CN1142453A - 双面摩擦楔 - Google Patents

Abstract

一种摩擦楔，用于对铁路车辆的转向架承梁和侧框架之间的相对运动进行阻尼，该楔包括一个主体制成可放入承梁和侧框架之中一个的凹腔中。主体有由中间连接部分连成整体的隔开的主体部分。各主体部分有一摩擦面制成在正常使用时与承梁及侧框架中另一个的耐磨耗面摩擦接触。楔的隔开的摩擦面在宽度等于各隔开的摩擦面的外面之间的距离的连续摩擦面提供的阻力基础上有效地增加对承梁/侧框架翘曲运动的阻力。

Description

双面摩擦楔

本发明涉及双面摩擦楔。

铁路车辆转向架的翘曲约束是转向架转弯时抵抗弄成非直角形的力的能力。弄成非直角形的力矩是由转向架与车体之间的高转动阻力及车轮与铁轨之间纵向向前的蠕动力的损失造成的。增加中间板和稳定的接触侧轴承处转向架与车体之间的摩擦，使加在转向架上的弄成非直角表的力矩增加，而因为车轮/铁轨润滑减小摩擦降低了纵向的蠕动力，有助于使转向架转过弧度，这样要求在转向架本身内有更高的翘曲约束。一般的趋势是使用稳定接触侧轴承以便有高的迂回行车能力和在外轮和/或成弧度的铁轨间加以润滑以减少轮缘和铁轨磨损。这两者趋于要求货车转向架中翘曲约束进一步增加。当转向架适当地转弯时它保持直角形，前轮组可以可接受的冲击角和可接受的在车轮和铁轨之间侧力/垂直力(L/V)之比转向通过弯度。当超过可接受的冲击角和L/V力之比，很易出轨。但是，当由于外轮/铁轨润滑，转向架翘曲约束被高转动阻力和纵向蠕动力的损失而压倒，转向架框架直角形破坏，导致前轮组的外轮跟踪内轮，导致不可接受的冲击角和在车轮与铁轨之间的L/V力比。在双层联运火车带有它的四个稳定接触侧轴承装置的情况下使用的125吨货车转向架对货车转向架抗直角形破坏提出了最大的挑战。

对于解决铁轨弯曲产生的转向问题的一个技术措施是一种所谓的径向转向架，其中对轮组的纵向制约足够低，而在轮组之间的侧向制约足够高使得轮组能有相对于转向架曲率的径向结构。但是，由于一次悬置，径向转向架设计的轮组之间要求的高侧向制约要求轮组相互连接为了高速迂回行车的稳定性和制动应用。进行横向连接引起起始成本高，为此，径向转向架在铁路上没有好感。。工业上现时的实践是增加转向架的翘曲制约以便当它通过转弯时保持实质上的直角结构。翘曲约束由转向架组件自身的翘曲刚度和翘曲摩擦阻力之和构成。增加翘曲制约对货车转向架的设计提供了最实际的技术方案。已公知刚性的整体的框架转向架在北美对货车转向架不是一个好的技术方案，但是与铁路货运业的经济性一致的理想的技术方案是在容许转向架框架有适当程度的翘曲运动同时使抗翘曲力尽可能高以便有较高的高速度稳定性。

现有技术有增加翘曲刚性的一些方案。由本发明受让人的US3，714，905，以及US4244298和US2458210等都公开了分开抑制承梁和侧框架之间的相对运动的摩擦楔的概念。通过把摩擦楔分开成两个独立的楔块，各具有自己的弹簧，会有更大的翘曲抗力，但这个结构产生的问题比其解决的问题更多。具体地说，在承梁的各端的各侧使用两个分开的摩擦楔，各具有自己的弹簧，提供了一种阻尼系统，其中当它应该处在永久的直角形位置，至少可能承梁和侧框架会处在一个永久的非直角形位置。由于各摩擦楔有其自己的弹簧，一个或更多的楔可能在凹腔占据特定的位置，可能没有足够的力释放摩擦楔，导致非直角位置。这可能在开始建造时或由于轨道的不规则在使用中发生。一当造成这种非直角位置，每次轨道的缺陷被转向架遇到都会使其扩大，结果转向架的直角形会变成转向架破坏。

当转向架损坏时，试验表明在一瞬间(一般只几分之一秒)翘曲的程度相当高，制动杆实际上碰撞车轮轮缘，引起车轮瞬间地在铁轨上滑动而不是转动。该滑动造成轮上的热斑，导致“碎裂”或“剥落”。在热斑上形成马氏体的金相结构，这样会导致轮面的一部分碎裂或在车轮中出现裂纹。车轮的“碎裂”或“剥落”是货车转向架中要更换车轮的主要原因之一。在货车转向架的承梁与侧框架这间过分翘曲的结果是损坏转向架，可能损坏车轮，最终导致脱轨。

转向架的翘曲制约力或转向架对抗非直角化的力的能力是由轴颈翘曲摩擦，悬置翘曲摩擦力矩和刚性组成。轴颈翘曲摩擦力矩是对轮轴和侧框架(其中侧框架放在轴颈轴承上)之间的绕枢轴转动运动的摩擦抗力。悬置翘曲摩擦力矩是被在承梁和侧框架之间有效的阻尼系统带来的翘曲的摩擦抗力。悬置翘曲刚性是对把承梁支承在侧框架窗口的开口中的悬置系统中的弹簧带来的翘曲的刚性抗力。轴颈翘曲摩擦力矩由每轴颈的重量和轴架常数组成。由于每轴颈的重量由货车的重量决定，这不会使其本身的翘曲抗力有改善的方面。悬置翘曲抗力(或悬置翘曲摩擦力矩)等于悬置常数乘以摩擦楔的宽度乘以支承力(以磅为单位)除以转向架轮距。对一定的货车，转向架轮距是一定的。虽然可以通过支承摩擦楔的弹簧提供的力来增加支承力，但有一个上限，支承力高到转向架将锁住消除了侧框架承梁的相对运动的悬置隔离作用。很清楚，使本身可以增加翘曲抗力的这方面是摩擦楔的宽度。

本发明提供了双摩擦楔概念的优点，而没有用一或两个弹簧支承的两个摩擦楔固有的缺点。在本发明中，有由一单一的同轴弹簧组件支承的单一的摩擦楔，但是摩擦楔具有两个隔开的摩擦面，它们与侧框架耐磨耗面负荷接触。本发明将结合一个货车转向架说明，其中楔放于承梁凹腔中，并靠在侧框架的柱的耐磨耗面上。本发明可用在转向架设计中，其中凹腔设在侧框架中，而耐磨耗面设在承梁上。

本发明使用具有普通宽度的摩擦楔，该宽度取决于转向架的设计及转向架要支承的货车的类型。普通宽度的楔被制成使它具有两个隔开的摩擦面代替穿过其宽度的连续的摩擦面。在楔的摩擦面的中部位置提供一凹槽的作用是重新分配抵抗承梁和侧框架间绕枢轴转动的力。在一个普通的楔中(它沿摩擦面是连续的)，经过摩擦面的力的分布是直线形的。通过移去摩擦面的中间部分，负载的中间部分重新分配，一部分负荷加到远离承梁与侧框架之间转动轴的位置，而另一部分加到靠近转动轴的位置。总的结果是在摩擦面经过其宽度连续的情况下提供的对转动的阻力基础又有提高。

本发明的目的是提供一种货车转向架特别是其悬置系统，它比普通的三块式转向架的翘曲制约力增加。

本发明另一个目的是提供一种通过增加提供对承梁和侧框架这间相对运动阻尼的摩擦楔的有效宽度而增加翘曲制约力的货车转向架。

本发明再一个目的是增加普通三块式转向架的翘曲制约力而不影响承梁和侧框架之间垂直和横向悬置特性。

本发明又一个目的是通过改变远离承梁与侧框之间的转动点的楔施加一部分翘曲制约来增加有效宽度的摩擦楔。

本发明另一个目的是提供具有被一单一的同轴的楔弹簧组件支承的隔开的摩擦表面的摩擦楔。

本发明再一个目的是提供一种具有分开或隔开的摩擦面的摩擦楔，但是没有现有技术的分开的各被弹簧直接支承着的摩擦楔的缺点。

本发明再一个目的是提供一种保护承梁凹腔的壁的摩擦楔。

下面通过附图及实施例详细说明本发明，附图中：

图1是货车转向架的示意图，示出正常工作时施加在其上的力；

图2是示普通三块式转向架中承梁凹腔、摩擦楔和侧框架柱摩擦板之间的关纱的示意图；

图3是示出图2所示的普通转向架中的承梁和侧框架之间的转动运动引起的力分布的力的示意图；

图4是如图2普通转向架那样放在承梁凹腔中和对着侧框架柱摩擦板的本发明的摩擦楔的示意图；

图5是类似图3的力的示意图，但示出施加在图4所示的摩擦楔的楔面上的力；

图6是火车货车转向架的一部分的部分剖面的侧视图；

图7是图6的承梁/侧框架结构的顶视图；

图8是图6的承梁/侧框架结构的垂直剖面图；

图9是本发明的摩擦楔的透视图；

图10是摩擦楔的侧视图；

图11是图10的摩擦楔的左侧视图；

图12是图10的摩擦楔的右侧视图；

图13是摩擦楔的顶视图；

图14是摩擦楔的底视图；

图15是示出承梁凹腔的承梁的部分侧视图；

图16是承梁的底视图，支承弹簧以虚线示出，和

图17是沿图16中17-17线的剖面图。

在图1中示出了三块式货车转向架的转向和翘曲力矩。转向力矩是由于转向架拐弯时沿相反方向加到车轮上的纵向蠕动力。转向架转弯时加到转向架上的翘曲力矩用箭头示出，箭头示出由于车轮与铁轨的接触，沿相反方向加到轮组上的侧向力。翘曲力矩造成了在承梁与侧框架这间的相对转动，翘曲力矩及转向力矩一起等于转动力矩，其是用来转动支承着车体的转向架的转动力。该转动力矩被稳定接触的侧轴承承受着，这些轴承限制转向架相对车体的转动力矩。

转向架翘曲约束力，也就是转向架和车体的抗摩擦的接触形成的转向架抵抗非直角形的能力，由轴颈翘曲摩擦及悬置翘曲摩擦力矩组成。轴颈翘曲摩擦力矩是在侧框架放在轴颈轴承处在轮轴和侧框架之间的绕枢轴转动的摩擦抗力。悬置翘曲制约是对在承梁和侧框架这间有效的阻尼系统和悬置带来的翘曲抗力。轴颈翘曲摩擦力矩由每轴颈的重量和轴架常数组成。由于每个轴颈的重量是由货车的重量决定，这不是对翘曲阻力矩敏感的区域。悬置翘曲约束力等于悬置常数乘以摩擦楔宽度再乘以被转向架轴距分配的以磅为单位的柱力。对一定的货车，转向架的轴距是固定的。虽然通过增加支承摩擦楔的弹簧提供的力可增加柱力，但是有一个上限即柱力高到转向架将锁住和实际上没有悬置性。增加翘曲制约的主要方面是摩擦楔的宽度。

图2中承梁标为10，而承梁凹腔标为12。宽度为W的普通的摩擦楔14放在承梁凹腔12中，图中所示它支承对着一侧框架柱耐磨耗板16。点A(X和Y轴交点)代表要求的承梁和侧框架的直角位置，是由车轮/铁轨接触施加的侧向力引起的这些元件间产生相对转动的点。当施加到轮组上的侧向力会同时使侧框架绕承梁运动(承梁一般位于侧框架的中部)，在承梁的各侧含有靠外的点A及靠里的点A。

图3的力的示意图示出由于转弯时加到转向架的侧向和转动力由绕点A的转动运动而被普通的摩擦楔14加在侧框架柱耐磨耗板16上的负荷的分布。绕点A的最大力矩等于0.33W²Pc，式中W是铸件(楔)的宽度，而Pc是跨过摩擦宽度的负荷分布。

图中图解示出本发明的摩擦楔。位于承梁凹腔12中的楔20具有与图2所示楔的同样宽度W。与侧框架柱耐磨耗板16接触的楔20的面22一般在中部有凹槽(或空间)24。凹槽24的宽度一般等于与耐磨耗板16接触的面22的邻近部分的宽度。实际上，楔20的面22被分成三部分，外面及里面的三分之一与耐磨耗板16接触而中间的三分之一不接触。

图5以图3表示图2的楔的力的分布同样的方式，示出了图3摩擦楔的力的分布。P_D等于分布的W的三分之二(也就是摩擦楔实际上与耐磨耗板接触的宽度)上的负荷分布。由于图2摩擦楔及图4摩擦楔施加的力是一样的，如由图5的力的示意图所示，图4所示的楔绕A点的翘曲力矩的总和表明力矩等于0.402W²Pc，式中Pc是跨过图2摩擦楔的宽度的负荷分布。这样提供了绕点A的力矩或加到转向架上的弄成非直角形的力的抗力的增加约20％。对翘曲运动抗力的实际增加由凹槽24实际面积决定，因此由在摩擦楔和防磨耗板之间接触面的尺寸或宽度决定。在铸件的摩擦楔20中设置凹槽24的结果是使摩擦楔宽度有效地增加，因为已加到摩擦表面中部的一部分负荷现在已移离转动点，增加了力矩臂，因而增加了对翘曲运动的抗力。本发明不应当限于摩擦面分成三个三分之一的楔。理论上言，凹槽尺寸越大，对翘曲运动的抗力也越大。实际上，如果摩擦接触的间隔区域小，楔上的单位压力越高，导致增加磨损和可能分裂。

具有承梁凹腔及本发明摩擦楔的普通的三块转向架示于图6，7，8，15，16，17。侧框架标为26，有窗口28，其中放着承梁30。承梁30被负载弹簧32支承着，如普通的那样。楔标为34，它被阻尼弹簧36支承着。侧框架有一个柱耐磨耗板38，它对摩擦楔提供一耐磨耗面，如普通的那样。

在图9到17示出摩擦楔34的细节。楔包括一个单一主体，具有侧向间隔的主体部分40，42，各部分分别有一摩擦面44，46。主体部分40，42一般具有普通摩擦楔的结构，其中有与侧框架柱耐磨耗板接触的平面44，和与承梁凹腔51的斜壁部分49接触的普通的斜的后表面48，50(图15)。主体部分40，42被中间部分52相互连接，中间部分52有搁板54和向上的中间壁56。整个铸件是一个整体单元，它有在一单一元件中提供两个相互连在一起的间隔着的摩擦面。搁架54的底侧提供了楔弹簧36的座。

在主体部分40，42之间的空间提供了从承梁凹腔斜出的壁部分49之间延伸出的楔固定器55的空间。现有技术摩擦楔的使用中的一个问题是摩擦楔的外侧施加在邻近的承梁凹腔壁上的实质性的磨损。在US4426934中提出了解决这一问题的一技术方案，其公开的特点在于一个卷绕板保护承梁凹腔的里面。这没有给铁路带来经济效益。但是，用本发明楔的设计，可以焊或铸出一个与承梁凹腔成整体的固定器，该固定器在主体部分40，42中间的空间延伸，因此限制摩擦楔与在外面的承梁凹腔壁的接触及损坏它。

各主体部分40，42有面向下的锥形槽58，60，槽58，60与承梁凹腔上的小块61配合使得转向架装配时，摩擦楔可以松松地夹在凹腔中。

在一个普通的三块式转向架中，楔从底部插入，然后支承弹簧放在其下面。在本发明中不可能这样，因为对阻尼弹簧36提供支座的搁板54至少与绕着开口63的承梁底部的区域部分重叠，通过该开口63，阻尼弹簧36穿到楔的下面。如图7和16所示。因此，在承梁和侧框架装配后，不可能把楔装到承梁凹腔中。在本结构中，不需要在把承梁放入侧框架窗口中之前把楔放入承梁凹腔中。

本发明能提供分开的摩擦楔(如US3714905公开的)的优点，但它避免了阻尼系统，特别是使用分离的弹性支承各楔元件的固有缺点。在面向柱耐磨耗板的摩擦楔面中设置一般是中部位置的凹槽的结果是增加了楔的有效宽度，如此增加了翘曲约束，而保持三块转向架的所有元件在A.A.R规定的尺寸要求中。

虽然上面示出及说明了本发明的最佳形式，但是应该明白在本发明精神范围可用出许多改型、变换及改变。

Claims (21)

1.一种摩擦楔，用于对铁路车辆的转向架的承梁和侧框架之间的相对运动进行阻尼，所述的楔包括一主体，制成可放入承梁和侧架之一的凹腔中，所述的主体上设有一对间隔的平的一般是平行的摩擦面，在正常使用时，制成可与侧框架和承梁中另一个的耐磨耗表面摩擦接触。

2.根据权利要求1的摩擦楔，其特征在于所述的楔的主体放入承梁的凹腔中。

3.根据权利要求1的摩擦楔，其特征在于在所述的平行的摩擦面之间的空间等于至少所述的摩擦面中的一个的宽度。

4.根据权利要求1的摩擦楔，其特征在于所述的摩擦面有基本相等的宽度。

5.根据权利要求1的摩擦楔，其特征在于所述的间隔的平行的摩擦面位于邻近所述的楔的相对侧。

6.一种摩擦楔，用于对铁路车辆的转向架承梁和侧框架之间的相对运动进行阻尼，所述的楔包括一主体，制成可放入承梁和侧框架之一的凹腔中，所述的主体有摩擦面装置，制成在正常使用时可与侧框架和承梁中另一个的耐磨耗面接触，把由摩擦面装置施加到在远离侧框架/承梁翘曲运动的摩擦的装置区域上的耐磨耗面上的负载的至少一部分集中起来以增加对侧框架/承梁翘曲运动阻力的装置。

7.根据权利要求6的摩擦楔，其特征在于把负载的至少一部集中起来的装置包括在所述的摩擦面装置中的凹槽，在所述楔的侧边的中间，该凹槽把所述的摩擦面装置和所述的耐磨耗面之间的接触区分成间隔的内区及外区。

8.根据权利要求7的摩擦楔，其特征在于所述的凹槽沿所述的楔的摩擦面装置的全高度延伸。

9.根据权利要求7的摩擦楔，其特征在于所述的凹槽位于所述的楔的摩擦面装置的中部。

10.根据权利要求9的摩擦楔，其特征在于所述的凹槽提供一般等宽度的摩擦表面接触区。

11.一种摩擦楔，用于对铁路车辆的承梁和侧框架之间的相对运动进行阻尼，所述的楔包括一主体，制成可放入承梁和侧框架之一的凹腔中，所述的主体有被中间连接部分连成整体的相隔开的主体部分，各所述的隔开的主体部分具有摩擦面制成在正常使用时可与所述的承梁和侧框架中另一个的耐磨耗面摩擦接触。

12.根据权利要求11的摩擦楔，其特征在于所述的隔开的主体部分的摩擦面有基本相等的宽度。

13.根据权利要求11的摩擦楔，其特征在于所述的中间连接部分的宽度基本等于所述的间隔的主体部分中的一个的宽度。

14.根据权利要求13的摩擦楔，其特征在于所述的中间连接部分的宽度与各所述的间隔的主体部分的宽度相同。

15.根据权利要求11的摩擦楔，其特征在于所述的连接部分包括一搁板，其上有一弹簧支承座。

16.根据权利要求11的摩擦楔，其特征在于所述的主体部分各有面向下的固定槽，在把楔固定在承梁的凹腔中时与承梁配合。

17.根据权利要求11的摩擦楔，其特特征在于所述的主体部分的一个面制成可与承梁的面相接触。

18.根据权利要求17的摩擦楔，其特征在于所述的主体部分的面是倾斜的，与类似倾斜的承梁的面的隔开部分接触。

19.根据权利要求18的摩擦楔，其特征在于在所述的楔的间隔的主体部分间有一固定空间，还有一固定器从所述的承梁的斜表面向外延伸入所述的固定空间。

20.一种铁路车辆转向架阻尼系统，包括一承梁，具有带内倾斜面的至少一个承梁凹腔，放在所述的凹腔中的一摩擦楔，所述的楔有通过中间连接部分整体连接的隔开的主体部分，各所述的主体部分有一摩擦面，制成在正常使用时可与侧框架摩擦接触，在所述的楔的主体部分之间的空间，和从所述的承梁的斜壁延伸至所述的楔的空间中以防止所述的楔相对于所述的承梁的侧向运动的固定器。

21.根据权利要求20的阻尼系统，其特征在于所述的楔的主体部分有斜面，与在所述的固定器的相对侧上的所述的承梁的斜面接触。

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