專利名稱：一種鐵路車輛轉(zhuǎn)向架和鐵路車輛的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及鐵路車輛制造技術(shù)，尤其涉及一種鐵路車輛轉(zhuǎn)向架和鐵路車輛。
技術(shù)背景
鐵路車輛轉(zhuǎn)向架是一個承擔(dān)貨物重量和車體自重同時還引導(dǎo)鐵路車輛在直線軌道上高速運行和在曲線軌道上轉(zhuǎn)向運行的重要部件。它的結(jié)構(gòu)和技術(shù)參數(shù)往往就決定了鐵路貨車的動力學(xué)性能。
圖1是現(xiàn)有技術(shù)中廣泛應(yīng)用于鐵路車輛的剛性構(gòu)架式(或準構(gòu)架式)轉(zhuǎn)向架。如圖1所示，這類轉(zhuǎn)向架包括沿軌道前后(列車運行方向為前)布置的兩組輪對1，每組輪對的兩個車輪均由一穿過其中心的車軸固接在一起，其在每組輪對兩側(cè)各設(shè)有一輪對軸承 111，側(cè)架(或構(gòu)架)2則設(shè)置在位于輪對軸承上的同側(cè)的軸箱11之上。剛性構(gòu)架式或準構(gòu)架式轉(zhuǎn)向架一般都設(shè)軸箱一系懸掛裝置a和二系懸掛裝置b。一系懸掛裝置a位于輪對1 與側(cè)架2之間，二系懸掛裝置b位于側(cè)架2與車體或搖枕3之間。
圖2A是現(xiàn)有的剛性構(gòu)架式(或準構(gòu)架式)轉(zhuǎn)向架一系懸掛裝置結(jié)構(gòu)圖。如圖2A 所示，軸箱一系懸掛裝置由軸箱11兩側(cè)的承載彈簧、斜楔21、側(cè)架導(dǎo)框斜面磨耗板23和一軸箱磨耗板12組成。其中，軸箱承載彈簧包括同軸心線設(shè)置的內(nèi)圓彈簧22和外圓彈簧24， 斜楔21設(shè)置在軸箱后側(cè)的承載彈簧中自由高稍大一些的內(nèi)圓彈簧22上，其斜面與對應(yīng)的側(cè)架導(dǎo)框斜面磨耗板23接觸，該斜面的相對面即斜楔立面與位于軸箱11后側(cè)的軸箱磨耗板12接觸。在這里，軸箱彈簧主要起到垂直和橫向彈性約束的作用，斜楔21斜面與側(cè)架導(dǎo)框斜面磨耗板23的接觸面和斜楔21立面與軸箱磨耗板12的接觸面所產(chǎn)生的摩擦阻尼起到吸收來自輪軌之間垂向振動能量的作用。當鐵路車輛在軌道上運行時，由于軌道的垂直和水平不平順激擾形成一個典型的隨機振動系統(tǒng)。在這一隨機振動系統(tǒng)中，輪對1和軸箱 11是簧下部件，而側(cè)架2和承載在其上的車體及貨物是簧上部件，簧上部件相對簧下部件作垂向和橫向隨機振動。即在振動過程中，斜楔21與內(nèi)圓彈簧22以及位于軸箱11后側(cè)的軸箱磨耗板12和側(cè)架導(dǎo)框斜面磨耗板23共同組成摩擦減振裝置，斜楔立面相對于軸箱磨耗板12上、下運動，在這一摩擦接觸面間產(chǎn)生摩擦力，該摩擦力就是衰減振動的阻尼力。
圖2B是斜楔向下運動時的受力平衡圖，圖2C是斜楔向上運動時的受力平衡圖。請同時參照圖2A、圖2B和圖2C，當斜楔上、下運動時，斜楔受到內(nèi)圓彈簧22垂直向上的彈性支持力P、在彈性支持力P作用下斜楔21斜面與側(cè)架導(dǎo)框斜面磨耗板23間產(chǎn)生的法向反力 W、在彈性支持力P作用下斜楔21立面與軸箱磨耗板12間產(chǎn)生的水平法向反力N，以及，由該力在斜楔21立面與軸箱磨耗板12的摩擦面間產(chǎn)生摩擦力F，其中，當斜楔向下運動時摩擦力F的方向沿斜楔立面向上(見圖2B)，當斜楔向上運動時摩擦力F的方向沿斜楔立面向下(見圖2C)。以上各力組成一個平衡匯交力系。但由圖2B和圖2C可以看出，摩擦力F 到匯交點0的距離L值較大，從而形成一個使斜楔21順時針或逆時針旋轉(zhuǎn)運動的力矩M,
M= 士 FL ；
因此，在動態(tài)振動過程中，該力矩的存在引起彈性支持力P作用在斜楔21立面與軸箱磨耗板12間產(chǎn)生的法向反力N的作用點沿斜楔21的立面上下移動，以平衡斜楔21的旋轉(zhuǎn)運動。也就是說，斜楔21是在作上、下平移且同時附加旋轉(zhuǎn)的一種復(fù)合運動。這種復(fù)合運動將會引起斜楔21的立面和與之接觸的軸箱磨耗板12的弧狀磨耗d，如圖2D所示。 這種磨耗狀態(tài)使該減振裝置的摩擦阻尼變得極不穩(wěn)定，同時還可能把簧下振動剛性地傳給車體，引起車體垂向振動加速度以及輪軌間垂向動作用力加大。這種不穩(wěn)定的磨耗狀態(tài)加快了磨耗件的到限速度，嚴重時還會導(dǎo)至減振裝置失效。發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，本發(fā)明提供一種鐵路車輛轉(zhuǎn)向架和鐵路車輛。
本發(fā)明提供一種鐵路車輛轉(zhuǎn)向架，包括兩組輪對、設(shè)置在輪對軸承上的軸箱，以及設(shè)置在同側(cè)的兩個軸箱上的側(cè)架，所述側(cè)架包括側(cè)架內(nèi)導(dǎo)框、側(cè)架外導(dǎo)框和側(cè)架導(dǎo)框斜面磨耗板，所述軸箱包括軸箱承載彈簧和位于兩側(cè)的軸箱磨耗板。在所述軸箱承載彈簧上、且所述軸箱的一軸箱磨耗板與所述側(cè)架的側(cè)架導(dǎo)框斜面磨耗板之間設(shè)置有一斜楔，所述斜楔的斜面與所述側(cè)架導(dǎo)框斜面磨耗板接觸，所述斜楔的斜面的相對面設(shè)置有一斜楔立面；在所述斜楔立面與所述軸箱磨耗板之間設(shè)置有一摩擦板組成，所述摩擦板組成包括一組成立面，以及設(shè)置在所述組成立面上的柱體；所述柱體穿過所述側(cè)架內(nèi)導(dǎo)框上的通孔，且所述柱體的一端面與所述斜楔立面接觸。
本發(fā)明還提供一種鐵路車輛，包括上述的鐵路車輛轉(zhuǎn)向架，以及設(shè)置在所述鐵路車輛轉(zhuǎn)向架上的車體。
本發(fā)明提供的鐵路車輛轉(zhuǎn)向架和鐵路車輛，通過將現(xiàn)有技術(shù)中一個斜楔分解成斜楔和摩擦板組成兩個零件，把減振阻尼作用的摩擦面由原來的斜楔立面與軸箱磨耗板之間轉(zhuǎn)移到摩擦板組成的組成立面與軸箱磨耗板之間，消除了現(xiàn)有鐵路車輛轉(zhuǎn)向架的一系懸掛裝置中斜楔上、下運動時的附加旋轉(zhuǎn)運動，徹底消除了現(xiàn)有技術(shù)中斜楔立面和軸箱磨耗板的弧狀磨耗現(xiàn)象，提高了減振裝置的穩(wěn)定性和使用壽命周期。


圖1是現(xiàn)有技術(shù)中廣泛應(yīng)用于鐵路車輛的剛性構(gòu)架式(或準構(gòu)架式)轉(zhuǎn)向架。
圖2A是現(xiàn)有的剛性構(gòu)架式(或準構(gòu)架式)轉(zhuǎn)向架一系懸掛裝置結(jié)構(gòu)圖。
圖2B是斜楔向下運動時的受力平衡圖。
圖2C是斜楔向上運動時的受力平衡圖。
圖2D是弧狀磨耗示意圖。
圖3是本發(fā)明一-實施例鐵路車輛轉(zhuǎn)向架的一系懸掛裝置結(jié)構(gòu)圖。
圖4A是本發(fā)明-一實施例中斜穆？向下運動時減振裝置主要部件的受力分析圖。
圖4B為本發(fā)明-一實施例中斜穆？向上運動時減振裝置主要部件的受力分析圖。
附圖標記
1-輪對；2-側(cè)架；3-搖枕；
111-輪對軸承11-軸箱a- 一系懸掛裝置；
b- 二系懸掛裝置；C-軌道；12-軸箱磨耗板；
21-斜楔；22-內(nèi)圓彈簧；23-側(cè)架導(dǎo)框斜面磨耗板；
24-外圓彈簧；d-弧狀磨耗；31-側(cè)架內(nèi)導(dǎo)框；
32-側(cè)架外導(dǎo)框；41-彈性墊；42-摩擦板組成；
112-軸箱承臺；311-通孔；421-組成立面；
422-柱體；Nl-法向反力；P-彈性支持力；
N-水平法向反力；F-摩擦力；N'-正壓力；
F'-摩擦力反力；L-距離；0-匯交點；
M-力矩。3/5頁具體實施方式
為使本發(fā)明實施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。
圖3是本發(fā)明一實施例鐵路車輛轉(zhuǎn)向架的一系懸掛裝置結(jié)構(gòu)圖。圖4A和圖4B分別為上述實施例中斜楔21向下和向上運動時減振裝置主要部件的受力分析圖。請同時參照圖3、圖4A和圖4B，該鐵路車輛轉(zhuǎn)向架，包括沿軌道前后布置的兩組輪對1、設(shè)置在輪對軸承上的軸箱11，以及設(shè)置在同側(cè)的兩個軸箱11上的側(cè)架2。每組輪對1包括橫向布置的兩車輪，車軸穿過兩車輪中心將兩車輪固接，輪對兩側(cè)的車軸上設(shè)置有輪對軸承111，其上設(shè)置有軸箱11，側(cè)架2則設(shè)置在同側(cè)的軸箱11上(圖3只表達了一側(cè)的視圖，另一側(cè)結(jié)構(gòu)與之相同)。側(cè)架2包括側(cè)架內(nèi)導(dǎo)框31、側(cè)架外導(dǎo)框32和固定于其上的側(cè)架導(dǎo)框斜面磨耗板 23。軸箱11包括軸箱承載彈簧和位于其兩側(cè)的軸箱磨耗板12，在所述軸箱承載彈簧上、且軸箱11的一軸箱磨耗板12與側(cè)架2的側(cè)架導(dǎo)框斜面磨耗板23之間設(shè)置有一斜楔21，斜楔 21的斜面與側(cè)架導(dǎo)框斜面磨耗板23接觸，斜楔21的斜面的相對面設(shè)置有一斜楔立面。即如圖3所示，軸箱磨耗板12固定在軸箱11的前、后兩側(cè)，軸箱承載彈簧分別坐于軸箱承臺 112上并各包括一內(nèi)圓彈簧22和一外圓彈簧對，兩者同軸心地套設(shè)在一起，斜楔21就設(shè)置內(nèi)圓彈簧22上，且內(nèi)圓彈簧22的自由高要稍大于外圓彈簧24，以作為磨耗后斜楔21上升量的補償。摩擦板組成42設(shè)置在所述的斜楔立面與對應(yīng)的軸箱磨耗板12之間。如圖4A 和圖4B所示，摩擦板組成42包括一組成立面421，以及設(shè)置在所述組成立面上的柱體422。 柱體422穿過側(cè)架內(nèi)導(dǎo)框31上的通孔311，并與通孔311間采用小間隙配合以定位，同時， 柱體422的端面與所述斜楔立面接觸。
在鐵路車輛沿軌道運行時所形成的隨機振動系統(tǒng)中，輪對1和軸箱11是簧下部件，而側(cè)架2和車體及貨物是簧上部件，簧上部件相對簧下部件做垂向和橫向隨機振動。在這一振動過程中，內(nèi)圓彈簧22、斜楔21、摩擦板組成42、軸箱前、后兩側(cè)的軸箱磨耗板12、彈性墊41共同組成該轉(zhuǎn)向架的摩擦減振裝置。組成立面421和彈性墊41立面相對于軸箱磨耗板12上、下運動，在其接觸面間產(chǎn)生摩擦力F，該摩擦力F即為衰減振動的阻尼力。內(nèi)圓彈簧22和外圓彈簧M共同起到支承簧上重量的作用，同時內(nèi)圓彈簧22還起到在簧上質(zhì)量隨機振動時提供對斜楔21的垂直向上的彈性支持力P的作用。內(nèi)圓彈簧22上面的斜楔21 斜面與側(cè)架導(dǎo)框斜面磨耗板23接觸，在彈性支持力P作用下在這一接觸面間產(chǎn)生一法向反力m ；斜楔21立面與柱體422端面接觸，在彈性支持P和法向反力m作用下，這一接觸面間產(chǎn)生水平法向反力N，彈性支持力P、法向反力m和水平法向反力N三力構(gòu)成一個平面匯交力系，0為所述三力的匯交點。柱體422的端部與斜楔21立面接觸，摩擦板組成立面421 與軸箱磨耗板12接觸，又因柱體422與側(cè)架內(nèi)導(dǎo)框31上的通孔311為小間隙配合，所以摩擦板組成42只能沿水平方向移動，傳遞對軸箱磨耗板12的向左的正壓力N'，該正壓力 N'與水平法向反力N為一對作用力與反作用力。在正壓力N'的作用下，在組成立面421 與軸箱磨耗板12間產(chǎn)生方向沿組成立面421且隨振動方向改變的動態(tài)摩擦力F(當斜楔向下運動時，F(xiàn)向上；反之則反)，其值
F = μ N ；
在這一摩擦力F的作用下，在與側(cè)架內(nèi)導(dǎo)框31上的通孔311配合的柱體422上部 (當斜楔向上運動時為下部)會產(chǎn)生一與動態(tài)摩擦力F方向相反的摩擦力反力F'。
從以上的受力分析可以看出，在簧上質(zhì)量上、下振動過程中產(chǎn)生的摩擦力F被柱體422上的反力F'平衡，不再傳到斜楔21上去，而且，摩擦力F到柱體422上的反力F' 的距離很小，也不會產(chǎn)生使斜楔21旋轉(zhuǎn)的附加力矩，徹底消除了斜楔21的旋轉(zhuǎn)運動。
這樣，本發(fā)明通過將現(xiàn)有技術(shù)中一個斜楔分解成斜楔和摩擦板組成兩個零件，把減振阻尼作用的摩擦面由原來的斜楔21立面與軸箱磨耗板12之間轉(zhuǎn)移到摩擦板組成的組成立面421與軸箱磨耗板12之間，消除了現(xiàn)有鐵路車輛轉(zhuǎn)向架的一系懸掛裝置中斜楔上、 下運動時的附加旋轉(zhuǎn)運動，徹底消除了現(xiàn)有技術(shù)中斜楔立面和軸箱磨耗板的弧狀磨耗現(xiàn)象，提高了減振裝置的穩(wěn)定性和使用壽命周期。
上述實施例中，摩擦板組成42的柱體422與斜楔立面接觸的端面為球形表面，且該端面經(jīng)表面熱處理，具有較高的耐磨性。球形表面的設(shè)計可以使柱體422的端面在斜楔 21立面上靈活移動，以可靠地傳遞該接觸面間的水平法向反力N。
在上述實施例中，組成立面421上的柱體422的形狀可以根據(jù)與其配合的孔形狀來設(shè)計，本實施例給出的是柱體422為圓柱體的情況?？梢愿鶕?jù)實際情況靈活設(shè)計，提高了實用性。在上述實施例中，在側(cè)架外導(dǎo)框32上還設(shè)置有一彈性墊41，且彈性墊41側(cè)面與位于軸箱11的前側(cè)的軸箱磨耗板12接觸。其目的是使彈性墊41和軸箱11后側(cè)的摩擦板組成42聯(lián)合起來提供一個沿車體縱向的彈性約束力，一改現(xiàn)有技術(shù)中全是剛性接觸的情況， 以充分利用輪對與鋼軌間的蠕滑力矩使轉(zhuǎn)向架呈準徑向狀態(tài)通過曲線，從而提高轉(zhuǎn)向架的曲線通過能力，減少輪緣磨耗量。
上述實施例中的彈性墊41的內(nèi)部為橡膠體，橡膠體的上、下面設(shè)置有金屬板。橡膠體與所述金屬板硫化粘接在一起。通過合理設(shè)計彈性墊41中橡膠體的法向剛度，可以實現(xiàn)對輪對的縱向彈性約束，起到提高轉(zhuǎn)向架曲線通過能力的作用。
上述實施例中的斜楔21立面上焊裝了用耐磨材料制成的磨耗板，一方面能保持新造時的接觸狀態(tài)，另一方面可方便檢修作業(yè)。
本發(fā)明的另一實施例一種鐵路車輛，該鐵路車輛包括鐵路車輛轉(zhuǎn)向架，以及設(shè)置在所述鐵路車輛轉(zhuǎn)向架上的車體。其中，該鐵路車輛轉(zhuǎn)向架可為上述實施例所提供的鐵路車輛轉(zhuǎn)向架的任意一種。該鐵路車輛徹底消除了現(xiàn)有技術(shù)一系懸掛裝置中的斜楔和軸箱磨耗板的弧狀磨耗現(xiàn)象，提高了減振裝置的穩(wěn)定性和使用壽命周期，同時，該鐵路車輛還具有較高曲線通過能力，減小了輪緣的磨耗量。
最后應(yīng)說明的是以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對其限制；盡6管參照前述實施例對本發(fā)明進行了詳細的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當理解其依然可以對前述各實施例所記載的技術(shù)方案進行修改，或者對其中部分技術(shù)特征進行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實施例技術(shù)方案的精神和范圍。
權(quán)利要求
1.一種鐵路車輛轉(zhuǎn)向架，包括兩組輪對、設(shè)置在輪對軸承上的軸箱，以及設(shè)置在同側(cè)的兩個軸箱上的側(cè)架，所述側(cè)架包括側(cè)架內(nèi)導(dǎo)框、側(cè)架外導(dǎo)框和側(cè)架導(dǎo)框斜面磨耗板，所述軸箱包括軸箱承載彈簧和位于兩側(cè)的軸箱磨耗板，其特征在于，在所述軸箱承載彈簧上、且所述軸箱的一軸箱磨耗板與所述側(cè)架的側(cè)架導(dǎo)框斜面磨耗板之間設(shè)置有一斜楔，所述斜楔的斜面與所述側(cè)架導(dǎo)框斜面磨耗板接觸，所述斜楔的斜面的相對面設(shè)置有一斜楔立面；在所述斜楔立面與所述軸箱磨耗板之間設(shè)置有一摩擦板組成，所述摩擦板組成包括一組成立面，以及設(shè)置在所述組成立面上的柱體；所述柱體穿過所述側(cè)架內(nèi)導(dǎo)框上的通孔，且所述柱體的一端面與所述斜楔立面接觸。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鐵路車輛轉(zhuǎn)向架，其特征在于，所述柱體的端面為球形表面。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鐵路車輛轉(zhuǎn)向架，其特征在于，所述柱體為圓柱體。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的鐵路車輛轉(zhuǎn)向架，其特征在于，在所述側(cè)架外導(dǎo)框上還設(shè)置有一彈性墊，所述彈性墊的側(cè)面與所述軸箱的另一側(cè)軸箱磨耗板接觸。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的鐵路車輛轉(zhuǎn)向架，其特征在于，所述彈性墊的內(nèi)部為橡膠體， 所述橡膠體的上、下面設(shè)置有金屬板。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的鐵路車輛轉(zhuǎn)向架，其特征在于，所述斜楔立面上設(shè)置有磨耗板。
7.一種鐵路車輛，其特征在于，包括如權(quán)利要求1至6任一所述的鐵路車輛轉(zhuǎn)向架，以及設(shè)置在所述鐵路車輛轉(zhuǎn)向架上的車體。
全文摘要
本發(fā)明提供一種鐵路車輛轉(zhuǎn)向架和鐵路車輛。該鐵路車輛轉(zhuǎn)向架將現(xiàn)有技術(shù)一系懸掛減振裝置中的一個斜楔設(shè)置分解成一個斜楔和一個摩擦板組成的兩個零件，其中，所述摩擦板組成包括組成立面和設(shè)置在所述組成立面上的柱體兩個部分，所述摩擦板組成的組成立面同軸箱磨耗板接觸，所述摩擦板組成的柱體的端面同斜楔立面接觸。這樣，把減振阻尼作用的摩擦面由原來的斜楔立面與軸箱磨耗板之間轉(zhuǎn)移到摩擦板組成的組成立面與軸箱磨耗板之間，消除了現(xiàn)有鐵路車輛轉(zhuǎn)向架的一系懸掛裝置中斜楔上、下運動時的附加旋轉(zhuǎn)運動，徹底消除了現(xiàn)有技術(shù)中斜楔立面和軸箱磨耗板的弧狀磨耗現(xiàn)象，提高了減振裝置的穩(wěn)定性和使用壽命周期。
文檔編號B61F5/34GK102476642SQ20101055732
公開日2012年5月30日 申請日期2010年11月22日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月22日
發(fā)明者劉振明, 祝震, 穆鳳軍, 許善超, 邢書明, 邵文東 申請人:齊齊哈爾軌道交通裝備有限責(zé)任公司