CN1033600A - 具有牵引旁承装置和径向机构的转向架的低车身车辆 - Google Patents

Abstract

一种具有牵引旁承装置和径向机构的转向架的 低车身轨道车辆，其特点是车身高度比一般轨道车辆 低20％，便于人工装卸作业；转向架的径向机构可以 实现在过曲线时车轮在钢轨上的纯滚动，减少轮轨间 的有害磨损，减少运行阻力，保持线路质量良好，提高 车辆的运行品质。

Description

本发明属於铁路工程、工务、电务等部门施工时使用的由轨道车牵引的车辆，简称轨道车辆。用於在铁路线上装运施工所需要的材料、配件、设备、工具等器材。

目前我国铁路运输的运能和运量之间的矛盾比较突出，现有轨道车辆从使用性能和结构性能方面来看，均不能满足“多装快跑”的施工要求，主要缺陷表现在以下两个方面：

1、现有铁路轨道车辆的车身比较高。

车身高度即地板面距轨面高度，主要取决於车轮直径的大小，转向架的结构以及转向架与车体的连接。由这些因素所确定的现有轨道车辆的车身高度大致在0.85～1.0米以上。铁路施工所需要的器材，如钢轨、枕木、道岔、电杆等，在使用轨道车辆装运时，大部分采用人工装卸，车身高，装卸比较困难，工人的劳动强度比较大，装卸作业占用铁路线的时间也比较长。

2、现有铁路轨道车辆的转向架无径向机构。

无径向机构的转向架，当转向架在通过曲线时，车轮与钢轨之间不可能保持纯滚动，轮、轨之间具有滑动摩擦，从而增大运行阻力，加剧了车轮和钢轨的磨损。在通过曲线时，轮轨间的冲角较大，轮、轨间较大的横向冲击，容易造成线路质量的迅速恶化。

本发明的目的是针对上述缺陷，提供一种具有牵引旁承装置和径向机构的转向架的低车身轨道车辆，一方面使得车身高度降低以改善使用性能，另方面使转向架具有径向机构以改善运行性能。

本发明的附图说明如下：

图1：低车身车辆的正视图。图1中：旁承连接装置1、车体2、转向架总成3。

图2是旁承连接装置的剖面图。旁承连接装置包括上旁承座4、橡胶衬5、橡胶垫6、上旁承体7、防尘毡8、防尘盖9、上旁承托10、连接螺栓11、弹簧垫圈12、下旁承体13、磨耗板14、定位销15、旁承滑块16、螺栓17、螺帽18、垫圈19和开口销20。

图3是转向架总成3的主视图。转向架总成3包括矩形橡胶弹簧21、螺旋压缩弹簧22、下凹形转向架侧架23、轮对总成24、轴箱体25和拉杆总成26。

图4：车体2的局部铁地板结构。其中27为木质地板、28为车体2的枕梁、29为铁地板。

图5：转向架的瞬时回转中心示意图。

图6：轴箱拉杆26的局部剖视图。其中包括拉杆轴30、缓冲垫31、橡胶圈32、拉杆33、轴垫34、挡环35。

图7：图3的A向局部视图。

图8：挠性连接的梯形四连杆机构示意图。

图9：转向架在过曲线时实现径向通过的示意图。

图10：轴箱拉杆26与转向架构架23及轴箱25的连接关系的示意图。

本发明所述的降低轨道车辆的车身高度，是通过适当减小车轮直径，采用凹形转向架侧架和车体的局部铁地板结构，取消现有轨道车辆的摇枕和心盘，采用牵引旁承连接装置连接车体和转向架的方法来实现的。

为了降低车身高度，单纯靠减小车轮直径，车身高度的降低是有限的。因为减小车轮直径一方面受到车辆限界对闸瓦下部尺寸的限制，另方面也受到线路条件的限制，因此必须在适当减小车轮直径的情况下，改变主车架和转向架的连接方式。本发明将一般轨道车辆的车轮直径840毫米减小为直径500～600毫米，并采用了如图1所示的牵引旁承连接装置1连接车体2和转向架3。牵引旁承连接装置1的详细结构如图2所示。旁承连接装置1的下旁承体13，用连接螺栓17、螺帽18、垫圈19、开口销20与图3所示的转向架凹形侧架23固连。磨耗板14用定位销15固定在下旁承体13的底部。旁承滑块16用酚醛夹布塑料制作，置於磨耗板14之上，可以在下旁承体13内来回滑移形成移动付，上旁承座4焊接在车体2的枕梁部位，上旁承座4与上旁承体7及车体2之间衬有橡胶衬5，上旁体体7与车体2之间有橡胶垫6，能有效地改善车辆运行的平稳性、上旁承托10套入上旁承体7的球头，然后用连结螺栓11和弹簧垫圈12与上旁承座4相连。落车时，将防尘毡8、防尘盖9套入上旁承体7的球头，防止尘埃进入下旁承体13内，然后上旁承体7的球头坐落在旁承滑块16的凹形球面内，与上旁承体7的球头形成转动付，下旁承体13内注有润滑油。

为了降低车身高度，本发明还采用了如图4所示的车体2的局部铁地板结构。图4中27为木质地板、28为车体2的枕梁、29为铁地板，车体2的局部铁地板结构，使得凹形转向架侧架23的两翼能伸入到车体2以内，车身高度据此可降低一个地板面的净高。

当车辆通过曲线时，转向架3相对於车体2产生偏转，上旁承体7的球头，相对於旁承滑块16的凹形球面产生相对转动;同时旁承滑块16在下旁承体13的滑槽内来回移动而到达新的位置。

如图5所示，本发明所述的低车身车辆，其转向架的瞬时回转中心位於转向架外侧轴的中心0点，也就是两个下旁承体13的中心垂足的交点。旁承滑块16的运动方向与转向架横向中心线的夹角为51°。

转向架的瞬时回转中心位於转向架外侧轴的中心0点，对於前转向架是指前轴的中心，而对於后转向架是指后轴的中心。这样布置有利於配合转向架的径向机构实现通过曲线时车轮的纯滚动和径向通过;另方面，能够使前转向架在回转时产生复原力矩，以抑制车辆的蛇行运转，而后转向架在回转时能进一步扩大回转趋势，有利於车辆的曲线通过。

采用牵引旁承装置来连接车体和转向架，并采用局部铁地板结构和适当减小车轮直径，有效地降低了车身的高度。本发明所述的低车身轨道车辆，其车身高度为650～750毫米，比现有轨道车辆的车身高度降低20%以上，有利於装卸作业和减轻工人的劳动强度。由於采用了牵引旁承装置，提高了车辆的运行稳定性和平稳性。

本发明所述的转向架径向机构，是由水平方向的挠性连接的梯形四连杆机构和垂直方向的挠性连接的拉杆角位移机构以及位於轴箱两侧由一对矩形橡胶弹簧构成并和轴箱拉杆相联系的轴箱角位移调正机构相互匹配构成的。

挠性连接与轴箱拉杆26的结构有关。图6是轴箱拉杆26的局部剖视图。其中包括拉杆轴30、缓冲垫31、橡胶圈32、拉杆33、轴垫34和挡环35。橡胶圈32压装入拉杆33的两端部，拉杆轴30再压装入橡胶圈32的内孔中，然后用轴垫34和挡环35使拉杆轴30、缓冲垫31、橡胶圈32在轴向得到定位。由於橡胶圈32和缓冲垫31是弹性元件，因此可以实现轴箱拉杆26与转向架构架及轴箱体的挠性连接。

水平方向的挠性连接的四连杆机构，是由转向架构架、两根轴箱拉杆及轴箱、轮对总成连成一体构成的。图7是图3的A向视图的一个局部。它表明了转向架构架一侧与轴箱拉杆和轮对总成的连接关系。拉杆轴30用螺栓36分别同转向架构架23和轴箱体25固连。转向架构架两侧与两根轴箱拉杆及轮对总成连成一体就构成了如图8所示意的一个梯形的挠性连接的四连杆机构。图8中G₁、G₂分别表示两根轴箱拉杆与转向架构架两侧的挠性连接点，Q₁、Q₂分别表示两根轴箱拉杆与轮对两侧轴箱的挠性连接点。当在侧向力和轮轨作用力的作用下，假设G₁、G₂的位置保持不变，也就是轴箱拉杆和转向架构架的铰接点保持不变，则四连杆机构在侧向力的作用下，两根轴箱拉杆的位置产生水平偏转，从而使连接两个轴箱的铰接点Q₁、Q₂的位置发生偏转，也就使轮对产生偏转。偏转以后的轴箱拉杆和轮对的位置，如图8中双点划线所示，Q^' ₁和Q^' ₂分别为Q₁和Q₂偏转以后的位置。在过曲线时，一个转向架的两个轮对由於四连杆机构的作用而使轮对产生偏转，如图9所示，轮对偏转的趋势使外侧固定轴距L_W增大，而内侧固定轴距L_N减小，实现过曲线时的径向通过。

垂直方向的拉杆角位移所形成的转向架的径向作用可以通过图3和图10加以说明，从图3可以看出轴箱拉杆26与转向架构架23及轴箱25的连接关系。图10是轴箱拉杆26与转向架构架23及轴箱25的连接关系的示意图。其中G₁Q₁（或G₂Q₂）表示轴箱拉杆26，与图8一致，G₁或G₂表示轴箱拉杆26在转向架构架23上的铰接点，Q₁或Q₂表示轴箱拉杆26在轴箱25上的铰接点，P_E表示螺旋压缩弹簧22在轴箱上的作用力;P_W、P_N表示矩形橡胶弹簧21在轴箱两侧的作用力，0点表示轮对24的中心位置。由於轴箱拉杆26在转向架构架23及轴箱体25上的固定结点Q₁与G₁（或Q₂与G₂）在垂直方向有一个高度差H，轴箱拉杆26在组装时与水平面存在夹角

约为6°～12°。当车辆在曲线通过时，由於侧向力引起一侧轮重增载，另一侧减载。增载一侧拉杆与水平面的夹角 减小。在图10中，增载一侧的L₂距离增大，减载一侧的L₂距离减小;引起增载一侧的固定轴距增大，减载一侧的固定轴距减小，使车轴向径向位置偏转，并与上述四连杆机构所形成的车轴的径向位置偏转相匹配，使车轴趋於预期的径向位置，实现在曲线上的径向通过。

倘若侧向力的大小不足以形成预期的径向位置，势必出现车轴和线路间发生横向位移，从而使两个轮对的滚动园直径发生变化。倘若车轴的径向偏转值小於预期值，则轮对向线路的外侧发生横向位移，使外侧车轮的滚动园直径趋向加大，内侧车轮的滚动园直径趋向减小，由此使车轴的径向偏转值自动加大直至达到预期的偏转位置;反之，倘若车轴的径向偏转值大於预期值，则轮对向线路的内侧发生横向位移，使内侧车轮的滚动园直径趋向加大，外侧车轮的滚动园直径趋向减小，由此使车轴的径向偏转值自动减小直至达到预期的偏转位置。从图10中可以看出，由於轴箱拉杆26在轴箱25的铰接点Q₁或Q₂既不在轮对的水平中心线上，也不在轮对的垂直中心线上。Q₁或Q₂与轮对中心0的连线与轮对垂直中心线之间存在一个夹角β。由於上述的滚动园直径的变化，使图10中的L₁距离发生变化，从而使外侧固定轴距产生一个附加的偏转值，而内侧固定轴距产生一个减小的偏转值。这个增大或减小的偏转值。由β角的变化来实现，也就是由轴箱偏离正位的正负角位移来实现。此时，位於轴箱两侧的矩形橡胶弹簧21，对轴箱的正负角位移具有复位作用，一旦外部因素消失，轴箱在矩形橡胶弹簧的作用下仍然恢复正位。

综上所述，在曲线通过时，由於侧向力的作用所引起的水平方向的挠性连接的四连杆机构所形成的车轴的径向位置偏转;以及由於侧向力引起的垂直载荷的变化而产生的垂直方向的拉杆角位移形成的车轴的径向位置偏转;再加上滚动园直径的变化所引起的轴箱偏离正位的正负角位移所形成的车轴的径向位置偏转和矩形橡胶弹簧的调正复位作用;这三方面因素相互匹配，最终实现车辆在曲线上的径向通过。

具有上述径向机构的转向架的轨道车辆在通过曲线时，可以实现车轮在钢轨上的纯滚动，减少轮轨间的有害磨损，减少运行阻力，保持线路质量良好，提高车辆的运行品质。

上述轨道车辆的车体2的局部铁地板结构、转向架3的下凹形侧架23的结构，并采用牵引旁承装置1来连接车体2和转向架3，提供了一种降低车身高度的方法，这种结构和方法也可用於地铁车辆、森林铁路车辆和厂矿专用线铁路自备车辆，以降低这些车辆的车身高度，便於载客或装卸作业。

以上所述的轨道车辆的转向架的径向机构，提供了实现转向架在曲线上径向通过的方法，这种结构和方法也可用於一般路用车辆、地铁车辆、森林铁路车辆和厂矿专用线铁路自备车辆等轨行车辆。以提高这些车辆的运行品质。

如图1所示，GN₃型平板车是本发明的一个实施例。该平板车载重30吨、车体总长12.5米、两转向架中心距8.2米，固定轴距1.55米、车轮直径φ550毫米，由於采用图2所示的牵引旁承连接装置连接车体2和转向架3;采用图3所示凹形转向架侧架23及图4所示的局部铁地板结构，有效地降低了车体的总高度。GN₃型平板车空载时为700毫米，重载时为660毫米。大大方便了施工作业，降低了工人的劳动强度。

GN₃型平板车采用了上述的转向架的径向机构。如图8所示的轴箱拉杆26在构架上的连接点G₁、G₂相距1980毫米，在轴箱上的连接点Q₁、Q₂相距2056毫米，轴箱拉杆长为285毫米、轴箱拉杆26与构架23及轴箱25相连，构成了水平方向的梯形挠性连接四连杆机构，如图10所示的轴箱拉杆26在构架上的连接点与轴箱拉杆26在轴箱上的连接点在垂直方向高差为40毫米，即G₁与Q₁或G₂与Q₂在垂直方向高差为40毫米。当空载时，轴箱拉杆26与水平面的夹角为8°。当车辆在曲线通过时，在侧向力作用下，轴箱拉杆的位置产生水平偏转，从而使轮对产生偏转;加上垂直方向由侧向力引起的垂直载荷的变化而产生的拉杆角位移，使外侧固定轴距增加，而内侧固定轴距减少，从而使轮对趋於径向位置。

GN₃型平板车采用的矩形橡胶弹簧总高度为297毫米、长为140毫米、宽为90毫米，由七层橡胶弹簧堆构成，挠度值为40毫米、矩形橡胶弹簧能够对轴箱偏离正位的正负角位移起到调正复位作用，与水平方向的梯形四连杆机构及垂直方向的拉杆角位移机构相匹配，实现车辆在曲线上的径向通过。

GN₃型平板车的运行试验表明，转向架的径向机构符合设计要求，改善了车辆曲线通过的性能，提高了车辆的运行品质。

Claims (6)

1、一种铁路工程、工务、电务等部门施工时使用的轨道车辆，由车体、转向架等部件构成，其特征是：由牵引旁承连接装置1连接车体2和转向架3，车体2具有局部铁地板结构，转向架3具有下凹形转向架侧架23，转向架侧架23的上翼板伸入到车体2以内，转向架具有径向机构，转向架的径向机构是由水平方向的挠性连接的梯形四连杆机构和垂直方向的挠性连接的拉杆角位移机构以及和轴箱拉杆相联系的轴箱角位移调正机构相互匹配构成，水平方向的挠性连接的梯形四连杆机构由转向架构架23、轴箱拉杆26以及轮对24、轴箱25连成一体构成；垂直方向的挠性连接的拉杆角位移机构是由轴箱拉杆26与水平面的夹角α形成；轴箱角位移调正机构是由位於轴箱两侧的一对矩形橡胶弹簧21及轴箱拉杆26在轴箱25上的铰接点与轮对中心O的连线与轮对垂直中心线的夹角β构成。

2、如权利要求1所述的轨道车辆，其牵引旁承连接装置1的两个下旁承体13的中心垂足的交点，位於转向架外侧轴的中心。

3、如权利要求1所述的轨道车辆，其轴箱拉杆26与水平面之间的夹角

为6°～12°。

4、如权利要求1所述的轨道车辆，其轴箱拉杆26在轴箱25上的铰接点与轮对中心0的连线与轮对的垂直中心线之间的夹角β为45°～60°。

5、如权利要求1所述的轨道车辆的车体2的局部铁地板结构、转向架3的下凹形侧架23的结构，及采用牵引旁承装置1来连接车体2和转向架3以降低车身高度的结构和方法，也可用於地铁车辆、森林铁路车辆和厂矿专用线铁路自备车辆。

6、如权利要求1所述的轨道车辆的转向架的径向机构及实现转向架在曲线上径向通过的方法，也可用於一般路用车辆、地铁车辆、森林铁路车辆、厂矿专用线铁路自备车辆等轨行车辆。

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