CN104648432A - 高速轨道列车的转向架及其构架 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种转向架构架，包括侧梁、位于所述侧梁之间的横梁，所述侧梁设有用于安装空气弹簧的空气弹簧座，安装后的所述空气弹簧的主气室位于所述侧梁的内腔；所述横梁为中空的无缝钢管结构；所述构架还包括通道，所述通道连通所述空气弹簧的主气室与所述横梁空腔。本发明所提供的构架中，所述横梁空腔作为所述空气弹簧的附加气室，而所述横梁为中空的无缝钢管结构，气密性好，可以实现高速时列车的减振要求。

Description

高速轨道列车的转向架及其构架

技术领域

本发明涉及轨道车辆技术领域，特别涉及一种高速轨道列车的转向架及其构架。

背景技术

目前，高速铁路以及城市轨道车辆在我国得到快速发展，车辆的舒适性和安全性要求越来越高。由于空气弹簧的刚度可调且具有相对恒定的低自然振动频率，可以提高汽车行驶的平顺性，故在悬挂装置中得到了广泛应用。

轨道列车转向架采用了低垂向刚度的空气弹簧后，改善了车辆的垂向动力学性能，但同时也降低了车辆的抗侧滚刚度。当车辆通过曲线时，过低的抗侧滚刚度将导致车体侧滚角加大，严重时会导致车体的外形轮廓超出界限，甚至危及车辆的倾覆安全性。因此，采用空气弹簧悬挂的转向架需要增加车辆的抗侧滚刚度，限制车体的侧滚角位移。安装抗侧滚装置，能有效提高车辆的抗侧滚刚度且结构简单，因此，采用抗侧滚扭杆装置是国内外普遍采用且行之有效的方法。

但是，由于转向架上的部件较多且其安装位置受限，使得空气弹簧的安装空间较小，因此限制了其减振效果。针对上述技术问题，目前普遍采用的解决方法是在构架上设置空气弹簧的附加气室，来增大气室容积，有效降低空气弹簧的刚度并提高其阻尼，从而提高空气弹簧的减振效果。

按照目前的主流观点，可以通过使构架的侧梁空腔作为空气弹簧的附加气室来解决上述问题。

一种典型的轨道列车转向架构架结构如图1-3所示。其中，图1为一种典型的轨道列车转向架构架示意图，图2为图1的A向视图，图3为图1的剖视图。

如图1-3所示，构架包括两侧的两根侧梁1’和中间的两根横梁2’，横梁2’的两端穿过侧梁1’并与侧梁1’焊接固定，侧梁1’设有用于安装空气弹簧的空气弹簧座3’；侧梁1’为由钢板拼接焊接而成的箱型结构，抗侧滚扭杆座4’固定安装于侧梁1’内侧；在侧梁1’的内腔中通过两个堵板5’隔离出一密封的附加气室6’，附加气室6’通过通气孔7’与空气弹簧连通。

上述构架结构存在以下技术问题：

第一、该转向架构架的附加气室可以满足中低速列车的减振要求。但是，随着列车运行速度的提高，高速轨道列车(时速可达500公里)构架载荷条件更加复杂，转向架中的空气弹簧性能下降，不能很好地实现更高速度下的减振效果。

第二、现有的抗侧滚扭杆座与构架的连接较复杂，而且不利于实现轻量化。

鉴于上述构架结构存在的缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种符合高速轨道列车减振要求的转向架构架。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明的第一目的是提供一种高速轨道列车的转向架构架。该构架应用于高速轨道列车时，不仅可以实现空气弹簧的减振功能，而且在高速下能够获得更好的减振效果。在此基础上，本发明还提供了一种设有所述构架的列车转向架。

本发明提供了一种高速轨道列车转向架构架，包括侧梁、位于所述侧梁之间的横梁，所述侧梁设有用于安装空气弹簧的空气弹簧座，安装后的所述空气弹簧的主气室位于所述侧梁的内腔；所述横梁为中空的无缝钢管结构；所述构架还包括通道，所述通道连通所述空气弹簧的主气室与所述横梁空腔。

通过所述通道，使空气弹簧的主气室与横梁的空腔连通，则横梁的空腔可以作为空气弹簧的附加气室，实现了空气弹簧的主气室与附加气室的连通，有效利用了构架的内部空间，省去为空气弹簧安装单独的气缸，同时增大空气弹簧的气室容积，从而降低空气弹簧的固有振动频率，使空气弹簧在任何载荷下都可以保持较低而近乎相等的振动频率，实现减振功能，提高轨道列车的舒适性。

尤其重要的是，在试验中发现在高速运行环境下，现有技术中空气弹簧减振性能下降的原因在于，作为附加气室的侧梁的气密性较差。因为，侧梁由钢板拼接焊接形成，周边存在多条焊缝，气密性较差。本发明正是在此基础上做出的改进，将具有中空无缝钢管结构横梁的空腔作为空气弹簧的附加气室，无缝钢管结构周边没有接缝，气密性较好。因此，与现有技术相比，本发明所提供的空气弹簧的附加气室气密性较好，可以满足高速时轨道列车的减振要求。

可选地，所述构架还包括纵向设置的气室，所述气室的两端分别与两根所述横梁连通；所述通道连通所述气室以实现与所述横梁空腔的连通。

可选地，所述气室的两端焊接固定于对应的所述横梁的内侧壁，所述横梁内侧壁对应于所述气室端部的位置开设有横梁通孔，以导通所述横梁空腔与所述气室。

可选地，所述气室为截面呈U形的弯板结构，以其开口侧纵向焊接于所述侧梁的内侧壁；所述气室连接所述侧梁与所述横梁。

可选地，所述侧梁内侧壁与所述气室开口侧对应的位置开设有侧梁通孔；所述通道横向设置，一端导通所述空气弹簧的主气室，另一端插入所述侧梁通孔以导通所述气室。

可选地，所述侧梁的下方焊接用于安装抗侧滚扭杆的抗侧滚扭杆座，且所述抗侧滚扭杆座与所述侧梁底部圆角过渡，形成燕尾结构。

可选地，所述抗侧滚扭杆座由钢板焊接形成顶部具有开口、底部为安装板的结构，所述安装板用于安装所述抗侧滚扭杆，所述顶部与所述侧梁下侧壁焊接而构成箱型结构。

可选地，所述抗侧滚扭杆座底部的安装板由钢板压型而成，且开有螺栓孔，用于安装所述抗侧滚扭杆。

本发明还提供了一种高速轨道列车的转向架，包括构架及安装于所述构架的轮对、轴箱、悬挂装置、基础制动装置；所述构架为以上所述的构架。

附图说明

图1为现有技术中转向架构架示意图；

图2为图1的A向视图；

图3为图1的剖视图；

图4为本发明中气室连通结构示意图；

图5为本发明中转向架构架的示意图；

图6为图5的A向视图；

图7为图5的部分侧向剖视图；

图8为抗侧滚扭杆与抗侧滚扭杆座安装示意图；

图9为图8中的抗侧滚扭杆座示意图。

图1-3中：

侧梁1’、横梁2’、空气弹簧座3’、抗侧滚扭杆座4’、堵板5’、附加气室6’、通气孔7’。

图4-9中：

侧梁1、横梁2、气室3、抗侧滚扭杆座4、空气弹簧5、通道6、抗侧滚扭杆7；

空气弹簧座11、侧梁通孔12；

横梁通孔21；

燕尾结构41、安装板42、螺栓孔43；

主气室51。

具体实施方式

为解决上述技术问题，本发明的核心在于提供一种高速下减振效果较好的转向架构架，该构架可以更好地实现高速时空气弹簧的减振功能。本发明的另一核心在于提供一种包括所述构架的列车转向架。

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，本文中出现的方位词“纵向”、“内”是根据构架各部分的结构及各部分相互连接后的方位定义的，“纵向”指的是与该构架的横梁2垂直的方向，即与该构架的侧梁1平行的方向；“内”指的是构架各部分相互连接后，靠近构架横向或者纵向中心线的方向。应当理解，该方位词的出现是以构架各部分相互连接后的方位而定义的，它的出现不应当影响本发明的保护范围。

请参考附图4-6，其中，图4为本发明提供的一种具体实施例中气室连通的结构示意图，图5为本发明提供的一种具体实施例中构架示意图，图6为图5的A向视图。

在一种具体实施方式中，本发明所提供的构架(示于附图4-6)包括两根侧梁1、位于侧梁1之间的两根横梁2；其中，侧梁1设有用于安装空气弹簧5的空气弹簧座11，安装后的空气弹簧5的主气室51位于侧梁1的内腔，横梁2为中空的无缝钢管结构。另外，如图4所示，本发明所提供的构架还包括通道6，用于连通空气弹簧5的主气室51与横梁2的空腔。

如图4所示，通过通道6，使空气弹簧5的主气室51与横梁2的空腔连通，则横梁2的空腔可以作为空气弹簧5的附加气室，实现了空气弹簧5的主气室51与附加气室的连通，有效利用了构架的内部空间，省去为空气弹簧5安装单独的气缸，同时增大空气弹簧5的气室容积，从而降低空气弹簧5的固有振动频率，使空气弹簧5在任何载荷下都可以保持较低而近乎相等的振动频率，实现减振功能，提高轨道列车的舒适性。

尤其重要的是，在试验中发现在高速运行环境下，现有技术中空气弹簧减振性能下降的原因在于，作为附加气室的侧梁的气密性较差。因为，侧梁1’由钢板拼接焊接形成，周边存在多条焊缝，气密性较差。本发明正是在此基础上做出的改进，将具有中空无缝钢管结构横梁2的空腔作为空气弹簧5的附加气室，无缝钢管结构周边没有接缝，气密性较好。因此，与现有技术相比，本发明所提供的空气弹簧5的附加气室气密性较好，可以满足高速时列车的减振要求。此外，无缝钢管可以选为圆环截面，在承受内部或外部径向压力时，受力较均匀，进一步满足了高速时列车的承载要求。

在一种具体实施方式中，如图4-6所示，本发明所提供的构架还可以包括纵向设置的气室3，气室3的两端分别与两根横梁2连通；另外，通道6连通气室3与空气弹簧5的主气室51，以实现空气弹簧5的主气室51与横梁2空腔的连通。

该气室3是内部中空的结构，通过其内部空腔方便地实现了通道6与横梁2空腔的连通，从而使空气弹簧5的主气室51与附加气室连通。一方面，气室3可以与横梁2的空腔一起作为附加气室，进一步增大了空气弹簧的附加气室容积，提高空气弹簧5的减振功能；另一方面，气室3纵向设置(示于附图6)，可以提高侧梁1与横梁2连接处的扭转刚度，从而提高构架的强度与刚度。

进一步地，如图6所示，气室3的两端可以分别焊接固定于对应的横梁2的内侧壁，同时，如图4所示，横梁2内侧壁对应于气室3端部的位置开设有横梁通孔21，通过横梁通孔21，横梁2空腔与气室3连通。

本实施例中，气室3与横梁2内侧壁焊接固定，连接方式比较简单，密封性能优良，而且可以省去其他的连接结构，从而实现构架的轻量化，因此，气室3与横梁2内侧壁的连接方式优选为焊接连接。但是，本领域的技术人员可以理解，理论上气室3的两端与两根横梁2的内侧壁的连接方式不仅限于焊接连接，比如，气室3两端可以插入横梁2内腔，而在它们相互连接的部位进行密封也可以，或者也可以设计相应的连接扣件。

在此基础上，气室3可以为截面呈U形的弯板结构，并以其开口侧纵向焊接于侧梁1的内侧壁，使侧梁1与横梁2之间通过气室3连接。可结合图4、图6理解，U形弯板开口侧的两边缘焊接于横梁2，通道6对应于U形弯板开口侧的位置，以连通气室3。

该实施例中，气室3为U形弯板结构，与侧梁1的内侧壁配合形成所需的腔体，一方面，利用了侧梁1的内侧壁，可节省形成气室3的材料，实现构架的轻量化；更重要的是，实现了侧梁1和横梁2的焊接固定，以使侧梁1和横梁2无需直接焊接固定。侧梁1和横梁2直接焊接固定时，基于安装结构和空间限制，焊接形成的焊缝难于目测，不便于施焊和气密性检测，而气室3焊接位置不被遮挡，焊缝易于观测，从而易于施焊和气密性检测。

需要说明的是，由于气室3的主要作用是连通通道6与横梁2空腔，因此，气室3实际上只要为具有内部空腔的结构即可，比如，气室3的截面可以为三角形等其他形状，或者气室3也可以为直接由钢板焊接形成的完整空腔结构。但是，U形截面与三角形截面相比，抗弯截面系数大，应力小，强度高；而直接由钢板焊接形成的完整空腔结构需要形成多条焊缝，气密性较差。U形截面的弯板结构为整体式结构，气密性较好，且扭转刚度较大、结构简单。因此，本发明中气室3优选为U形截面的弯板结构。

可以理解，为了实现通道6与气室3的连通，侧梁1内侧壁与气室3开口侧对应的位置需开设侧梁通孔12。此时，通道6可横向设置，一端导通空气弹簧5的主气室51，另一端插入侧梁通孔12以导通气室3。

上述实施例中，通道6与横梁2空腔之间通过纵向设置的气室3连通，该纵向设置的气室3除了实现通道6与横梁2空腔的连通以外，还提高了构架的扭转刚度。可以理解，通道6与横梁2空腔的连通方式并不限于此。比如，构架可以包括两个弯管，所述两个弯管的一端与通道6连通，另一端分别与对应的两根横梁2空腔连通，这种结构也可以实现通道6与横梁2空腔的连通，但是，由于该结构中包括两个分开设置的弯管，与一体式结构的气室3相比，强度和刚度都较差，因此，通道6与横梁2空腔优选地通过气室3连通。

针对上述各实施例，还可以作进一步改进，请继续参考图7-9，其中，图7为图5的部分侧向剖视图；图8为抗侧滚扭杆与抗侧滚扭杆座的安装示意图；图9为图8所示的抗侧滚扭杆座示意图。

如图7、8所示，侧梁1的下方可焊接用于安装抗侧滚扭杆7的抗侧滚扭杆座4，且抗侧滚扭杆座4与侧梁1底部圆角过渡，形成燕尾结构41。

如图8所示，本发明所提供的抗侧滚扭杆座4焊接于侧梁1的下方，此时，抗侧滚扭杆7位于侧梁1外侧，相较于设置于侧梁1内侧，两侧抗侧滚扭杆7的横向跨度大，在相同的反扭矩情况下，车体晃动幅度较小，在提高列车舒适度和抗侧滚作用上有更好的效果。

另外，上述实施例中侧梁1内侧设置有气室3，在侧梁1外侧安装抗侧滚扭杆7可避免与气室3干涉。整体上，抗侧滚扭杆装置的布置紧凑，占用横向空间最小。但是，可以理解，抗侧滚扭杆座4并不仅限于安装于侧梁1下方，也可以安装于横梁2的下方，此时，抗侧滚扭杆7即位于构架侧梁1内侧。

同时，如图9所示，抗侧滚扭杆座4与侧梁1底部圆角过渡，形成燕尾结构41，可有效缓解侧梁1与抗侧滚扭杆座4连接处的应力集中问题，从而提高构架的强度。另外，侧梁1与抗侧滚扭杆座4的连接方式也不仅限于焊接，原因同上，这里不再赘述。

具体地，抗侧滚扭杆座4可以为由钢板焊接形成顶部具有开口、底部为安装板42的结构，其中，安装板42用于安装抗侧滚扭杆7，抗侧滚扭杆座4的顶部与侧梁1可通过焊接而构成箱型结构。

如图7、8所示，抗侧滚扭杆座4的顶部与侧梁1底壁焊接构成箱型结构，保证具有足够的结构强度和刚度，而且箱型内部提供了抗侧滚扭杆7的安装空间。

进一步地，抗侧滚扭杆座4底部的安装板42可以由钢板压型而成，且开有螺栓孔43，用于安装所述抗侧滚扭杆7。

如图7、8所示，抗侧滚扭杆座4底部的安装板42由钢板压型而成，钢板压型的成型方法具有重量轻、强度高等优点。可以理解，安装板42的成型方法不仅限于钢板压型，也可以采用铸造等其他成型方法，但是，与压型相比，铸造形成的钢板强度较低，因此，本实施例中安装板42优选钢板压型的成型方法。

综上所述，本发明所提供的构架采取焊接连接的构架整体式结构，在实现连接稳定性与强度的前提下能够有效地简化各梁之间的连接结构，实现轻量化，并在侧梁1与横梁2之间焊接气室3，相互连通的气室3与横梁2空腔用作空气弹簧5的附加气室，整体结构简单，利于在侧梁1下方安装抗侧滚扭杆7，在实现减振与强度的前提下，能够提高车辆的抗侧滚刚度，进而满足高速时轨道列车的要求。

本发明还提供了一种高速轨道列车的转向架，包括构架及安装于所述构架的轮对、轴箱、悬挂装置、基础制动装置；所述构架为以上任一实施例所述的构架。由于上述构架具有上述技术效果，具有该构架的转向架也具有相同的技术效果，此处不再赘述。

以上对本发明所提供的一种高速轨道列车转向架及其构架结构均进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (9)

1.一种高速轨道列车转向架构架，包括侧梁(1)、位于所述侧梁(1)之间的横梁(2)，所述侧梁(1)设有用于安装空气弹簧(5)的空气弹簧座(11)，其特征在于：所述横梁(2)为中空的无缝钢管结构；所述构架还包括通道(6)，所述通道(6)连通所述空气弹簧(5)的主气室(51)与所述横梁(2)空腔。

2.根据权利要求1所述的高速轨道列车转向架构架，其特征在于：还包括纵向设置的气室(3)，所述气室(3)的两端分别与两根所述横梁(2)连通；所述通道(6)连通所述气室(3)以实现与所述横梁(2)空腔的连通。

3.根据权利要求2所述的高速轨道列车转向架构架，其特征在于：所述气室(3)的两端焊接固定于对应的所述横梁(2)的内侧壁，所述横梁(2)内侧壁对应于所述气室(3)端部的位置开设有横梁通孔(21)，以导通所述横梁(2)空腔与所述气室(3)。

4.根据权利要求2所述的高速轨道列车转向架构架，其特征在于：所述气室(3)为截面呈U形的弯板结构，以其开口侧纵向焊接于所述侧梁(1)的内侧壁；所述气室(3)连接所述侧梁(1)与所述横梁(2)。

5.根据权利要求4所述的高速轨道列车转向架构架，其特征在于：所述侧梁(1)内侧壁与所述气室(3)开口侧对应的位置开设有侧梁通孔(12)；所述通道(6)横向设置，一端导通所述空气弹簧(5)的主气室(51)，另一端插入所述侧梁通孔(12)以导通所述气室(3)。

6.根据权利要求1-5任一项所述的高速轨道列车转向架构架，其特征在于：所述侧梁(1)的下方焊接用于安装抗侧滚扭杆(7)的抗侧滚扭杆座(4)，且所述抗侧滚扭杆座(4)与所述侧梁(1)底部圆角过渡，形成燕尾结构(41)。

7.根据权利要求6所述的高速轨道列车转向架构架，其特征在于：所述抗侧滚扭杆座(4)由钢板焊接形成顶部具有开口、底部为安装板(42)的结构，所述安装板(42)用于安装所述抗侧滚扭杆(7)，所述顶部与所述侧梁(1)下侧壁焊接构成箱型结构。

8.根据权利要求7所述的高速轨道列车转向架构架，其特征在于：所述抗侧滚扭杆座(4)底部的安装板(42)由钢板压型而成，且开有螺栓孔(43)，用于安装所述抗侧滚扭杆(7)。

9.一种高速轨道列车的转向架，包括构架及安装于所述构架的轮对、轴箱、悬挂装置、基础制动装置，其特征在于：所述构架为权利要求1-8任一项所述的高速轨道列车的转向架构架。