| WO/2011/134263 | RAILWAY FREIGHT CAR BOGIE |
| WO/1999/038749 | LIGHTWEIGHT TRUCK BOLSTER |
| JP07052793 | RUNNING GEAR FOR RAIL VEHICLE |
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)
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)
| 权 利 要 求 书 1. 一种铁道货车转向架的斜楔减振装置， 包括斜楔组成 （1) 和安 装在所述斜楔组成 （1) 下方的减振弹簧组件 （2) ， 所述斜楔组成 （1) 由斜楔体 （lb) 、 安装在所述斜楔体 （lb) 侧立面的主摩擦板 （la) 、 以及安装在所述斜楔体 （lb) 倾斜面的副摩擦块 （lc) 构成， 其特征在 于： 所述斜楔组成（1) 的结构设计参数满足如下数学关系： α=16~30° ， 且 <¾01< + 1； 其中， α为所述副摩擦块 （lc) 的摩擦面与铅垂面之间 的夹角， μ为所述主摩擦板 （la) 的摩擦系数， 工为所述副摩擦块 （lc) 的摩擦系数。 2. 根据权利要求 1所述铁道货车转向架的斜楔减振装置， 其特征在 于： 所述斜楔组成 （1) 的宽度 L=200~260mm。 3. 根据权利要求 1或 2所述铁道货车转向架的斜楔减振装置， 其特 征在于： 所述减振弹簧组件 （2) 的力学性能满足如下数学关系： 其中， 为所述减振弹簧组件 （2) 的刚度， K为铁 道货车转向架的中央弹簧悬挂装置的总刚度， C为铁道货车转向架的相 对摩擦系数， 且 C的取值范围为 0.05~0.15。 4. 根据权利要求 1或 2所述铁道货车转向架的斜楔减振装置， 其特 征在于： 所述副摩擦块 （lc) 与所述斜楔体 （lb) 的倾斜面之间为凸凹 球面配合连接结构。 5. 根据权利要求 3所述铁道货车转向架的斜楔减振装置， 其特征在 于： 所述副摩擦块 （lc) 与所述斜楔体 （lb) 的倾斜面之间为凸凹球面 配合连接结构。 6. 根据权利要求 4所述铁道货车转向架的斜楔减振装置， 其特征在 于： 所述副摩擦块 （lc ) 的数量为两件， 对称布置在所述斜楔体 （lb ) 的倾斜面上。 7. 根据权利要求 5所述铁道货车转向架的斜楔减振装置， 其特征在 于： 所述副摩擦块 （lc ) 的数量为两件， 对称布置在所述斜楔体 （lb ) 的倾斜面上。 8. 根据权利要求 1或 2所述铁道货车转向架的斜楔减振装置， 其特 征在于：所述斜楔体（lb )采用钢质或铁质材料制成，所述主摩擦板（la) 采用高分子材料制成， 所述副摩擦块 （lc ) 采用改性尼龙材料制成。 9. 根据权利要求 3所述铁道货车转向架的斜楔减振装置， 其特征在 于： 所述斜楔体 （lb ) 采用钢质或铁质材料制成， 所述主摩擦板 （la) 采用高分子材料制成， 所述副摩擦块 （lc ) 采用改性尼龙材料制成。 10. 根据权利要求 4所述铁道货车转向架的斜楔减振装置， 其特征 在于： 所述斜楔体 （lb )采用钢质或铁质材料制成， 所述主摩擦板 （la) 采用高分子材料制成， 所述副摩擦块 （lc ) 采用改性尼龙材料制成。 |
本发明涉及铁道货车转向架， 具体地指一种铁道货车转向架的斜楔 减振装置。
背景技术
铁道货车转向架是铁道货车的关键性部件。 传统的铁道货车转向架 大多数包含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 两端导框通过承载鞍和轴承组成安装在前后轮 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。 中央弹 簧悬挂装置用于承担摇枕组成的载荷， 其主要由位于中间的承载弹簧组 件和位于两侧的摩擦式斜楔减振装置构成。 现有的摩擦式斜楔减振装置 包括斜楔组成和安装在斜楔组成下方的减振弹 簧组件， 斜楔组成上垂直 的主摩擦面和倾斜的副摩擦面分别与侧架组成 的侧架立柱面和摇枕组成 的摇枕八字面摩擦接触。
上述三大件式结构转向架虽然具有构造简单、 轮重均载性好、 制造 和检修成本低廉的优点， 但也存在摇枕组成和侧架组成之间连接结构松 散、 抗菱变形的刚度差的缺陷， 由此不足以抵抗摇枕组成和侧架组成之 间剧烈的摇头运动， 导致转向架通过曲线轨道时其轮对组成对钢轨 的冲 角偏大， 轮轨磨耗增多。 特别是其摩擦式斜楔减振装置中的斜楔组成具 有较大的设计顶角 （其副摩擦面与铅垂面之间的夹角） ， 通常是在 35 ° ~70 ° 的范围内，抵抗摇枕组成与侧架组成之间的菱 形变形能力较差， 即 转向架的抗菱刚度十分有限。当摇枕组成相对 于侧架组成作纵向运动时， 摇枕八字面对斜楔组成的作用力的垂向分力将 大于斜楔组成主、 副摩擦 面的摩擦力的垂向分力之和， 此时斜楔组成会向下运动， 使摇枕组成与 侧架组成之间的纵向距离变小， 摇枕组成与侧架组成之间即可产生相对 转动， 发生菱形变形。 这样， 车辆的曲线通过能力较差， 临界速度只能 较低， 车辆运行速度受限， 运行品质不高， 不能满足铁道货车大幅提速 的需要。
为了解决上述问题， 目前提速货车转向架采用了在两个侧架组成之 间加装交叉支撑装置或加装弹簧托板的方式， 以增强传统铁道货车转向 架的抗菱刚度。 但加装交叉支撑装置或弹簧托板的结构较为复 杂、 簧下 质量偏重、 制造和检修成本也偏高。 因此， 如何有效提高传统铁道货车 转向架的抗菱形变形能力， 对改善铁道车辆的运行品质具有重要的现实 意义。 发明内容
本发明的目的就是要提供一种结构简单可靠、 维护维修方便、 使用 成本低廉、 能有效抵抗摇枕组成与侧架组成之间发生菱形 变形的铁道货 车转向架的斜楔减振装置， 以满足铁道货车大幅提速的需要。
为实现上述目的， 本发明所设计铁道货车转向架的斜楔减振装置 ， 包括斜楔组成和安装在所述斜楔组成下方的减 振弹簧组件。 所述斜楔组 成由斜楔体、 安装在所述斜楔体侧立面的主摩擦板、 以及安装在所述斜 楔体倾斜面的副摩擦块构成。 所述斜楔组成的结构设计参数满足如下数 学关系： α=16~30° ， 且 <¾01< + 1 ; 其中， α为所述副摩擦块的摩擦面 与铅垂面之间的夹角， μ为所述主摩擦板的摩擦系数， μι 为所述副摩擦 块的摩擦系数。
本发明将所述斜楔组成中 α的最大值限定为 30° ， 远小于传统斜楔 组成中 35~70° 的大顶角设计， 并且限定 ί § α<μ+ μ ι ， 这样当摇枕组成相 对于侧架组成作纵向运动时， 摇枕八字面对斜楔组成的作用力的垂向分 力始终小于斜楔组成的主摩擦板和副摩擦块摩 擦力的垂向向上分力之 和， 从而确保斜楔组成不会向下运动 （锁死） ， 摇枕组成和侧架组成不 能产生相对转动， 摇枕组成和侧架组成之间具有足够大的抗菱形 变形能 力。 当然， 如果 α值过小到接近斜楔组成主摩擦板的摩擦角， 会使斜楔 组成在摇枕组成相对于侧架组成向下运动时自 锁， 恶化转向架的动力学 性能。 故本发明同时将所述斜楔组成中 α的最小值限定为 16 ° ， 并且限 定 μ<¾α， 这样可确保斜楔组成在摇枕组成作上下运动的 过程中也能自 由运动 （不锁死） ， 从而使整个转向架具有优良动力学性能和曲线 通过 能力。
较佳地， 所述斜楔组成的设计宽度 L=200~260mm。该宽度大约是传 统变摩擦斜楔 （变摩擦斜楔是指斜楔安装在置于侧架组成中 央方框内的 减振弹簧上， 斜楔的减振摩擦力随摇枕组成承受的垂直载荷 的改变而成 正比改变） 宽度的 1.3倍以上， 这既可增大斜楔组成抵抗摇枕和侧架之 间菱形变形力矩的力臂长度， 又可增加斜楔组成的主摩擦板与侧架立柱 摩擦板、 副摩擦块与摇枕八字面的接触面积， 从而能够进一步提高摇枕 组成和侧架组成之间的抗菱刚度。
更佳地， 所述减振弹簧组件的力学性能满足如下数学关 系： 其中， ^为所述减振弹簧组件的刚度， Κ为铁道货车 转向架的中央弹簧悬挂装置的总刚度 （可由设计要求确定） ， C为铁道 货车转向架的相对摩擦系数， 且 C的取值范围为 0.05~0.15， μ即是所述 主摩擦板的摩擦系数。因所述减振弹簧组件的 刚度 与斜楔组成的 ctga 成反比， 可根据 a值的变化相应调节 值， 从而确保取得合适的摩擦减 振力， 不致使衰减车辆的垂向振动和横向振动的摩擦 力过大。
最佳地， 所述副摩擦块与所述斜楔体的倾斜面之间为凸 凹球面配合 连接结构。 这样既可保证所述副摩擦块与摇枕八字面接触 良好， 又可保 证所述主摩擦板与侧架立柱面接触良好， 从而大幅增加摇枕组成和侧架 组成之间抗菱形变形的可靠性， 同时大幅减少摇枕八字面的磨耗， 降低 检修成本。
本发明的优点在于： 所设计斜楔减振装置的斜楔组成既可保证在摇 枕组成作上下运动时能自由运动， 又可保证在摇枕组成作纵向移动时锁 死， 这样可有效抵抗摇枕组成与侧架组成之间发生 菱形变形， 使转向架 在没有侧架交叉支撑装置或弹簧托板的条件下 仍具有足够大的抗菱刚度 和优良的动力学性能。 而斜楔组成宽度大于传统变摩擦斜楔组成 1.3倍 以上、 以及副摩擦块与斜楔体的凸凹球面配合结构等 附加特征， 既增大 了斜楔组成抵抗摇枕组成和侧架组成菱变力矩 的力臂长度， 又保证了其 主、 副摩擦面的良好接触和摩擦系数的稳定， 从另一方面确保了转向架 的抗菱刚度和优良的动力学性能， 从而可大幅提高车辆运行的临界设计 速度和曲线通过能力， 改善铁道车辆的运行品质。 同时， 该斜楔减振装 置结构简单、 成本低廉、 工作可靠、 维护方便， 符合时速 120km/h铁道 货车制造的设计要求， 可满足铁道货车大幅提速的需要。 附图说明
图 1为一种铁道货车转向架的斜楔减振装置的立 结构示意图； 图 2为图 1所示斜楔减振装置的主剖视结构示意图；
图 3为图 1所示斜楔减振装置与转向架的摇枕组成和侧 组成之间 的配合关系示意图；
图 4为图 3所示斜楔减振装置在摇枕组成纵向运动时的 力平衡示 意图；
图 5为图 3所示斜楔减振装置在摇枕组成向下运动时的 力平衡示 意图。 具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明的铁道货 车转向架的斜楔减振 装置作进一步的详细描述：
如图 1和图 2所示， 该铁道货车转向架的斜楔减振装置主要由斜楔 组成 1和安装在斜楔组成 1下方的减振弹簧组件 2构成。 斜楔组成 1又 由斜楔体 lb、设置在斜楔体 lb侧立面的主摩擦板 la和设置在斜楔体 lb 倾斜面的副摩擦块 lc构成。上述斜楔组成 1的结构设计参数满足如下数 学关系： L=200~260mm、 α=16~30。 、 且 μ<¾α<μ+μ 1 ; 其中， L为斜楔 组成 1的宽度， α为副摩擦块 lc的摩擦面与铅垂面之间的夹角， μ为主 摩擦板 la的摩擦系数， μι 为副摩擦块 lc的摩擦系数。 根据 α值的设计 要求， 可以选择合适材料或结构的主摩擦板 la和副摩擦块 lc， 使 μ值 和 μι 值也达到设计要求。
作为支撑基体的斜楔体 lb—般采用钢质或铁质材料制成，以满足设 计强度和刚度的需要。副摩擦块 lc采用改性尼龙材料制成，数量为两件， 可对称布置在斜楔体 lb 的倾斜面上， 且每件副摩擦块 lc与斜楔体 lb 的倾斜面之间为凸凹球面配合连接结构， 从图中可以看出副摩擦块 lc 的凸形球面部分嵌装在斜楔体 lb倾斜面上对应的凹形球面坑槽中。副摩 擦块 lc的结构设计具有如下优点： 一方面， 其与斜楔体 lb倾斜面的凸 凹球面配合关系具有极佳的吻合性，即使在斜 楔组成 1的顶角（即 α角）、 摇枕八字面的角度及其平面度制造有偏差时， 仍可保证副摩擦块 lc对摇 枕八字面的接触良好，这样斜楔组成 1的副摩擦块 lc可以始终维持稳定 和足够大的摩擦力， 确保在摇枕组成与侧架组成有菱形变形趋势时 ， 斜 楔组成 1产生锁死而不能向下运动， 从而有效提高转向架的抗菱刚度。 另一方面， 由改性尼龙材料制成的副摩擦块 lc耐磨性好、 摩擦系数大， 不仅本身耐磨， 而且可减轻对摇枕八字面的磨损， 故可方便检修和更换， 有效降低使用成本。主摩擦板 la是一块整体结构的摩擦板， 采用高分子 材料制成， 可通过紧固件安装在斜楔体 lb的侧立面卡槽中。 同样， 由于 副摩擦块 lc与斜楔体 lb倾斜面的凸凹球面配合结构， 也确保了在斜楔 组成 1 的顶角、 摇枕八字面和侧架立柱面制造有偏差时， 主摩擦板 la 与侧架立柱面仍具有良好的接触， 从而使斜楔组成 1的减振性能稳定可 罪。
如图 3所示， 本发明的斜楔减振装置作为铁道货车转向架的 中央弹 簧悬挂装置的一部分安装在转向架的侧架组成 3和摇枕组成 4之间。 其 中： 减振弹簧组件 2的下端安装在侧架组成 3的中央方框弹簧承台上， 斜楔组成 1的的主摩擦板 la与侧架组成 3的侧架立柱摩擦板 3a贴合接 触， 斜楔组成 1的两个副摩擦块 lc与摇枕组成 4的摇枕八字面 4a贴合 接触， 在车辆运行时起摩擦减振作用。 图 4标示了摇枕组成 4相对于侧架组成 3作纵向运动时， 摇枕八字 面 4a给斜楔组成 1的作用力 N、 摇枕八字面 4a与斜楔组成 1的副摩擦 块 lc之间的摩擦力 F f 、 以及侧架立柱摩擦板 3a与斜楔组成 1的主摩擦 板 la之间的摩擦力 F z 。 由图 4可知， 斜楔组成 1所受作用力 N的垂向 分力 Ny=Nxsina， 斜楔组成 1所受作用力 N的纵向分力 N z =Nxcosa。 且 斜楔组成 1同时受其主摩擦板 la和副摩擦块 lc向上的摩擦力阻止， 主 摩擦板 la上产生的摩擦力 F z =N z x =Nxcosax ， 副摩擦块 lc上产生的 摩 擦 力 FfNx i 。 根 据 设 计 要 求 N y <F z +F f xcosa ， 即 Nxsino Nxcosax +Nx iXcosa, 简化后即得 tgo^+ ^ 这样， 斜楔组成 1被其主摩擦板 la和副摩擦块 lc的摩擦力锁死而不能向下运动， 摇枕 组成 4和侧架组成 3之间具有足够大的抗菱刚度。
图 5标示了摇枕组成 4相对于侧架组成 3作向下运动时， 摇枕八字 面 4a给斜楔组成 1的作用力 N、 摇枕八字面 4a与斜楔组成 1的副摩擦 块 lc之间的摩擦力 F f 、 以及侧架立柱摩擦板 3a与斜楔组成 1的主摩擦 板 la之间的摩擦力 F z 。 由图 5可知， 斜楔组成 1所受作用力 N的垂向 分力 Ny=Nxsina， 斜楔组成 1所受作用力 N的纵向分力 N z =Nxcosa。 但 斜楔组成 1只受其主摩擦板 la向上摩擦力 ^的阻止， 而其副摩擦块 lc 上的摩擦力 F f 是向下的， 主摩擦板 la 上产生的摩擦力 F z =N z x = Nxcosax 。 根据设计要求 F z <Ny， 即 Nxcosax <Nxsina， 简化后即得 μ<¾α。 这样， 斜楔组成 1不会被其主摩擦板 la的摩擦力锁死， 在摇枕 组成 4作上下运动时能自由运动， 可保证转向架在车辆运行中正常衰减 振动的功能。
由图 5还可知，斜楔组成 1的减振力主要是其主摩擦板 la产生的摩 擦力 F z ，而摩擦力 F z 还与减振弹簧组件 2的承载力 P相关， F z =Pxctgax ， P=K! Xy, 其中： ^为减振弹簧组件 2的刚度， y为减振弹簧组件 2的挠 度。 由此可得？ 2 =^ ><(^01>^。 为保持斜楔组成 1适度的减振力， 所设 计减振弹簧组件 2的力学性能应满足如下数学关系： K^ctgo^KxC ; 其中， K为铁道货车转向架的中央弹簧悬挂装置的总 度， C为铁道货 车转向架的相对摩擦系数， 且 C的取值范围为 0.05~0.15。 由于 K值和 μ 值是由设计要求确定的， 这样当 α值趋小时， ctga相应趋大， 减振弹簧 组件 2的刚度 可相应选小，从而确保铁道货车转向架的相对 摩擦系数 C始终稳定在 0.05~0.15的范围内，不致使衰减车辆的垂向和横 向振动的 摩擦力过大。
在铁道货车转向架上采用本发明的斜楔减振装 置后， 在不加装侧架 交叉支撑装置或弹簧托板的情况下， 转向架同样具有足够的抗菱刚度、 较高的临界速度、 以及极好的曲线通过性能， 适用于时速 120km/h的新 型铁道货车， 满足铁道货车大幅提速的需要。
Next Patent: METHOD, DEVICE AND SYSTEM FOR ESTABLISHING COLLABORATIVE SESSION