变大外径（D1）可以变小的旋转支持体。若导引滚子（122）的内径（d）做大的话，旋转轴（130）的外径（d）可以做大，从而提高对横向荷重的可靠性。导引滚子（122）的长度（L）做长，亦然不会干涉接轨空隙（ΔA）而可以提高对横向荷重的可靠性。

导引滚子（122）的形状可以是圆柱形状、圆锥形状、截圆锥形状、一部分是圆锥形状其余部分是圆柱形状中的至少一个。圆柱形状的导引滚子（122）显示在图8。

导引滚子（122）的旋转轴（130）从铁路车辆（1）的正面看时，与车轴（6）垂直或与轨道（3）的侧面（3d）平行。导引滚子（122）的最大外径（D1）比接轨空隙（ΔA）的尺寸小，因此遇到接轨空隙（ΔA）时，即使导引滚子（122）的旋转轴（130）不做升降，亦然可以不受干扰地通过接轨空隙（ΔA）。

另一方面，本发明是原则上不依靠在铁路车辆（1）的横向上的轮缘（21）和导引滚子（122）的配置关系。既，从铁路车辆（1）的前方或者后方看时，即使导引滚子（122）及轮缘（21）排列在一直线性上，直线行驶时轮缘（21）及导引滚子（122）都接触轨道（3）侧面（3d），沿曲线行驶时轮缘（21）隔离轨道（3）侧面（3d），只有导引滚子（122）接触轨道（3）侧面（3d）。

但是，如此从铁路车辆（1）的前方或者后方看时，轮缘（21）及导引滚子（122）在一直线性上排列的实施例上，直线行驶时导引滚子（122）与轨道（3）的侧面（3d）滚动接触，导引滚子（122）会产生不必要磨耗，所以对此准备了附加对策。

既，在本发明的另一实施例，附加开发了直线行驶时导引滚子（122）与轨道（3）的侧面（3d）隔离，只在曲线行驶时导引滚子（122）与轨道（3）的侧面（3d）接触的实施例。这种实施例显示在图9至图11中，比图7中显示的实施例导引滚子（122）的外径（D1）减小，有助于防止磨耗及增加使用寿命。

如此图9至图11显示的实施例是把导引滚子（122）配置的比轮缘（21）更靠近内侧。既，导引滚子（122）的如车轴方向相隔距离的导引滚子间距（GRG）比轮缘（21）的如车轴方向相隔距离的轮缘间距（WG）小。这是本发明的重要特征之一。至少本发明的导引滚子间距比轮缘间距小或者相同，在直线行驶时最大程度的抑制导引滚子与轨道侧面的接触，由此可以保障具有小直径的导引滚子的长久寿命可信度。

图9是说明直线行驶时轮缘（21）、导引滚子（122）、轨道（3）的位置关系。参考此图，根据导引滚子间距（GRG）及轮缘间距（WG）的相差（2ΔK），铁路车辆（1）在直线行驶时导引滚子（122）从轨道（3）的侧面（3d）隔离，轮缘（21）与轨道（3）接触。因此，直线行驶时导引滚子（122）不仅不受垂向荷重还全然不受横向荷重，所以即使在直线轨道（3）上高速行驶，不会发生导引滚子（122）的磨耗或接触噪音。

图10是说明沿曲线行驶时轮缘（21）、导引滚子（122）、轨道（3）的位置关系。在图9至图11显示的实施例是，轨道（3）的曲率不到一定值的沿轻柔曲线行驶或者在直线轨道（3）行驶时，导引滚子（122）不接触轨道（3）。轨道（3）的曲率在一定值以上十分弯曲而横向荷重在一定值以上时，导引滚子（122）才接触轨道（3）而支持基于离心率的横向荷重。

既，轨道（3）的弯曲程度（曲率）小的话，导引滚子（122）与轨道（3）不接触，但是轨道（3）的曲率大时，根据几何结构上的配置轮缘（21）从轨道（3）侧面（3d）隔离，导引滚子（122）与轨道（3）侧面（3d）接触。导引滚子（122）接触时轮缘（21）会隔离而轮缘（21）不受横向荷重，从而不会产生轮缘（21）的刺耳噪音，导引滚子（122）滚动接触而支持横向荷重。

参考图11，其揭示根据曲率半径如何设定相当于轮缘间距（WG）与导引滚子间距（GRG）的相差值一半的ΔK。

沿着铁路车辆（1）的长度方向车轴（6）之间的相隔距离定义为车轴距离（WD），沿着铁路车辆（1）的长度方向导引滚子（122）之间的相隔距离定义为导引滚子轴间距离（GRD），沿着车轴（6）的方向轮缘（21）和导引滚子（122）之间的距离定义为ΔK。

另外，轨道（3）的曲线半径在临界值R以下时，定义成轮缘（21）从轨道（3）的侧面（3d）才开始隔离。既，轨道（3）的曲线半径不到临界值R或者直线轨道（3）时，轮缘（21）与轨道（3）的侧面（3d）接触，导引滚子（122）与轨道（3）不接触。

此时，如下的数学式成立。

数学式1

$R\×\sin a=\frac{\mathrm{WD}}{2}$

数学式2

$R\×\sin b=\mathrm{\ΔL}+\frac{\mathrm{WD}}{2}$

数学式3

ΔKmax＝R×cosa-R×cosb

数学式1至数学式3整理后，下面的数学式成立。

数学式4

$\mathrm{\Δ}K\max =\sqrt{(R^2-\frac{{\mathrm{WD}}^2}{4})}-\sqrt{(R^2-\frac{{\mathrm{CRD}}^2}{4})}$

ΔK是0以上及所述ΔK max以下的值中选择。因此，轨道（3）的曲线半径在临界值R以下时，轮缘（21）从轨道（3）的侧面（3d）开始隔离。轨道（3）的曲线半径不到临界值R或者直线轨道（3）时，轮缘（21）与轨道（3）的侧面（3d）接触，导引滚子（122）与轨道（3）不接触。

其结果，即使在直线轨道（3）或曲率小的轨道（3）高速行驶，也不会产生导引滚子（122）的磨耗或接触噪音，提高了导引滚子（122）的使用寿命和可靠性。如曲线半径倒数的曲率在一定值以上时，导引滚子（122）才支持横向荷重，轮缘（21）从轨道（3）侧面（3d）隔离。

另一方面，在图12的实施例中设置支架（140）。支架（140）是其一端设置导引滚子（122）的旋转轴（130），其另一端与转向架（4）连接的构造物。在图12，从铁路车辆（1）正面看时，导引滚子（122）的旋转轴（130）与车轴（6）成垂直或者与轨道（3）的侧面（3d）成平行设置而成。设置支架（140）时，就有导引滚子（122）和转向架（4）的结合结构依铁路车辆（1）的形状或用途可以自由设计的优点。

支架（140）的尺寸（D2）大的情况，支架（140）可能被接轨空隙（ΔA）干涉，所以在导引滚子（122）到达接轨空隙（ΔA）之前准备使支架（140）上升的驱动装置（150）。驱动装置（150）可能是由控制部（200）控制动作的液压缸、气缸、或者电磁等。依据驱动装置（150）升降支架（140）时不仅可以防止支架（140）和接轨空隙（ΔA）的干涉，还有导引滚子（122）和转向架（4）的结合结构造可以弹性地变形的优点。

与接轨空隙（ΔA）的存在与否无关，从铁路车辆（1）的正面看时，导引滚子（122）的旋转轴（130）与车轴（6）成垂直或者与轨道（3）的侧面（3d）成平行设置时，依据驱动装置（150）升降支架（140）时，可以使导引滚子（140）与导轨（3）接触或隔离。

另一方面，图13是显示导引滚子（122）的旋转轴（130）倾斜设置的实施例。既，从铁路车辆（1）的正面看时，导引滚子（122）的旋转轴（130）与车轴（6）及轨道（3）的侧面（3d）成倾斜设置。此时，导引滚子（122）与轨道（3）的上面边缘（3c）滚动接触。在这样的实施例，导引滚子（122）与轨道（3）的上面边缘（3c）只是点接触或线接处而已，导引滚子（122）不会面接触，并不会产生轮缘（21）形成的干涉部（图2及图3的30）或摩擦面。

这样的实施例是不会被接轨空隙（ΔA）的尺寸左右，具有导引滚子（122）的外径可以变大的优点。导引滚子（122）与轨道（3）的上面边缘（3c）接触，要充分支持横向荷重且提高耐磨性，如图13所示，对于轨道（3）的上面边缘（3c），导引滚子（122）的横截面外周除了平坦的直线以外，虽然图中没有显示，也可以是凸出的曲线，凹进的曲线。

如图13一样，导引滚子（122）的旋转轴（130）倾斜设置，导引滚子（122）的外径大的情况，接轨空隙（ΔA）的通过可能是一个问题。因此，防止这种情况的实施例中，准备了拉杆（160）及摆动拉杆（160）的驱动装置（150）。

从铁路车辆（1）的正面看时，拉杆（160）与车轴（6）及轨道（3）的侧面（3d）成倾斜设置。因此，导引滚子（122）的外周（122r）与轨道（3）的上面边缘（3d）滚动接触。

在拉杆（160）的一端设置导引滚子（122）的旋转轴（130），拉杆（160）的另一端可以摆动的固定在转向架（4）。驱动装置（150）是针对转向架（4）摆动拉杆（160）。拉杆（160）及驱动装置（150）受控制部（200）控制。

控制部（200）在导引滚子（122）到达接轨空隙（ΔA）之前使拉杆（160）向上侧摆动，由此导引滚子（122）与接轨空隙（ΔA）不会接触干涉，就不防碍行驶。

因此，根据铁路车辆（1）的行驶，转向架（4）即使上下震动，由于导引滚子（122）及轨道（3）的上面边缘（3c）之间在一定的范围内自由地上下移动可以防止行驶阻力。

以下对本发明铁路车辆用自导向装置的动作及优点进行扼要整理。

在图8显示的实施例，在沿曲线行驶时，导引滚子（122）与轨道（3）侧面（3d）滚动接触，轮缘（21）从轨道（3）的侧面（3d）隔离。直线行驶时，与导引滚子（122）和轨道（3）的侧面（3d）之间接触与否无关，轮缘（21）与轨道（3）的侧面（3d）面对而防止脱轨。

此种所有动作不是依靠个别的外力，而是只依靠轮缘（21）及导引滚子（122）的几何结构上的配置和导引滚子（122）的滚动接触性质等两个特征。导引滚子（122）可以通过接轨空隙（ΔA），亦可充分承受横向荷重。导引滚子（122）的升降手段原则上不需准备。

此种导引滚子（122）例如可以列举滚针轴承，滚针轴承的内径足够大，足以导引滚子（122）的旋转轴（130）的直径（d）做大，且为了通过接轨空隙（ΔA）将导引滚子（122）的外径（D1）可充分地做小。

在图9及图11显示的实施例，导引滚子（122）设置在车轮（20）的内侧。既，导引滚子间距（GRG）比轮缘间距（WG）小。因此，在直线行驶或曲率半径大的铁路导引滚子（122）与轨道（3）不接触，只有在曲线半径在临界值以下十分弯曲的铁路上导引滚子（122）与轨道（3）的侧面（3d）接触。

因此，导引滚子（122）的耐磨性和可靠性大幅增加，沿曲线行驶时不会产生轮缘（21）和轨道（3）的干涉部（30）。沿着车轴方向轮缘（21）及导引滚子（122）之间的隔离间距ΔK是根据车轴距离WD、导引滚子轴间距离GRD和轨道（3）曲线半径的临界值R的相关关系来决定。

在图12显示的实施例，要对导引滚子（122）的设置结构附加可变性，导引滚子（122）设置在支架（140）上，利用驱动装置（150）升降支架（140）。因此，遇到接轨空隙（ΔA）时，驱动装置（150）升高支架（140）使导引滚子（122）及支架（140）不会夹在接轨空隙（ΔA）。还有，沿曲线行驶时，导引滚子（122）及转向架（4）的连接构造物支架（140）可以自由设计，使得横向荷重的支持性能非常良好。

在图13显示的实施例，导引滚子（122）可以采用多种形状，具有根据其形状可以选择轨道（3）的侧面（3d）、上面边缘（3c）等多种接触部分的优点。导引滚子（122）的外径变大时，设置可以升降导引滚子（122）旋转轴（130）的油压缸（未图示），在通过接轨空隙（ΔA）时可以提升导引滚子（122）。

甚至，即使倾斜设置导引滚子（122）的旋转轴（130），导引滚子（122）接触导轨（3）的上面边缘（3c）时，在接轨空隙（ΔA）因为可以摆动拉杆（160），所以导引滚子（122）的外径不受限制。导引滚子（122）的外径可任意做大，由此可以提高导引滚子（122）的耐磨性及可靠性，具有与接轨空隙（ΔA）不相抵触的优点。

设置油压缸（未图示）等，可以升降导引滚子（122）的旋转轴（130）的构造不会被导引滚子（122）的外径大小或接轨空隙（ΔA）的大小左右，具有导引滚子（122）可设计成任意形状，导引滚子（122）及旋转轴（130）的设置结构可设计成多种结构的优点。

图14是本发明的一实施例，其显示导引滚子（122）设置在车轴（6）上的实施例斜视图。铁路车辆行驶时为了缓冲路面冲击或震动转向架（4）以悬挂装置（90）支持。由于车轮（2）是接触轨道（3）的状态，所以车轮（2）及车轴（6）相对于轨道（3）保持固定的高度，但是转向架（4）在铁路车辆行驶时相对于轨道（3）不在一定的高度，向高度方向不断地移动。

此时，导引滚子（122）及导引滚子（122）的旋转轴（130）固定在转向架（4）时，导引滚子（122）与轨道（3）的接触位置随着铁路车辆的行驶一直变动。为了改善此种情况导引滚子（122）可以连接在车轴（6）上。既，导引滚子（122）的旋转轴（130）连接在车轴（6）上，由此铁路车辆行驶时导引滚子（122）及车轴（6）相对于轨道（3）可以保持一定的高度。

具体地，导引滚子（122）的旋转轴（130）固定在固定用构造物（95），所述固定用构造物（95）以轴承（93）连接在车轴（6）上。为了固定所述固定用构造物（95）及所述轴承（93）的位置可以使用塞子（91）。车轴（6）与车轮（2）一起旋转，尽管车轴（6）旋转固定用构造物（95）相对于轨道（3）仍保持一定的高度。固定用构造物（95）沿着高度方向相对于车轴（6）保持一定的高度。为此固定用构造物（95）和转向架（4）之间可以装备防止固定用构造物（95）旋转及保持其水平状态的稳定器（stabilizer，未图示）。

图15是本发明的一实施例，其显示导引滚子直接设置在铁路车辆或者车体的实施例侧面图。参照此图，导引滚子分别配置在铁路车辆的前方及后方，直接固定在铁路车辆（1）或者车体（5）上。在此种情况，导引滚子的设置个数可以最小化，例如，一台铁路车辆（1）只需要4个导引滚子（122），相较于导引滚子（122）设置在转向架（4）的情况，不需更改转向架（4）的结构直接固定在铁路车辆（1）或者车体（5）上。既，其优点是不需从新开发转向架（4），不需更改转向架（4）的结构造，保持现有铁路车辆（1）或者车体（5）的原有结构的状态下，在铁路车辆（1）或者车体（5）的前方及后方直接设置导引滚子（122）。即，导引滚子可以直接设置在所述铁路车辆，或可以设置在车体、转向架、车轴中的至少一个。

以上根据本发明实施例进行了说明，这只不过是例示而已，本技术领域内具有通常知识的技术人员应该了解据此可以实施多种变形及均等范围的实施例。因此，本发明真正技术保护范围应根据下面的权利要求书来限定。

Claims (3)

1.一种铁路车辆用自导向装置，其特征在于，该铁路车辆用自导向装置包含：

车轴，该车轴设置在支持铁路车辆车体的转向架上；

车轮，该车轮包含踏面和轮缘，该踏面行驶在轨道的上面且支持所述铁路车辆的垂向荷重，所述轮缘为了防止所述铁路车辆脱轨从所述踏面突出，且所述铁路车辆在直线行驶时，所述轮缘与所述轨道侧面接触形成干涉部，并且所述车轮连接在所述车轴上；以及

导引滚子，当所述铁路车辆进入曲线轨道时，所述导引滚子在所述车轮的前方或是后方与所述轨道的上面边缘或所述轨道的侧面滚动接触，比所述干涉部支持更多横向荷重；

所述导引滚子的如所述车轴方向相隔距离的导引滚子间距比所述轮缘的如所述车轴方向相隔距离的轮缘间距小，

根据所述导引滚子间距及所述轮缘间距的相差，所述铁路车辆在直线行驶时所述导引滚子从所述轨道的侧面隔离，所述轮缘与所述轨道的侧面接触，

根据所述导引滚子间距及所述轮缘间距的相差，所述铁路车辆在曲线行驶时所述轮缘从所述轨道的侧面隔离，所述导引滚子与所述轨道的侧面接触。

2.根据权利要求1所述的铁路车辆用自导向装置，其特征在于，沿着所述铁路车辆的长度方向所述车轴之间的相隔距离定义为车轴距离WD，沿着所述铁路车辆的长度方向所述导引滚子之间的相隔距离定义为导引滚子轴间距离GRD，沿着所述车轴的方向所述轮缘及所述导引滚子之间的相隔距离定义为ΔK，所述轨道的曲线半径在临界值R以下时，所述轮缘从所述轨道的侧面才开始隔离的情况，所述ΔK的最大值ΔKmax是由下式求得，

$\mathrm{\Δ}K\max =\sqrt{(R^2-\frac{{\mathrm{WD}}^2}{4})}-\sqrt{(R^2-\frac{{\mathrm{GRD}}^2}{4})}$

所述ΔK是在0以上及所述ΔK max以下的值中选择。

3.一种铁路车辆用自导向装置，其特征在于，该铁路车辆用自导向装置包含：

支持铁路车辆车体的转向架，设置在所述转向架的车轴；

车轮，该车轮以所述车轴为中心旋转，沿轨道行驶，所述车轮与所述轨道的侧面面对而防止脱轨的轮缘突出；

导引滚子，该导引滚子沿所述铁路车辆的长度方向上分别配置在所述转向架前方及后方，在所述导引滚子之间置放所述车轮，

其中，所述轨道的曲率半径减小时，所述导引滚子支持所述铁路车辆的横向荷重，所述轮缘会从所述轨道隔离；

所述导引滚子的如所述车轴方向相隔距离的导引滚子间距比所述轮缘的如所述车轴方向相隔距离的轮缘间距小，

根据所述导引滚子间距及所述轮缘间距的相差，所述轨道的曲线半径在临界值R以下时，所述轮缘从所述轨道的侧面才开始隔离。