CN103448743A - 轨道车辆的运行装置单元 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种轨道车辆的运行装置单元，包括一个定义纵向方向、横向方向和高度方向的运行装置框架主体（107）。所述框架主体（107）包括两个纵梁（108）和一个横梁单元（109），该横梁单元在横向方向上提供两纵梁间的结构连接以形成一种大致为H形的结构。每个纵梁（108）都设有一个初级悬挂界面部，该初级悬挂界面部与纵梁（108）的一个自由端部（108.1）相关联并形成一个与相关车轮单元（103）相连的初级悬挂装置（105.1）的初级悬挂界面（110）。每个纵梁（108）都设有一个枢轴界面部（111），该枢轴界面部与所述初级悬挂界面部相关联并形成一个与相关车轮单元（103）连接的旋转臂（112）的枢轴界面。当所述框架主体（107）支撑在相关车轮单元（103）上时，所述初级悬挂界面（110）承担作用于自由端部（108.1）区域的总支撑合力。所述初级悬挂界面（110）的设置使总支撑合力关于纵向方向倾斜并且关于高度方向倾斜。

Description

轨道车辆的运行装置单元

技术领域

本发明涉及一种轨道车辆的运行装置单元，包括一个定义纵向方向、横向方向和高度方向的运行装置框架主体。所述框架主体包括两个纵梁和一个横梁单元，该横梁单元在横向方向上提供两纵梁间的结构连接以形成一种大致为H形的结构。每个纵梁都设有一个初级悬挂界面部，该初级悬挂界面部与纵梁的一个自由端相关联并形成一个与相关车轮单元相连的初级悬挂装置的初级悬挂界面。而且，每个纵梁都设有一个枢轴界面部，该枢轴界面部与所述初级悬挂界面部相关联并形成一个与相关车轮单元连接的旋转臂的枢轴界面。当所述框架主体支撑在相关车轮单元上时，所述初级悬挂界面承担作用于自由端部区域总支撑合力。本发明还涉及一种具有根据本发明的运行装置单元的轨道车辆单元。

背景技术

这种运行装置框架从例如DE 41 36 926 A1（整个公开文本被纳入本文中以供参考）中被认识。这种运行装置框架由于其支撑在车轮单元（如轮对或轮副等）上的特有的设计而特别适合用于低地板车辆，如电车等。但是，由于这种支撑采用水平设置的初级弹簧，该初级弹簧紧靠关于枢轴界面在纵向上缩进很多的支柱元件，因而运行装置框架为一个非常复杂、具有多分叉的几何体。因此，正如许多其他轨道车辆结构元件，从DE41 36 926 A1所知的运行装置框架的生产，尤其是由于其相对复杂的几何体，是通过焊接板材进行的。但这种生产方法的缺点是它要求相对以手工劳动为主，这就使运行装置框架的生产成本相对较高。

此外，一方面，支柱元件和水平设置的初级弹簧要求相对较大的建筑空间。通常情况下，由于运行装置内可用的建筑空间预算（用于容纳现代轨道车辆所要求的多个元件）被高度限制，这种结构并不理想。这尤其是因为将所有必要元件安装到有限的可用建筑空间内需要更多工作量，最终提高了整个车辆的成本。而且，旋转臂本身相对复杂并且设计繁杂，因此，也增加了车辆整体复杂性和重量，最终增加了车辆的整体成本。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种上述的运行装置单元，该运行装置单元没有如上所述的缺点，或至少仅有较小的缺点，且特别地提供了一种节省空间的设计，其减少了总工作量并且有利于这种运行装置单元的简单生产。

上述目的的实现首先需要如权利要求1前序部分所述的一种运行装置单元来实现，并通过权利要求1的特征部分所述特征来实现。

本发明以下列技术示范为基础：如果设置初级悬挂界面使作用于各自由端的总支撑合力（即，当运行装置框架被支撑在车轮单元上时，所有通过初级悬挂作用于自由端内的支撑力）关于纵向方向和高度方向倾斜，则能够得到可以使生产更为简单的节省空间的设计。

应当指出的是，除非下文另有说明，所有关于总合力的倾斜是指轨道车辆在标称负荷下位于直线水平轨道上的静态状态下。

特别地，所述总支撑合力关于纵向方向和高度方向的倾斜可实现就必要建筑空间而言非常有益的结构。特别地，与DE 41 36 926 A1中的结构相比，这种设置允许初级悬挂装置更靠近车轮单元，更准确地说，更靠近车轮旋转轴线。这种方法的优点不仅包括：初级悬挂界面能更靠近车轮单元，明显地节省了运行装置的中心部所占的空间。此外，特别地，连接至车轮单元的旋转臂可以为一种更小、更轻和更简单的设计。

此外，例如，根据待审核的专利号10 2011 110 090.7（整个公开文本被纳入本文中以供参考）的德国专利申请中更详细的描述细节，这种倾斜的总支撑合力能提高在枢轴界面上实现旋转臂和框架主体的连接的可能，旋转臂和框架主体都为负荷下自我调节（由于作用于纵向方向和高度方向上的总合力的分力），同时当没有支撑负荷时容易被拆卸。

最后，这种设计的优点在于：尤其是由于主悬挂连接部更加靠近车轮单元，，其促进了向更为具有成本效益的采用自动化铸造方法的框架主体自动化生产的转换，以下全更详细地做出阐述。

因此，根据一方面，本发明涉及一种轨道车辆的运行装置单元，包括一个定义纵向方向、横向方向和高度方向的运行装置框架主体。所述框架主体包括两个纵梁和一个横梁单元，该横梁单元在横向方向上提供两纵梁间的结构连接以形成一种大致为H形的结构。每个纵梁都设有一个初级悬挂界面部，该初级悬挂界面部与该纵梁的一个自由端部相关联并形成一个与相关车轮单元相连的初级悬挂装置的初级悬挂界面。每个纵梁都设有一个枢轴界面部，该枢轴界面部与所述初级悬挂界面部相关联并形成一个与相关车轮单元连接的旋转臂的枢轴界面。当所述框架主体支撑在相关车轮单元上时，所述初级悬挂界面承担作用于自由端部区域内的总支撑合力。所述初级悬挂界面的设置使总支撑合力关于纵向方向倾斜并且关于高度方向倾斜。

从根本上讲，所述总支撑合力F_TRS可有任何需要的、适当的关于纵向方向和高度方向的倾斜。优选地，总支撑合力以一个初级悬挂角关于所述高度方向倾斜20°到80°，优选30°到70°，更优选40°到50°，这是因为，这些角度值在其中特别有利于节省空间的设计并且有利于更好地将支撑负荷从车轮单元通过初级悬挂应用到框架主体上。

一般来说，在总支撑合力与车轮单元之间，特别是与车轮旋转轴线之间，可选择任何需要的关联方式。优选地，相关车轮单元通过枢轴联接到枢轴界面的旋转臂与框架主体连接。由于所述初级悬挂界面和初级悬挂装置的设置，总支撑合力贯穿所述车轮单元的一个车轮轴，特别是贯穿所述车轮轴的车轮旋转轴线。此外，这种结构导致支撑负荷能更好地从车轮单元应用至初级悬挂装置并向前地被应用至框架主体。

初级悬挂界面部可有任何需要的形状。例如，可实现一个或多个分开的界面表面。这些界面表面还可具有任何需要的形状，如分段式平面形、分段式曲线形、分段式阶梯形等。

在本发明的优选实施例中，所述初级悬挂界面定义了一个主界面平面，所述主界面平面承担了至少大部分的总支撑合力。所述主界面平面关于纵向方向倾斜并关于高度方向倾斜。优选地，所述主界面平面以一个主界面平面角关于高度方向倾斜，所述主界面平面角的范围是从20°到80°，优选30°到70°，更优选40°到50°。而且，所述主界面平面关于横向方向大体平行，由此形成便于生产的简单结构，并且这种结构有利于将力应用到框架主体上。

从根本上讲，所述初级悬挂界面与枢轴界面之间可选择任何需要的适当相对位置。但是，优选地，所述枢轴界面部在纵向上至少部分地缩进初级悬挂界面中心后面，这就使得作为支柱部的纵部端部在设计上非常简单。这对于生产的许多方面都是有利的，尤其有利于框架主体适合采用自动化浇铸工艺。

此外，这种结构有利于旋转臂的设计，并有利于将支撑负荷应用到框架主体上。

通常情况下，其中一个纵梁的前初级悬挂界面的中心与后初级悬挂界面的中心在纵向上定义了一个最大初级悬挂界面中心距离。而且，通常前枢轴界面部与前初级悬挂界面相关联，定义了一个前旋转臂的前枢轴轴线，而后枢轴界面部与后初级悬挂界面相关联，定义了一个后旋转臂的后枢轴轴线，所述前枢轴轴线和后枢轴轴线在纵向上定义了一个枢轴轴线距离。优选地，所述枢轴轴线距离为最大初级悬挂界面中心距离的60％至105％，优选70％至95％，更优选80％至85％。这种结构特别有利于旋转臂的设计，并有利于将支撑负荷应用到框架主体上。

因此，从根本上讲，所述初级悬挂单元和初级悬挂界面可有任何需要的、适当的形状。例如，所述初级弹簧元件可以根据合适的界面采用任何适当的形状和/数量。在本发明的一些具有非常简单的结构的优选实施例中，所述初级悬挂界面被设置成一个单独初级悬挂装置的界面。优选地，所述初级悬挂装置由一个单个的初级悬挂单元构成，更优选地，由一个单个的初级弹簧构成，因此在设计上更为简单并易于生产。可使用任何类型的初级弹簧。优选地，由于其紧凑而牢固的设计，所述初级弹簧采用橡胶金属弹簧单元。

一般来说，所述框架主体可通过任何需要的生产工艺来生产。然而，如上所述，对于界面部，其设计上倾斜的总支撑合力和界面部与车轮单元之间更为靠近允许向更为具有成本效益的采用自动化铸造方法的框架主体自动化生产的转换。这尤其是因为，所述纵梁的端部越靠近车轮单元，该端部的分枝就越少，因此，设计的复杂程度越低（与DE 41 36 926 A1中的解决方案相比），其目前适用于这样一种自动化铸造工艺。

因此，在本发明的优选实施例中，所述框架主体形成为一种由灰口铸铁原料制成的一体铸件。使用灰口铸铁的优点是：由于其碳含量高，在铸造时有特别好的流性，从而保证了非常高的加工可靠性。结果证明，由于本文描述的一种或几种几何形状修改，使用灰口铸铁是可行的，这就允许这种相对大体积的、复杂的、通常具有三维几何形状的框架主体在自动铸造工艺的传统型箱里进行生产。因此，极大简化了框架主体的生产，更具成本效益。事实上，结果证明，与传统的焊接运行装置框架相比，这种自动化铸造工艺能节约超过50%的成本。

灰口铸铁材料的又一个优点是与通常使用的钢材相比其改良的阻尼性能。这种优势特别有利于减少传递至轨道车辆旅客车厢的震动。

所述灰口铸铁材料可为任何一种适当的灰口铸铁材料。优选一种所谓的球状石墨铸铁材料或球墨铸铁（SGI）材料。也可以使用所谓的奥贝球铁（ADI）浇铸料。因此，可使用目前欧洲标准EN 1563（SGI材料）和EN 1564（ADI材料）中规定的EN-GJS材料。特别合适的材料是EN-GJS-400材料（欧洲标准EN 1563中规定的），这种材料在刚度、断裂延伸率和韧性上具有很好的平衡度。优选使用EN-GJS-400-18U LT，其特点是在低温时具有良好的韧性。另一种优选材料是EN-GJS-250-22-LT。

本发明的另一些优选实施例提供了一种结构相对简单的框架主体，非常适用于自动化铸造工艺，每个纵梁都设有与自由端部相关联的一个角形部，角形部的设置使自由端部形成一个至少主要在高度方向上延伸的支柱部。此外，优选地，所述枢轴界面部整合到角形部中。所述枢轴界面部与角形部的整合明显降低了框架几何体的复杂度，便于使用灰口铸铁材料在自动化铸造工艺中形成框架主体一体铸件（即形成一个为单体铸件的框架主体）。

在铸造过程中，材料流动应遵循的原则是：所述枢轴界面部整合到角形部中可以为任何适当的几何形状，在结构上没有分离的分枝（正如现有技术的结构）。优选地，所述枢轴界面部在纵向上设置为至少部分地缩进相关自由端部的后面，因此，通过这种简单方式可使枢轴界面部整合到角形部里。

对本发明典型的变形是：其中一个纵梁的一个前自由端部和一个后自由端部在纵向上定义出该纵梁的最大纵向梁长。此外，通常情况下，一个前枢轴界面部与所述前自由端部相关联，一个后枢轴界面部与所述后自由端部相关联，所述前枢轴界面部和后枢轴界面部在纵向上定义出该纵梁的最大枢轴界面尺寸。优选地，所述最大枢轴界面尺寸为最大纵梁长的70%至110%，优选80%至105%，更优选90%至95%，从而得到一个非常紧凑的设计，其只显示（如可显示）出一个枢轴界面区域内的相对合适的纵向突起，为铸造过程中的良好的材料流动提供合适的边界条件，这在所使用的自动铸造工艺中是必不可少的。

本发明的一些优选实施例提供了一种效果非常好的枢轴界面整合到角形部里的方式，一个与前自由端部相关联的前枢轴界面部定义了一个前旋转臂的前枢轴轴线，而一个与后自由端部相关联的后枢轴界面部定义了一个后旋转臂的后枢轴轴线。所述前枢轴轴线和后枢轴轴线在纵向上定义了一个枢轴轴线距离，该枢轴轴线距离为最大纵梁长的60%至90%，优选70%至80%，更优选72%至78%。

结果证明，在本文描述的设计说明中，自动化铸造工艺可适用于在空间三个维度的尺寸都很大的运行装置框架主体，特别是不仅在水平平面（即与纵向方向和横向方向平行的平面）而且在高度方向尺寸都很大的运行装置框架主体。因此，本发明的一些实施例中，在高度方向上，其中一个纵梁在纵梁中心部中定义了一个纵梁底面以及该纵梁在纵梁底面上方的最大中心梁高，而该纵梁的其中一个自由端部定义了纵梁底面上方的最大梁高。所述最大梁高为最大中心梁高的200%至450%，优选300%至400%，更优选370%至380%。此外，这种具有大高度尺寸的支柱部便于初级悬挂单元在设置上做如上所述的改动（即从已知的水平设置转换为倾斜设置）。

所述横梁单元可为任何需要的形状和设计。例如，其可包括一个或多个与两个纵梁连接的横梁。这种横梁可具有任何需要的横截面。例如，这种横梁可为一个通常为盒子形状的设计，具有一个封闭的或通常为环形的横截面。但也可以选择许多其它类型的横梁。例如，也可选择一种传统的I梁形状。

优选地，所述横梁单元包括至少一个横梁，所述至少一个横梁在与纵向方向和高度方向平行的剖面内定义了一个大致为C形的横截面。这种开口设计的优点在于（虽然所用材料刚性一般），横梁的扭转较为柔软，即关于横轴的抗扭矩刚度较低（与横梁的一般的封闭、盒形的设计相比）。由于运行装置框架本身能提供倾向于平衡所有四个车轮到轨道的接触力的一定扭转变形，对关于运行装置的脱轨安全性能特别有利。

一般来说，大致为C形的横截面可选择任何需要的定位。特别地，这种定位与该横梁所承担的弯曲负荷的大小和/或位置有关。优选地，所述大致为C形的横截面的设置在纵向上朝框架主体的一个自由端开口，特别地，基本上朝框架主体的中心闭合。如果使用一个以上的横梁，重点将放在横梁单元的低抗扭刚度上，这种结构特别有利。

所述大致为C形的横截面可在横梁单元中的任何一个横向位置上。优选地，所述C形横截面在横向方向上延伸越过横梁单元的一个横向中心部，这是因为在这个位置上可对横梁单元的抗扭刚度产生特别有利的影响。

该大致为C形的横截面延伸越过在横向方向上的横梁单元的整个延伸。优选地，该大致为C形的横截面在横向上延伸越过一个横向的尺寸，该横向尺寸至少为在横梁单元区域内的纵梁的纵向中心线间的横向距离的50%，优选至少70%，更优选80%至95%。即便是使用这种灰口铸铁框架主体，通过这种方式也能实现一种特别有利的抗扭刚度。

在本发明的优选实施例中，所述至少一个横梁为一个第一横梁，横梁单元包括一个第二横梁。这种结构的优点在于，与只具有一个横梁的结构相比，更容易调整其机械性能以适应特定运行装置的要求。优选地，第一横梁和第二横梁大致地关于一个对称平行于横向方向和高度方向的平面对称设置，因此，可以不考虑前进方向而提供相同的运行性能。

此外，由于横梁具有C形横截面，并且C形横截面的开口侧相互背离，横梁单元的总体抗扭刚度由于使用两个横梁而增加相对较少。这是因为所述两个横梁位于（在纵向方向上）横梁单元内较为中心的位置，因此，它们的抗扭力矩影响较小。

此外，优选地，所述第一横梁和第二横梁在纵向上被一个具有纵向尺寸的间隙隔开。所述两横梁之间的这个间隙的优点在于在没有增加框架主体质量的前提下，两个横梁的主要延伸面内的抗弯刚度增加了，因此实现了一种较轻的结构。此外，间隙能容易地用于安装运行装置的其它部件，其特别有利于现代轨道车辆中关于可用建筑空间的严格限制。

可按需要选择纵向间隙尺寸。优选地，所述纵向间隙尺寸为其中一个横梁在纵向上的最小纵向尺寸的70%至120%，优选85%至110%，更优选95%至105%，因此得到一个平衡度高的结构，这种结构既具有较低抗扭刚度（关于横向方向）也具有较高抗弯刚度（关于高度方向）。

所述第一横梁可为任何一种变通的形状。优选地，所述第一横梁和第二横梁中的每一个都定义了一个横梁中心线。至少横梁中心线中的一个，至少是一段，在与纵向方向和横向方向平行的第一平面内和/或与横向方向和高度方向平行的第二平面内具有一般为曲线的或多边形的形状。横梁中心线这种一般为曲线或多边形的形状可适应于作用于各个横梁的负荷分布，从而使各个横梁里的应力平稳分布，并使框架主体的质量较轻和应力最优化。

在本发明的某些优选实施例中，所述横梁单元是一个局部收窄的单元，特别是中心收窄的单元，所述横梁单元具有一个收窄部，该收窄部定义了横梁单元在纵向上的最小纵向尺寸。此外，这种收窄结构在关于横向方向的框架主体的低抗扭刚度方面具有优势。

一般来说，横梁单元的收窄程度可被选作需要实现的机械性能，特别是抗扭刚度的一种关系变量。优选地，所述横梁单元的最小纵向尺寸为横梁单元在纵向上的最大纵向尺寸的40%至90%，优选50%至80%，更优选60%至70%，特别地，所述最大纵向尺寸被定义在横梁单元和其中一个纵梁的连接处。

在本发明的优选实施例中，自由端部在背离初级弹簧界面的部分里形成停止装置的一个停止界面。优选地，所述停止装置为一个旋转停止装置和/或纵向停止装置，该停止装置也适应于在框架主体和支撑在框架主体上的元件，尤其是承梁或车厢体之间形成一种牵引连接。应当指出的是，由于其提供一种高度的功能整合并能实现一种较轻的整体设计，这种结构特别有利。

本发明还涉及一种轨道车辆单元，包括一个根据本发明的通过初级弹簧单元和旋转臂支撑在两个车轮单元上的第一运行装置单元，所述旋转臂与第一运行装置单元的框架主体连接形成第一运行装置。另一轨道车辆元件可支撑在框架主体上，特别地，所述轨道车辆元件为一个承梁或车厢体。

应当理解的是，根据本发明的另一个方面，框架主体可形成用于不同类型运行装置的标准部件。通过在标准框架主体上附加地安装特定的类型部件，能实现适用于运行装置的特定类型的框架主体的定制。这种方法有高度有利的商业影响。这是因为，除了自动化铸造工艺中所节约的大量成本外，仅需生产一种类型的框架主体，其进一步大量地节约了成本。

因此，优选地，所述轨道车辆单元包括一个根据本发明的通过初级弹簧单元和旋转臂支撑在两个车轮单元上的第二运行装置框架，所述旋转臂与第二运行装置框架的框架主体连接形成第二运行装置。所述第一运行装置可为一个从动运行装置，该从动运行装置包括一个驱动单元，而所述第二运行装置可为一个非从动运行装置，该非从动运行装置设有一个无驱动单元。优选地，至少，所述第一运行装置框架的框架主体和第二运行装置框架的框架主体是大致相同的。

应当指出的是，在相同的框架主体的基础上，本文中运行装置的特定类型和功能的定制不限制于从动和非从动运行装置的差异。在标准化的相同框架主体的基础上，可使用其它任何功能的部件以实现这种运行装置之间相关的功能差异。

参照附图，通过从属权利要求和以下对优选实施方案的描述，本发明的进一步实施方案将是显而易见的。

附图说明

图1是带有一种根据本发明的优选实施方案的一种运行装置单元的根据本发明的一种轨道车辆的优选实施方案的一部分的侧视示意图；

图2是图1中运行装置单元的框架主体的侧视示意图；

图3是图2中框架主体沿图1中III-III线的剖视示意图；

图4是图2中框架主体的主视示意图；

图5是运行装置单元沿图1中V-V线的局部剖视示意图；

图6是图1中运行装置单元的俯视示意图

具体实施方式

参考图1至6，以下对带有一个根据本发明的一种运行装置102的一种优选实施方案的根据本发明的一种轨道车辆101的一种优选实施方案作更详细地描述。为了简化以下的阐述，图中引入了一个xyz-坐标系，其中（在一个直线的、水平轨道T上）x-轴指定了轨道车辆101的纵向方向，y-轴指定了轨道车辆101的横向方向，z-轴指定了轨道车辆101的高度方向（同样也适用于运行装置102）。应当指出的是，除非另有以下关于轨道车辆部件的位置和方向的阐述，都指轨道车辆101在标称负荷下位于直线水平轨道上的静态状态下。

车辆101为一种低地板轨道车辆，例如电车等。车辆101包括由运行装置102上的一个悬挂系统支撑的一个车厢体101.1。运行装置102包括轮副103形式的两个车轮单元，其通过一个初级弹簧单元105支撑运行装置框架104。运行装置框架104通过一个次级弹簧单元106支撑车厢体。

运行装置框架104设有一个框架主体107，该框架主体包括两个纵梁108和一个横梁单元109，该横梁在横向方向上提供两纵梁108间的结构连接以形成一种大致为H形的结构。每个纵梁108都设有两个自由端部108.1和一个中心部108.2。该中心部108.2连接至横梁单元109，同时自由端部108.1形成与相关的车轮单元103相连的初级悬挂单元105的一个初级悬挂装置105.1的一个初级悬挂界面110。在本实施例中，该初级弹簧装置105.1使用一种紧凑且牢固的橡胶金属弹簧。

每个纵梁108设有与自由端部108.1中的一个相关联的一个角形部108.3。由于每个角形部108.3的设置，以致自由端部109.1形成一个主要在高度方向延伸的支柱部。因此，从根本上讲，框架主体107为一个较复杂的、通常为三维的几何体。

每个纵梁108都设有一个与自由端部108.1相关联的枢轴界面部111。该枢轴界面部111形成与相关联的车轮单元103的轮副轴承单元103.1牢固连接的旋转臂112的一个枢轴界面。旋转臂112通过枢轴螺栓连接113旋转式地连接至框架主体107。该枢轴螺栓连接113包括一个定义了一个枢轴轴线113.2的枢轴螺栓113.1。枢轴螺栓113.1被插入到旋转臂112的一个叉部的匹配凹部和枢轴界面部111的凸缘111.2上的一个枢轴界面凹部111.1里（该凸缘111.2位于旋转臂112的端部之间）。

为了降低框架主体107的复杂性，枢轴界面部111被整合到纵梁108的角形部108.3里，从而实现一种非常紧凑的结构。更准确地说，将枢轴界面部111整合到角形部108.3里使框架主体有一个较光滑、无分枝的几何外形。

此外，这种紧凑的、光滑的、无分枝的结构使框架主体107可能形成为一种一体铸件。更准确地说，该框架主体107可由灰口铸铁材料通过自动化铸造过程制成一种单独的铸件。灰口铸铁材料有以下优点：由于其碳含量高，在铸造时有特别好的流性，从而保证了非常高的加工可靠性。

铸造在一种自动化的铸造生产线的传统型箱里进行。因此，框架主体107的制造被显著地简化，且比传统的焊接框架主体方案更有效地节约了成本。事实上，（与传统的焊接框架主体相比）这种自动化铸造工艺能节约超过50%的成本。

本实施例中使用的灰口铁材料是目前欧洲标准EN 1563中规定的一种所谓的球状石墨铸铁材料或球墨铸铁（SGI）材料。更准确地说，使用一种EN-GJS-400-18U LT的材料，其刚度、断裂延伸率和韧性的平衡度很好，特别是在低温的时候。显然地，根据框架主体的机械要求，可选用如上所述的其它任何合适的铸造材料。

为了实现将枢轴界面部111适当地整合到角形部108.3里，在纵向方向上（x轴）枢轴界面部111缩进相关联的自由端部108.1后面。

在本实例中，每个纵梁的前自由端108.1和后自由端108.1在纵向上定义了纵梁108的最大纵向梁长L_LB,max。此外，前枢轴界面部111（与前自由端108.1相关联）和后枢轴界面部111（与后自由端108.1相关联）在纵向上定义了纵梁108的最大枢轴界面尺寸L_PI,max。

在本实例中，最大枢轴界面尺寸L_PI,max大约是最大纵向梁长L_LB,max的92%，因此，得到了一个在枢轴界面部111领域没有纵向突出的非常紧凑的设计，为铸造过程中的良好的材料流动提供合适的边界条件，这在所使用的自动铸造工艺中是必不可少的。

另外，前枢轴轴线113.2（前旋转臂112的枢轴轴线）和后枢轴轴线113.2（后旋转臂112的枢轴轴线）在纵向上定义了枢轴轴线距L_PA，约为最大纵向梁长L_LB,max的76%。

尽管本实施例中的框架主体107在空间三个维度（x,y，z）的尺寸都很大，特别是不仅在水平平面（即xy-平面）而且在高度方向（z－轴）的尺寸都很大，它仍适于自动铸造。更具体地说，从图3可以看出，在高度方向上，纵梁中心部108.2定义了纵梁底面以及纵梁108在纵梁底面上方的最大中心梁高H_LBC，max，而自由端部108.1定义了纵梁底面上方的最大梁高H_LB,max。尽管本实例中的最大梁高H_LB,max约为最大中心梁高H_LBC,max的380%，框架主体107仍可以铸造成一个整块的构件。

此外，（特别地，从图5中可看出），由于初级悬挂界面110的设置以致作用于自由端108.1区域的总支撑合力F_TRS（即当运行装置框架104被支撑在车轮单元103时，通过初级悬挂装置105作用于自由端108.1区域的支撑力的总合力）大致地关于xz平面平行，同时以一个初级悬架角α_PSF,x关于纵向方向（x轴）倾斜,并以一个互为余角的初级悬挂角

α_PSF,z=90°-α_PSF,x                    （1）

关于高度方向（z轴）倾斜，从而实现了建筑空间（运行装置102中框架主体107所需的）的大量减小。与DE 41 36 926 A1中的结构相比，这种总支撑合力F_TRS的倾斜允许该初级悬挂装置105.1更靠近轮副103，更准确地讲，更靠近轮副103的旋转轴线103.2。这种方法的优点不仅包括：初级悬挂界面110能更靠近车轮单元，明显地节省了运行装置102的中心部所占的空间。此外，连接至轮副轴承单元103.2的旋转臂112可以为一种更小、更轻和更简单的设计。

此外，根据待审核的专利号10 2011 110 090.7（整个公开文本被纳入本文中以供参考）的德国专利申请中更详细的描述细节，这种倾斜的总支撑合力F_TRS能提高在枢轴界面111上实现旋转臂112和框架主体107的连接的可能，旋转臂和框架主体都为负荷下自我调节（由于作用于纵向方向和高度方向上的总合力F_TRS的分力），同时当没有支撑负荷F_TRS时容易被拆卸。

最后，这种设计的优点在于：尤其是由于界面部更加靠近轮对，其进一步地促进了框架主体的通过自动化铸造方法的自动化生产。

从根本上说，尽管总支撑合力F_TRS可有任何需要的、适当的关于纵向方向和高度方向的倾斜，在本实施例中，总支撑合力F_TRS以一个初级悬挂角α_PSF,x=45°关于纵向方向倾斜。因此，总支撑合力以一个与初级悬挂角度互为余角的角度α_PSF,z=90°-α_PSF，x=45°关于高度方向倾斜。因此，这种倾斜提供了一个特别紧凑的、有利的设计。此外，其也更好地将支撑负荷FT_RS从轮副103应用到框架柱体107上。最后，因此，支柱部或端部108.1可以为一种轻微地前倾结构，其有利于促进铸造材料的流性以及自动化铸造方法的使用。

从图5中进一步地可以看出，由于初级悬挂界面110和初级悬挂装置105.1的设置，总支撑合力F_TRS贯穿轮副103的一个轮副轴103.3，导致支撑负荷能更好地从轮副103应用至初级悬挂装置105.1并向前地被应用至框架主体107。更准确地讲，总支撑合力FTRS贯穿车轮轴103.3的车轮旋转轴线103.2。

此外，这种结构使总支撑合力F_TRS的杠杆臂较短（例如，枢轴螺栓113.1处的杠杆臂A_TRS），因此也使作用于纵梁108的弯曲力矩较低，其反过来允许框架主体107的一种更轻的设计。

以上所述结构的进一步优点在于，旋转臂112可为一种非常简单和紧凑的设计。更准确地讲，在本实施例中，整合除了叉部（安装枢轴螺栓113.1用）外的轮副轴承单元103.1的旋转臂112需简单地为位于靠近轮副轴承单元103.1的外围的初级弹簧装置105.1提供一个相应的支撑表面。因此，与现有的结构相比，不需要复杂的臂或者类似部件来将支撑力应用至初级弹簧装置105.1。

从根本上说，尽管初级悬挂界面部110可有任何需要的、适当的形状，在本实施例中，初级悬挂界面部110为一个简单平坦表面110.1，其两边是两个突起110.2（此外，为达到居中的目的，初级悬挂装置105.1与之相配的表面紧靠所述突起站立）。该平坦表面110.1定义了一个主界面平面，该主界面平面承担了一部分总支撑合力F_TRS。

主界面平面110.1与总支撑合力F_TRS大体垂直并与横向方向（y轴）大体平行。因此，主界面平面110.1关于纵向方向倾斜并关于高度方向倾斜。更准确地讲，主界面平面110.1以主界面平面角度关于高度方向倾斜

α_MIP，z=90°-α_PSF,z=α_PSF,x    （2）

因此，在本实施例情况下，主界面平面110.1以主界面平面角度α_MIP，z=45°关于高度方向倾斜。

为了得到略微向前倾斜的自由端部108.1并使其具有以上描述的优点，在本实施例中，枢轴界面部111在纵向上缩进初级悬挂界面110的中心110.3后面。为此，在本实施例，枢轴轴线距L_PA为由纵梁108的前初级悬挂界面110和后初级悬挂界面110的中心110.3定义（纵向方向上）的初级悬挂界面中心距L_PSIC的82%。

横梁单元109包括两个横梁109.1，其大致地关于一个平行于yz平面的对称面彼此对称地设置，并设置在框架主体107的中心。横梁109.1（在纵向方向上）被一个间隙109.5隔开。

从图3中可以看出，在一个平行于xz平面的截面内，每个横梁109.1都设有带有一个内墙109.2、一个上墙109.3和一个下墙109.4的一个大致为C形的横截面。该C形横截面的设置方式为，在纵向方向上，其开口朝向（位于更近的）框架主体107的自由端，同时其大致地被与框架主体107的中心相邻的内墙109.2封闭。换句话说，横梁109.1的开口侧相互背离。

横梁109.1的这种开口设计的优点在于（虽然所用材料刚性一般），不仅单个的横梁109.1的扭转较为柔软，即关于横向的y轴的抗扭矩刚度较低（与横梁的一般的封闭、盒形的设计相比）。由于内墙109.2（在纵向方向上）相对来说较为位于横梁单元109的中心处，这点也适用于作为整体的横梁单元109，因此它们关于横向的y轴的抗扭力矩影响较小。

此外，位于框架主体107中心区域的间隙109.5设有一个最大纵向间隙尺寸L_G,max，其为纵向方向上的横梁109.1中的一个的最小纵向尺寸L_TB,min的100%（位于框架主体107的中心区域）。间隙109.5的优点在于，在没有增加框架主体107质量的前提下，两个横梁109.1的主要延伸面内（平行于xy-平面）的抗弯刚度增加了，因此实现了一种较轻的结构。

此外，间隙109.5能容易地用于安装运行装置102的其它部件（例如图6中所示的横向减震器114），其特别有利于现代轨道车辆中关于可用建筑空间的严格限制。

C形横截面延伸越过横梁单元109的一个横向中心部，这是因为在这个位置上可对横梁单元的抗扭刚度产生特别有利的影响。。在本实施方案中，该大致为C形的横截面延伸越过在横向方向上的横梁单元的整个延伸（即从一个纵梁108到另一个纵梁108）。因此，在本实施例中，该C形横截面延伸越过一个横向的尺寸W_TBC，其为在横梁单元109区域内的纵梁108的纵向中心线108.4间的横向距离W_LBC的85%。即便是使用这种灰口铸铁框架主体，通过这种方式也能实现一种特别有利的抗扭刚度。

至于在横向方向上的延伸，同样（指C形横截面）也适用于间隙109.5的延伸。此外，值得指出的是，纵向间隙的尺寸不需要和横向方向上的相同。根据需要可选用所需的间隙。

在本实施例中，每个横梁109.1都定义了一个横梁中心线109.6，在平行于xy平面的第一平面和平行于yz平面的第二平面里，其一般为曲线的或多边形的形状。这种一般为曲线的或多边形的形状的横梁中心线109.6的优点在于，各个横梁109.1适应于作用于各个横梁109.1的负荷分布，从而使各个横梁109.1里的应力平稳分布，并最终使框架主体107的质量较轻和应力最优化。

因此，从图2和图6中可以看出，横梁单元109是一个带有一个收窄中心部109.7的中心收窄单元，该收窄中心部109.7定义了横梁单元的一个最小纵向尺寸L_TBU,min（在纵向方向上），在本实施例中，最小纵向尺寸L_TBU,min为横梁单元的最大纵向尺寸L_TBU,max（在纵向方向上）的65%。在本实施例中，该最大纵向尺寸被定义在横梁单元109和纵梁108的连接处。

一般来说，横梁单元109的收窄程度可被选作框架主体107需要实现的机械性能（特别地指框架主体107的抗扭刚度）的一种关系变量。在任何情况下，本文中所述的横梁单元的设计为一种平衡性好的结构，且抗扭刚度较低（关于横向方向）和抗弯曲刚度较高（关于高度方向）。由于运行装置框架104能提供倾向于平衡轮副103的所有四个车轮的车轮到轨道的接触力的一定扭转变形，这种结构对关于运行装置102的脱轨安全性能特别有利。

从图3和图6中进一步地可以看出，在本实施例中，自由端部108.1在背离初级弹簧界面110的部分里形成停止装置115的一个停止界面。停止装置115整合了车厢体101.1的一个旋转停止装置和一个纵向停止装置的功能。此外，停止装置115也适应于在框架主体107和支撑在框架主体107上的车厢体101.1间形成一种牵引连接。应当指出的是，由于其提供一种高度的功能整合并能实现一种较轻的整体设计，这种结构特别有利。

从图1中可以看出，车厢体101.1（更准确地讲，或者是车厢体101.1的相同部分被支撑在第一运行装置102上或车厢体101的另一部分）被支撑在一个另外的第二运行装置116上。如上所述的所有部件，第二运行装置116和第一运行装置102是一样的。然而，当第一运行装置102为一种带有一个安装在框架主体107上的驱动装置的（没有标示出）从动运行装置时，第二运行装置116则为一个不带有这种安装在框架主体107上的驱动装置的非从动运行装置。

因此，根据本发明的另一个方面，框架主体107形成了一个供第一运行装置102和第二运行装置使用的标准化部件，即不同类型的运行装置。通过在标准框架主体107上附加地安装特定的类型部件，能实现适用于运行装置的特定类型的框架主体107的定制。这种方法有高度有利的商业影响。这是因为，除了自动化铸造工艺中所节约的大量成本外，仅需生产一种类型的框架主体107，其进一步大量地节约了成本。

应当再次被指出的是，在相同的框架主体107的基础上，本文中运行装置102、106的特定类型和功能的定制不限制于从动和非从动运行装置的差异。在标准化的相同框架主体107的基础上，可使用其它任何功能的部件（例如特定类型的制动器、倾斜系统、滚动支撑系统等）以实现这种运行装置之间相关的功能差异。

尽管在前文中只以带有内置轮副轴承的运行装置为背景对本发明进行了描述，应该指出的是，本发明也可用于带有外置轮副轴承的情况。只需对运行装置框架做轻微改动即可，特别是纵梁、磁力制动器等元件的位置，以适应不同轨距。

虽然本发明在上文中仅以低地板轨道车辆为背景做出了说明，然而应当指出的是，其也适用于其它任何类型的轨道车辆，以解决关于降低生产难度的类似问题。

Claims (15)

1.一种轨道车辆的运行装置单元，包括

－一个定义纵向方向、横向方向和高度方向的运行装置框架主体（107）；

－所述框架主体（107）包括两个纵梁（108）和一个横梁单元（109），该横梁单元在横向方向上提供两纵梁（108）间的结构连接以形成一种大致为H形的结构；

－每个纵梁（108）都设有一个初级悬挂界面部，该初级悬挂界面部与该纵梁（108）的一个自由端部（108.1）相关联并形成一个与相关车轮单元（103）相连的初级悬挂装置（105.1）的初级悬挂界面（110）；

－每个纵梁（108）都设有一个枢轴界面部（111），该枢轴界面部与所述初级悬挂界面部相关联并形成一个与相关车轮单元（103）连接的旋转臂（112）的枢轴界面；

－当所述框架主体（107）支撑在相关车轮单元（103）上时，所述初级悬挂界面（110）承担作用于自由端部（108.1）区域内的总支撑合力。

其特征在于

－所述初级悬挂界面（110）的设置使总支撑合力关于所述纵向方向倾斜并且关于所述高度方向倾斜。

2.根据权利要求1所述的运行装置单元，其特征在于

－所述总支撑合力以一个初级悬挂角关于所述高度方向倾斜；

－所述初级悬挂角的范围是20°到80°，优选30°到70°，更优选40°到50°。

3.根据权利要求1或2所述的运行装置单元，其特征在于

－所述相关车轮单元（103）通过枢轴联接到枢轴界面的旋转臂（112）与所述框架主体（107）连接；

－由于所述初级悬挂界面（110）和初级悬挂装置（105.1）的设置，所述总支撑合力贯穿所述车轮单元（103）的一个车轮轴（103.3），特别是贯穿所述车轮轴（103.3）的旋转轴线（103.2）。

4.根据权利要求1至3中任意一项权利要求所述的运行装置单元，其特征在于

－所述初级悬挂界面（110）定义了一个主界面平面；

－所述主界面平面被设置用来承担至少大部分的总支撑合力；

-所述主界面平面关于所述纵向方向倾斜并关于所述高度方向倾斜；

－特别地，所述主界面平面以一个主界面平面角关于所述高度方向倾斜，所述主界面平面角的范围是20°到80°，优选30°到70°，更优选40°到50°；

-所述主界面平面关于所述横向方向大体平行。

5.根据权利要求1至4中任意一项权利要求所述的运行装置单元，其特征在于

－所述枢轴界面部（111）在所述纵向上至少部分地缩进初级悬挂界面（110）的中心（110.3）的后面；

－其中一个所述纵梁（108）的前初级悬挂界面（110）的中心（110.3）与后初级悬挂界面（110）的中心（110.3）在所述纵向上定义了一个最大初级悬挂界面中心距离；

－一个前枢轴界面部（111）与所述前初级悬挂界面（110）相关联，定义了一个前旋转臂（112）的前枢轴轴线（113.2）；

－一个后枢轴界面部（111）与所述后初级悬挂界面（110）相关联，定义了一个后旋转臂（112）的后枢轴轴线（113.2）；

－所述前枢轴轴线（113.2）和后枢轴轴线（113.2）在所述纵向上定义了一个枢轴轴线距离；

－所述枢轴轴线距离为所述最大初级悬挂界面中心距离的60％至105％，优选70％至95％，更优选80％至85％。

6.根据权利要求1至5中任意一项权利要求所述的运行装置单元，其特征在于

－所述初级悬挂界面（110）被设置成一个单独初级悬挂装置（105.1）的界面；

－特别地，所述初级悬挂装置（105.1）由一个单个的初级悬挂单元构成；

－特别地，所述初级悬挂单元由一个单个的初级悬挂弹簧构成，优选橡胶金属弹簧单元。

7.根据权利要求1至6中任意一项权利要求所述的运行装置单元，其特征在于

－所述框架主体（107）形成为一种由灰口铸铁原料制成的一体铸件；

－特别地，所述框架主体（107）由球状石墨铸铁材料；

－特别地，所述球状石墨铸铁材料为EN-GJS-400-18U LT和EN-GJS-350-22-LT中的一种。

8.根据权利要求1至7中任意一项权利要求所述的运行装置单元，其特征在于

－每个纵梁（108）都设有与所述自由端部（108.1）相关联的一个角形部（108.3）；

－所述角形部（108.3）的设置使所述自由端部形成一个至少主要在所述高度方向上延伸的支柱部；

-所述枢轴界面部（111）与所述角形部（108.3）相关联；

－特别地，所述枢轴界面部（111）整合到所述角形部（108.3）中。

9.根据权利要求1至8中任意一项权利要求所述的运行装置单元，其特征在于

-所述枢轴界面部（111）在所述纵向上设置为至少部分地缩进所述相关自由端部（108.1）的后面；

－其中一个所述纵梁的前自由端部（108.1）和后自由端部（108.1）在所述纵向上定义出该纵梁的最大纵向梁长；

－一个与所述前自由端部（108.1）相关联的前枢轴界面部（111）定义了一个前旋转臂（112）的前枢轴轴线（113.2）；

－一个与所述后自由端部（108.1）相关联的后枢轴界面部（111）定义了一个后旋转臂（112）的后枢轴轴线（113.2）；

－所述前枢轴轴线（113.2）和后枢轴轴线（113.2）在所述纵向上定义了一个枢轴轴线距离；

－所述枢轴轴线距离为所述最大纵梁长的60%至90%，优选70%至80%，更优选72%至78%。

10.根据权利要求1至9中任意一项权利要求所述的运行装置单元，其特征在于

－在所述高度方向上，其中一个所述纵梁（108）在纵梁中心部中定义了一个纵梁底面以及该纵梁（108）在所述纵梁底面上方的最大中心梁高；

－该纵梁（108）的其中一个所述自由端部定义了所述纵梁底面上方的最大梁高；

－所述最大梁高为所述最大中心梁高的200%至450%，优选300%至400%，更优选370%至380%。

11.根据权利要求1至10中任意一项权利要求所述的运行装置单元，其特征在于

－所述横梁单元（109）包括至少一个横梁（109.1）；

－所述至少一个横梁（109.1）在与所述纵向方向和所述高度方向平行的剖面内定义了一个大致为C形的横截面；

－特别地，所述大致为C形的横截面的设置在所述纵向上朝所述框架主体（107）的一个自由端开口，特别地，基本上朝所述框架主体（107）的中心闭合；

－所述大致为C形的横截面在所述横向方向上延伸越过所述横梁单元（109）的一个横向中心部；

－所述大致为C形的横截面在所述横向上延伸越过一个横向的尺寸，该横向尺寸至少为在所述横梁单元（109）区域内的所述纵梁（108）的纵向中心线间的横向距离的50%，优选至少70%，更优选80%至95%。

12.根据权利要求11所述的运行装置单元，其特征在于

-所述至少一个横梁（109.1）为一个第一横梁（109.1），所述横梁单元（109）包括一个第二横梁（109.1）；

－特别地，所述第一横梁（109.1）和所述第二横梁（109.1）大致地关于一个对称平行于所述横向方向和所述高度方向的平面对称设置；

－特别地，所述第一横梁（109.1）和第二横梁（109.1）在所述纵向上被一个具有纵向尺寸的间隙（109.5）隔开；

－特别地，所述纵向间隙尺寸为其中一个所述横梁（109.1）在所述纵向上的最小纵向尺寸的70%至120%，优选85%至110%，更优选95%至105%；

－特别地，所述第一横梁（109.1）和所述第二横梁（109.1）中的每一个都定义了一个横梁中心线（109.6），特别地，至少横梁中心线（109.6）中的一个，至少是一段，在与所述纵向方向和所述横向方向平行的第一平面内和/或与所述横向方向和所述高度方向平行的第二平面内具有一般为曲线的或多边形的形状。

13.根据权利要求1至12中任意一项权利要求所述的运行装置单元，其特征在于

－所述横梁单元（109）是一个局部收窄的单元，特别是中心收窄的单元；

－所述横梁单元（109）具有一个收窄部（109.7），该收窄部定义了所述横梁单元（109）在所述纵向上的最小纵向尺寸；

－特别地，所述横梁单元（109）的最小纵向尺寸为所述横梁单元（109）在所述纵向上的最大纵向尺寸的40%至90%，优选50%至80%，更优选60%至70%，特别地，所述最大纵向尺寸被定义在所述横梁单元（109）和其中一个所述纵梁（108）的连接处。

14.根据权利要求1至13中任意一项权利要求所述的运行装置单元，其特征在于

－所述自由端部（108.1）在背离所述初级弹簧界面的部分里形成一个停止装置（115）的停止界面；

－特别地，所述停止装置（115）为一个旋转停止装置和/或纵向停止装置；

－特别地，所述停止装置（115）适应于在框架主体（107）和支撑在框架主体（107）上的元件，尤其是承梁或车厢体（101.1）之间形成一种牵引连接。

15.一种轨道车辆单元，包括

－一个根据权利要求1至14中任意一项权利要求所述的通过初级弹簧单元（105）和旋转臂（112）支撑在两个车轮单元（103）上的第一运行装置单元（104），所述旋转臂与第一运行装置单元（104）的框架主体（107）连接形成第一运行装置（102）；

-一个轨道车辆元件（101.1），特别地，所述轨道车辆单元支撑在所述框架主体（107）上，特别地，所述轨道车辆元件为一个承梁或车厢体（101.1）。

－特别地，所述轨道车辆单元包括一个根据权利要求1至14中任意一项权利要求所述的通过初级弹簧单元（105）和旋转臂（112）支撑在两个车轮单元（103）上的第二运行装置单元（104），所述旋转臂与第一运行装置单元（104）的框架主体（107）连接形成第二运行装置（116）；

－特别地，所述第一运行装置（102）为一个从动运行装置，该从动运行装置包括一个驱动单元，特别地，所述第二运行装置（116）为一个非从动运行装置，该非从动运行装置设有一个无驱动单元，至少，所述第一运行装置框架（104）的框架主体（107）和所述第二运行装置框架（104）的框架主体（107）是大致相同的。

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