CN103786740A - 一种铁路车辆转向架 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种铁路货车转向架，包括位于转向架的两侧架之间的弹性中交叉支撑杆结构、具有窄轴箱导框开口的侧架以及与所述侧架相匹配的窄轴承承载鞍和一系弹性垫。所述铁路车辆转向架可以显著提高三大件铁路货车转向架的抗菱特性，防止转向架的两侧架和两轮对之间发生平行四边形（菱形）现象，从而改善车辆的曲线通过性能和提高蛇形运动的临界速度。此外，所述铁路货车转向架能够选用较小的转向架固定轴距，以降低铁路车辆转向架的重量、提高铁路货车载重。

Description

一种铁路车辆转向架

技术领域

本发明涉及铁路运输装备技术领域，尤其涉及一种铁路货车三大件转向架。

背景技术

转向架是铁路车辆结构中最为重要的部件之一，其主要用于增加车辆的载重、长度与容积、提高列车运行速度，并在规定的线路轨道条件下，能够保证空载和重载车辆无论在低速或高速行驶时，都具有良好的运行品质，以保护车辆和货物，满足铁路运输发展的需要。

现有的三大件转向架中，有某些转向架装用了侧架弹性中交叉支撑结构及其轴箱弹性悬挂装置，从而提高了转向架的抗菱特性。但是，这些转向架均采用纵向宽度较宽的轴箱导框开口的侧架，从而导致各种轴型的铁路转向架，需要取用较大的固定轴距。进而增加了转向架的重量，降低了车辆的有效载重和市场可销售性。

发明内容

本发明提供一种铁路货车转向架，特别是一种具有窄轴箱导框开口侧架的弹性中交叉支撑杆结构的铁路货车转向架。

所述转向架包括纵向两端具有窄轴箱导框开口和中部具有侧架方框的第一侧架和第二侧架；摇枕；轮对；二系弹簧悬挂系统及其摩擦斜楔弹簧减载阻尼装置；转向架基础制动装置；窄轴承承载鞍，所述窄轴承承载鞍与所述侧架的窄轴箱导框开口相匹配，且其顶部横向呈鞍形；位于所述窄轴承承载鞍上方和侧架窄轴箱导框开口的鞍形顶部的是鞍形的一系弹性垫；在所述第一侧架和第二侧架之间，两根等长的中交叉支撑杆从所述第一侧架外侧的两个三角孔交叉穿过，然后再穿过所述摇枕两外侧腹板和中间腹板的预留孔，并从所述第二侧架外侧的两个三角孔穿出；进而所述两根中交叉支撑杆通过其两端的连接锥孔被分别地藉由弹性锥套而弹性地连接到所述第一侧架和第二侧架外侧的支撑座上，构成该转向架的侧架弹性中交叉支撑杆结构；所述第一侧架和第二侧架的纵向两端，通过所述窄轴承承载鞍以及位于所述窄轴承承载鞍上方的鞍形一系弹性垫而设置在所述轮对横向两端的双列圆锥滚子轴承上。

根据本发明所述的转向架，能显著地提高该三大件货车转向架的抗菱特性，以抵抗转向架的两侧架和两轮对之间发生平行四边形（菱形）现象，从而改善了铁路车辆的曲线通过性能和提高蛇形运动的临界速度，同时又减轻了转向架的自重。

对于相同轨距的、各种不同轴型的三大件铁路货车转向架（诸如标准轨距所使用的2D、2E、2L、2F、2K和2G、2M轴的两轴货车转向架）而言，在制动位时，由于各种轴型轮对的轮背内侧距及轮辋宽度是相同的（即，这些转向架基础制动装置的制动闸瓦与车轮踏面的接触位置相对于各种轴型转向架的纵向和横向对称平面基本上是对称的），因此，虽然各种轴型转向架车轮及侧架方框两侧的制动梁滑槽的角度会有所不同，但它们的两侧架弹性中交叉支撑杆的水平对称轴线之间的“X”形的横向夹角基本上可采用相同横向夹角的水平交叉结构（即侧架弹性中交叉支撑杆结构的两交叉杆呈相同角度的“X”形水平交叉），从而可将车轮外侧纵向设置的第一侧架和第二侧架被弹性的连接在一起，以构成转向架的侧架弹性中交叉支撑杆结构。

用于所述转向架的车轴轴型分别为D轴、E和L轴、F和K轴、G和M轴，所述侧架窄轴箱导框开口的两导框腿内侧设有导台，所述导台与所述窄轴承承载鞍的竖直侧壁和凹槽呈配合设置，这种配合设置符合AAR标准S-325和M-924的规定。由于这种侧架的窄轴箱导框开口以及窄轴承承载鞍和一系弹性垫的纵向宽度均较小，因此侧架的重量也会较轻，相应降低了转向架的重量，从而可以提高三大件货车转向架的有效载重。

根据本发明所述的转向架，在保证承载稳定的同时，还具有结构简单、纵向尺寸较小的特点，能够适当减小转向架的固定轴距（车轮轮距），提高转向架的有效载重。

附图说明

图1为本发明所述三大件货车转向架的侧视图；

图2为图1所示三大件货车转向架的局部放大图；

图3为本发明所述三大件货车转向架的俯视图；

图4为本发明所述三大件货车转向架的弹性中交叉支撑杆结构的俯视图；

图5为本发明所述弹性中交叉支撑杆结构的另一实施例的局部俯视图；

图6为本发明所述三大件货车转向架中的支撑杆座及其弹性锥套的剖视图；

图7A为本发明所述三大件货车转向架的摇枕的俯视图；

图7B为本发明所述三大件货车转向架的摇枕的侧视图；

图8和图9分别为图2所示窄轴承承载鞍的主视图和俯视图；

图10和图11分别为图2所示一系弹性垫的主视图和俯视图。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

需要说明的是，本发明中出现的术语“纵向”、“横向”、“垂向”指的是：当转向架停放在铁路线路轨道上时，沿着铁路线路轨道方向为“纵向”；沿着转向架车轴方向为“横向”；与铁路线路轨道平面相垂直的方向为“垂向”。在本发明附图中，图1中的左、右方向为“纵向”，图1中的上、下方向为“垂向”，图3中的上、下方向为“横向”。并且应当理解的是，这些术语仅用于说明本发明的具体实施例，而并非意于对本发明保护范围的限制。

如图1和图2所示，铁路车辆车体通过转向架摇枕（心盘）20、两组中央弹簧悬挂系统和摩擦斜楔的弹簧减载阻尼装置7、两个侧架50、四组窄轴承承载鞍5、一系弹性垫6以及两组双列圆锥滚子轴承轮对30而将车体的载荷弹性地传递到铁路线路轨道上。侧架50的纵向两端设置有窄轴箱导框开口501，所述窄轴箱导框开口501具有向上凹入的鞍形顶部511。轮对30的车轴端部具有双列圆锥滚子轴承301。所述窄轴承承载鞍5和一系弹性垫6被分别设置在所述窄轴箱导框开口501的鞍形顶部511和双列圆锥滚子轴承301之间。

所述窄轴承承载鞍5设有两个竖直侧壁51、向上凸起的鞍形顶部52、与轴承301配合的圆弧面53、凹槽54以及定位孔55，所述窄轴箱导框开口501的内侧设有导台5011，导台5011与所述竖直侧壁51和凹槽54相配合。

用于所述转向架的车轴轴型包括D轴、E和L轴、F和K轴、G和M轴，所述侧架50的窄轴箱导框开口501及其导台5011与各种轴型的窄轴承承载鞍5的竖直侧壁51和凹槽54相配合，这种配合设置符合AAR标准S-325和M-924的规定。

一系弹性垫6整体呈向上凸起的鞍形，并设置在窄轴承承载鞍5和所述侧架50的窄轴箱导框开口501的鞍形顶部511之间，从而构成所述转向架的一系悬挂。所述一系弹性垫6的纵向宽度与所述窄轴箱导框开口501的纵向宽度和导台5011之间的纵向间距相匹配。所述一系弹性垫6连接于所述鞍形顶部511的下方，所述窄轴承承载鞍5则连接于所述一系弹性垫6的下方。

通过设置所述窄轴箱导框开口501和窄轴承承载鞍5，能够使得所述导台5011与窄轴承承载鞍5的竖直侧壁51和凹槽54相配合。

在重车状态下，一系弹性垫6将被压缩，从而与空车状态相比，所述导台5011相对于车轴轴颈中心的垂向相对位置将会下移。这种位移的大小因转向架的车轴轴重而异，大约在1～4mm之间。

最重要的是，这种配合方式使得窄轴承承载鞍5无需较大的纵向宽度即可与一系弹性垫6、侧架50和轮对30端部的双列圆锥滚子轴承301配合连接。因此可以使得窄轴承承载鞍5和一系弹性垫6的结构紧凑，这就为在国际市场上，按北美AAR标准，设计各种轴型的中交叉支撑杆转向架创造了条件，以尽可能采用AAR标准的转向架固定轴距，

降低转向架的自重，同时提高转向架的有效载重。即：

因此，具有上述结构的三大件货车转向架具有较高的通用性、继承性和标准化程度，从而可以提高用户在国际市场上的可销售性。

在本发明中，两组中央弹簧悬挂系统及其摩擦斜楔的弹簧减载阻尼装置7被分别设置在横向被隔开的第一侧架和第二侧架的纵向中部侧架方框下方的弹簧承载台上，在两组中央弹簧悬挂系统及其摩擦斜楔弹簧减载阻尼装置7的上方，一个横向设置的摇枕20的两端分别座在该两组中央弹簧悬挂系统及其摩擦斜楔的弹簧减载阻尼装置7上。此时，两个侧架50之间的两根等长的中交叉支撑杆41、42从第一侧架50的两个三角孔交叉穿出，进而从摇枕20外侧腹板的预留孔S1和中间腹板的预留孔S2穿出，最后再从第二侧架50的两个三角孔穿出，并将两根等长的中交叉支撑杆41、42弹性地连接到第一侧架和第二侧架50上的支撑座上，从而构成侧架弹性中交叉支撑杆结构40。两根等长的中交叉支撑杆41、42的两端分别设置有一个具有适当锥度的锥孔。第一侧架和第二侧架的三角形孔的外侧具有固定在侧架上的支撑座43，联接锥柱44被焊固在支撑座43上，由内套、弹性体（通常采用橡胶）和外连接套组成的弹性锥套45被安装在中交叉支撑杆41、42两端的锥孔中。该中交叉支撑杆41、42上的弹性锥套45被套装在支撑座43的联接锥柱44上，然后用压盖46、弹簧垫圈47和螺母48将中交叉支撑杆41、42紧固在两个侧架50的支撑座43上。

在图3、4中，以某轴型转向架为例来说明本发明所述弹性中交叉支撑杆结构40的设置。为方便铁路车辆检修部门，特别是列检部门在列检时更换制动闸瓦，以及为缩小中交叉支撑杆41、42在穿过摇枕20在其两外侧和中间腹板上的横向开孔，在本发明中，以中交叉支撑杆41、42的长度方向中心轴线的交点、即以摇枕20的心盘中心“O”为原点，朝着支撑杆41、42的长度方向的两端（即，朝着中交叉支撑杆41、42的锥孔或侧架50外侧的支撑座43）分别设置有折弯方向彼此相反的第一折弯和第二折弯。在该实施例中，中交叉支撑杆41的两端的第一折弯和第二折弯与中交叉支撑杆42的两端的第一折弯和第二折弯分别关于所述转向架的中心O以点对称的方式设置，因此在下文中，仅以中交叉支撑杆41、42的上半部为例对第一折弯和第二折弯进行说明。

在中交叉支撑杆42上，第一折弯“OAB”的折弯点位于中交叉支撑杆42的长度方向中心轴线上的A点，“OA”与转向架的横向水平对称中心线之间的夹角为24度，“OA”的长度R5约为530mm。在第一折弯处，中交叉支撑杆42外侧的曲率半径R1可为100mm～200mm，内侧的曲率半径R2可为1300mm～1500mm。在中交叉支撑杆42与摇枕20的外侧腹板交点D处，应设置外侧腹板预留孔S1，如图7所示。第二折弯“ABC”的折弯点是位于中交叉支撑杆42的长度方向中心轴线上的B点，且第二折弯与第一折弯的折弯方向相反。“AB”与转向架横向水平对称中心线之间的夹角为19度，“OB”两点之间的直线长度R6约为850mm。在第二折弯处，中交叉支撑杆42外侧的曲率半径R3可为1300mm～1500mm；内侧的曲率半径R4可为100mm～200mm。第二折弯点B在垂直方向靠近制动梁闸瓦托的上方。第二折弯点“B”到中交叉支撑杆42端部的锥孔中心“C”之间的连线与转向架横向水平对称中心线之间的夹角为28度。

另外在该实施例中，另一中交叉支撑杆41上的第一折弯、第二折弯的设置方式与中交叉支撑杆42上的第一折弯、第二折弯的设置方式相同，因此在此省略对其的说明。

图5示出了本发明所述弹性中交叉支撑杆结构40的另一实施例。在该实施例中，中交叉支撑杆41的两端的第一折弯和第二折弯和中交叉支撑杆42的两端的第一折弯和第二折弯分别关于所述转向架的中心O以点对称的方式设置。因此在下文中，仅以中交叉支撑杆41、42的上半部为例对第一折弯和第二折弯进行说明。

在该实施例中，中交叉支撑杆41上的第一折弯“OA1B”的折弯点是位于交叉支撑杆41的长度方向中心轴线上的A1点，“OA1”与转向架的横向水平对称中心线之间的夹角为26度，“OA1”的长度R7约为484mm。在第一折弯处，中交叉支撑杆41外侧的曲率半径标R11可为100mm～200mm，内侧的曲率半径R12可为1300mm～1500mm。在交叉支撑杆41与摇枕20的外侧腹板交点处D1处，应设置外侧腹板预留孔。第二折弯“A1BC”的折弯点是位于交叉支撑杆41的长度方向中心轴线上的B点，且第二折弯与第一折弯的折弯方向相反。“A1B”与转向架横向水平对称中心线之间的夹角为17度，“OB”两点之间的直线长度R6约850mm。在第二折弯处，中交叉支撑杆41外侧的曲率半径R3可为1300mm～1500mm，内侧的曲率半径R4可为100mm～200mm。第一折弯点A1靠近摇枕的两外侧腹板，第二折弯点B在垂直方向上靠近制动梁闸瓦托上方。第二折弯点“B”到中交叉支撑杆端部的锥孔中心“C”之间的连线与转向架横向水平对称中心线之间的夹角为28度。

另外在该实施例中，另一中交叉支撑杆42上的第一折弯、第二折弯的设置方式与中交叉支撑杆41上的第一折弯、第二折弯的设置方式相同，因此在此省略对其的说明。

根据本发明所述的弹性中交叉支撑杆结构，从结构强度和批量生产出发，中交叉支撑杆上的第一折弯和第二折弯处的内侧半径应取较大的曲率半径，例如R1300～1500mm;而外侧半径应取较小的曲率半径，例如R100～200mm以增加此处中交叉支撑杆的宽度;第一折弯和第二折弯处的内侧和外侧处的曲率半径不应过小，以适应数控加工技术的应用（诸如采用数控铣床来自动整体地加工中交叉支撑杆），从而实现大批量的生产的目的。

摇枕20的外侧腹板的预留孔和中间腹板的预留孔应留有足够余量，以利交叉支撑杆41、42穿过并防止车辆运行时交叉支撑杆与摇枕发生干涉。

上述参数系根据某特定轴型转向架的摇枕而设定。其他轴型的转向架的参数则应根据各自的转向架摇枕而定，特别是第一折弯点（A和A1点）。

所述一系弹性垫6顶部的横向中心线上设有两个定位销65，所述定位销65插入到侧架50轴箱导框开口的鞍形顶部511对应位置处的定位孔中，从而实现所述鞍形顶部511与一系弹性垫6的定位连接。

所述一系弹性垫6的下部设有下盖板62，所述下盖板62具有向上凹入的鞍形面66，所述下盖板62的上方设有鞍形的上盖板61，一系弹性垫6的弹性体63硫化粘接于上盖板61和下盖板62之间。

所述一系弹性垫6的向上凹入的下盖板62的鞍形底部的横向中心线上设有两个定位销64，窄轴承承载鞍5的鞍形顶部的横向中心线上设有两个定位孔55，定位销64能够与定位孔55相配合。彼此配合的一系弹性垫6和窄轴承承载鞍5能够保证在横向和纵向上与侧架50轴箱导框开口501和轴承301准确定位。

为了保持所述一系弹性垫6在垂向、纵向和横向都具有适当的刚度，一系弹性垫6的弹性体63的厚度可以设置在30mm～60mm之间，而所述一系弹性垫6的鞍形面与水平面之间的夹角可取为25度-35度之间，通常可取为30度。所述一系弹性垫6的横向长度则应根据双列圆锥滚子轴承301的外环长度加以选择，或适当加长，这取决于所设计转向架的车轴的轴型D、E、L、F、K、G、M。在相同轴重条件下，所述一系弹性垫6则取决于所采用的轴承是否为短轴承的L、K、M的车轴而异。所述一系弹性垫6的弹性体63可以是天然橡胶、人造橡胶或适当的高分子或超高分子弹性材料等，所述弹性材料的硬度在邵氏硬度（邵尔A）75±5。所述上盖板61、下盖板62均可以采用钢板或不锈钢板。而所述弹性体63则与钢制上盖板61、钢制下盖板62硫化粘结在一起。

所述侧架50的向上凹入的鞍形顶部511的横向长度与一系弹性垫6的长度相同，这样能够使二者更好地配合定位，以确保窄轴承承载鞍5的稳定承载和定位。

在将所述一系弹性垫6组装到侧架50的窄轴箱导框开口501时，首先将一系弹性垫6横向放在窄轴箱导框开口501的两导台5011的上方，并将所述一系弹性垫6的两个顶部的定位销65插入所述侧架50的窄轴箱导框开口501的向上凹入的鞍形顶部511对应位置处的定位销孔5111中。这种组装方式的条件是一系弹性垫6的最大垂向高度H2必须小于侧架窄轴箱导框开口501的导台5011的上平面到侧架窄轴箱导框开口501的向上凹入鞍形顶部511之间的最大垂向高度H1，即H1＞H2，通常H1-H2应为4～6mm。这样就可以在侧架50的窄轴箱导框开口501的导台5011和鞍形顶部511之间的空间内横向进行组装，以实现在窄轴承承载鞍5的上方增设一系弹性垫6。

所述一系弹性垫6是一个在垂向、横向和纵向都具有适当刚度的弹性装置，以提高铁路车辆的动力学性能。

一系弹性垫6的最小纵向宽度Bd应等于窄轴承承载鞍5的纵向宽度Ba，而一系弹性垫6的横向长度应等于或大于转向架所使用的双列圆锥滚子轴承301的外环长度，以使得一系弹性垫6在垂向、横向和纵向都具有适当刚度。一系弹性垫的弹性体的硬度应该在硬度（邵尔A）75±5；此外，一系弹性垫63的垂向厚度和两侧鞍形厚度既可相等、也可不相等，需要根据其在垂向、横向和纵向的刚度计算和实测结果而定。各种轴型转向架的一系弹性垫6的垂向、横向和纵向刚度根据不同轴型其各向刚度也会不同。

以上对本发明所述的一种转向架及其一系弹性垫6、窄轴承承载鞍5和侧架50的窄轴箱导框开口501的具体实施例的结构、原理、配合、连接和组装等等进行了详细介绍。上述实施例仅用于帮助理解本发明所述的技术方案，并不构成对本发明保护范围的限制。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种具有侧架弹性中交叉支撑杆结构的铁路货车转向架，包括

具有窄轴箱导框开口的第一侧架和第二侧架；

摇枕；

轮对；

二系弹簧悬挂系统及其摩擦斜楔弹簧减载阻尼装置；

转向架基础制动装置；

窄轴承承载鞍，所述窄轴承承载鞍与所述侧架窄轴箱导框开口相匹配，且其顶部横向呈鞍形；

位于所述窄轴承承载鞍上的鞍形一系弹性垫，

其特征在于，

在所述第一侧架和第二侧架之间，两根等长的中交叉支撑杆从所述第一侧架外侧的两个三角孔交叉穿过所述摇枕两外侧腹板的预留孔和中间腹板上的预留孔，并从所述第二侧架外侧的两个三角孔穿出，进而所述两根中交叉支撑杆通过其两端的连接锥孔被分别通过弹性锥套弹性地连接到所述第一侧架和第二侧架外侧的支撑座上，所述第一侧架和第二侧架的纵向两端通过所述窄轴承承载鞍以及位于所述窄轴承承载鞍上的鞍形一系弹性垫而设置在所述轮对的横向两端的双列圆锥滚子轴承上。

2.根据权利要求1所述的铁路货车转向架，其特征在于，所述侧架弹性中交叉支撑杆以基本相同的角度水平交叉，从而呈“X”形，以将所述第一侧架和第二侧架弹性地连接在一起。

3.根据权利要求1或2所述的铁路货车转向架，其特征在于：所述两根中交叉支撑杆的两端分别设置有连接锥孔，而在所述第一侧架和第二侧架的三角形孔的外侧，相对于所述转向架的纵向对称中心面和所述第一侧架和第二侧架的横向对称中心面，分别设置有固定在所述第一侧架和第二侧架上的两个支撑座；所述支撑座上固定有垂直向上设置的联接锥柱；由内套、弹性体和外连接套组成的弹性锥套被安装在所述中交叉支撑杆的两端的锥孔中，所述中交叉支撑杆上的弹性锥套被套装在支撑座的联接锥柱上，然后使用压盖、弹簧垫圈和螺母将所述中交叉支撑杆固定在所述侧架的支撑座上。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的铁路货车转向架，其特征在于：所述中交叉支撑杆的水平轴线所构成的平面接近于所述转向架的两轮对的横向水平轴线所构成的平面。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的铁路货车转向架，其特征在于：所述中交叉支撑杆上设置有具有第一折弯点的第一折弯和具有第二折弯点的第二折弯，所述第一折弯和第二折弯的折弯方向相反，且所述第一折弯和第二折弯的内侧和外侧分别具有第一曲率半径和第二曲率半径，所述第一曲率半径大于所述第二曲率半径，以增加所述第一折弯和第二折弯处的宽度。

6.根据权利要求1-5中的任一项所述的铁路货车转向架，其特征在于：所述侧架的窄轴箱导框开口具有向上凹入的鞍形顶部，所述窄轴承承载鞍和一系弹性垫设置在所述窄轴箱导框开口内，并位于所述鞍形顶部和所述双列圆锥滚子轴承的外环之间，在组装到所述窄轴箱导框开口时，所述一系弹性垫的最小的纵向宽度大致等于所述窄轴承承载鞍的纵向宽度。

7.根据权利要求1-6中的任一项所述的铁路货车转向架，其特征在于：所述窄轴箱导框开口的两侧的导框腿上设有导台，所述一系弹性垫的最大垂向高度小于所述导台的上平面到所述窄轴箱导框开口鞍形顶部之间的最大垂向高度。

8.根据权利要求1-7中的任一项所述的铁路货车转向架，其特征在于：所述一系弹性垫的最小纵向宽度等于所述窄轴承承载鞍的纵向宽度；所述一系弹性垫的横向长度等于或大于所述双列圆锥滚子轴承的外环长度。

9.根据权利要求1-8中的任一项所述的铁路货车转向架，其特征在于：所述一系弹性垫的上部设有鞍形的上盖板，下部设有鞍形的下盖板，所述一系弹性垫的弹性体被硫化粘接于所述上盖板和所述下盖板之间；所述窄轴承承载鞍的两侧设有竖直侧壁，所述窄轴承承载鞍的顶部与所述一系弹性垫的鞍形下盖板呈定位配合连接，而所述一系弹性垫的鞍形上盖板与所述侧架的窄轴箱导框开口的的鞍形顶部呈定位配合连接。

10.根据权利要求1-9中的任一项所述的铁路货车转向架，其特征在于，所述窄轴箱导框开口设置在所述第一侧架和第二侧架的纵向两端，所述窄轴承承载鞍和一系弹性垫设置在所述窄轴箱导框开口的鞍形顶部和所述轮对的双列圆锥滚子轴承的外环之间，所述窄轴承承载鞍的两侧设有竖直侧壁和凹槽，所述窄轴箱导框开口的导台与所述窄轴承承载鞍的竖直侧壁和凹槽相配合。

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