CN104136301B - 具有与均衡器连接的框架的铁路转向架 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种供机车(10)使用的铁路转向架(14)。该铁路转向架可具有带第一端部和对向的第二端部的第一车轴(48)，以及带第一端部和对向的第二端部的第二车轴。该铁路转向架还可具有连接到第一车轴和第二车轴中的每一者的多个车轮(24)，以及在竖向上由第一车轴和第二车轴可操作地支承并在牵引方向上相对于第一车轴和第二车轴被约束的均衡器(50)。该铁路转向架还可包括框架(46)、竖向地布置在均衡器与框架之间的至少一个弹簧(90)、和可枢转地连接在框架与均衡器之间并且构造成在框架与均衡器之间传递牵引力的连杆(80)。

Description

具有与均衡器连接的框架的铁路转向架

技术领域

本发明总体上涉及铁路转向架(truck)，并且更具体地涉及具有与均衡器可枢转地连接以传递牵引力的框架的铁路转向架。

背景技术

机车通常包括容纳机车的一个或多个动力单元的车体。车体的重量在任一端由将重量传递至相对的轨道的转向架支承。转向架通常包括提供用于牵引马达、车轴和轮副的底座的铸钢框架。机车可配备有具有两个、三个或四个车轴的转向架。四轴式机车转向架的一个示例在1984年12月4日授予Roush等人的美国专利US 4,485,743中公开。

常规机车的每个转向架框架都通过螺旋弹簧连接到其对应的车轴，所述螺旋弹簧直接作用在各车轮的轴颈箱上。轴颈箱将竖向负荷从弹簧传递到车轮并提供用于车轴轴承的箱体。基座附接到转向架框架并且相对于轴颈箱将转向架框架保持就位，同时允许转向架框架的一定竖向移动。基座经由轴颈箱将牵引负荷和横向负荷传递到车轮。在一些应用中，均衡器在不同车轮的轴颈箱之间延伸以使车轮上来自转向架框架的负荷均衡。均衡器的端部处的圆形表面通常搁置在附接到轴颈箱的耐磨板上。

在机车运行期间，会由于基座载荷以及基座和均衡器与轴颈箱的接触而发生显著磨损。因此通常将耐磨板紧固在基座和轴颈箱上。尽管成功地减少了基座和轴颈箱的磨损，但耐磨板必须进行定期维护。这种维护需要昂贵和劳动密集的重新组装过程，该重新组装过程包括将板的磨损面焊接和重新机械加工至新的公差。此外，转向架性能会随着磨损发生而恶化。

本发明的铁路转向架解决了上述问题和/或本领域中的其它问题之中的一个或多个问题。

发明内容

在一方面，本发明可涉及一种铁路转向架。该铁路转向架可包括具有第一端部和相对的第二端部的第一车轴，以及具有第一端部和相对的第二端部的第二车轴。该铁路转向架还可包括连接到第一车轴和第二车轴中的每一者的多个车轮，以及在竖向上由第一车轴和第二车轴可操作地支承并在牵引方向上相对于第一车轴和第二车轴被约束的均衡器。该铁路转向架还可包括框架、在竖向上位于均衡器与框架之间的至少一个弹簧、和可枢转地连接在框架与均衡器之间并且构造成在框架与均衡器之间传递牵引力的连杆。

在另一方面，本发明可涉及一种在机车内传递力的方法。该方法可包括将竖向力和牵引力从机车的车轴经轴承箱传递到位于机车的相对侧的均衡器。该方法还可包括将竖向力从均衡器经弹簧传递到转向架框架。该方法还可包括将牵引力从均衡器经枢转连杆传递到转向架框架。

附图说明

图1是示例性公开的机车的示意图；

图2是可供图1的机车使用的示例性公开的转向架的半分解视图；

图3是可供图2的转向架使用的示例性公开的子转向架(bogie)的示意图；

图4是可供图3的子转向架使用的示例性公开的框架的示意图；

图5是图3的子转向架的一部分的放大示意图；和

图6是可供图3的子转向架使用的示例性公开的支承组件的示意图。

具体实施方式

图1示出机车10的一个示例性实施例，所述机车10包括在相对的端部由多个转向架14(例如，两个转向架14)支承的车体12。每个转向架14都可构造成与轨道16接合并支承车体12的基础平台18。任何数目的发动机可安装在基础平台18上并且构造成驱动每个转向架14包含的多个车轮24。在图1所示的示例性实施例中，机车10包括沿机车10的行驶方向在基础平台18上纵向对齐的第一发动机20和第二发动机22。然而，本领域的技术人员将认识到，第一发动机20和第二发动机22可前后、横向或以任何其它取向布置在基础平台18上。

车体12可固定或可移除地连接到基础平台18，以基本上围住第一发动机20和第二发动机22，同时仍提供通向第一发动机20和第二发动机22的维修通道。例如，车体12可焊接在基础平台18上并且包括策略性地位于第一发动机20和第二发动机22附近的一个或多个检修门23。或者，车体12可经由紧固件附接到基础平台18，使得车体12的一部分或全部可从基础平台18完全移走以提供通向第一发动机20和第二发动机22的必要通道。如果需要，可以想到车体12可替代地以另一方式连接到基础平台18。

基础平台18可构造成在机车10沿着轨道16的弯曲轨迹相对于转向架14稍微枢转。如图2所示，基础平台18可在每一端(仅图2所示的一端)设置有枢轴28，该枢轴28从横向中心向下延伸以与枕梁(bolster)组件28内的轴承26接合。枕梁组件28可包括刚性或柔性地连接到轴承26并沿基础平台18的长度方向延伸的大致平坦的梁(也已知为跨接枕梁)30。附加枢轴32可离开车体12从跨接枕梁30的相对端部向下延伸，以与每个转向架14分开的子转向架36内的枢轴箱34接合，由此将子转向架36可枢转地连结在一起并连接到车体12。在此构型中，车体12和子转向架36全部可相对于枕梁组件28独立地枢转，从而允许机车10顺循轨道16的弯曲轨迹。枢轴25可被设计成在车体12与跨接枕梁30之间传递牵引力(即，沿前/后方向的力，包括推进力和制动力)和横向(即，左到右)力，其中竖向力(即，机车10的重量)的传递最小。类似地，枢轴32可被设计成在跨接枕梁30与子转向架36之间传递这些相同的牵引力和横向力，其中竖向力的传递最小。

跨接枕梁30可经由成对设置的多个弹性件(例如，弹簧)38与基础平台18间隔开，所述弹性件在基础平台18的两侧与枢轴32大致前/后对齐。特别地，枕梁组件28可包括位于跨接枕梁30的端部并刚性地连接到枢轴32的横向臂40。弹性件38可被夹在臂40的远侧末端42与基础平台18的下侧之间。在所公开的实施例中，弹性件38可包括可移除地连接到跨接枕梁30的臂40并与基础平台18销连接的橡胶压缩垫，不过也可采用弹性件38的其它构型。弹性件38可构造成在基础平台18相对于跨接枕梁30枢转期间经历剪切运动。一个或多个限制装置43可刚性地连接到基础平台18的下侧并且构造成在竖向上保持跨接枕梁30相对于基础平台18就位和/或限制基础平台18与枕梁组件28之间的最大相对枢转量(即，限制弹性件38的最大剪切)。弹性件38可构造成在车体12与跨接枕梁30之间传递竖向力，其中牵引力或横向力的传递最小。

跨接枕梁30可类似地经由成对设置的附加弹性件(例如，弹簧)44与子转向架36间隔开，所述弹性件在子转向架36的两侧与枢轴箱34大致前/后对齐。特别地，弹性件44能以与弹性件38连接到臂40并与车体12销连接相同的方式可移除地连接到各子转向架36的框架46并与跨接枕梁30的下侧(例如，臂40的下侧)销连接。与弹性件38相似，弹性件44可以是构造成在子转向架36相对于跨接枕梁30横向移位(即，枢转)期间经历剪切运动的橡胶压缩垫。在此构型中，弹性件44可构造成在子转向架36与跨接枕梁30之间传递竖向力，牵引力或横向力的传递最小。

弹性件44可位于弹性件38的正下方以减小竖向力在跨接枕梁30内诱发的应力。特别地，来自框架46的竖向力可通过弹性件44且然后经弹性件38进入基础平台18，经跨接枕梁30在横向上的力传递减小。该构型可帮助减小由于竖向力传递而引起的跨接枕梁30的变形。

转向架14的一个子转向架36的示例性实施例在图3中示出。然而，应该指出的是，机车10内的所有子转向架36可基本上相同。各子转向架36可以是共同在轨道16与车体12之间传递横向力、牵引力和竖向力的构件的集合。例如，各子转向架36可尤其包括车轮24、连接在相对的车轮24之间的多个车轴48、框架46、和位于子转向架36的每一侧以将车轮24与框架46连接并帮助在车轴48之间分配竖向负载的均衡器50。

两个车轮24可在每个车轴48的相对端部刚性地连接成使得车轮24和车轴48全部一起旋转。牵引马达51如使用由第一发动机20和第二发动机22(参照图1)产生的动力驱动的电动机可配置在各车轴48的纵向中心，经由枢轴箱34连接到框架46，并且构造成经由车轴48驱动车轮24。车轴48的相对端部可被保持在分开的支承组件52内，使得力(即，横向力、牵引力和竖向力)可从车轮24经车轴48和支承组件52传递到子转向架36的其余构件。

图4示出框架46的示例性实施例。如在该图中可以看到的，框架46可以是多个构件的组合，所述多个构件包括枢轴箱34和沿子转向架36的长度方向从枢轴箱34延伸的基本上相同的左、右臂构件54，以形成大致H形。在此实施例中，枢轴箱34可以是构造成接纳枕梁组件28的枢轴32的一体式铸造部件/构件，该铸造部件具有衬有低磨损材料如尼龙的中心开口(参照图2)。如果需要，各臂构件54可通过焊接或机械紧固接合到枢轴箱34的相对端部。

臂构件54可各包括大致平坦的顶板56、大致平坦的底板58、和在顶板56与底板58之间竖直地延伸的多个大致平坦的腹板60。顶板56、底板58和腹板60可焊接在一起以形成在维持低组件重量的同时为子转向架36提供要求强度的中空封壳。当臂构件54连接到枢轴箱34时，各臂构件54的顶板56可彼此大致共平面并与枢轴箱34的上表面共平面。同样，各臂构件54的底板58可彼此大致共平面并与枢轴箱34的下表面共平面。框架46的该平坦、分层外形可帮助降低包装难度，帮助减少零部件数目和降低成本，以及帮助提高子转向架36的强度。

具有朝枢轴箱34向内定向的耐磨垫62(例如，尼龙垫)的端部托架61可位于各臂构件54的远端。耐磨垫62能可移除地连接到端部托架61的机械加工面并且构造成与支承组件52接合，以在横向上约束子转向架36并在竖向上限制子转向架36相对于车轮24的移动，如下文将更详细地描述的。

开槽托架64可与枢轴箱34大致前/后对齐地形成在各臂构件54的下侧。开槽托架64可形成在例如通过焊接固定地连接到底板58的装配或铸造部件内。如下文将更详细地描述的，开槽托架64可构造成在框架46与均衡器50之间传递牵引力。

如果需要，可以想到框架46可包括与辅助构件相关的附加结构特征。例如，框架46可包括构造成接纳制动构件、容纳马达51(被示为与枢轴箱34成为一体)、悬挂管道或配线、支承冷却管道等的一个或多个托架和/或安装板。尽管这些附加结构特征之中的一些特征可在图4中示出，但这些特征在此公开文本中不会详细描述。

如图5所示，均衡器50可以是共同促进支承组件52与框架46之间的力传递的构件的集合。特别地，均衡器50可尤其包括通过一个或多个间隔件70保持彼此隔开并通过一个或多个铆钉72或其它紧固件夹固在一起的外板66和基本上相同的内板68。外板66和内板68中的每一个可以是大致平坦的并由扁平原料整体制成为呈大致U形(参看图2)。均衡器50的外板66和内板68之间没有焊接可允许使用通常不便焊接的高强度材料。均衡器50的相对端部可在子转向架36的一侧搁置在前后定位的支承组件52的顶部上，耐磨垫结构74位于均衡器50与支承组件52之间。这样，竖向力可经由耐磨垫结构74在均衡器50与支承组件52之间传递。

均衡器50可经由支承组件52与车轴48销连接，以在车轮24与均衡器50之间传递牵引力。特别地，销76可在内板66和外板68的相对端部配置在内板66和外板68之间，并通过铆钉72之一保持在适当位置。销76可接纳在安装于支承组件52内的橡胶衬套78内，由此在牵引方向上相对于车轮24约束均衡器50，不过仍允许支承组件52有一定相对于均衡器50侧倾和横摆的能力。耐磨垫结构74还可允许在车轮24遭遇轨道16不平整时通过偏转发生这种相对侧倾运动。

牵引力可经由连杆80在均衡器50与框架46之间传递。连杆80可在大致长度方向中部位于外板66与内板68之间，并通过铆钉72之一在第一端部82可枢转地保持就位。连杆80可在相对的第二端部84可枢转地连接到框架46。特别地，销86可穿过连杆80的第二端部84并通过一个或多个竖直地取向的紧固件(未示出)被夹固在开槽托架64内。当框架46和均衡器50保持处于平衡状态(即，相对于彼此不明显移动)时，连杆80可以是大致水平的。然而，在框架46与均衡器50之间的相对移动期间，连杆80可沿竖直方向稍微枢转。在此构型中，连杆80可在牵引方向上相对于均衡器50约束框架46，不过仍通过连杆80的枢转允许沿竖直方向的一定相对移动。在一些实施例中，如果需要，橡胶衬套(未示出)可布置在第一端部82和/或第二端部84内以接纳铆钉72和/或销86。橡胶衬套可允许框架46相对于均衡器50的一定侧倾和/或横摆。

一个或多个弹簧支承件88也可在均衡器50的下部横向地配置在外板66与内板68之间，以有利于相对于均衡器50的框架移动的竖向阻尼。弹簧支承件88可实施为由铆钉72保持在大致水平位置的板，每个支承件88都构造成接纳相应的弹簧90。弹簧90可被夹在均衡器50与框架46的下侧之间(即，弹簧支承件88与底板58之间)。在此构型中，竖向力可通过弹簧90在框架46与均衡器50之间传递。

框架46可通过位于臂构件54的远端的端部托架61相对于均衡器50在横向上受约束并在竖向上受限制。特别地，端部托架61可构造成与支承组件52的外表面接合，耐磨垫62位于其间。通过端部托架61在子转向架36的相对侧接合支承组件52，框架46可被阻止相对于车轮24横向地左、右移动。此外，端部托架61中的每一个可在竖向上位于在下侧的支承组件52的支承偏置橡胶衬套78的部分和上侧的铆钉72之一之间。这样，框架46的过度竖向移动可能引起端部托架61与支承组件52和/或铆钉72接合，由此限制框架46的进一步竖向移动。

如图6所示，各支承组件52可包括协作成将相关的均衡器50连接到对应的车轴48(参照图5)的多个构件。特别地，支承组件52可尤其包括箱体92，该箱体92具有通过耐磨垫结构74在竖向上支承均衡器50的端部的大致平坦的顶部以及形成构造成接纳车轴48的局部膛孔94和构造成接纳橡胶衬套78的偏置膛孔96的底部。附加耐磨垫97可刚好在偏置膛孔96的上方竖直地安装在箱体92上并且构造成与框架46的端部托架配合(即，与框架臂54的耐磨垫62配合)。盖98可与平坦顶部相对地接合箱体92以封闭局部膛孔94并保持车轴48。偏置膛孔96可相对于均衡器50向内偏置，使得均衡器50可位于串联排列的支承组件52的局部膛孔94之间。第一轴承(未示出)如锥形滚柱轴承可配置在局部膛孔94内并且构造成支承车轴48的竖向和横向载荷。橡胶衬套78可用作配置在偏置膛孔96内的第二轴承，以接纳销76并支承均衡器50的牵引和横向载荷，同时仍允许销76枢转以调节车轮24与均衡器50之间的侧倾和横摆差异。如果需要，箱体92和盖98可以是铸造或装配构件。盖98可通过一个或多个竖直地取向的紧固件(未示出)连接到箱体92。

耐磨垫结构74可以是(即通过支承组件52)共同缓冲均衡器50与车轴48之间的相对运动的构件的子组件。特别地，耐磨垫结构74可尤其包括形成为大致U形并在箱体92的平坦顶部上向下延伸以接合箱体92的前部和后部的基板100。基板100的两侧可包括构造成接纳保持耐磨垫结构74相对于箱体92就位的紧固件(未示出)的孔102。压缩橡胶垫104可结合到基板100的上表面，而上部板106可结合到橡胶垫104的与基板100相反的一侧。在此构型中，均衡器50的端部(即，外板66和内板68的端部)可搁置在上部板106上并由其支承，并且耐磨垫104可剪切和/或压缩以允许基板100与上部板106之间的相对移动。在一个实施例中，根据需要，位于均衡器50的外板66和内板68的端部之间的间隔件70(仅在图5中示出)可被焊接或以其它方式固定地连接到上部板106。运动限制装置108可安装在箱体92的相对于均衡器50的外侧端，并且构造成在耐磨垫104的伸展期间限制均衡器50在竖直方向上的运动，所述伸展在转向架组件的提升期间发生。

工业适用性

所公开的铁路转向架可提供在机车的车轮和车体之间传递牵引力、横向力和竖向力的装置，其中构件磨损减小。该构件磨损的减小可帮助延长机车的使用寿命并降低维护成本。现在将描述车轮24与车体12之间的力传递以及机车10的维护要求。

在机车10运行期间，马达51可由发动机20、22驱动以经由车轴48在车轮24上施加转矩，由此驱动车轮24以推进机车10。与车轮24的向前或向后运动相关的反作用力可从车轴48经由支承组件52、橡胶衬套78和保持橡胶衬套78的铆钉72传递到均衡器50。已在两端从车轴48接收这些牵引力的均衡器50可经由与连杆80相关的铆钉72、销86和利用框架46的每个臂构件54定位的开槽托架64将这些力传递到框架46。牵引力可从臂构件54经枢轴箱34向内传送到枕梁组件28内的枢轴32，并从枢轴32经跨接枕梁30和中心轴承26传送到枢轴25。这些牵引力然后可从枢轴25经基础平台18传送到车体12。反作用牵引力然后可沿反方向经这些相同的构件传送回到车轮24。

随着机车10沿着轨道16行驶，轨道16中的横向不平整和/或轨道16的弯曲轨迹可对车轮24施加横向力。这些横向力可从车轮24经车轴48和支承组件52通过附接到箱体92的耐磨垫97和连接到臂构件54的端部托架61的耐磨垫62传送到框架46的臂构件54。用于将横向力从框架46传递到车体12的路径可以是上述牵引力所采取的相同路径。反作用横向力然后可沿反方向通过这些相同的构件传送回到车轮24。

车体12和车体12与车轮24之间的所有构件都可在车轮24上施加竖向力，该竖向力可基于轨道16的竖向不平整和/或竖向轨迹变化而改变。车轮24可经由车轴48、支承组件52、均衡器50、框架46和弹性件44、38支承这些竖向力。特别地，车轮24可经由车轴48利用支承组件52传递竖向力。搁置在支承组件52的顶部上的均衡器50可经由耐磨垫结构74利用支承组件52传递竖向力。竖向力可经由弹簧支承件88和弹簧90在均衡器50与框架46的臂构件54之间传递。框架46可利用枕梁组件28经由弹性件44传递竖向力，而枕梁组件28利用基础平台18和车体12经由弹性件38传递竖向力。

在上述力的传递期间，机车10的不同构件可相对于彼此移动。例如，均衡器50的端部可由于其与支承组件52之间的衬套/销连接而相对于支承组件52的顶部在一定程度上摇摆(即，横摆和侧倾)。类似地，框架46可由于其与均衡器50之间的销/连杆连接而相对于均衡器50在一定程度上前/后和/或左右(横向)移动。类似地，各子转向架36的框架46可相对于跨接枕梁30枢转，而跨接枕梁30可相对于基础平台18和车体12枢转。

所有上述运动可引起磨损，所述磨损能通过容易更换的构件调节。例如，位于均衡器50的端部与支承组件52之间的磨损垫结构74能以较低成本定期更换，以帮助避免其间的金属-金属接触，所述金属-金属接触在常规系统中通常将引起非常昂贵的再加工。类似地，位于端部托架61与箱体92的耐磨垫97之间的耐磨垫62可定期更换以帮助避免其间的金属-金属接触。弹性件38和44同样可定期更换以帮助维持框架46与枕梁组件28之间和枕梁组件28与基础平台18之间的期望间隔和竖向偏压。

对本领域的技术人员来说将显而易见的是，可以对所公开的铁路转向架作出各种修改和变更，而不脱离本发明的范围。根据本说明书的描述和对本文中公开的铁路转向架的实践，铁路转向架的其它实施例对本领域的技术人员来说将显而易见的。本说明书和示例应当被认为仅仅是示例性的，本发明的真实范围由后附的权利要求和它们的等同表示。

Claims (9)

1.一种铁路转向架(14)，包括：

第一车轴(48)，所述第一车轴具有第一端部和相对的第二端部；

第二车轴，所述第二车轴具有第一端部和相对的第二端部；

多个车轮(24)，所述多个车轮连接到所述第一车轴和所述第二车轴中的每一者；

均衡器(50)，所述均衡器在竖向上由所述第一车轴和所述第二车轴可操作地支承并且在牵引方向上相对于所述第一车轴和所述第二车轴被约束，该均衡器包括第一大致平坦的外板(66)和与该第一大致平坦的外板隔开的第二基本上相同的内板(68)；

框架(46)；

至少一个弹簧(90)，所述至少一个弹簧竖向地布置在所述均衡器与所述框架之间；和

连杆(80)，所述连杆可枢转地连接在所述框架与所述均衡器之间并且构造成在所述框架与所述均衡器之间传递牵引力；

该铁路转向架还包括位于所述均衡器内并且构造成在竖向上支承所述至少一个弹簧的弹簧支承件(88)。

2.根据权利要求1所述的铁路转向架，其中，还包括构造成接纳将所述连杆连接到所述框架和所述均衡器的销(86)的橡胶衬套(78)，其中所述橡胶衬套允许所述框架相对于所述均衡器的横摆和侧倾。

3.根据权利要求1所述的铁路转向架，其中，所述至少一个弹簧包括由所述弹簧支承件支承的两个弹簧。

4.根据权利要求3所述的铁路转向架，其中：

所述弹簧支承件为第一弹簧支承件；和

所述铁路转向架还包括配置在所述均衡器内并且构造成支承位于所述均衡器与所述框架之间的两个附加弹簧的第二弹簧支承件。

5.根据权利要求4所述的铁路转向架，其中：

所述均衡器是位于所述框架的第一侧的第一均衡器；和

所述铁路转向架包括位于所述框架的第二侧的第二均衡器。

6.根据权利要求1所述的铁路转向架，其中，还包括位于所述框架的底板(58)处的开槽托架(64)，所述开槽托架构造成接纳将所述框架连接到所述连杆的销。

7.根据权利要求1所述的铁路转向架，其中，所述连杆在平衡期间定向在大致水平位置，但随着所述框架移动离开所述均衡器并且所述至少一个弹簧伸展而朝竖直位置枢转。

8.一种在机车(10)内传递力的方法，包括：

将竖向力和牵引力从所述机车的车轴(48)经箱体(92)传递到位于所述机车的相对侧的均衡器(50)，各均衡器包括第一大致平坦的外板(66)和与该第一大致平坦的外板隔开的第二基本上相同的内板(68)；

将竖向力从所述均衡器经弹簧(90)传递到转向架框架(46)，其中所述均衡器内设有构造成在竖向上支承至少一个所述弹簧的弹簧支承件；和

将牵引力从所述均衡器经枢转连杆(80)传递到所述转向架框架。

9.根据权利要求8所述的方法，其中，还包括将竖向力从所述转向架框架经弹簧传递到枕梁组件(28)。