CN1079753C - 转向架的轴箱悬挂系统 - Google Patents

Abstract

在铁路车辆的转向架中，设置了一种轴箱悬挂系统，在这种系统中，当转向架通过铁路的弯道时，相应的车轮组能向着铁路弯道的中心进行旋转运动。在转向架框架(1)和轴箱(5)之间设置了一个叠层橡胶弹簧体(10)作为连接物体，该叠层橡胶弹簧体(10)具有垂直圆柱体(A)的部分弯曲表面作为导向表面，并以每一车轮组(4)的重心作为其中心(O)。

Description

转向架的轴箱悬挂系统

本发明涉及用于铁路车辆的转向架轴箱悬挂系统，特别涉及装配在需有转向功能的转向架上的轴箱悬挂系统。

在常规铁路车辆的设计中，每对左、右车轮都固定在一条相应的轴上，以便以相等旋转速度进行旋转。此外，在常规铁路车辆中，在车轮与轨道的接触部分设置了称作“车轮花纹”的斜坡，因而当车轮行驶在轨道的弯道部分时，相应的车轮组由于离心力等的作用移向弯道的外侧，从而引起内、外车轮转动半径产生差异，将内、外车轮在轨道上的滑移抑制在一个恰当的范围内。再者，当铁路急剧拐弯时，称为“轨幅”的铁路轨道间的距离增大，从而内、外车轮转动半径间的差异更是大为增加。这样，如上所述，车轮本身就具有自转向性能。但是，常规转向架的特征在于，设置在转向架框架与轴箱之间的轴箱悬挂系统具有纵向刚性，以便在直线部分上高速行驶时，防止发生纵向破裂。还有，从机构上看，轴的相对两端是弹性地紧固在转向架框架上的。结果，当轴通过铁路弯道时，相应的轴被指向弯道的中心，从而要求传输的力超过悬挂的弹性力。因此，要采用一种机构，用以通过接头来连接轴和转向架，如在JP-A-5-77730中说明的那样。

但是，那些系统的结构变得如此复杂，以至与普通转向架相比，重量、生产成本以及维护成本都增加。因此，那些系统只用于诸如JR Hokkaido 283铁路发动机车等的，要求高速运行的特快列车的有限目的。

因而本发明的目的是提出一种轴箱悬挂系统，在这种悬挂系统中，当轴向着铁路弯道中心偏转时，通过对轴在水平平面中围绕轴的相应重心进行旋转移动的特性加以关注，使轴能进行前述运动，同时使轴中心间距离相对转向架框架保持不变。

为达到上述目的，根据本发明的第一方面，提出一种轴箱悬挂系统，在这种悬挂系统中，每根轴都包含在一个垂直圆柱表面内，并以相应轴组的重心作为其相对转向架框架的中心，从而防止轴以整体进行纵向运动，使轴得以在一个水平平面内按偏转方向进行移动(以下将称作“在水平平面内的偏转”)。

根据本发明的第二方面，在转向架框架和轴箱之间设置了一个叠层橡胶弹簧体作为导向器，该弹簧体是垂直圆柱的一部分，且以车轮组重心作为其中心，从而使其可能进行牵引力的传输。

顺便提及，这时，有扭转应力作用在轴弹簧部分上。为防止轴弹簧被扭转应力过度的变形，在结构中与轴弹簧串接地插入了另一叠层橡胶弹簧体，该另一叠层橡胶弹簧体具有波纹形截面，且波纹导轨位于车轮组在水平平面内偏转的方向。

根据本发明的第三方面，附加地设置了诸如油阻尼器等的阻尼力作用部件以阻止共振发生，该共振是由于轴得以能在水平平面内进行偏转运动引起的。但由此获得了安全行驶性能的效果。

根据本发明的第四方面，设置了一种机构用以在下述必要情况下制动轴在水平平面内的偏转，例如，当车辆高速行驶在直线部分、或当左、右不平衡的刹车力等突然作用时。其结果是获得了防止纵向破裂等的效果。

根据本发明的第五方面，轴箱悬挂系统具有这样的一种特性，即车轮组可相对转向架框架进行在水平平面内的偏转移动。因此，当轴箱悬挂系统应用于强迫转向架、且当根据计算机组的输出，对具有减速器的旋转马达驱动每一轴必须的偏转位移量时，轴能向着铁路弯道的中心进行偏转。

如上所述，根据本发明，对常规转向架是一个问题的车轮组与转向架之间的偏转限制得到解脱，这样，车轮组能围绕车轮组重心在水平平面内相对转向架框架进行转动，从而向着铁路弯道的中心偏转。此外，无需额外设置任一比常规转向架特殊的机构，就能获得这样一种机构。因此在以下各方面都能获得显著的改进效果，如当车轮通过铁路弯道时横向压力的减少、防止车轮凸缘与轨道的磨损、以及防止车轮的嗄嗄辗轧声等。

图1A表示当本发明提出的轴箱悬挂系统装备在转向架上时，在其通过铁路弯道时的转向架理想状态；

图1B表示常规转向架在十分低的速度下通过铁路弯道时的典型情况；

图2表示了一种结构，其中本发明提出的、装备在轴箱相对两侧的每一轴箱悬挂系统具有垂直圆柱表面A的部分弯曲表面作为导向器，且以车轮组的重心作为其中心，图2的左半部分表示转向架框架的截面，而图2的右半部分表示的只是叠层橡胶弹簧体安装部分的截面；

图3表示了一种结构，其中具有部分圆柱作为导向器的叠层橡胶弹簧体安装在轴箱体上；

图4是从图2的箭头IV方向察看的前视图；

图5是从图4中箭头V的方向察看的侧视图；

图6是表示与轴弹簧串接放置的另一叠层橡胶弹簧体形状的立体图；

图7表示在转向架框架和轴箱之间放置阻尼力作用部件的一种结构，这一结构用于防止由车轮组在水平平面内偏转运动引起的共振现象的发生；

图8是一种锁紧机构的局部截面前视图，该锁紧机构用于当车辆在铁路直线部分高速行驶，或当有刹车力突然作用时，撤销车轮组在水平平面内偏转的自由度；

图9A是联锁凸斜齿的平面图，它用于啮合具有图8中凹斜齿的锁紧部分；

图9B是由圆筒形橡胶构成的圆柱形导向部分的正视图(左半部分)，其中包含一个截面图(右半部分)；

图10是一种转向机构的立体图，该机构用于借助旋转马达对轴箱围绕以车轮组重心作为其中心的旋转进行直接驱动控制，旋转马达设置有减速机构，并被固定至转向架框架上，图中表示的是本发明提出的轴箱悬挂系统应用至强迫转向架的情况；

图11是一种结构的平面图，在此结构中，轴箱的一个端部在图10中说明的轴箱旋转驱动控制机构的壳体中旋转；而

图12是沿图11中线XII-XII的部分截面图。

下文将结合附图对本发明的一个实施例进行详细说明。

图1A表示，当一个转向架装配有根据本发明第一方面提出的轴箱悬挂系统，该转向架在其通过铁路弯道时的理想状态，而图1B则表示常规转向架以十分低的速度通过铁路弯道时的典型状态。当转向架在高速下进入弯道部分时，由于车轮凸缘和外侧轨道接触，车轮被反作用力向着铁路弯道的内侧偏转。这一事实表明，作用于轴端部分的轴箱悬挂系统的约束力起的作用是，力图如图1B所示地、将这两根轴保持在相互平行的状态。

本发明提出的转向架与常规转向架的不同如下。在常规转向架中，作用在两根轴2上的力用以在转向架通过铁路弯道时，如图1B所示那样，将这两根轴2保持于相互平行状态，因为轴2的相应的相对端部与转向架框架1弹性地连接。相反，在根据本发明第一方面提出的转向架中，无须对常规系统再额外设置任何特殊机构，通过轴箱悬挂系统，就能获得如图1A所示的、车轮沿弯曲轨道布置的理想状态，因为轴箱悬挂系统具有这样的功能，即能使每一车轮组围绕车轮组重心进行水平偏转。

以下将参考图2对本发明提出的得以使车轮组4进行水平偏转的机构进行说明。相应在轴箱5侧和在转向架框架1侧形成作为导向器的表面，这些表面围绕每一车轮组4的重心O弯曲，并形成垂直画面的部分圆柱表面A。通过这一措施，车轮组4保证在预定范围内能围绕车轮组4的重心O水平地进行偏转。

从理论上讲，存在一个系统，在此系统中在轴箱5侧和在转向架框架1侧相应地形成了垂直圆柱形表面A的局部弯曲部分，且这两个局部弯曲部分制作成处于滑移接触中。根据本发明的第二方面，在图2中，在车轮组的两侧，于轴箱5侧和转向架框架1侧的两个弯曲表面之间的空隙中填充了叠层橡胶弹簧体10，此弹簧体10由弯曲金属片11和弯曲橡胶层12如图3所示那样交错叠层而成。因此，轴箱体5′和转向架框架1通过叠层橡胶弹簧体10而相互连接。例如，四个螺纹柱杆7固定在叠层橡胶弹簧体10的每一外曲弯金属片13上，螺纹柱杆7的螺纹部分从弯曲表面向外突出。柱杆7的螺纹部分插入至轴箱体5′的，成为前述垂直圆柱表面A的一部分的弯曲表面5a的4个孔中，并用螺母9紧固，这样，如图3所示，本发明提出的叠层橡胶弹簧体10就固定至轴箱体5′上。由图2可清楚地看到，轴箱体5′的平板5b固定至轴箱5的侧表面上。柱杆7端部突出至轴箱体5′相对侧的螺纹部分则用螺母14固定至转向架上，下文将对此加以说明。

众所周知，叠层橡胶弹簧体本身可有各种不同形状，用于吸收在转向架中传播的振动。但是，本发明提出的叠层橡胶弹簧体10在应用目的、其形状及其布置与现有技术是大相径庭的。

一般说来，叠层橡胶弹簧体具有这样的特性，即叠层橡胶弹簧体在橡胶受压方向弯形较小，而在橡胶剪切方向则有较大的变形。因此，本发明提出的叠层橡胶弹簧体10不仅具有吸收轨道接头、道岔等垂直运动的特性，从而在转向架通过铁路弯道时，使车轮组4得以相对转向架框架1进行水平面中的偏转移动，而且还具有预定的恢复力的特性。此外，由于叠层橡胶弹簧体10成为圆柱表面A的一部分，因此，作用在叠层橡胶弹簧体10上的应力在运动方向的加压分量起着相对车辆的加速/减速的牵引力传输作用。

以下将对具有本发明提出的轴箱悬挂系统的转向架的运行加以说明。如在现有技术中已初步阐明的那样，当具有一对车轮3的车轮组4进入铁路的弯道部分时，车轮组4被离心力移向铁路弯道的外侧，从而相对车轮花纹产生了内、外车轮半径间的差异。因此，外车轮向前移动较多，这样，车轮组4能平稳地行驶在弯道部分，不会产生车轮3在轨道上的过度滑移。而本发明提出的轴箱悬挂系统的运行则能促进这一运动。图1A表示了这一状态。由图1A显然可见，车轮组4必须相对转向架框架进行水平的旋转，而在常规转向架中，则借助轴箱悬挂系统在轴2的相对端部分产生约束轴2朝向在水平平面内偏转方向的力。如上所述，本发明提出的轴箱悬挂系统具有促进车轮组4在水平平面内偏转方向运动的作用，从而在转向架通过铁路弯道时，保证车轮组4相对转向架框架1的必要旋转，赋予转向架以自转向性能。

图2至6表示将根据本发明第二方面提出的轴箱悬挂系统应用于所谓轴弹簧型转向架的情况。

在图2至4中，在转向架框架1的相对侧设置了加强板1a(见图2)，该板沿通过车轮组4重心O的方向成斜角地伸展，这样，轴箱5就放置在转向架框架1的相对侧之间。加强板1a被焊接至转向架框架1的上板1b、背板1c和下板1d上。在加强板1a的突出侧下端部分的预定位置上成形着横向拉长的孔16。另一方面，装配至轴箱体5′和转向架框架1上的叠层橡胶弹簧体10(见图3)可用任何适当的方法加以相互连接。在所示的实施例中，应用了转向架侧叠层橡胶弹簧体安装构件30，它作为另一部件而设置在叠层橡胶弹簧体10和转向架框架1之间。该构件30由一个垂直弯曲板31，它对应弯曲金属面13(见图2)的曲率，构成垂直圆柱表面的一部分，位于固定至轴箱体5′的叠层橡胶弹簧体10侧的相对侧；一个水平板32，它从垂直弯曲板31水平地伸出，并装备至转向架框架1的下板1d上；以及一个支撑33构成，该支撑33固定在垂直弯曲板31与水平板32之间，成斜角地向着车轮组的重心伸展，且紧邻转向架框架1的加强板1a。一个悬挂吊耳34从支撑33的上端外边缘通过水平板32的切口以及转向架框架的下板1d的切口向上伸出。在此悬挂吊耳34中，在对应转向架框架1的加强板1a的横向拉长孔16的位置上成形有一个松动的孔，因而作为另一部件的，转向架侧的叠层橡胶弹簧体安装构件30可由螺钉35加以悬挂。顺便说及，在垂直弯曲板31上成形着4个通孔36，这样，从叠层橡胶弹簧体10的金属表面13伸出的柱杆7的端螺纹部分得以通过孔36。在这样一种结构中，为了将转向架框架1通过悬挂在转向架框架1上的转向架侧叠层橡胶弹簧体安装构件30，与已经固定在轴箱体5′的叠层橡胶弹簧体10接触及固定，需将转向架侧叠层橡胶弹簧体安装构件30围绕螺钉35向着叠层橡胶弹簧体10而转动。这时，为使从叠层橡胶弹簧体10伸出的柱杆7的螺纹端部通过转向架侧叠层橡胶弹簧体安装构件30的垂直弯曲板31的通孔36，将悬挂吊耳34的螺钉35沿转向架框架1的加强板1a的横向拉长孔16推向前侧，然后再将垂直弯曲板引压在柱杆7侧上。此后，将螺母14紧紧地拧在从紧靠在叠层橡胶弹簧体10的弯曲表面13的垂直弯曲板31伸出的柱杆7的螺纹端部上，与此同时，用螺栓和螺母37将转向架框架1的下板1d和紧靠在下板1d上的转向架侧叠层橡胶弹簧体安装构件30的水平板32相互紧固和固定。这样，就能达到安全、方便地组装、拆卸转向架的目的。当本发明的轴箱悬挂系统应用于轴弹簧型转向架时，为了通过轴弹簧8的扭转变形使轴箱中的轴弹簧8进行车轮组4的在水平平面内的偏转移动，可将轴弹簧8与另一叠层橡胶弹簧体20串接放置，从而达到使车轮组4的水平移动平稳进行的效果，如将由图4可较为清楚地看到，该弹簧体20具有这样的特性，即它只能在车轮组4的在水平平面内的偏转方向方便地进行变形。图6是叠层橡胶弹簧体20的立体图。该叠层橡胶弹簧体20由一块波纹形的金属板21，其波纹平行于轴围绕车轮组4的重心0进行在水平平面内偏转的方向；两层波纹形橡胶薄层22，它们通过波纹板21而相互重叠地放置；以及上、下金属板23和24构成，它们的波纹形内表面与波纹形橡胶薄层22相对应。顺便提及，在最上层的金属板23中成形了一个环形凹槽或突出物25，这样，轴弹簧8的下端就可安装在环形凹槽或突出物25中。如上所述，叠层橡胶弹簧体20容易在水平平面内的偏转方向变形，这是因为波纹形的导轨与车轮组围绕其重心进行的在水平平面内偏转的方向平行。

图7表示本发明的第三方面。由于根据本发明这一方面提出的轴箱悬挂系统设计成，能使车轮组4得以进行在水平平面内的偏转运动，因此要求防止共振现象的发生，而且由于车轮组的每一端部都在圆弧上进行往复运动，因此根据线性近似在转向架框架1和轴箱5之间设置了一个油阻尼器作为阻尼力作用部件40。油阻尼器40的油缸41借助销钉42枢轴转动地安装在转向架框架1上，而油阻尼器40的推杆侧则借助销钉43枢轴转动地安装在轴箱5的突出物44上。顺便提及，标号8表示轴弹簧，而20表示另一波纹形叠层橡胶弹簧体。

图8表示本发明的第四方面，并展示了一个锁紧机构50的实例，该锁紧机构用于在情况需要时，例如当车辆在直线部分高速行驶、或当左、右不平衡的刹车力突然作用时，取消车轮组4在水平平面内偏转的自由度。这一锁紧机构50采用一个锁紧系统，其中压缩空气充入至空气汽缸51中，应用回复弹簧以进行锁紧。但是可以考虑在反向采用回复弹簧52的想法，从而在打开侧应用空气压力。顺便提及，假如锁紧机构的联锁部分成形成如图9A平面所示的斜齿轮，则能进行平稳的锁紧。作为一个实施例，图9A表示了一个锁紧系统，其中斜齿轮制动器55装配在外圆柱形导向器54的上部，该外圆柱形导向器可垂直移动地安装在内圆柱形导向器53的外周边上，而内圆柱形导向器53则装配在轴箱5上，这样，斜齿轮锁紧器55与锁紧部分56相互锁紧，锁紧部分56具有相应斜齿轮形状的凹入部分，并被设置有回复弹簧的空气汽缸51向下移动，该锁紧部分56固定在转向架框架1上，恰好位于斜齿轮制动器55之上。此外，此圆柱形导向器可由图9B所示的圆柱形橡胶系统、或由用于轴弹簧的油阻尼器构成。

以下将说明图9B所示的圆柱形橡胶系统。一些橡胶圆筒体57和一些金属圆筒体58在径向交错地叠层。如此形成的圆柱形橡胶叠层体59，当其位置由外径向趋近中心时，其轴向长度向下增加，而下圆柱形橡胶叠层体59′则按相反方向成形，因而当其位置由中心径向趋近外侧时，其轴向长度向上增加。最外层圆筒形橡胶固定在外圆柱形导向器54上，而最内层圆筒形橡胶则固定在内圆柱形导向器53上。由于圆筒形橡胶的弹性，因而内圆柱形导向器53可在轴向相对外圆柱形导向器垂直移动。

图10展示本发明的第五方面，并表示了本发明提出的轴箱悬挂系统应用于强迫转向架的一个实例。由于轴箱5的一个端部具有围绕车轮组重心进行圆周运动的特性，因而轴箱5的旋转可由旋转马达61直接控制，该旋转马达61设置有内装减速齿轮机构，并固定至转向架框架1上。

详细情况如图11和12所示，小齿轮63安装在固定至转向架框架1的马达61的输出轴62上，另一方面，围绕车轮组重心进行在水平平面内偏转运动的、并具有圆弧形曲线P作为节圆的圆弧形内齿轮64与小齿轮63进行齿轮连接。为了引导圆弧形内齿轮64进行圆周运动，一方面在固定于转向架框架1的壳体65的上、下内壁中各自设置了相互相对的圆弧形凹槽66和66′，而在圆弧形内齿轮64上则设置了圆弧形突出线67和67′，从而可滑移地安装至圆弧形凹槽66和66′上，其中圆弧形凹槽66和66′是与节圆同心的。L形的突出物68成形在位于圆弧形内齿轮64的齿的相对侧的中心上。L形突出物68的向下伸展部分固定至外圆柱形导向构件69上。外圆柱形导向构件69可垂直滑移地安装在内圆柱形导向构件70上。内圆柱形导向构件70的下端固定在突出物71上，该突出物71由轴箱5向外伸出。顺便提及，该圆柱形导向器可由图9B所示的这样一个圆柱形橡胶系统、或由用于轴弹簧的油阻尼器构成。

采用前述结构，各个轴的移动量可相对轴通过的弯道加以计算，这样，车轮组的旋转位移可进行在线控制。因此，可获得在铁路弯道上高速行驶性能大大改善的效果。

工业应用

由于本发明提出的轴箱悬挂系统具有上述结构，因此该轴箱悬挂系统特别适用于需要有转向功能的转向架。具体讲，根据本发明第一、二方面提出的轴箱悬挂系统的结构是这样的，即车轮组相对转向架框架的在水平平面内的偏转位移能在铁路弯道上平稳地进行。因此，在以下方面可大为改善，如当转向架通过铁路弯道时横向压力的降低、车轮凸缘与轨道的磨损的防止、车轮嗄嗄辗轧声的防止等。因此，自转向性能可大大加强。

此外，无需任何复杂机构或任何大量的另件就能获得转向架通过铁路弯道的性能改善。因此，可降低车辆和转向架两者的维护费用。

在根据本发明第三、四方面提出的轴箱悬挂系统中，通过抑制共振的阻尼力作用部件或锁紧机构可获得平稳的行驶，此共振现象是由于该结构允许每一车轮组可进行在水平平面内的偏转运动引起的。

当本发明提出的轴箱悬挂系统应用于强迫转向架，且当结构设计成，按照本发明的第五方面，轴箱能直接由马达控制时，各自轴的位移量可对应轴通过的弯道曲率加以计算，这样，车轮组的旋转位移就可在线控制。因此，与常规的连接系统相比，控制的合理性及快捷性得以大为改善。

Claims (4)

1.用于转向架中的一种轴箱悬挂系统，该系统包括一种装置，其允许每一车轮组，在一个转向角范围内以及在垂直方向，只在围绕所述车轮组重心进行的在水平平面内偏转的方向上自由振动，其特征在于，所述装置包括：一个叠层橡胶弹簧体，它设置在转向架框架与轴箱之间，用于提供转向功能，作为导向器，所述叠层橡胶弹簧体具有垂直圆柱的一部分，并以所述车轮组的重心作为其中心；以及另一叠层橡胶弹簧体，它被制作成在所述车轮组在水平平面内的偏转方向能进行变形，并与轴弹簧串接设置，从而强化所述轴弹簧的旋转位移跟踪性能。

2.根据权利要求1的轴箱悬挂系统，其特征在于，除允许每一车轮组在围绕所述车轮组重心进行的在水平平面内偏转的方向上自由振动的所述装置外，所述系统还包括一个对其作用的阻尼力作用部件。

3.根据权利要求1或2的轴箱悬挂系统，其特征在于，除允许每一车轮组在围绕所述车轮组重心进行的在水平平面内偏转的方向上自由振动的所述装置外，所述系统还包括一个机构，该机构用于对所述装置的操作进行制动。

4.根据权利要求1至3中任一项的轴箱悬挂系统，其特征在于，除允许每一车轮组在围绕所述车轮组重心进行的在水平平面内偏转的方向上自动振动的所述装置外，所述系统还包括一个转向机构，该机构具有为每一轴设定旋转角度的功能。

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