用于轨道车转向架的轮副的制作方法
【专利说明】用于轨道车转向架的轮副 发明领域
[0001] 本发明涉及一种轨道车转向架，其结合了轮副和侧架之间的新型互连。
[0002] 相关技术描述
[0003] 在北美使用了几十年的传统轨道车转向架是三部件转向架，其包括一对通过横向 安装的承梁连接的平行侧架。承梁通过弹簧组支撑在侧架上。转向架的轮副接纳在轴承接 合器中，所述轴承接合器置于侧架中的前后轴箱切口中，使得轮副的轴是平行的。轴承接合 器允许轻微调整轴的角度。轨道车安装在承梁的中央板上，这允许转向架相对于车进行枢 轴转动。弹簧组允许侧架一定程度上绕垂直纵轴和横轴相对于承梁运动。
[0004] 在笔直轨道上，具有平行侧架和垂直于侧架的平行轴的三部件转向架（即标准 "正方形"的转向架）摇摆而不引起轮缘和轨道之间的侧向力。然而，在高速下，轨道中或设 备中微小的扰动可导致称为"振荡（hunting) "的状况，其描述了轮副的振荡侧向运动，这引 起轨道车在轨道上侧向运动。当振荡获得共振频率时振荡可能是危险的。在振荡中涉及了 许多原因，并且现有技术中已经提出许多方案来提高"振荡阈值（hunting threshold)"，但 是该状况通常被认为通过提高轨道的刚性加以改善。
[0005] 弯曲轨道给标准三部件轨道提出了一组不同的挑战。当轨道车转向架遇到转弯 时，在弯道外侧上轮子跨越的距离大于弯道内侧上轮子跨越的距离，导致轮子和轨道之间 的侧向和纵向力。这些轮子力引起轮副在与转弯相反的方向上转动。在刚性不足的轨道上， 这导致经常称为"扭曲（warping)"、"平行四边形扭动（parallelogramming)"或"菱形扭 动（Iozenging) "的状况，其中侧架保持平行，但一个侧架相对于另一个向前运动。"菱形扭 动（Iozenging) "状况可造成轨道和设备的磨损增加、摆动阻力增加，并且如果足够严重，造 成脱轨。
[0006] 为了提供能够成功通过转弯的标准三部件转向架，通常将转向架设计为允许在转 弯期间轴的不平行状况，这种状况然后在笔直轨道上恢复。这可以通过允许轴承接合器在 侧架的轴箱切口内的相对运动实现。
[0007] 为了本文目的，"轴承接合器"是适配在侧架的轴箱切口中的部件。轴承接合器的 一侧是弯曲的，以便啮合轴的滚柱轴承并且另一侧适配于轴箱切口。通常，止推凸块从轴箱 切口的垂直侧壁突出，并与轴承接合器上的槽配接，以将轴承接合器保持在合适位置并且 限制轴承接合器和轴箱切口之间相对运动的范围。
[0008] 为了改善弯道性能，已知在侧架和轴承接合器的顶部之间插入弹性支承元件。该 弹性元件允许在笔直轨道上侧架与轮副保持九十度关系，同时在弯曲轨道上允许轮副一些 运动自由，以偏离正方形关系，从而响应转弯力，并且容许轴的非平行状态。元件的弹性施 偏压于转向架，以返回至其正方形姿态。在现有技术中描述了将弹性垫牢固附连于侧架轴 箱切口的各种系统，包括美国专利4, 674, 412,其也包含通常与弹性垫相关的现有技术的描 述。
[0009] 现有技术也有许多将轴承接合器牢固地保持在轴箱切口中合适位置的系统。例如 美国专利5, 503, 084描述了一种转向架，其具有使用穿过轴承接合器中孔的系杆将轴承接 合器保持在轴箱切口中适当位置以防止轴承接合器旋转运动的系统。
[0010] 允许转向架成功通过转弯的进一步的机构被称为"易操纵"转向架，其通常是允许 每个轮副绕其垂直轴旋转以使轮副可以相对于转向架的纵轴采取非正方形姿态的转向架。 在易操纵转向架中，轮副由控制和保持轮副之间关系的臂连接。该臂进一步连接至轨道车 的主体，使得车主体和轮副之间的运动保持为固定关系。美国专利3, 789, 770公开了一种 示例性易操纵转向架。本文描述的发明可用于易操纵和非易操纵的转向架。
[0011] 上述现有技术没有一种认识到互连的优势，其提供了相对于侧架和轴承接合器之 间侧向减小的弹簧刚性在纵向上增加的硬度，以改善被动操纵和减少菱形扭动。
[0012] 可以通过各种手段实现本发明的这些和其他目标，如结合优选实施方式的下列说 明所述的。
[0013] 发明概述
[0014] 在一方面，本发明涉及一种三部件转向架，其具有侧架和轴承接合器之间的互连， 该互连提供相对于侧向减小的弹簧刚性在纵向上增加的硬度，同时也以最小的摩擦或等效 阻尼响应于纵向和横向上的位移提供回复力。
[0015] 侧架和轴承接合器之间的互连提供的横向弹簧常数不超过大约5, OOOlb/ in(875. 634N/mm)，优选地小于大约3, 0001b/in(525. 380N/mm)，并且纵向弹簧常数在大约 20, 0001b/in(3502. 536N/mm)至大约 40, 0001b/in(7005. 071N/mm)之间的范围，以及响应 于施加的负荷提供回复力，特征在于两个滑动表面之间的静摩擦系数或等效阻尼不超过 0. 10,优选地小于0. 08。
[0016] 在另一方面，本发明是一种三部件转向架，其包括侧架和轴承接合器之间的互连， 该互连提供纵向上相对增加的硬度和侧向减小的弹簧刚性，并且以最小的摩擦或等效阻尼 在轴承接合器和侧架之间提供回复力，以及进一步包括横梁，如在与本申请同一天提交并 且通过引用以其整体并入的共同在审申请13/600,560中描述的，其在纵向和横向上提供 给转向架期望的刚性以及在垂直方向较软的弹簧刚性（相较于现有技术）。
[0017] 在另一方面，根据本发明的轨道车转向架包括：第一和第二侧架，每一个具有前后 轴箱切口，所述侧架处于相对的关系并平行，并且每个侧架上的各自前后轴箱切口对齐以 接纳横向安装的前后轮副。每个轮副被接纳在轴箱切口中并且包括轴、轮子和滚柱轴承。每 个轴箱切口包括前后侧壁和轴箱顶。轴承接合器在滚柱轴承和轴箱顶之间被接纳在每个 轴箱切口中，具有面对滚柱轴承的弯曲底表面和面对轴箱顶的平坦上表面。轴承接合器和 侧架之间的互连包括一个或多个预先偏置的元件，其相对于侧架纵向放置，抵靠轴承接合 器，在纵向上提供侧架和轴承接合器之间的力。
[0018] 在实施方式中，轴承接合器在其前后侧具有槽，该槽与轴箱切口的侧壁上的止推 凸块配接，并且两个预先偏置的弹性元件提供在轴箱侧壁上在止推凸块和侧架之间。弹性 元件提供在纵向上相反的力，使得在静止车上侧架和轴承接合器之间没有施加净力。
[0019] 预先偏置的元件（一个或多个）用于在纵向提高侧架和轴承接合器之间的弹簧刚 性。这与横向上相对减小的弹簧刚性相结合。在实施方式中，低的横向弹簧刚性可通过例 如提供下述实现：(a)与轴承接合器接触的轴箱顶上的非弹性表面，提供了小于0. 1、优选 地小于0. 08的静摩擦系数或等效阻尼；(b)在与轴箱顶接触的轴承接合器顶部上的非弹性 表面，提供了小于〇. 1、优选地小于〇. 08的静摩擦系数；或者（a)和（b)二者。
[0020] 附图简述
[0021] 图1是轨道车转向架的侧视图。
[0022] 图2是图1轨道车转向架的等距透视图，其中移除了前轮和轴以显示轴箱切口。
[0023] 图3是轴箱切口的横截面视图，显示了侧架和轴承接合器之间的预先偏置的弹性 支承元件以及提供在接合器和轴箱顶之间的改进表面。
[0024] 图4是轴承接合器的等距透视图。
[0025] 图5A、5B和5C描绘各种实施方式，其中弹簧安装在轴箱侧壁后面的空腔中以在纵 向上在侧架和轴承接合器之间提供预先偏置力。
[0026] 图6是描绘计算机模拟结果的图，其相较于根据现有技术的转向架模拟了根据本 发明的转向架在其遇到弯曲轨道时的冲角。
[0027] 图7是描绘计算机模拟结果的图，其针对具有根据本发明的改进的轴承接合器的 转向架，相较于在轴承接合器和轴箱切口之间具有传统界面的转向架，模拟作为车速度的 函数的轨道车主体RMS侧向加速。
[0028] 优选实施方式详述
[0029] 本文中方向和取向指轨道车在使用中的通常取向。因此，除非上下文清楚地另外 要求，"纵"轴或方向平行于轨道，并且在轨道车在轨道上任一方向上的运动方向上。"横" 或"横侧"轴或方向在垂直于纵轴和轨道的水平面上。术语"向内"指朝向车中央，并且可以 指在纵向、横向或两个方向上向内。类似地，"向外"指离开车中央。"垂直的"是上下