CN1064611C

CN1064611C - 铁路转向架

Info

Publication number: CN1064611C
Application number: CN94191681A
Authority: CN
Inventors: 阿瑟·E·毕晓普
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1993-02-03
Filing date: 1994-02-03
Publication date: 2001-04-18
Anticipated expiration: 2014-02-03
Also published as: JP3284550B2; EP0681541A1; EP0681541B1; AU5995894A; EP0681541A4; CA2154686C; CA2154686A1; PL172994B1; PL173392B1; DE69428683D1; AU674055B2; ES2165871T3; US5730064A; CN1120329A; JPH08506295A; DE69428683T2; WO1994018048A1; PL310107A1

Abstract

一种行驶在具有两条相对轨道的铁路上的自转向铁路转向架，该转向架有在其每一端的一对轴组(4、7)，每个轴组有位于其相对两侧的一对车轮(2、3和5、6)，每一车轮(2、3、5、6)可在轴上独立转动，至少一个轴组的车轮的周缘轮廓使得在相对于另一轴组及相对于轨道中心线发生横向移动时，相对于第二轴组的车轮一车轮上升而另一车轮下降，从而所述的一个轴组相对于所述第二轴组产生倾斜，该倾斜用于使一个或两个轴组转向。

Description

铁路转向架

本发明涉及广泛用于铁路、电车道等的用以支撑车厢或机车的铁路转向架。

通常用于在铁轨上导引车厢的原理是在1830年前后由Stephen-son提出的，它使用各包括一根轴的两个轮组，轴的每一端固装有一车轮，车轮具有从轴的中间起直径渐小的锥形行驶面，通常把这种布置称为锥度原则。

锥度角约为1∶20，而且通常把轨顶表面倾斜相应的角度，以保证车轮与轨道的接触面上有均匀的载荷分布。由于车轮是固装在轴上的(不像汽车惯用的那样可独立地自由转动)，轴对轨道中心线的任何偏移都会使外侧轮行驶在较大直径上而内侧轮在较小直径上，使得轴转回轨道中心线。在轨道弯曲段中，每个轮组都会产生与该弯度相适应的一定量的从轨道中心向外的偏移，故应采取措施使轴转向以使其轴线汇交。对于给定半径，这种转向角是随轴间距离而增大的，因而对长车厢是不适用的，这就使得在车厢两端采用近轴距的转向架。车轮锥度必须足够大以使转向架在通过给定的弯轨半径时不产生过分的侧向位移，但也不能大到会促发转向架的周期性摇摆振动的程度，而它是随速度而增大的，这种振动在锥度原理轮组中是固有的。

近几十年来，力图大大增加列车速度的意向就导致采用特殊的轮廓与严格的车轮行驶面的轮廓允差，因为车轮会在高速时急剧磨损，已然发展了磨削技术，用以定期修复轮廓，并在某些情况下也用来修复轨顶轮廓。低锥度角会降低这种转向架的摆动倾向，但使配置有这种转向架的火车不能通过半径小于几百米的弯道。可是，在建新铁路时，特别是在郊区，经常需要有急弯以及陡坡的轨道。

总之，使用锥度导向原理的通常转向架会产生如下各种缺点：

1、免强够格的动态稳定性使转向架摇摆，从而使乘客缺少舒适感，且随着速度增大问题就越严重。

2、在急转弯处的不良性能会使轨道与车轮急剧磨损，产生噪音甚至有出轨的危险。

3、由于使用锥形车轮踏面必然在接触区域中产生滑动区，它降低了车轮在轨道上的附着力。

4、由于这种滑动的存在，列车的滚动阻力就会比，例如使用圆柱形车轮的情况大得多。

5、通过急弯的能力有限，使得在市区建设新铁路设施的费用大为增加，因为重新整地或开凿隧道是很费钱的。

已然做出的克服以锥度原理为基础轮组的种种问题的尝试都不很成功，于是设计人员就转向具有4个独立车轮的转向架以求解决这些问题，例如，由Arthur Seifert提出的各为“铁路车辆的转向架”的英国专利UK 1，496，190中公开了铁路转向架用的一对独立转动的车轮，车轮装到下倾5°～45°的转动轴上。该装置旨在用于有基本为平轨顶的通常轨道上的，于是就使车轮的行驶面包括有很陡的锥度，其脊点位于轮板上。自称这种装置能使轮缘的磨损与摩擦减小并能改善车轮载荷对车轴轴承的分布状况，然而，这种装置不可避免地会增大车轮与轨道之间的主载荷承载接触面的摩擦阻力与磨损。在Seiferts装置中，车轮也可以是不控向的。

本发明的目的是克服或减小现有技术铁道转向架的种种缺点，诸如，不适宜的动态稳定性，在急弯上会引起轨道与车轮磨损的不佳性能，以及车轮与轨道之间的滑动，这种滑动限制了爬陡坡的能力并产生较大的滚动阻力。

本发明是通过提供一种有可独自转动车轮的可转向铁路转向架而实现上述的目的的，其中，其转向架可感知它所行驶的轨道的弯曲与偏离，转向架和轨道结构应使前、后轴组可以有相对扭转并能使转向架的车轮被导向以对准它们各自的轨道。

本发明的可转向铁路转向架可用于有较急弯度与较陡坡度的轨道上，这对于铁路干线来说以及对于专用快速运送与轻轨系统都是极其重要的。

在对本发明的使用独立转动车轮的铁路转向架进行说明时，把每一对相对的车轮和连接它们的轴称为一个轴组，并把位于一对车轮之间的由车轮轴线与车轮中间平面相交点所确定的轴线称为“假想轴线”，这些中间平面定义为与轮轴线垂直并包含在直线轨道上车轮与轨道之间的接触点的平面。

在弯道上，总是前轴开始跑到轨道中心外侧而后轴跑到轨道中心内侧即向着轨道的曲率中心，因此，由于轮轴的倾斜，一根轴将相对于水平面沿与另一根轴相反的方向倾斜。

本发明的实质在于利用这种相对倾斜在弯道上使一根轴或两根轴转向并汇交在弯道中心，直到达到转向架对轨道的稳定状态偏转。由此可见，在轴组中点的转向架纵轴就总位于与该点的曲线相切的角度上。

类似地，当转向架在直线段或曲线段上由于受到轨道偏斜或干扰力作用而偶然偏转时，前、后假想轴线之间的瞬间倾斜或斜度变化将使转向架复原到其相对于轨道的正确路线上来。于是，在本发明中就把这种假想轴线的相对偏斜作为轨道方向的真正动力源，尽管有仅是引起暂态转向作用的轨道的小的瞬态扰动，当转向架通过等于其轴距的轨道长度时都会将它们消除。借助于车轮转向装置上的减震装置有助于这种选择能力的提高，于是转向架在转向上大体上响应所需的路线或行进方向。

本发明提供了一种行驶在有两条相对于一轨道中心线横向偏离开的铁轨的轨道上的铁路转向架，该转向架有在其每一端的一对轴组，每个轴组有两个相对的独立旋转的车轮，所述铁路转向架是一个自转向铁路转向架，至少一个轴组的每个车轮的周缘轮廓适于分别接合所述铁轨之一，使得在相对于另一轴组及相对于所述轨道中心线发生横向移动时，所述至少一个轴组的一车轮相对于所述另一轴组的车轮上升而所述至少一个轴组的另一车轮下降，从而所述至少一个轴组相对于所述另一轴组产生倾斜，并且还有相应于上述倾斜来使一个或两个轴组转向的装置。

最好，每个车轮轴的轴线朝轨道中心向下倾斜，且与上述轨道接触的周缘轮廓也朝轨道中心向下倾斜，其中响应上述一个轴组相对于另外一轴组的上述倾斜的装置是借助连杆连接到轴上的，而且其结构与配置可使所述每一轴组转向以使轴组中的每一车轮都对准在其下面的各自的轨道的中心线。

下面，参照附图以举例方式来描述本发明的特性、其发展思路及几个本发明的实施例，其中：

图1是本发明第一实施例转向架的平面图；

图2是沿AA线局部剖开的图1转向架的端视图；

图3是图1转向架的侧视图；

图4是图1转向架沿线BB的剖视图；

图5是本发明第一实施例的一个轴组的示意前视图，但也可用于本发明第二实施例；

图5a是图5中接触区的局部放大剖视图；

图5b是沿图5a中CC线的剖视图；

图6是处于弯道处的本发明第一实施列的示意平面图；

图7是图6中的前后轴组重叠示意图；

图8是本发明第二实施例的平面图；

图9是局部沿图8中线DD剖开的转向架立面图；

图10是图8所示转向架的侧视图；

图11是本发明第二实施例转向架的示意图；

图12是沿图8中EE线剖开的转向分动器的剖视图；

图13是沿图12中FF线的俯视剖视图；

图14是沿图13中GG线的剖视立面图；

图15是沿弯道方向(弯道切线方向)的枢轴轴组的示意图；

图16是转向架平面示意图(顶视图)；

图17是转向架立面示意图(侧视图)；

图18是沿销轴线的枢轴轴组示意图(枢轴视图)；

图19是直线前进位置的转向架立面示意图(侧视图)；

图20是沿方向V的枢轴轴组的示意图(前视图)；

图21是图15中细部结构的放大示意图。

图1至图4示出了本发明第一实施例的用于干线的转向架，该转向架可双向工作，如图所示地是向右，箭头1的方向工作，车轮2、3构成第一轴组件4的一部分，而车轮5、6则构成第二轴组件7的一部分。

轴组件4、7在9和8位置铰接在纵梁10上，纵梁10本身又在中心点11铰接在装在车厢13(仅部分地示出)下面的立柱12上，中心销11与橡胶减震衬套配合用来传递转向架与车厢13之间的横向与纵向力，但允许在它们之间的垂直运动。

转向架在方向1上工作期间，正如将在下面谈到的那样，第2轴组件7上的销轴8被锁住，于是轴组件7与纵梁10就成为一个整体件地动作。

轴组件4(图2)包括可在短轴14、15上转动的车轮2、3，短轴14、15螺栓连接在横梁47的相对的两端并向外延伸，以便给装于车厢13底部的弹簧16、17与18、19及减震器220、221提供支架，从而允许转向架在曲线上转动。短轴14、15有向下倾斜指向转向架中心的轴48、49，车轮2、3上设有制动盘22(在图2中是剖视图)和制动组件23、24。

位于销轴9处的第一铰接组件25(图4)包括装在纵梁10上的支架26、轴颈27和横梁47上的铰销28，示出的铰销28相对于铅垂线有一小的倾角29，在其它的未示出的实施例中，角度29可以更大，轴颈27含有弹性材料并设置成可沿铰销28有一定的轴向运动，但在径向上有相当大的刚性。

轴组件4上有与擒纵元件31相结合的系杆30，擒纵元件31既可借助于设在桥式件32上的桥台来限制轴组件4对纵梁10的最大转角，也可以在闩销33的作用下防止轴组件4绕销轴9的任何转动，如图1中所示，闩销33可从设在擒纵元件31上的缺口34中脱开，这样就允许轴组件4可绕销轴9转过一个小角度，通常为2°左右。闩销33、35铰接在纵梁10上所设的销44、43上，且其外端与连杆45相连。铰接在梁10上的气缸46用销190与闩销33连接，用来根据转向架的行进方向分别接合与脱开闩销33、35。在其它的未示出的各实施例中，也可以使用其它的闩销操纵装置。

第2轴组件7除了，如所示出的其闩销35与擒纵元件36接合而闩销33与擒纵元件31脱开以外，其它所有方面均与刚才所描述的第一轴组件4相同。应该指出的是，若转向架被反向，即在箭头1的反方向上运行，则闩销33接合而闩销35被脱开。

在描述转向架的动作时，从现在起把工作在图1所示方向的第一轴组件叫作前轴组件，而把第2轴组称为后轴组。

所示出的轴组件7上设有车轮5、8的独立的螺旋伞齿轮驱动装置37、38，与装在车厢下面的电机(未示出)连接的驱动轴41、42的挠性联轴节39、40将它们驱动。在现有技术中，这种独立驱动车轮的方法是公知的。

现在，参照图5、6、7来说明转向架的转向方式。

图5中示出了行驶在轨道50、51的第一轴组件，轨道用与水平倾斜相等角度55的倾斜支承件53、54支承在枕木52上，该角度与短轴14、15的轴线48、49的倾角一致。通过轨道50、51顶部中心和车轮3、2的中间平面引出的与垂直方向成等角55的直线58、59与车厢13、轴组件4和轨道50、51的中心线平面56相交于点60。为了方便起见，可把短轴轴线48、49和分别与直线58、59重合的车轮3、2的中性面的交点连成的假想轴69作为轴组件4。对于第二轴组件7而言，相应的假想轴为假想轴70。

显然，如果具有纵长重心轴线61的车厢与转向架受到作用在重心上的水平力57的作用，例如离心力或由于轨道偏离产生的横向惯性反用力的作用，而且点60、61是重合的，则车厢与转向架就不会有侧滚倾向，这些力只是增加或减小了作用在车轮与轨道接面处的法向力62、63。在类似情况下，对于使用锥度原则的通常的转向架来说，这些侧向力是由侧倾摩擦力，而经常是由于接触，在这里是轮缘64、65与轨道50、51侧面间的接触而被阻止的，然而，不需要为了取得倾斜车轮轴线几何形状的许多好处而使交点60低到重心61的位置。

其另外的优点在于轮与轨之间的接触特性。若车轮基本为圆柱形而轨道顶基本是平的，则接触区域大而且实际为矩形。在滚动时无滑动接触成分，而在通常的锥度原则的轮组中，由于被迫使用锥形车轮，当其在直线上滚动时这是必然会发生的，而滑动的消除则可大大地增加车轮与轨道的附着力，对水平的倾斜定位增大了法向力从而进一步增加附着力，消除了无时不在的滑动成分则可大大地减小车厢的滚动阻力。

进而，在轮缘发生接触的情况下，抬起车轮并造成出轨的倾向要比标准的轨道与车轮几何形状时要小，如图5a、5b中所示出的局部那样，车轮3的轮缘64的表面182在接触区是几乎垂直的，由于带有锥度，就会在直接位于短轴48之下的垂直平面XX中发生接触，避免了在标准形轨中存在的轮缘接触的切剪成分，而是当产生轮缘接触时，接触力的切向分量作用在比车轮的滚动半径更大的半径上。这一因素在克服被认为是铰接梁前轴的缺点，即由于轨道的阻碍作用把轴偏转到极限(例如，2°)的倾向方面是非常重要的。这样，在此情况下，轮缘接触提供了必要的恢复力，使轴重新对准轨道方向。在通常的轮组中，这种恢复力虽然存在但是较小，在同样条件下远不是有效的，因为车轮之间是刚性连接的，而在有独立车轮的情况，其恢复力则相当有效。

图6是转向架行驶在具有中心线66与转动中心67的轨道曲线段时的平面图。如以前所述的，当转向架在方向1上行进时，闩销35(图1)把后轴组件7保持在相对于纵梁10的中心位置上，因此在此是以一个元件示出的，而前轴组件4则可在由斜销轴9产生的转向力作用下自由摆动。

在开始这样的转弯时，前轮2、3趋于继续其直线运动，因此，在达到图6中所示的转向架的稳定定向之前，前轮组件4就会向轨道中心线66之外而后轴组件7则向其内运动。如果需要在曲线上轨道50、51间距离可略微加大以便于转向架的倾斜定位。

在图7中示出了前轮2、3对于后轮5、6沿图6中所示的各自的轨道区间看到的相对关系，其示图是对中心线56重叠的。

假想轴线69、70的中点为71、72，并分别位于轨道中心线56的外侧与内侧。

进入弯道后，在转向架的前、后轴组件之间就会产生扭转角73，且它必须与前轴组件4相对于后轴组件7转过的角度74(图6)相适应。

销轴9(图4)对于垂直方向的所需倾角29是如后面说明书中所述地算出的，并且使扭转角产生转角74，称之为转向角，而在平面图上假想轴线69、70的轴线汇在转动中心67上。

本发明的第一实施例也适用于，例如，轻轨系统等小型自动车辆的转向架，在那里能拐非常急的弯道，同时又能避免钢制轮缘与钢轨在弯道处接触而产生噪音是非常重要的。

一般地说，这种小型车辆只要求在一个方向上行驶。由于车辆较轻，每个转向架只需一对承载轮即前轴组件，它可配置差速器，用安装在车厢底部的电机经万向节将其驱动。电机上还装有制动器，故可以避免由于作用在相对车轮上的驱动或制动力矩不同而产生的任何偏转作用。

前轴组件通过垂直的支在弹簧上的铰销直接铰接在车厢底部。铰接在前轴组件倾斜轴线上的支架上装有两个小的倾斜的轮子，它们也与轨道接合，并以与第一实施例中所述的相似的方式给前轮提供转向信号。

在图8至14的本发明的第二实施例中，使用了完全不同的机构，尽管系统工作方式与已述的第1实施例基本相同，也主要适用于铁路干线。

第二实施例提供了比前述实施例的情况更低的簧下质量，虽然机构更为复杂，但它更适用于高速列车上，在此实施例中，全部四轮独立转向，而不是成对安装在前、后轴梁上。和第1实施例的情况相同，该转向架也可以双向工作，图8中所示的是向右方即箭头1的方向上工作。车轮281、282、283和284全是旋装在短轴上的结构，如图9中的轮282的剖视图所示，并具有与它们各自的短轴和车轮轴颈相应的序号分别为285、286、287与288的轴线。所有的车轮和轴均相同(除右面和左面方向不同外)而对于车轮282和与其配装的短轴89的描述在所有的四个车轮中具有典型性。

当研究图9中所示的前轴装置时就可看出，轴线285与286是与图2、5中的轴线49、48相对应的。

通过如图9中所示的径直向前行驶位置的轨道91、92的中心线的车轮282、281的平面93、94与图5中的直线58、59相对应，并与相应的轴线286、285相交于点93a、94a。连接此两点的直线95a就成为与图5中假想轴线69对应的“假想轴线”。

前短轴89向外延伸以安装垂直枢轴销96，这是一种类似于用于使某些汽车转向的被称为主销式转向器的结构。

最好销96的轴线向下延伸而与轨道91的顶部相交在其与车轮82接触区域的中心。

通过这种装置，像在汽车中已公知的那样，该几何形状可把车轮转向所需的力或由障碍物传到车轮上的力减少到最小。

枢轴销96枢接于侧架构件99的弹性衬套97、98中，侧架构件延伸到100、101以给衬套97、98提供安装孔。枢轴销96有一个加大了的锥形头部，以便把垂直力及横向力通过弹簧衬套97传递给侧架延伸部100。

短轴89设有类似于图1所示的卡钳形盘制动器106的附装件，只是卡钳随短轴89而不是随轴组件4(图1)枢轴转动。

短轴89上还设有使轮282绕枢轴销96轴线96a转动的转向臂104a的内、外安装件102、103。转向臂104a上设有与系杆108a连接的系杆球形接头107，同样地系杆也接在与轮281相连的转向臂105a上。可以看出，通过枢轴销96的轴线96a与球形接头107的轴线的直线180与转向架中心线109相交于连结与车轮284、283相连的枢轴销的轴线96b、96c的直线上，它们全都与被称为梯形几何结构(Ackermanngeometry)的广泛使用的汽车转向几何结构相似。这种布局可以保证在曲线上全部车轮的轴线汇交在同一点上，恰与在图1中的梁轴转向结构一样。

还可以安装减震器110，以便阻尼车轮281、282、285与284的不期望的转动。

转向臂104a上有一个进入转向分动器112的延伸件111a，相应地，与车轮284相连的转向臂104b也有其相应的延伸件111b。于是，所有的四个车轮可按照下面将要说明方式借助于转向分动器112通过系杆108a、108b和它们的延伸臂111a、111b进行控制。

将本发明第一实施列前视图即图2与第二实施例的相应视图图9进行比较，显然可见，短轴轴线48、49正好对应于短轴285、286，车轮2、3对应于车轮281、282，而假想轴69对应于假想轴95a。

因此，在给定弯道上，假定两转向架轴距、轨道和其它特征相同时，在第二实施例中前、后假想轴的相对倾角就会是一样的。

而在第一实施例中，此相对倾角是借助销轴9的倾斜来使前轴组件4转向的。

图11示出了相同的假想轴的相对倾斜用来使第二实施例转向架转向的方式，从中显然可见，假想轴线95a在从转向架前方看时绕纵轴线109逆时针方向转动，而假想轴95b则顺时针转动，这是由于转向架的扭转，如在第一实施例中所述的那样，在轨道91、92的倾斜的顶部上车轮281、284上升而车轮282、283下降导致的结果。这样，当从右方看时，侧架构件99就会相对于侧架构件113顺时针方向转动。

侧架构件113与横跨转向架延伸的横架构件114一体形成，它还有一延伸穿过侧架构件99并与之枢接的用螺钉连接的延伸部114a，如图12中所示。

转向分动器112固定在侧架构件99上，立柱115则与横架构件结合成一体，以便在它们之间可产生如所示出的角116那样的相对转动。角116的大小等于假想轴95a、95b的相对转角(它与图7中第一实施例的角73相同)乘以轨距除以转向架的轴距。

横架构件114与作为图1与4的第一实施例的销11的对应件的销11a相结合，用于把横向和纵向力从转向架传到固定于车厢13a(图9)下部的立柱12a上。图12、13与14示出了转向分动器，其功能是对应以角度116(图11)表示的侧架构件99和113的相对转动通过汇交在弯道中的适当角度使前轮281、282转向。参见图14，延伸件111a、111b通过密封的开孔伸入到转向分动器112中，开口设置有凸台181(四处)，即使在极端载荷条件下，凸台也把转向臂在每一方向上的运动限制在约1．5°度。

转向器延伸件111a、111b上设有开口端槽117a、117b，它们有略带斜度的顶面和底面，以便与摇臂杆119的略带锥度的一体成形的销118a、118b无间隙地接合，而在另外的位置上，与也略带锥度的固定在转向分动箱体112上的销120a、120b接合。

如图14中所示，转向架是向右运动的，于是就像第一实施例中的梁轴结构那样前转向臂104a工作，而转向臂104b被锁住。

延伸件111a和111b的所需的上升与下降是用摇杆183实现的，摇杆操纵提升销184a、184b以便与弹簧加载的柱销121a、121b相反地提升相应的延伸件，摇杆是用气缸(未示出)操纵的。

摇臂杆119铰接在销122上，并延伸以安装球形接头123，固定在铰接于十字头126中的销125上的超载释放杆124上的延伸杆185的圆柱形下端在其中滑动。

十字头126与转向分动器112的圆柱形垂直延伸部的骨架紧密相配，并在螺旋弹簧127的作用下被压下，于是迫使超载释放杆124及其制动齿128与固定在支柱115上的销130的伸出端上所设置的制动槽口129接合。

现在，就可选择与所选定的销125与横架构件114轴线186之间的距离132成比例的销125与130之间的距离131，以便把图11中表示为角度116的侧架构件99、113的旋转角度的微小差异加以放大，通常是放大10倍以获得杆185的旋转角度。这种配置的目的是把角度116的微小的差异，它通常不超过±1°，无明显损失地加以放大，为此要使所有的枢接部分都相配成为无间隙状态。

当该机构受到起源于车轮在轨道上摇摆的大载荷或者受到由作用在侧架构件上的侧向力造成的大载荷作用时，这种紧密配合就会变坏。

对于由转向臂产生的大载荷，可以用凸台181将这种载荷隔断。对于侧架构件转动所造成的超载，可用设在支柱115上的凸台133将其隔离，支柱115是与转向分动器112上的凸台相接触的。

使车轮转向所需的力仅为已然说明的所产生的力的一小部分，因而转向分动器的机构磨损并不严重，还设置有对机械润滑与防止脏物侵入的装置，弹簧187、188分别设置在侧架构件99、113上的弹簧座上。

虽然第一实施例中示出有些车轮有驱动装置，第二实施例示出的则没有这些驱动装置，但两个实施例对于任一车轮都可以是有驱动装置或是无驱动装置的。

虽然在第一和第二实施例中，前、后轴组之间的偏斜是汇聚的并且是用机械装置来使车轮转向的，但应理解到在其它未示出的实施例中也可以使电气的、机电的、液压或气压装置。

为了把本发明用于转向架的设计，必须计算各种结构参数。为了对此有所帮助，下面参照示意图15-21给出进行这些必要计算的指导。

图16示出了绕平均半径为R的弯道行进的转向架的平面图。用位于车轮和轮辋轴向中间点的，其中心为77、78、79、80的薄圆盘来表示各车轮。这些圆盘接触轨顶的距离或轨距表示为距离85(也可用T表示)，这是在轨道直线段上行驶时的情况。当通过轨道的弯曲段时，为较大的距离86。这是由于图16所示的转向架是有倾斜布局的缘故。实际上，轨顶的各中心可以由图15-21和下列方程式加以确定，可在位于轨道直线段的最小值85和最小的轨道半径所定出的最大值86之间变化。

连接77和80、78和79的直线代表“假想轴”，而点81和82是轴的中点。前、后轮轴在此视图中汇交在曲率中心84上，其夹角为γ。

众所周知，当钢车轮在轨道上滚动时有一个恰在车轮平面中的瞬时滚动方向。因此，图16中的77、80、84是一直线，78、79、84也在一直线上。为了进行计算，假定后轴是水平的，而前轴对水平有一倾角θ。实际上，后轴也在前轴所显示方相反方向有倾斜，但是总倾斜角是相同的，所示角度θ被大大地夸大了。

图15是图16中垂直78、74线的沿Y箭头方向的视图。在此图中可见，假想轴78、79对水平有一倾角θ，而且线段78、79为前假想轴的真实长度A。在图15中示出了前轮和倾斜轨顶的顶部表面。轨道表面对水平倾斜入角。如在图21中所详细示出的，从点t至点78并延伸的点划线以及从点t到点79并延伸的点划线代表了角θ变化时车轮中心的轨迹。点82对轨道中心的位移用Q表示，就是在大转向角的情况下，82的垂直位置也是基本不变的。H和I是轴在垂直面和水平面中的投影长度。

图17是图16中所示的转向架的侧视图。后假想轴77、80和前假想轴78、79在它们的中点相对延伸并汇交在Z，其轴线相对垂直方向倾斜α角。

图18是沿图17中X向的视图。图中，尺寸E代表导向臂82、83的实际长度，78、79代表假想轴的真实长度A(如图16中所示)。

图19是行进在直线上时转向架的侧面图，尺寸C、D确定出枢轴位置，α是其倾角。尺寸N确定了枢轴线与轨道平面的交点87。

图20是沿图17中方向V的视图，确定前“假想轴”(点78、79)端部间垂直位移的尺寸H对于图17和20来说是相同的。

图21是图15的放大图，示出前“假想轴”离开其假设的中性位置的位移。假设该“假想轴”横向移动距离Q(点82a横移至点82)然后转动角度θ，假设该“假想轴”的两端(点78、79)沿平行于轨道面的直线移动。这种假定对于通常是很小的θ角来说被认为是正确的。“假想轴”两端78、79的横向位移分别用QR、QL表示。车轮的半径用轮轨接触点20a与“假想轴”的端点79a之间的距离表示。

枢轴的设计方法

下述的各尺寸是给出的，或者是可以从给出的尺寸导出：

轴距(B)，点81与82b之间的距离(图19)

轴道二面角(λ)(图15和21)

车轮半径(RW) (图21)

轮／轨接触中心(T)距离85 (图15、16)

轨道中心的曲率半径(R)

距离81、84(图16)

待计算的尺寸为：

铰销倾角(α) (图17)

导向臂长度(E) (图18)

铰销位置，由点83在后轴之前的距离(C)和在后轴下面的点83的距离(Q)确定，或者由枢轴线与轨道线的交点87(离前接触点20b的距离N)确定(图19)

前轴偏移距离Q (图16、21)

枢轴转角(β) (图18)

计算方法：

确定转向增益(Steering Gain)(G)

由轨道传给转向架的偏扭量引起的转向量系数为增益(G)，它可由下式确定：

按照不同的使用情况，G可以为1到8的数量级，特殊的应用情况，则应选择适宜的设计值。

计算转向角(γ)

近似地γ=2arcsin(B／2R)

假定这是正确的，即γ=2arcsin(B／2R) ————————1计算偏扭角(θ)从增益式θ=γ／G ————————2计算“假想轴”的长度(A) 参见图21A=T-2Rw sinλ ————————3计算偏移距离Q 参见图21使用正弦定律

\frac{b}{\sin (λ - θ)} = \frac{A}{\sin (180 - 2 λ)}

b = A \frac{\sin (λ - θ)}{(180 - 2 λ)} = \frac{A \sin (λ - θ)}{\sin 2 λ} - - - - - 4 a

使用正弦定律

\frac{a}{\sin λ} = \frac{A}{\sin (180 - 2 λ)}

a = A \frac{\sin λ}{\sin (180 - 2 λ)} = \frac{A \sin λ}{\sin 2 λ} - - - - - - - - - 4 b

应用正弦定律

\frac{C}{\sin (λ + θ)} = \frac{A}{\sin (180 - 2 λ)}

C = \frac{A \sin (λ + θ)}{\sin (180 - 2 λ)} = \frac{A \sin (λ + θ)}{\sin 2 λ} - - - - - - - - 4 c

左轮偏移

Q 1 = (a - b) \cos λ = \frac{A \cos λ (\sin λ - \sin (λ - θ))}{\sin 2 λ} - - - 4 d

右轮偏移

QR = (c - a) \cos λ = \frac{A \cos λ (\sin (λ + θ) - \sin λ)}{\sin 2 λ} - - - 4 e

中心偏移

Q = 1 / 2 (Q 1 + QR) = \frac{A \cos λ (\sin (λ + θ) - \sin (λ - θ))}{2 \sin 2 λ}

Q = \frac{A \cos^{2} λ \sin θ}{\sin 2 λ} - - - - 5

[注]对于通常的小θ角，Q、Q₁与Q_R之间的变化量不超过0．5％。

计算i 参见图16

由三角形

R= (R+Q+i／cosγ)cosγ

i=R-(R+Q)cosγ ————————6

计算枢轴倾角α 参见图17

H=A sinθ ————————7a

I=A cosθ ————————7b

J=I sinγ ————————7c

α = arc \tan (H / J) = arc \tan (\tan θ / \tan γ) - - - - 8

[注]如果不需要精确解，则可使用α=arc tan(1／G)的实用近似值

计算枢轴转角β 参见图18

M=H／sinα=A sinθ／sinα ————————9

β=arc sin(M／A) =arc sin(sinθ／sinα) ————————10计算导向臂E 参见图18E=i／sinβ ————————11计算枢轴位置D和C 参见图19

D = E \sin α

————————12C=B-(Ecosα) ————————13计算枢轴与轨道面的交线N 参见图19N=B-C-(Rw cosλ-D)tanα) ————————14N=Ecosα-(Rw cosλ-E sinα)tanλ ————————15

以上所描述的本发明的各实施例仅是作为大体地确定出其各个方向而构成的最佳实施例以举例形式给出的。

显然，本领域的熟练技术人员在不脱离已予描述的精神与范围的情况下，能对示出的特定实施例作出许多变更和／或修正。因此，所提出的各实施例在各个方面都应认为是供说明之用而本发明不是局限于此的。

Claims

1、一种适于行驶在有两条相对于一轨道中心线(66，109)横向偏离开的铁轨(50，51，91，92)的轨道上的铁路转向架，该转向架有在其每一端的一对轴组(4和7)，每个轴组(4，7)有两个相对的独立旋转的车轮(2和3，5和6，281和282，283和284)，其特征在于，所述铁路转向架是一个自转向铁路转向架，至少一个轴组(4，7)的每个车轮(2和3，5和6，281和282，283和285)的周缘轮廓适于分别接合所述铁轨(50，51，91，92)之一，使得在相对于另一轴组(4，7)及相对于所述轨道中心线(66，109)发生横向移动时，所述至少一个轴组的一车轮(2，3，5，6，281-284)相对于所述另一轴组(4，7)的车轮(2，3，5，6，281-284)上升而所述至少一个轴组的另一车轮(2，3，5，6，281-284)下降，从而所述至少一个轴组(4，7)相对于所述另一轴组(4，7)产生倾斜，并且还有相应于上述倾斜来使一个或两个轴组(4，7)转向的装置(8，9，96a-96d)。

2、如权利要求1所述的铁路转向架，其特征在于，每个车轮(2，3，5，6，281-284)都有其轴线(48，49，285-288)向下朝向轨道中心线(66，109)倾斜的车轴(14，15，89)，以及接触所述轨道的所述周缘轮廓也向下朝向轨道中心线(66，109)倾斜，其中所述响应一个轴组(4，7)相对于另一轴组(4，7)的所述倾斜的装置(8，9，96a-96d)用连杆(10和26，30-34或35和36；104a-104d，111a-111d，108a，108b和112)连接在各轴(14，15，89)上，并配置得以便使每一个所述轴组(4，7)转向以使轴组(4，7)的每一车轮(2，3，5，6，281-284)基本上对准其下面的相应铁轨的中心线(66，109)。

3、如权利要求2所述的铁路转向架，其特征在于，所述周缘轮廓为圆柱形。

4、如权利要求1或2或3所述的铁路转向架，其特征在于，通过车轮(2，3，5，6，281，282，283，284)和铁轨(50，51，91，92)间的接触面并与之垂直的直线(58a和59，93和94)相交在近似为转向架及其所支承的任何车厢(13)的重心高度的高度(61)上。

5、如权利要求1或2或3所述的铁路转向架，其特征在于，通过车轮(2，3，5，6)和铁轨(50，51)间的接触面并与之垂直的直线(58和69，93和94)相交在显然高于转向架及其所支承的任何车厢(13)的重心(61)高度的高度(60)上。

6、如权利要求1所述的铁路转向架，其特征在于，至少一个所述轴组(4，7)可绕着一轴线(8，9)枢轴转动，所述轴线位于轴组(4，7)的中间平面且在轨道中心线(66)方向上对垂直方向倾斜。

7、如权利要求6所述的铁路转向架，其特征在于，两轴组(4，7)均可绕着一根位于轴组(4，7)的中间平面且对垂直方向倾斜的轴线(8，9)转动，并设有将任一轴组(4，7)固定使之不绕其轴线(8，9)转动的装置(33，35)。

8、如权利要求1所述的铁路转向架，其特征在于，每根轮轴(89)各自绕一转向轴线(96a-96d)转动，每对车轮(281和282，283和284)的转向轴线(96a和96d，96b和96a)位于相应轴组的相对两端，在转向架同一侧的每对(281和283；282和284)的轮轴(89)的销轴(96)用纵向延伸的侧架构件(99，113)相连，侧架构件(99和113)可绕横置于转向架上的共同轴线(186)作相对转动，此转动是由转向架的对角相对的两个车轮(281和284，282和283)的相对升高和另外两个对角相对的车轮(281和284，282和283)的相应下降所致，对上述转动作出反应的转向分动器(112)则与用以使至少一对轮轴(89)转向的连杆装置(104a-104d，111a-111d，108a和108b)相连。

9、如权利要求1所述的铁路转向架，其特征在于，所述至少一个轴组(4，7)的每一车轮(2，3，5，6)的所述周缘轮廓向下朝向所述轨道中心线(66)倾斜，从而所述轴组(4，7)相对于所述轨道中心线(6)的横向偏移产生该轴组(4，7)的围绕一平行于所述轨道中心线(66)的一水平轴线的转动分量，其中，转向架还包括所述至少一个轴组(4，7)的转向装置，所述转向装置包括一所述对轴组(4，7)之间的连杆装置(8-10，30-34或35-36)，所述连杆装置(8-10，30-34或35-36)配置成使得所述转动分量也产生所述对轴组(4和7)的相对转动，从而使一个轴组(4，7)相对于另一轴组(4，7)转向并保持转向架相对于所述轨道中心线(66)的横向位置。

10、如权利要求9所述的铁路转向架，其特征在于，所述连杆装置(8-10，30-34或35-36)包括一所述对轴组(4，7)之间的瞬时转向轴(8，9)，其相对于垂直方向倾斜并配置成使得所述转动分量还产生所述对轴组(4和7)的围绕所述瞬时转向轴(8，9)的相对转动。

11、如权利要求9所述的铁路转向器，其特征在于，所述连杆装置(8-10，30-34或35-36)包括一至少一个轴组(4，7)和转向架之间的瞬时转向轴(8，9)，其相对于垂直方向倾斜并配置成使得所述转动分量还产生所述至少一个轴组(4，7)相对于转向架围绕所述瞬时转向轴(8，9)的相对转动。

12、如权利要求1所述的铁路转向架，其特征在于，所述转向架包括在其每一侧的一对纵向侧架构件(99和113)，每一侧架构件(99，113)包括两个独立转动的车轮(281和283，282和284)，两车轮中的每一个属于所述对轴组中的相应一个，每一侧架构件(99，133)的所述车轮(281和283，282和284)位于所述转向架的相对端并适于接合同一铁轨(91，92)，每一侧架构件(99，113)的至少一个车轮(281-284)的所述周缘轮廓向下朝向所述轨道中心线(109)倾斜，从而任一侧架构件(99，113)的所述车轮(281和283，282和284)相对于所述同一铁轨(91，92)的横向偏移之间的差异造成一个车轮(281-284)相对于另一车轮(281-284)的升高以及因此所述相应侧架构件(99，113)围绕一垂直于所述轨道中心线(109)的一水平轴线(186)的一转动分量，其中每一所述侧架构件(99，113)的至少一个车轮(281-284)围绕一相应转向轴(96a-96d)枢转，以及连杆装置(104a-104d，111a-111d，108a和108b)设置用来使所述至少一个车轮(281-284)作为其相应侧架构件(99，113)的所述转动分量的函数围绕其转向轴(96a-96d)转向，从而保持转向架相对于所述轨道中心线(109)的横向装置。

13、如权利要求12所述的铁路转向架，其特征在于，位于每一侧架构件(99，113)前端处的车轮(281和282，283和284)围绕相应的转向轴(96a-96d)枢转并通过一横向系杆(108a，108b)相互联接，导致施加于转向架一个前轮(281-284)的转向传递给另一前轮(281-284)。

14、如权利要求12所述的铁路转向架，其特征在于，位于每一侧架构件(99，113)后端处的车轮(281和282，283和284)围绕相应的转向轴(96a-96d)枢转并通过一横向系杆(108a，108b)相互联接，导致施加于转向架一个后轮(281-284)的转向传递给另一后轮(281-284)。