孙明道 (中国湖北省武汉市江夏经济开发区大桥新区, Hubei 2, 430212, CN)
XU, Yong (Daqiao New Area, Jiangxia Economic Development ZoneWuhan, Hubei 2, 430212, CN)
徐勇 (中国湖北省武汉市江夏经济开发区大桥新区, Hubei 2, 430212, CN)
WANG, Baolei (Daqiao New Area, Jiangxia Economic Development ZoneWuhan, Hubei 2, 430212, CN)
王宝磊 (中国湖北省武汉市江夏经济开发区大桥新区, Hubei 2, 430212, CN)
LI, Yongjiang (Daqiao New Area, Jiangxia Economic Development ZoneWuhan, Hubei 2, 430212, CN)
南车长江车辆有限公司 (中国湖北省武汉市江夏经济开发区大桥新区, Hubei 2, 430212, CN)
SUN, Mingdao (Daqiao New Area, Jiangxia Economic Development ZoneWuhan, Hubei 2, 430212, CN)
孙明道 (中国湖北省武汉市江夏经济开发区大桥新区, Hubei 2, 430212, CN)
XU, Yong (Daqiao New Area, Jiangxia Economic Development ZoneWuhan, Hubei 2, 430212, CN)
徐勇 (中国湖北省武汉市江夏经济开发区大桥新区, Hubei 2, 430212, CN)
WANG, Baolei (Daqiao New Area, Jiangxia Economic Development ZoneWuhan, Hubei 2, 430212, CN)
王宝磊 (中国湖北省武汉市江夏经济开发区大桥新区, Hubei 2, 430212, CN)
| 权 利 要 求 书 1. 一种全旁承承载式铁道货车转向架， 包括前后轮对组成 （11) 、 两个侧架组成（ 12)、一个摇枕组成（ 15 )和两组中央弹簧悬挂装置（ 14)， 所述侧架组成 （12) 的两端导框承放在所述轮对组成 （11) 的轴箱承载 鞍上， 所述摇枕组成 （15) 的两端安装在所述中央弹簧悬挂装置 （14) 上， 所述中央弹簧悬挂装置 （14) 承放在所述侧架组成 （12) 的中央方 框内， 其特征在于： 所述摇枕组成 （15) 的中央设置有与车体的圆柱式 上心盘 （16) 转动配合的中心导向孔 （15a) ， 用于传递车体的纵、 横向 力； 所述摇枕组成 （15) 的两端对应于中央弹簧悬挂装置 （14) 的上方 设置有下旁承安装孔 （15b) ， 所述下旁承安装孔 （15b) 内设置与车体 两侧的上旁承 （17)相配合的下旁承 （13) ， 用于传递车体的垂直载荷。 2. 根据权利要求 1所述的全旁承承载式铁道货车转向架， 其特征在 于： 所述中心导向孔 （15a) 内设置有弹性橡胶套和 /或抗磨损衬套。 3. 根据权利要求 1或 2所述的全旁承承载式铁道货车转向架， 其特 征在于： 所述下旁承 （13) 为空重两级摩擦式结构， 它包括呈套装配合 关系的旁承内座 （6) 和旁承外套 （4) ， 所述旁承内座 （6) 的上部设置 有旁承内座压块 （2) ， 所述旁承内座压块 （2) 的顶部设置有重载摩擦 板 （1) ； 所述旁承外套 （4) 的顶部设置有空载摩擦板 （3) ； 所述空载 摩擦板（3) 的摩擦系数 μΐί和重载摩擦板（1) 的摩擦系数 μζ满足如下数 学关系： μΐί>μζ; 所述旁承内座 （6) 和旁承外套 （4) 之间设置有用于控 制两者垂向位置关系的弹性元件 （5) ， 所述弹性元件 （5) 的力学性能 使空载摩擦板 （3) 和重载摩擦板 （1) 满足如下位置关系： 在空车状态 下空载摩擦板 （3) 的水平位置高于重载摩擦板 （1) 的水平位置， 在重 车状态下空载摩擦板 （3) 的水平位置与重载摩擦板 （1) 的水平位置齐 平。 4. 根据权利要求 3所述的全旁承承载式铁道货车转向架， 其特征在 于： 所述旁承内座 （6) 的外壁和旁承外套 （4) 的内壁呈锥筒形结构， 所述弹性元件 （5) 是设置在旁承内座 （6) 的外壁和旁承外套 （4) 的内 壁之间并与它们硫化成一体的锥筒形橡胶层。 5. 根据权利要求 3所述的全旁承承载式铁道货车转向架， 其特征在 于： 所述旁承内座 （6) 的外壁和旁承外套 （4) 的内壁呈直筒形滑动配 合结构， 所述弹性元件 （5) 是设置在旁承内座 （6) 的凸台和旁承外套 (4) 的凸缘之间的螺旋复位弹簧。 |
本发明涉及铁道货车转向架， 具体地指一种全旁承承载式铁道货车 转向架。
背景技术
铁道货车转向架是铁道货车的关键性部件， 其基本上包括两个侧架 组成和一个摇枕组成这三大件式结构， 侧架组成的两端导框通过轴箱承 载鞍安装在前后轮对组成上， 摇枕组成的两端则通过两组中央弹簧悬挂 装置安装在侧架组成的中央方框内。 两组中央弹簧悬挂装置用于承担摇 枕组成的载荷。 摇枕组成的中央设置有下心盘， 摇枕组成的两侧设置有 下旁承， 它们分别与铁道货车车体底部的上心盘和上旁 承相配合， 用于 承载车体的重量。
早期的车体承载结构是由摇枕组成中央的下心 盘全部承担车体的载 重， 而摇枕组成两侧的下旁承仅起辅助支承定位作 用。 其后为了提高铁 道货车的空车临界速度， 又发展成为以下心盘为主要承载部件、 下旁承 为辅助承载部件的结构。 上下旁承之间的摩擦力可为空车时转向架的回 转提供适当的摩擦阻力矩， 以满足铁道货车提速的要求。
上述下心盘全承载方式和下心盘与下旁承共同 承载方式一般统称为 心盘承载方式。 心盘承载方式转向架的优点是车体通过曲线时 其转向架 转向灵活， 而车体通过扭曲线路时其轮重均载性好。 但其缺点是车体垂 直载荷由车体中心直接作用于摇枕组成的中央 ， 再由摇枕组成传至两边 侧架组成的中央方框， 导致摇枕组成产生的弯矩大， 摇枕组成横截面大， 自重相应增大， 制造成本相应增高， 并且心盘承载车辆在侧滚振动时的 平稳性较差。 如何有效消除摇枕组成所产生的巨大弯矩， 同时保证车辆 通过曲线的良好性能和提高铁道车辆运行平稳 性， 对提速铁道货车具有 重要的现实意义。 发明内容
本发明的目的就是要提供一种自重轻、 受力状况合理、 能够具有良 好通过曲线性能和保持车辆侧滚振动平稳的全 旁承承载式铁道货车转向 架， 以满足当前铁道货车大幅提速的需要。
为实现上述目的， 本发明所设计的全旁承承载式铁道货车转向架 ， 包括前后轮对组成、 两个侧架组成、 一个摇枕组成和两组中央弹簧悬挂 装置， 所述侧架组成的两端导框承放在所述轮对组成 的轴箱承载鞍上， 所述摇枕组成的两端安装在所述中央弹簧悬挂 装置上， 所述中央弹簧悬 挂装置承放在所述侧架组成的中央方框内。 其特殊之处在于： 所述摇枕 组成的中央设置有与车体的圆柱式上心盘旋转 配合的中心导向孔， 用于 传递车体的纵横向力。 所述摇枕组成的两端对应于中央弹簧悬挂装置 的 上方设置有下旁承安装孔， 所述下旁承安装孔内设置与车体两侧的上旁 承相配合的下旁承， 用于传递车体的垂直载荷。
本发明将车体的垂直载荷通过上旁承直接传递 给下旁承， 然后由下 旁承传递给摇枕组成， 再由摇枕组成传递给安装在侧架组成中央方框 内 的中央弹簧悬挂装置。 这样， 摇枕组成仅承受下旁承和中央弹簧悬挂装 置的压力， 而不产生由车体垂直载荷引起的弯矩， 从而可以大幅减轻摇 枕组成的重量， 并提高摇枕组成的可靠性。
进一步地， 所述下旁承为空重两级摩擦式结构， 它包括呈套装配合 关系的旁承内座和旁承外套，所述旁承内座的 上部设置有旁承内座压块， 所述旁承内座压块的顶部设置有重载摩擦板。 所述旁承外套的顶部设置 有空载摩擦板。所述空载摩擦板的摩擦系数 k 和重载摩擦板的摩擦系数 μ ζ 满足如下数学关系： μΐί >μ ζ 。 所述旁承内座和旁承外套之间设置有用于 控制两者垂向位置关系的弹性元件， 所述弹性元件的力学性能使空载摩 擦板和重载摩擦板满足如下位置关系： 在空车状态下空载摩擦板的水平 位置高于重载摩擦板的水平位置， 在重车状态下空载摩擦板的水平位置 与重载摩擦板的水平位置齐平。 本发明通过设置不等高的空载摩擦板和重载摩 擦板将下旁承的支承 结构分为两级， 并通过弹性元件限定空载摩擦板和重载摩擦板 的位置关 系。 这样， 在空车状态下， 由空载摩擦板支承车体的全部重量， 此时下 旁承呈弹性状态， 为车体的第三系弹性悬挂系统。 由于设计空载摩擦板 的摩擦系数较大和空车静挠度加大 （有第三系弹性） ， 因此既可提高空 载时的临界速度， 又可提高空车轮重减载的安全性。 而在重车状态下， 空载摩擦板被压缩至与重载摩擦板等高， 由空载摩擦板和重载摩擦板共 同支承车体的全部重量， 此时下旁承呈刚性状态， 消除了车体侧滚游间， 增大了车辆侧滚振动时的平稳性； 同时由于设计重载摩擦板的摩擦系数 较小， 保证重车状态有较好的通过曲线能力。
综上所述， 本发明具有如下优点： 其一， 由于摇枕组成的中心导向 孔只承受车体的纵、 横向力， 而摇枕组成承受车体垂直载荷的弯矩近乎 为零， 因此可以大幅降低摇枕组成的重量， 进而大幅减轻转向架的自重， 降低转向架的制造与检修成本。 同时， 旁承承载消除了车体侧滚游动间 隙， 在运行过程中能够保持车辆侧滚振动的平稳。 其二， 将下旁承的承 载结构分为空重两级后， 其在空载状态下可以由较大的摩擦系数的空载 摩擦板产生较大的摩擦力矩， 提高车体的临界速度； 而在重载状态下可 以由较小摩擦系数的重载摩擦板减小过大的旁 承摩擦力矩， 进而减轻车 体过曲线时对轮轨的横向力， 使重车具有较好的曲线通过性能， 满足时 速 120km/h铁道货车设计的需要。 附图说明
图 1为一种全旁承承载式铁道货车转向架的结构 意图；
图 2为图 1中的摇枕组成与车体的圆柱式上心盘和上旁 的配合关 系示意图；
图 3为图 1中的下旁承的立体结构示意图；
图 4为图 3中的弹性元件采用锥筒形橡胶层的下旁承的 视结构示 意图； 图 5为图 3中的弹性元件采用螺旋复位弹簧的下旁承的 视结构示 意图。 具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步 的详细描述： 如图 1~2所示， 本发明的全旁承承载式铁道货车转向架， 包括前后 轮对组成 11、 两个侧架组成 12、 一个摇枕组成 15和两组中央弹簧悬挂 装置 14。 侧架组成 12的两端导框承放在轮对组成 1 1的轴箱承载鞍上， 摇枕组成 15的两端安装在中央弹簧悬挂装置 14上， 中央弹簧悬挂装置 14承放在侧架组成 12的中央方框内。在摇枕组成 15的中央加工有中心 导向孔 15a， 中心导向孔 15a内设置有弹性橡胶套和 /或抗磨损衬套， 可 以有效缓解车体扭转对转向架的恶性影响， 减少部件磨耗， 延长使用寿 命。车体的圆柱式上心盘 16插入在中心导向孔 15a中， 使整个转向架可 绕车体的圆柱式上心盘 16转动， 车体的纵、横向力则通过圆柱式上心盘 16传递给摇枕组成 15。 在摇枕组成 15的两端对应于中央弹簧悬挂装置 14的上方加工有下旁承安装孔 15b， 下旁承安装孔 15b内装配有下旁承 13， 下旁承 13与车体两侧的上旁承 17相配合， 将车体的垂直载荷传递 给摇枕组成 15， 再传递给中央弹簧悬挂装置 14， 且在摇枕组成 15上不 产生垂直载荷弯矩。
如图 3~5所示，下旁承 13采用空重两级摩擦式结构，它具有一个位 于中间的旁承内座 6和一个套装在旁承内座 6外周并可上下移动的旁承 外套 4。旁承内座 6的上部安装有旁承内座压块 2， 旁承内座压块 2的顶 部安装有重载摩擦板 1。旁承外套 4的顶部安装有空载摩擦板 3。在旁承 内座 6和旁承外套 4之间安装有用于控制两者上下位置关系的弹 元件 5，弹性元件 5的力学性能应使空载摩擦板 3和重载摩擦板 1满足如下位 置关系： 在空车状态下空载摩擦板 3的水平位置高于重载摩擦板 1的水 平位置 （图 4~5中标示出了两者的高度差 h) ， 在重车状态下空载摩擦 板 3的水平位置与重载摩擦板 1 的水平位置齐平。 同时， 空载摩擦板 3 的摩擦系数 k 和重载摩擦板 1 的摩擦系数 ^应满足如下数学关系： k> 。 一般而言， 重载摩擦板 1可以选用高分子材料制成， 其不仅具有 较小的摩擦系数， 而且具有极好的减摩耐磨性能， 适于重车承载的需要； 而空载摩擦板 3可以采用高分子材料中的改性尼龙材料制成 其不仅具 有较大的摩擦系数， 而且具有极佳的耐磨抗蚀性能， 可减轻对上旁承 17 的磨损， 方便检修和更换， 有效降低使用成本。
本领域技术人员对上述弹性元件 5控制的高度差 h、 空载摩擦板 3 的摩擦系数 以及重载摩擦板 1的摩擦系数 μ ζ 等参数的选值范围，可依 据车辆空载和重载运行的需要进行设计或调整 。 在实际制造时， 下旁承 13可以采用如下两种结构形式： 其一是旁承内座 6的外壁和旁承外套 4 的内壁呈锥筒形结构， 弹性元件 5是设置在旁承内座 6的外壁和旁承外 套 4的内壁之间并与它们硫化成一体的锥筒形橡 层（图 4中的结构）。 由于锥筒形橡胶层的剪切弹性大于其压缩弹性 ， 因此由旁承内座 6、 旁 承外套 4和弹性元件 5构成的弹性体具有较小垂向刚度和较大的径 刚 度， 易于对空载摩擦板 3和重载摩擦板 1进行准确定位。 其二是旁承内 座 6的外壁和旁承外套 4的内壁呈直筒形滑动配合结构， 弹性元件 5是 设置在旁承内座 6的凸台和旁承外套 4的凸缘之间的螺旋复位弹簧 （图 5 中的结构） 。 螺旋复位弹簧结构简单、 加工容易、 安装和更换方便， 同样适合于对空载摩擦板 3和重载摩擦板 1进行准确定位。
下旁承 13的工作原理如下：在空车状态下， 空载摩擦板 3高于重载 摩擦板 1， 即两者存在高度差 h。 此时上旁承 17仅仅压在空载摩擦板 3 上，由于车体自重压缩下旁承 13的弹性体产生的挠度小于上述高度差 h， 故下旁承 13在空车时呈弹性状态， 成为车体的第三系弹性悬挂系统。又 由于空载摩擦板 3的摩擦系数 μΐί 较大， 可以确保铁道货车转向架在空车 时有较高的临界速度。 而当车体载荷增加至重车状态时， 空载摩擦板 3 被向下压缩至与重载摩擦板 1齐平， 即两者的高度差 h为零。 此时上旁 承 17同时压在空载摩擦板 3和重载摩擦板 1上，由于车体自重和载重压 缩下旁承 13的弹性体产生的挠度等于甚至超过上述高度 h， 故下旁承 13在重车时转变为刚性支承状态，大部分车体 荷由重载摩擦板 1承担。 由于重载摩擦板 1的摩擦系数 μ ζ 较小， 可以确保铁道货车转向架在重车 时有较好的曲线通过性能。
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