CN109515465A - 一种高速铁路货车轴箱内置式转向架 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高速铁路货车轴箱内置式转向架，采用H形整体式构架及内置式轴箱，构架上设置有抗蛇形减振器和二系横向减振器；抗蛇形减振器纵向连接在构架侧架两侧，二系横向减振器横向连接在构架小横梁端部。该转向架一系悬挂采用轴箱转臂定位，并配合轮对交叉支撑装置提高车辆稳定性。该转向架相比传统货车加装有抗侧滚扭杆装置，解决了其二系悬挂提供抗侧滚能力不足的问题。本发明针对现有货车转向架存在运行速度无法满足需求的问题，设计出一种满足货物运输现实需求的高速铁路货车转向架总体方案。本方案以轴箱内置式整体构架结构转向架为基础，通过改善运行时的抗蛇形运动性能及运动平稳性以提高其速度临界值。

Description

一种高速铁路货车轴箱内置式转向架

技术领域

本发明属于轨道交通技术领域。具体地，涉及一种应用于高速铁路货车的轴箱内置式转向架。

背景技术

世界范围内，现有的货车转向架主要有两种模式。北美、亚洲、南非等地区国家以三大件式转向架为主，欧洲国家则以整体构架式转向架为主。在转向架的发展中发现，提高转向架横向运动稳定性的要求与改善转向架曲线通过性能的要求往往是相互矛盾的。采用径向转向架是解决稳定性与曲线通过能力之间矛盾的有效措施。其中，最早获得成功并投入使用的是南非铁路的Scheffel副构架自导向转向架。该转向架用1根弓形梁将每条轮对的左右两侧联系在一起，组成一个副构架；再用2根对角斜撑连杆将前后副构架联系在一起，形成自导向机构及仅径向机构与其不同的美国DR-1型转向架。这些三大件式转向架都有良好的轮载均衡能力，能够较好地适应线路的不平顺。但是，它们的轴箱位于轮对外侧，不利于减轻自重；而且摇头刚度较大，不便于通过小半径曲线。欧洲的LEILA转向架采用整体焊接构架式，其径向装置是在轴箱之间用十字形交叉连杆连接。整体构架式转向架与三大件式转向架相比，具有不会产生菱形变形的优点，但同时也减弱了线路不平顺的适应能力。LEILA转向架为轴箱内置式转向架，其摇头刚度小，有利于小半径曲线的通过；同时，也具有较小的自重，与Y25转向架相比，其重量减少约1/5。内轴箱悬挂式转向架的缺点是不便于维护和检修，因此对轴箱的寿命要求较高。

在中国，三大件式转向架早期有转8A型转向架，该转向架存在抗菱刚度低、菱形变形大、枕簧空车静挠度偏小等诸多问题。后期又研制的转8AG型、转K1型、转K2型和转K6型转向架，均是在转8A型转向架的基础上加装了弹性交叉支撑装置，以增大转向架的抗剪刚度和抗菱刚度。转K4型和转K5型转向架则是摆动式转向架，同样也是为了增加了抗菱刚度。整体焊接构架转向架则是以转K3转向架为代表，虽然彻底消除了菱变，但同时也降低了对线路的适应能力，这也是整体焊接构架转向架普遍存在的问题。径向货车转向架在中国出现得比较晚，主要有转K7型，以及一些研发了但未投入运用的转向架，而这些转向架均为三大件式径向转向架。中国对于轴箱内置式转向架的研究甚少，在工程应用上属于空白。

伴随着中国国民经济的飞速发展，资源流动的迅速增加，交通运输行业发展迅速，作为陆运之王的铁路运输也承担着日益增加的压力。中国对铁路运输也给予高度重视，并支持一些高校和企业进行相关研究。经过5次大提速，铁路客车发展较好，速度提高明显；而货车相对来说发展较慢，传统的快捷货车运行速度大多仅有160km/h。客运和货运两者不匹配的问题日益突出，而货运作为支撑国民经济发展的基础，它的发展变得更为关键。转向架直接影响着铁路车辆的运行性能，高速的好处也无需赘述，它的发展与研究显得格外重要。

转向架作为铁道车辆的关键部件，长期以来，铁路车辆由于受到运行稳定性、倾覆安全性和轴承检修等因素的制约，主要采用外置轴箱悬挂的模式。随着铁道车辆运行速度的不断提高，对转向架的轻量化、低轮轨作用力等提出了更高的要求。研究表明：与外置轴箱悬挂转向架相比，轴箱内置式转向架能有效地降低轮对及构架的质量，以显示出了其具有重量轻、曲线通过性能优等优良的动力学特点。然而，受制于轴箱跨距短的固有缺陷，现有的快速轴箱内置式货车转向架LEILA的运行速度也只有120km/h，无法满足货物运输的现实需求。

发明内容

本发明的目的在于：针对现有铁路货车轴箱内置式转向架所存在的，运行速度临界值已无法满足货物运输的现实需求的问题，提供一种高速铁路货车轴箱内置式转向架。本方案以轴箱内置式整体构架结构转向架为基础，通过改善运行时的抗蛇形运动性能及运动平稳性以提高其速度临界值，设计出一种满足货物运输现实需求的高速铁路货车转向架总体方案。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种高速铁路货车轴箱内置式转向架，采用H形整体式构架及内置式轴箱，构架上设置有用于与车体相连的抗蛇形减振器和二系横向减振器；抗蛇形减振器连接在构架侧架两侧，且抗蛇形减振器沿转向架纵向设置；二系横向减振器连接在构架小横梁端部，且二系横向减振器沿转向架横向设置。本方案采用H形整体式构架及内置式轴箱，实现了轻量化及低轮轨作用力。在此基础上，本方案还采用抗蛇形减振器用来提高车辆蛇形运动稳定性和平稳性，同时又不降低曲线通过能力。本方案还采用二系横向减振器用来减小二系横向振动，衰减振动能量。综上所述，在实现轻量化的前提下，本方案有效地提高了车辆蛇形运动的平稳性和运动平稳性，从而能够提高车辆运行的临界速度。

作为优选方案，还设置有轮对交叉支撑装置，轮对交叉支撑装置采用两个轮对稳定拉杆交叉布置的方式，将呈对角分布的轴箱两两相互连接。该轮对交叉支撑装置有助于增强轮对在直线和曲线上的稳定性，有效地提高车辆的曲线通过能力。

作为优选方案，采用转臂式轴箱，轴箱与构架侧架端部通过转臂及一系刚弹簧连接，刚弹簧刚度为两级。该转向架一系悬挂采用轴箱转臂定位，轴箱转臂与一系两级刚度刚弹簧一起用来缓和垂向冲击，约束轴箱和转向架之间的纵横向运动和传递横向力。通过增大一系纵向刚度，增强了转向架的横向平稳性。并且，转臂定位方式具有高速运行特性。

作为优选方案，轴箱与构架端部之间设置有一系垂向减振器。减小一系垂向振动，用以衰减振动能量。

作为优选方案，构架大横梁上设置有用于与车体相连的二系橡胶堆弹簧。用来连接车体和构架，缓和来自轮对的激扰，有助于提高车辆(尤其是车体)的稳定性。

作为优选方案，还设置有抗侧滚扭杆装置，抗侧滚扭杆装置由扭杆、扭杆臂及连杆组成；扭杆穿过空心的小横梁，且扭杆两端位于构架侧架两侧；扭杆两端连接有扭杆臂，且扭杆臂沿转向架纵向设置；扭杆臂端部连接有用于与车体相连的连杆，且连杆沿转向架垂向设置。本方案能够限制车体的侧滚角度，使车体的沉浮运动不受影响。

作为优选方案，构架侧架上设置有二系垂向止挡。当车辆通过曲线轨道时，有利于限制车体侧滚的最大限度，从而提高车辆曲线通过性能。

作为优选方案，构架侧架上设置有二系横向止挡。当车辆通过曲线轨道时，有利于限制车体横向位移的最大限度，从而提高车辆曲线通过性能。

作为优选方案，构架大横梁上设置有用于与车体相连的牵引拉杆。用于连接构架与车体，传递来自转向架的纵向力至车体。

作为优选方案，采用空心车轴，空心车轴上设置有制动盘座，用于安装制动盘提供制动力。铁路货车一般是实心轴，由于本方案是一种高速的货车转向架，故采用的是空心轴，有利于减轻质量和高速运行。

综上所述，由于采用了上述技术方案，相比于现有技术，本发明的有益效果是：

首先，该转向架采用轴箱转臂定位与轮对交叉支撑的方式，降低了一系悬挂定位纵向刚度，有效提高了车辆曲线通过能力。同时，该转向架采用H形整体式构架、抗蛇形减振器和二系横向减振器，有效地提高了车辆蛇形运动的平稳性和运动平稳性，从而提高了车辆运行的临界速度，以达到较高的运行速度。该转向架一系采用两级刚度刚弹簧与转臂定位的方式，二系采用橡胶堆，同时安装有一系垂向减振器，属于高速货车转向架范畴，在运输一些高附加值产品时有明显优势。

其次，在二系橡胶弹簧跨距较短的前提下，该转向架加装有抗侧滚扭杆装置，解决了其二系悬挂提供抗侧滚能力不足的问题。该转向架还设计有二系垂向止挡，牵引拉杆，轮对交叉支撑装置，对货车的曲线通过性能有明显提升，特别是抗侧滚扭杆装置与二系垂向止挡装置，克服了轴箱内置式转向架车辆抗倾覆能力不足的问题，是铁路货车转向架一种大胆的尝试与创新。

再次，该转向架在内置式轴箱的基础上，实现了高速运行。轴箱内置式货车转向架与传统的外轴箱货车转向架相比，实现了轻量化及低轮轨作用力。降低了运输成本，获得了更好的经济性。该转向架还采用空心车轴技术。随着质量的减轻，轮轨间作用力降低，改善了车辆动力学性能，减少了轮轨间的磨耗，降低了运行噪声和环境污染，增加了轮对和钢轨的寿命，降低了维护成本。

最后，该转向架采用轴箱内置式方案想要获得和传统货车相同的横向平稳性指标，主要是通过增大一系纵向刚度，可是增大一系纵向刚度会导致曲线通过性能变差，本方案采用轮对交叉支撑装置，有效的提高车辆的曲线通过能力的同时增强了横向平稳性。由于采用了轴箱内置式的设计，更有利于本方案的轮对交叉支撑装置的安置，有效地减小了一系悬挂的纵向刚度，有利于车辆运行的平稳性，同时兼顾了车辆的曲线通过性。

附图说明

图1是实施例的立体结构示意图一。

图2是实施例的立体结构示意图二。

图3是实施例的俯视结构示意图。

图4是实施例的仰视结构示意图。

图5是实施例的主视结构示意图。

图6是实施例的侧视结构示意图。

图7是构架的立体结构示意图一。

图8是构架的立体结构示意图二。

图9是轴箱的立体结构示意图一。

图10是轴箱的立体结构示意图二。

图11是轮对交叉支撑装置的立体结构示意图。

图12是抗蛇形减振器、二系横向减振器及一系垂向减振器的立体结构示意图。

图13是抗侧滚扭杆装置的立体结构示意图。

图14是牵引拉杆的立体结构示意图。

附图中的标记所对应的部件：1-轮对、2-轴箱、21-转臂、3-制动盘、4-制动单元、5-一系两级刚度刚弹簧、6-构架、61-侧架、62-小横梁、63-大横梁、7-一系垂向减振器、8-二系橡胶堆弹簧、9-二系横向减振器、10-抗蛇行减振器、11-牵引拉杆、12-二系垂向止挡、13-二系横向止挡、14-抗侧滚扭杆装置、141-扭杆、142-扭杆臂、143-连杆、15-轮对交叉支撑装置。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本实施例公开了一种高速铁路货车轴箱内置式转向架，如图1-6所示，构成该转向架的主要部件有：轮对、轴箱、制动盘、制动单元、一系两级刚度刚弹簧、构架、一系垂向减振器、二系橡胶堆弹簧、二系横向减振器、抗蛇行减振器、牵引拉杆、二系垂向止挡、二系横向止挡、抗侧滚扭杆装置、轮对交叉支撑装置。

本实施例将现有转向架的整体焊接式构架、内轴箱悬挂及轮对径向三种技术相结合，提出综合性能优的转向架总体方案，分析其动力学性能具有重要的工程意义。目前，内轴箱悬挂的转向架在中国并未开始使用，对于内轴箱悬挂的转向架的的研究也几乎空白。本方案以内轴箱悬挂的焊接构架转向架为基础，再融合轮对径向耦合技术，设计出一种快速货车转向架总体方案，并对其动力学性能开展较为深入和系统的研究，具有明显的创新性。

以下对各主要部件的连接方式及作用原理进行具体说明，以达到使本领域技术人员通过阅读该实施例即能够进行实施的目的。如图1-14所示，具体地：

(1)如图1-6所示，轮对：轮对与轴箱之间通过轴承连接，轴承与车轴之间采用过盈配合。轮对承担车辆的全部重量，且在轨道上高速运行，同时还承受着从车体、钢轨两方面传递来的其他各种静、动作用力，受力很复杂。

(2)如图1-6所示，车轴：能够连续旋转的杠杆，轮轴在转动时轮与轴有相同的转速。(铁路货车一般是实心轴，由于本设计是一种高速的货车转向架，轴重设计为16.5t，采用的是空心轴)。

(3)如图9-10所示，轴箱：采用内置式轴箱，将轮对和构架联系在一起，使轮对沿钢轨的滚动转化为车体沿线路的平动；承受车辆的重量，传递个方向的作用力；保证良好的润滑性能。

(4)如图9-10所示，轴箱转臂与一系两级刚度刚弹簧：采用转臂式轴箱，轴箱与构架侧架端部通过转臂及一系刚弹簧连接，刚弹簧刚度为两级。缓和垂向冲击，约束轴箱和转向架之间的纵横向运动和传递横向力。

(5)如图7-8所示，构架：采用H形整体焊接式构架，联系转向架各部分和传递各方向力。

(6)如图1-6所示，制动盘、制动单元：制动方式采用的是轴盘制动，空心车轴上设置有用于安装制动盘的制动盘座，制动盘嵌在轴上，制动单元吊挂在构架小横梁的制动单元座上，用于列车制动。

(7)如图12所示，一系垂向减振器：轴箱与构架端部之间设置有一系垂向减振器，连接方式是螺栓连接。减小一系垂向振动，衰减振动能量。

(8)如图1所示，二系橡胶堆弹簧：构架大横梁上中间设置有用于与车体相连的两个二系橡胶堆弹簧，其另外一端直接与车体相连。连接车体和构架，缓和来自轮对的激扰，提高车辆(尤其是车体)的稳定性。

(9)如图12所示，抗蛇形减振器：构架上设置有用于与车体相连的抗蛇形减振器，抗蛇形减振器连接在构架侧架两侧，且抗蛇形减振器沿转向架纵向设置。提高车辆蛇形运动稳定性和平稳性，同时又不降低曲线通过能力。

(10)如图12所示，二系横向减振器：构架上设置有用于与车体相连的二系横向减振器，二系横向减振器连接在构架小横梁端部，且二系横向减振器沿转向架横向设置。减小二系横向振动，衰减振动能量。

(11)如图1、7所示，二系垂向止挡：构架侧架上设置有二系垂向止挡，垂向止挡设置在二系橡胶堆旁的侧架上。当车辆通过曲线时，限制车体侧滚的最大限度。

(12)如图13所示，抗侧滚扭杆装置：抗侧滚扭杆装置由扭杆、扭杆臂及连杆组成。扭杆穿过空心的小横梁，安装在构架小横梁内的抗侧滚扭杆座上，且扭杆两端位于构架侧架两侧；扭杆两端连接有扭杆臂，且扭杆臂沿转向架纵向设置；扭杆臂端部连接有用于与车体相连的连杆，且连杆沿转向架垂向设置。限制车体的侧滚角度，使车体的沉浮运动不受影响。

(13)如图11所示，轮对交叉支撑装置：采用两个轮对稳定拉杆交叉布置的方式，在轴箱底部设置安装座，将呈对角分布的轴箱通过橡胶堆铰接的方式两两相互连接。其中，一个拉杆中部设置有套环，另一个拉杆穿过套环相互交叉。增强轮对在直线和曲线上的稳定性。

(14)如图14所示，牵引拉杆：构架大横梁上设置有用于与车体相连的牵引拉杆。连接构架和车体，传递来自转向架的纵向力至车体。

(15)如图1、7所示，二系横向止挡：构架侧架上设置有二系横向止挡，二系横向止挡设置在垂向止挡与橡胶堆弹簧之间。当车辆通过曲线时，限制车体横向位移的最大限度。

首先，该转向架一系采用轴箱转臂定位与轮对交叉支撑的方式，降低了一系悬挂定位纵向刚度，有效提高了车辆曲线通过能力。同时，该转向架采用H形整体焊接式构架，轴箱定位方式采用具有高速特性的转臂定位方式，采用抗蛇形减振器和二系横向减振器，有效的提高了车辆蛇形运动的平稳性和运动平稳性，从而提高了车辆运行的临界速度，以达到较高的运行速度。该转向架一系采用两级刚度刚弹簧与转臂定位的方式，二系采用橡胶堆，同时安装有一系垂向减振器、抗蛇行减振器、二系横向减振器、垂向止挡和横向止挡，设计运行速度为200km/h，属于高速货车转向架范畴，在运输一些高附加值产品时有明显优势。

其次，该转向架加装有抗侧滚扭杆装置。传统轴箱外置式货车基本不存在倾覆性差的问题，改用轴箱内置式转向架后，由于轴箱跨距的缩短，轴箱对转向架构架及车体的抗倾覆能力明显降低，甚至有可能超过国家GB5599-85标准对轨道车辆倾覆性的要求，现有货车转向架没有采用抗侧滚扭杆装置来改善车辆的抗倾覆性能。该转向架传统货车使用抗侧滚扭杆装置来改善车辆抗倾覆能力，起抗侧滚作用的扭杆穿过构架小横梁设置，解决了其二系悬挂提供抗侧滚能力不足的问题，弥补了内轴箱悬挂货车转向架倾覆性能力差的问题。本方案还设计有二系垂向止挡，牵引拉杆，轮对交叉支撑装置，对货车的曲线通过性能有明显提升，特别是抗侧滚扭杆与二系垂向止挡装置，弥补了轴箱内置式转向架抗侧滚能力低的不足的特点。

再次，该转向架在内置式轴箱的基础上，由于车辆设计定位为高速低轴重，所以采用空心轴车轴来更加降低自重，同时极大缩短轴距和采用结构简单的牵引拉杆。具有更低的自重，实现了轻量化，以及低轮轨作用力。轴箱内置式货车转向架与传统的外轴箱货车转向架相比，极大的压缩了所有转向架部件的布置空间，使结构变得十分紧凑，同时缩短了构架大横梁的长度并采用小轴距，减小了轮对、构架尺寸，减轻了整个转向架的整体重量，有效的减轻了簧下质量，车轴长度可以缩短近500mm，该转向架还采用空心车轴技术。转向架总体质量与传统外轴箱转向架相比减少1/5-1/4，同样轴重条件下，载重要比传统外轴箱转向架多5-6t，降低了运输成本，获得了更好的经济性。随着质量的减轻，轮轨间作用力降低，改善了车辆动力学性能，减少了轮轨间的磨耗，降低了运行噪声和环境污染，增加了轮对及铁路钢轨的使用寿命，降低了维护成本。

最后，该转向架采用轴箱内置式方案想要获得和传统货车相同的横向平稳性指标，主要是通过增大一系纵向刚度，可是增大一系纵向刚度会导致曲线通过性能变差，本方案采用轮对交叉支撑装置，有效的提高车辆的曲线通过能力的同时增强了横向平稳性。由于采用了轴箱内置式的设计，更有利于本方案的轮对交叉支撑装置的安置，有效地减小了一系悬挂的纵向刚度，有利于车辆运行的平稳性，同时兼顾了车辆的曲线通过性。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、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)

1.一种高速铁路货车轴箱内置式转向架，采用H形整体式构架及内置式轴箱，其特征在于：构架上设置有用于与车体相连的抗蛇形减振器和二系横向减振器；抗蛇形减振器连接在构架侧架两侧，且抗蛇形减振器沿转向架纵向设置；二系横向减振器连接在构架小横梁端部，且二系横向减振器沿转向架横向设置。

2.根据权利要求1所述的高速铁路货车轴箱内置式转向架，其特征在于：还设置有轮对交叉支撑装置，轮对交叉支撑装置采用两个轮对稳定拉杆交叉布置的方式，将呈对角分布的轴箱两两相互连接。

3.根据权利要求1所述的高速铁路货车轴箱内置式转向架，其特征在于：采用转臂式轴箱，轴箱与构架侧架端部通过转臂及一系刚弹簧连接，刚弹簧刚度为两级。

4.根据权利要求3所述的高速铁路货车轴箱内置式转向架，其特征在于：轴箱与构架端部之间设置有一系垂向减振器。

5.根据权利要求1所述的高速铁路货车轴箱内置式转向架，其特征在于：构架大横梁上设置有用于与车体相连的二系橡胶堆弹簧。

6.根据权利要求1所述的高速铁路货车轴箱内置式转向架，其特征在于：还设置有抗侧滚扭杆装置，抗侧滚扭杆装置由扭杆、扭杆臂及连杆组成；扭杆穿过空心的小横梁，且扭杆两端位于构架侧架两侧；扭杆两端连接有扭杆臂，且扭杆臂沿转向架纵向设置；扭杆臂端部连接有用于与车体相连的连杆，且连杆沿转向架垂向设置。

7.根据权利要求1所述的高速铁路货车轴箱内置式转向架，其特征在于：构架侧架上设置有二系垂向止挡。

8.根据权利要求1所述的高速铁路货车轴箱内置式转向架，其特征在于：构架侧架上设置有二系横向止挡。

9.根据权利要求1所述的高速铁路货车轴箱内置式转向架，其特征在于：构架大横梁上设置有用于与车体相连的牵引拉杆。

10.根据权利要求1所述的高速铁路货车轴箱内置式转向架，其特征在于：采用空心车轴，空心车轴上设置有用于安装制动盘的制动盘座。