CN113815669B - 一种采用碳纤维材料构架的转向架 - Google Patents

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Abstract

一种采用碳纤维材料构架的转向架涉及铁路客车转向架制造技术领域，其包括碳纤维构架、两个轮对轴箱装置和四个基础制动装置，碳纤维构架包括两个弓形侧梁、X形承重横梁和两个侧梁双弹簧组支承座；弓形侧梁包括弓臂形上梁和弓弦形下梁，X形承重横梁包括两片拱形板梁。本发明的弓臂形上梁、弓弦形下梁和拱形板梁均采用梁型碳纤维材料制成，充分利用了碳纤维材料硬度高、弹性形变性能好、成型工艺成本低、单位质量大幅降低等材料学特性，在满足力学结构强度前提下，有效地实现了转向架结构的轻量化，在提升轨道车辆的最高时速、降低轨道负荷、减轻车轮磨耗以及节约动力能源等方面都产生了积极的有益效果。

Description

一种采用碳纤维材料构架的转向架
技术领域
本发明涉及铁路客车转向架制造技术领域，具体涉及一种采用碳纤维材料构架的转向架。
背景技术
传统铁路客车转向架主要采用低碳钢、锻钢或铸钢材质的钢板及钢管，通过焊接的形式制造形成整体构架，此类方法对焊接工艺要求极高，难以避免焊缝质量问题。同时，各类钢材质转向架均比较沉重，其质量占整车质量40%以上，在保证钢材焊接可靠性和结构强度符合力学需求的前提下，通过削减材料厚度或减少部件数量的方式而进一步减重空间极小。但进一步缩减部件尺寸的减重方式，又会造成构架整体结构尺寸过于紧凑，挤占了传感器等附属设备的布局空间，并造成安装和检修上时的作业难度。同时，传统铁路客车转向架通常采用金属橡胶复合弹簧或采用钢弹簧与减振器组合形式的一系悬挂装置，但无论哪一类传统的一系悬挂装置，都进一步增加了转向架重量和结构复杂性，增加了生产周期和养护成本。
上述因素综合导致传统的钢材质焊接转向架结构复杂、质量沉重、整体外部尺寸大、框架内部结构间隙空间小、装配和焊接工序多，减振、阻尼和变为能力差，曲线通过能力弱、轮轨磨耗高、制造和维修养护成本难以进一步降低等诸多问题。
发明内容
为了解决传统的钢材质焊接转向架结构复杂、质量沉重、整体外部尺寸大、框架内部结构间隙空间小、装配和焊接工序多，减振、阻尼和变为能力差，曲线通过能力弱、轮轨磨耗高、难以进一步降低的技术问题，本发明提供一种采用碳纤维材料构架的转向架。
本发明解决技术问题所采取的技术方案如下：
一种采用碳纤维材料构架的转向架，其包括碳纤维构架、两个轮对轴箱装置和四个基础制动装置，轮对轴箱装置和四个基础制动装置分别与碳纤维构架固连；其特征在于：碳纤维构架包括两个弓形侧梁、X形承重横梁和两个侧梁双弹簧组支承座；
所述弓形侧梁包括弓臂形上梁和弓弦形下梁，其二者的两端按照弓弦与弓臂的结构形式彼此固连；
所述X形承重横梁包括两片拱形板梁，拱形板梁中部水平段的中部设有板梁中心通孔，拱形板梁的两端左右对称地设有横向开设的侧梁定位通槽且其开槽方向垂直于板梁中心通孔的轴线；两片拱形板梁互为镜像对称布置，其二者的中部水平段彼此固定连接并构成X字形的整体结构；两片拱形板梁各自的板梁中心通孔同轴固连并共同形成一个牵引梁安装孔；
所述侧梁双弹簧组支承座包括两个钢弹簧和两个钢弹簧座，所述两个钢弹簧彼此平行布置，其二者的上、下两端分别与一个对应的钢弹簧座垂直固连；
所述两个侧梁双弹簧组支承座彼此互为镜像对称地分别固连于X形承重横梁左、右两侧的X字形的横向开口部位，使得弓形侧梁和钢弹簧座二者共同构成一个弹性侧梁机构；每个侧梁双弹簧组支承座均位于一个对应的侧梁定位通槽的背面；
两个弓形侧梁上各自的弓臂形上梁的中段均分别嵌入X形承重横梁中位于上层拱形板梁上的一个对应的侧梁定位通槽内；两个弓形侧梁上各自的弓弦形下梁的中段均分别嵌入X形承重横梁中位于下层拱形板梁上的一个对应的侧梁定位通槽内；
两个所述弹性侧梁机构镜像对称地固连于X形承重横梁的左右两端，其三者共同构成一个整体的H字形弹性构架。
本发明的有益效果是：该采用碳纤维材料构架的转向架，其弓臂形上梁、弓弦形下梁和拱形板梁均采用梁型碳纤维材料制成，充分利用的碳纤维材料硬度高、弹性形变性能好、成型工艺成本低、相较于钢结构材料而言单位质量大幅降低等材料学特性，该设计与铝合金材料制动盘和制动吊座以及尼龙材料的钢弹簧座联合应用，使得该新型相比传统转向架重量减少30%，在满足力学结构强度前提下，有效地实现了转向架结构的轻量化，在提升轨道车辆的最高时速、降低轨道负荷、减轻车轮磨耗以及节约动力能源等方面都产生了积极的有益效果。
本发明的碳纤维材料构架，其X形承重横梁的两片拱形板梁互为镜像对称布置，两片拱形板梁的中部水平段彼此固定连接并构成X字形的整体结构，具有良好的减振阻尼和弹性形变能力；另一方面，弓形侧梁的弓臂形上梁和弓弦形下梁，其二者的两端按照弓箭与弓臂的结构形式彼此固连，包括两个钢弹簧和两个钢弹簧座的侧梁双弹簧组支承座，其上、下两端分别与一个对应的钢弹簧座垂直固连，而两个侧梁双弹簧组支承座彼此互为镜像对称地分别固连于X形承重横梁左、右两侧的X字形的横向开口部位，使得弓形侧梁和钢弹簧座二者共同构成一个弹性侧梁机构；前述的X形承重横梁和弓形侧梁结构设计联合应用，使得该全新的碳纤维材料构架形式能够获得优异的三轴弹性减振特性，从而在承载车体重量载荷的同时，还能充分释放轮对垂向、轴向和纵向应力，为车体运行提供良好弹性减振阻尼及位移限位，并使该转向架构架本身自带减振、阻尼及变位能力，因此实现了对传统构架上的一系悬挂装置的彻底取消，进而大幅释放了构架上附属传感器部件的布局空间，并在提高构架集成度的同时，进一步显著降低了转向架的整体质量，在实现简化产品结构的同时，还降低了构架的生产维护成本。
在该转向架的制造工艺中，将旧有钢结构构架的全部焊接工艺均改为螺栓紧固的连接形式，减少焊接冷却、焊接变形调修等工序，在避免焊接质量问题的同时，大幅缩短了制造周期，提高了生产效率。
此外，该采用碳纤维材料构架的转向架还具有较低的垂向总体高度和较小的整体尺寸，使得该构架能够获得更低的重心和更佳的运行稳定性，并适当改进了该构架的曲线通过特性。
附图说明
图1是本发明采用碳纤维材料构架的转向架的立体结构示意图；
图2是图1的爆炸装配示意图；
图3是本发明碳纤维材料构架的立体结构示意图；
图4是图3的爆炸装配示意图；
图5是本发明弓形侧梁的主视图；
图6是本发明X形承重横梁的爆炸结构示意图；
图7是本发明X形承重横梁的主视图；
图8是本发明碳纤维材料构架的俯视图；
图9是本发明碳纤维材料构架的侧视图；
图10是本发明碳纤维材料构架的主视图；
图11是本发明轮对轴箱装置的立体结构示意图；
图12是本发明基础制动装置的立体结构示意图；
图13是图12的爆炸装配示意图；
图14是本发明制动吊座和轴箱组成与一个弓形侧梁端部的装配结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细说明。
如图1至图14所示，本发明的采用碳纤维材料构架的转向架，其包括碳纤维构架1、两个轮对轴箱装置2和四个基础制动装置3，轮对轴箱装置2和四个基础制动装置3分别与碳纤维构架1固连；其特征在于：碳纤维构架1包括两个弓形侧梁、X形承重横梁和两个侧梁双弹簧组支承座；
所述弓形侧梁包括弓臂形上梁1-1和弓弦形下梁1-2，其二者的两端按照弓弦与弓臂的结构形式彼此固连；
所述X形承重横梁包括两片拱形板梁1-5，拱形板梁1-5中部水平段的中部设有板梁中心通孔1-5-1，拱形板梁1-5的两端左右对称地设有横向开设的侧梁定位通槽1-5-2且其开槽方向垂直于板梁中心通孔1-5-1的轴线；两片拱形板梁1-5互为镜像对称布置，其二者的中部水平段彼此固定连接并构成X字形的整体结构；两片拱形板梁1-5各自的板梁中心通孔1-5-1同轴固连并共同形成一个牵引梁安装孔；
所述侧梁双弹簧组支承座包括两个钢弹簧1-3和两个钢弹簧座1-4，所述两个钢弹簧1-3彼此平行布置，其二者的上、下两端分别与一个对应的钢弹簧座1-4垂直固连；
所述两个侧梁双弹簧组支承座彼此互为镜像对称地分别固连于X形承重横梁左、右两侧的X字形的横向开口部位，使得弓形侧梁和钢弹簧座1-4二者共同构成一个弹性侧梁机构；每个侧梁双弹簧组支承座均位于一个对应的侧梁定位通槽1-5-2的背面；
两个弓形侧梁上各自的弓臂形上梁1-1的中段均分别嵌入X形承重横梁中位于上层拱形板梁1-5上的一个对应的侧梁定位通槽1-5-2内；两个弓形侧梁上各自的弓弦形下梁1-2的中段均分别嵌入X形承重横梁中位于下层拱形板梁1-5上的一个对应的侧梁定位通槽1-5-2内；
所述两个弹性侧梁机构镜像对称地固连于X形承重横梁的左右两端，其三者共同构成一个整体的H字形弹性构架。
所述轮对轴箱装置2包括车轴2-1、两个车轮2-2和两个轴箱组成2-3，两个车轮2-2镜像对称地固连于车轴2-1两端的轴颈上，并位于H字形弹性构架上的两个弹性侧梁机构的相对端面之间；两个轴箱组成2-3彼此镜像对称地固连于车轴2-1的外端；每个轴箱组成2-3的上端均固连于一个弓弦形下梁1-2一个端部的下方；每个车轴2-1的两端均与一个对应轴箱组成2-3内部的轴承同轴连接；
基础制动装置3包括制动吊座3-1和制动缸及制动夹钳机构3-2，每个制动吊座3-1均通过其悬臂连接板3-1-1固连于弓臂形上梁1-1与弓弦形下梁1-2连接部的夹角内侧。
所述制动盘2-4和制动吊座3-1均为铝合金材料制成，钢弹簧座1-4为尼龙材料制成；弓臂形上梁1-1、弓弦形下梁1-2和拱形板梁1-5均采用梁型碳纤维材料制成。
所述碳纤维构架1的各组件之间的固连形式均采用沉孔和螺栓的螺纹连接。

Claims (2)

1.一种采用碳纤维材料构架的转向架，其包括碳纤维构架（1）、两个轮对轴箱装置（2）和四个基础制动装置（3），轮对轴箱装置（2）和四个基础制动装置（3）分别与碳纤维构架（1）固连；其特征在于：碳纤维构架（1）包括两个弓形侧梁、X形承重横梁和两个侧梁双弹簧组支承座；
所述弓形侧梁包括弓臂形上梁（1-1）和弓弦形下梁（1-2），其二者的两端按照弓弦与弓臂的结构形式彼此固连；
所述X形承重横梁包括两片拱形板梁（1-5），拱形板梁（1-5）中部水平段的中部设有板梁中心通孔（1-5-1），拱形板梁（1-5）的两端左右对称地设有横向开设的侧梁定位通槽（1-5-2）且其开槽方向垂直于板梁中心通孔（1-5-1）的轴线；两片拱形板梁（1-5）互为镜像对称布置，其二者的中部水平段彼此固定连接并构成X字形的整体结构；两片拱形板梁（1-5）各自的板梁中心通孔（1-5-1）同轴固连并共同形成一个牵引梁安装孔；
所述侧梁双弹簧组支承座包括两个钢弹簧（1-3）和两个钢弹簧座（1-4），所述两个钢弹簧（1-3）彼此平行布置，其二者的上、下两端分别与一个对应的钢弹簧座（1-4）垂直固连；
所述两个侧梁双弹簧组支承座彼此互为镜像对称地分别固连于X形承重横梁左、右两侧的X字形的横向开口部位，使得弓形侧梁和钢弹簧座（1-4）二者共同构成一个弹性侧梁机构；每个侧梁双弹簧组支承座均位于一个对应的侧梁定位通槽（1-5-2）的背面；
两个弓形侧梁上各自的弓臂形上梁（1-1）的中段均分别嵌入X形承重横梁中位于上层拱形板梁（1-5）上的一个对应的侧梁定位通槽（1-5-2）内；两个弓形侧梁上各自的弓弦形下梁（1-2）的中段均分别嵌入X形承重横梁中位于下层拱形板梁（1-5）上的一个对应的侧梁定位通槽（1-5-2）内；
两个所述弹性侧梁机构镜像对称地固连于X形承重横梁的左右两端，其三者共同构成一个整体的H字形弹性构架；
所述轮对轴箱装置（2）包括车轴（2-1）、两个车轮（2-2）和两个轴箱组成（2-3），两个车轮（2-2）镜像对称地固连于车轴（2-1）两端的轴颈上，并位于H字形弹性构架上的两个弹性侧梁机构的相对端面之间；两个轴箱组成（2-3）彼此镜像对称地固连于车轴（2-1）的外端；每个轴箱组成（2-3）的上端均固连于一个弓弦形下梁（1-2）一个端部的下方；每个车轴（2-1）的两端均与一个对应轴箱组成（2-3）内部的轴承同轴连接；
基础制动装置（3）包括制动吊座（3-1）和制动缸及制动夹钳机构（3-2），每个制动吊座（3-1）均通过其悬臂连接板（3-1-1）固连于弓臂形上梁（1-1）与弓弦形下梁（1-2）连接部的夹角内侧；
制动盘（2-4）和制动吊座（3-1）为铝合金材料制成，钢弹簧座（1-4）为尼龙材料制成；弓臂形上梁（1-1）、弓弦形下梁（1-2）和拱形板梁（1-5）均采用梁型碳纤维材料制成。
2.如权利要求1所述的一种采用碳纤维材料构架的转向架，其特征在于，所述碳纤维构架（1）的各组件之间的固连形式均采用沉孔和螺栓的螺纹连接。
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