支架的制作方法

本发明涉及一种用于将外部设备安装到轨道车辆的下侧的支架、一种包括支架的轨道车辆组件、一种用于将外部设备安装到轨道车辆的下侧的方法、以及一种用来制造用于将外部设备安装到轨道车辆的下侧的支架的方法。

背景技术：

轨道车辆(铁路上使用的车辆，包括任何类型的机车、客车厢或货车厢)受到由车轮和轨道之间的连续接触所产生的冲击和振动，车轮和轨道两者都具有有缺陷的接触表面。在某些情况下，可能期望从这种振动中产生电力和/或测量冲击和振动。为此，可以将机电发电机和/或传感器模块安装到轨道车辆的下侧，例如安装到轴箱，从所述机电发电机和/或传感器模块中可以收获能量，和/或可以从所述机电发电机和/或传感器模块中收集数据。为了收集足够的能量，所述设备必须在其所安装的部件上具有最小的质量和反作用力。用于将所述设备附接到轨道车辆的任何支架应该是轻的、坚硬的、坚固的、耐疲劳的、具有合适的谐振频率、并且在制造和安装方面具有成本效益。

技术实现要素：

本发明提供了一种满足这些要求的用于将外部设备安装到轨道车辆的下侧的支架。

本发明的第一方面提供了一种用于将外部设备安装到轨道车辆的下侧的支架，所述支架包括第一板和第二板以及布置在所述第一板和第二板之间的至少一个连结构件；其中一个或多个所述连结构件通过多个接头连结到所述第一板，并且通过多个接头连结到所述第二板。

本发明的第一方面的支架是一种箱形支架，所述箱形支架提供了用于将外部设备安装到轨道车辆的下侧的轻的、坚固的、坚硬的和有成本效益的配件。轨道车辆包括任何类型的机车、客车厢或货车厢。

外部设备可以包括需要在外部附接到轨道车辆的下侧的任何部件或系统，包括附接到簧下质量体(un-sprungmass)，所述外部设备包括任何类型的传感器。特别地，外部设备可以包括机电发电机和振动传感器中的至少一种。

单个连结构件可以通过多个接头连结到第一板，并且通过多个接头连结到第二板。然而，在采用多个连结构件的实施例中，连结构件中的一个、一些或全部可以仅通过单个接头连结到第一板，并且仅通过单个接头连结到第二板。

接头可以是铆接接头。优选地，所述铆接接头包括冷成型铆接接头，所述铆接接头是通过在环境温度下对位于形成于另一部件中的对应孔隙内的突起施加连续力而形成的接头。通过使用冷成型的铆接接头，可以最小化第一板和第二板以及连结构件的应力和疲劳，并且接头可以具有高抗疲劳性。然而，其他铆接技术也是可能的，例如热铆接和/或冲击铆接。

所述连结构件或每个连结构件可以包括接收在设置于第一板中的相应孔隙中的一个或多个突起以及接收在设置于第二板中的相应孔隙中的一个或多个突起。优选地，每个突起与其相应孔隙形成铆接接头，例如冷成型铆接接头。可替代地，所述突起中的一个、一些或全部可以在其相应孔隙内形成胶接接头或摩擦配合接头。可替代地，所述突起中的一个、一些或全部可以与其相应孔隙例如利用保持在突起的螺纹外表面上的螺母形成螺栓接头。

在可替代实施例中，第一板和第二板可以包括接收在设置于一个或多个连结构件中的相应孔隙中的突起。

突起可以包括平面突片和/或圆形突起。平面突片和圆形突起的组合可以设置在同一连结构件上。可替代地，连结构件中的一个、一些或全部可以仅包括呈平面突片形式的突起或呈圆形突起形式的突起。突起中的一个、一些或全部可以在突起和连结构件的主体之间的界面处具有倒圆的角部，以改善抗疲劳性。

所述孔隙可以包括槽和/或圆形孔。平面槽和圆形孔的组合可以设置在第一板和/或第二板中。所述孔隙中的一个、一些或所有可以具有倒圆的角部和/或端部，以改善抗疲劳性。

支架还可以包括布置在第一板和第二板之间的一个或多个间隔件，间隔件在第一板和第二板之间处于压缩状态。除了一个或多个连结构件之外还设置间隔件，并且所述间隔件优选地不具有接收在形成于第一板和第二板中的任何孔隙中的任何突起。

支架还可以包括将第一板连接到第二板的一个或多个螺栓组件，螺栓组件在第一板和第二板之间处于张紧状态。一个或多个螺栓组件可以在使用中将外部设备安装到支架。一个或多个螺栓组件可以在使用中将支架安装到轨道车辆的下侧，或安装到适于安装到轨道车辆的下侧的部件或系统。然而，可以附加地或可替代地设置一个或多个螺栓组件，所述螺栓组件仅用于将第一板连接到第二板。另外，可以附加地或可替代地设置一个或多个螺栓组件，所述螺栓组件仅用于将外部设备安装到支架或者将支架安装到轨道车辆的下侧，而不穿过第一板和第二板两者。

螺栓组件可以为支架提供刚度，其中，一个或多个连结构件仅用于将支架保持在一起，直到螺栓组件穿过支架插入并且被紧固。然而，在一些实施例中，一个或多个连结构件可以对支架的总体刚度作出显著贡献。

间隔件可以布置成直接传递由紧固的螺栓所产生的压缩负载。间隔件还可以起到增加由螺栓组件与第一板和第二板形成的接头的刚度的作用，并且有助于防止螺栓组件变形。一个或多个间隔件可以包括环形间隔件，其中形成一个所述螺栓组件的一部分的螺栓穿过环形间隔件。

第一板和第二板可以是基本上平面的。可替代地，第一板和第二板中的一者或两者可以是弯曲的。可替代地，第一板和第二板中的一者或两者可以具有将第一板部分和第二板部分分隔开的突转(sharp)的或弯曲的弯曲部或弯折部。

第一板和第二板可以是基本上平行的。可替代地，第二板可以相对于第一板成一角度地布置。

除了一个或多个连结构件、间隔件和螺栓组件之外，第一板和第二板之间的区域通常可以是空的。然而，在一些实施例中，第一板和第二板之间的一些或全部自由空间可以例如用泡沫填充。

第一板和第二板可以是基本上相同的。

第一板和第二板优选地均形成为单个一体部分。然而，在一些实施例中，第一板和第二板中的一者或两者可以由两个或更多个分离的部分例如通过焊接、铆接或螺栓连结在一起而形成。第一板和第二板优选地由低碳钢形成，但可替代地可以由另一种金属(例如不锈钢或铝)或甚至复合材料形成。在一些实施例中，至少一块板可以形成为层状结构。

尽管其他厚度也是可能的，但是第一板和第二板的厚度优选地为至少1mm但小于10mm，并且更优选地为至少2mm但小于6mm。上述箱形结构允许使用与典型实心支架所需厚度相比厚度减小的板来形成更坚固、更坚硬、更轻的支架。

在一些实施例中，除了上述第一板和第二板以及一个或多个连结构件之外，支架还可以包括一块或多块另外的板，例如位于第一板与第二板之间的第三板或者位于第一板与第二板之外的第三板。可替代地，第三板可以位于第一板和第二板中的第一块板的附近，使得当沿垂直于第三板的方向观察时，第三板不与第一板和第二板中的第一块板重叠，但是第三板与第一板和第二板中的第一块板两者均和第一板和第二板中的另一块板重叠。在后一种情况下，第三板可以位于与第一板和第二板中的第一块板相同的平面中。可替代地，第三板可以从第一板和第二板中的第一块板成角度地偏移和/或沿垂直于第三板的方向与第一板和第二板中的第一块板间隔开。一块或多块另外的板可以经由一个或多个连结构件或经由一个或多个另外的连结构件连接到第一板和第二板中的一者或两者。然而，为了轻便和简单，除了第一板和第二板以及一个或多个连结构件之外，支架优选不包括任何另外的板。

连结构件或连结构件中的至少一个可以布置成基本上垂直于第一板和第二板中的一者或两者。

连结构件或连结构件中的至少一个可以是基本上平面的，或者包括至少一个基本上平面部分。单个连结构件可以包括由弯曲部分和/或曲线型部分连接的多个平面部分。可替代地，连结构件中的一个、一些或全部可以具有在每个端部处带有单个突起的圆柱形本体。当支架安装在轨道车辆上时，一个或多个平面连结构件中的一些或全部可以布置成与水平面成非零角度，或者一个或多个连结构件中的一个或多个平面部分可以布置成与水平面成非零角度。通过以非零角度布置平面部分，可以防止支架中的水积聚，从而使支架腐蚀的风险最小化。一个或多个平面的连结构件或一个或多个连结构件中的一个或多个平面部分可以各自处于不同的非零角度。

连结构件优选地由金属(例如低碳钢、不锈钢或铝)形成，并且可以由与第一板和第二板相同的材料形成。连结构件可以具有与第一板和第二板相同的厚度，尽管其他厚度也是可能的。

支架可以包括形成在第一板和第二板中的至少一者中的第一组孔隙，以用于将外部设备附接到支架。第一组孔隙可以例如包括在第一板和第二板中的每一个中形成的多对圆形孔和/或槽形孔。第一组孔隙可以例如以方形图案布置或者沿着弧形布置。第一组孔隙可以适于接收上述螺栓组件。可替代地，可以以任何其他方式将外部设备安装到支架。

支架可以包括形成在第一板和第二板中的至少一者中的第二组孔隙，以用于将支架附接到轨道车辆的下侧，或者附接到适于安装到轨道车辆的下侧的部件或系统。第二组孔隙可以例如包括在第一板和第二板中的每一块板中形成的多对圆形孔和/或槽形孔。第二组孔隙例如可以以方形图案布置或者沿着弧形布置。特别地，第二组孔隙可以沿着弧形布置，以用于将支架附接到轴箱的支承盖板，但是用于附接到轨道车辆的下侧的其他部分的其他孔隙图案也是可能的。第二组孔隙可以适于接收上述螺栓组件。可替代地，支架可以以任何其它方式安装。

支架可以具有至少350hz的谐振频率。支架优选地具有至少500hz、更优选地至少750h、并且最优选地至少1000hz的谐振频率。具有至少350hz的谐振频率的支架通常避免了谐振，否则谐振可能会使支架以及安装到支架上的任何外部设备疲劳和损坏。具有至少350hz的谐振频率的支架还可以避免干扰由发电机/传感器模块产生的测量。通常可以通过使支架更轻且更坚硬来增加谐振频率。

本发明的第二方面提供了一种轨道车辆组件，所述轨道车辆组件包括根据本发明的第一方面的支架，所述支架安装到轨道车辆的下侧或者安装到适于安装到轨道车辆的下侧的部件或系统。支架可以例如安装到轨道车辆的簧下质量体，例如安装到轴箱。所述支架特别地可以安装到支承盖板。

所述轨道车辆组件还可以包括安装到支架的外部设备。如上所述，外部设备可以包括机电式发电机和/或振动传感器或其他类型的传感器。外部设备可以在将支架安装到轨道车辆的下侧之前或之后安装到支架，或者安装到适于安装到轨道车辆的下侧的部件或系统。

当轨道车辆处于平坦的水平地面时，一个或多个平面连结构件的一个、一些或全部可以与水平面成非零角度，或者一个或多个连结构件的一个或多个平面部分中的一个、一些或全部可以与水平面成非零角度。

本发明的第三方面提供了一种用于将外部设备安装到轨道车辆的下侧的方法，所述方法包括将根据本发明的第一方面的支架装配到轨道车辆的下侧，以及将外部设备装配到支架。在支架已经装配到轨道车辆的下侧之前或之后，可以将外部设备装配到支架。支架可以包括与本发明的第一方面相关的上述任何特征或特征的组合。

本发明的第四方面提供一种用来制造用于将外部设备安装到轨道车辆的下侧的支架的方法，所述方法包括以下步骤：a)提供第一板和第二板、以及布置在第一板和第二板之间的至少一个连结构件，b)将所述至少一个连结构件的突起定位在设置于第一板和第二板中的相应孔隙内，以及c)将突起附接到第一板和第二板以形成组装好的支架。

将突起附接到第一板和第二板的步骤可以包括：在突起位于其相应孔隙内时，使突起的端部变形，以在一个或多个连接构件与第一板之间形成铆接接头以及在一个或多个连接构件与第二板之间形成铆接接头。优选地，该方法包括冷成型突起以形成冷成型的铆接接头。

所述方法还可以包括组装上述支架或轨道车辆组件所需的附加步骤。支架可以包括与本发明的第一方面相关的上述任何特征或特征的组合。

第一板和第二板和/或连结构件可以被激光切割或水射流切割。

附图说明

现在将参照附图来描述本发明的非限制性实施例，其中：

图1示出了根据本发明的支架；

图2和图3单独示出了图1的支架的前视图和侧视图；

图4单独示出了图1的支架的剖视图；

图5示出了可以在本发明的实施例中使用的可替代孔隙的几何形状，

图6示出了可以在本发明的实施例中使用的可替代突起的几何形状。

具体实施方式

图1至图4示出了根据本发明的支架2。如图1所示，支架可以用于将外部设备1安装到轨道车辆的支承盖板3，所述外部设备例如为发电机/传感器模块并且具有一体式安装板。

为了清楚起见，在图1中，支架2、外部设备1和支承盖板3被隔离开地示出，尽管将意识到的是，支承盖板3可以安装到轨道车辆的轴箱，使得外部设备1经由支架2安装到轨道车辆的下侧。在其它实施例中，支架可以安装到或适于安装到轨道车辆的下侧的另一部分，特别地安装到轨道车辆的簧下质量体的另一部分。

支架2包括平面且平行的金属的第一板10a和第二板10b，每块板具有3mm的厚度。第一板10a和第二板10b基本上相同，并且不同之处仅在于形成于第一板10a和第二板10b中的每块板中的大开口20的半径，所述大开口用于接收轨道车辆的可以安装支架的轴。支架还包括多个连结构件11a至11f，所述多个连结构件布置在第一板10a和第二板10b之间，用于将第一板10a和第二板10b附接在一起。

每个连结构件11a至11f的形式为3mm厚的平面的金属片材，其具有面向或抵接第一板10a的纵向第一边缘和面向或抵接第二板10b的纵向第二边缘。每个连结构件包括：呈突出于其第一边缘的平面突片形式的多个突出部12，每个所述多个突出部接收在呈形成于第一板10a中的槽形式的相应孔隙13中；以及呈突出于其第二边缘的平面突片形式的多个突出部12，每个所述多个突出部接收在呈形成于第二板10b中的槽形式的相应孔隙13中。每个突起12已经被冷成型以在其相应孔隙13处形成铆接接头。每个突起12有效地与其相应孔隙13形成紧密、压缩的榫眼和凸榫接头。以这种方式，特别是如下所述在支架已经被安装并且螺栓组件穿过支架并且支架已被紧固之前，连结构件11a至11f将第一板10a和第二板10b连接在一起并且用于增强和加固支架2。每个连结构件11a至11f都基本上垂直于第一板10a和第二板10b布置。

连结构件11a至11f布置为使得当支架2如预期那样安装在轨道车辆上时，连结构件的平面的本体与水平面成非零角度，如图3和图4中最清楚地示出的那样。以这种方式，最小化支架2中的水的积聚。

支架2具有第一组孔或孔隙4，所述第一组孔或孔隙形成在第一板10a和第二板10b中的每一块板中，以用于通过将第一组螺栓组件5穿过外部设备1的一体凸缘而将外部设备1附接到支架2。将意识到的是，在其他实施例中，孔图案可以是不同的，并且外部设备1可以不包括一体凸缘，但可以以另一种方式安装到支架2。支架还具有第二组孔或孔隙6，所述第二组孔或孔隙形成在第一板10a和第二板10b中的每一块板中，以用于通过第二组螺栓组件7将支架2附接到支承盖板3。同样，将意识到的是，在其他实施例中，孔图案可以是不同的，并且支架2可以以另一种方式安装到轨道车辆的下侧，或者安装到适合于安装到轨道车辆的下侧的部件或系统。

除了布置在第一板10a和第二板10b之间的连结构件11a至11f之外，支架2还包括多个环形间隔件15。每个环形间隔件15与第一组孔4的相应一对孔或者与第二组孔6的相应一对孔对准，所述第一组孔形成在第一板和第二板中的每一块板中以用于将外部设备1安装到支架2，所述第二组孔形成在第一板和第二板中的每一块板以用于将支架2安装到支承盖板3。第一组孔4和第二组孔6中的每一对孔和其相应的间隔件15具有螺栓组件5、7，所述螺栓组件5、7包括穿过孔中心的螺栓和螺母。每一个螺栓组件5、7被紧固以保持张紧状态，以将第一板10a和第二板10b推压在一起，并将外部设备1安装到支架2，以及将支架2安装到支承盖板3。间隔件15被保持在张紧状态并且直接传递由螺栓组件5、7产生的压缩负载。间隔件15还用于增加由螺栓组件5、7与第一板10a和第二板10b形成的接头的刚度，并且有助于防止螺栓变形。

当外部设备1安装到支架2并且支架2安装到支承盖板3并且所有螺栓组件5、7被紧固时，支架具有大约500hz的谐振频率。通过具有350hz以上的谐振频率，支架通常避免谐振，否则谐振不仅会对支架2本身造成疲劳和损坏，而且会对安装到支架上的外部设备1造成疲劳和损坏。支架2还避免干扰由发电机/传感器模块进行的振动和冲击测量。

对于形成于第一板和第二板中的孔隙可能有多种不同的孔隙几何形状。图5中示出了不同的可能的孔隙几何形状的示例。特别地，槽(d)的优点在于：当形成接头时，凸耳材料膨胀并在所有方向上形成金属对金属的接触，这与依靠摩擦夹紧相比更有效地传递负载。在预期负载仅沿一个方向的情况下，则例如(c)的较简单的形式是适当的。所示的除了(a)以外的槽形式具有倒圆的角部，用于改善疲劳性能。上述实施例中的孔隙呈槽的形式，所述槽成形为接收扁平的凸耳型突起，并且图5示出了可替代的槽几何形状。然而，特别是在连结构件具有圆形突起而不是扁平突耳的实施例中，圆形孔也是可能的。

类似地，对于从连结构件延伸的突起，多种不同的突起几何形状是可能的。同样，角部处的半径作为最小化疲劳问题的应力消除特征是所期望的。在图6(a)中示出了没有半径的突起，而图6(b)-(d)中示出了用于施加应力消除半径的一些选项。优选的版本是(b)。

通过如下步骤来制造支架2：激光切割或水喷射切割具有多个孔隙13的第一板10a和第二板10b；激光切割或水喷射切割连结构件11a至11f，所述连结构件具有从其第一纵向边缘和第二纵向边缘延伸的多个突起12；将连结构件11a至11f定位在第一板10a和第二板10b之间；将连结构件11a至11f的突起12布置在第一板10a和第二板10b的孔隙13中；以及在突起位于其相应孔隙13内时，冷成型突起12的端部，以在连结构件11a至11f与第一板10a之间和在连结构件11a至11f与第二板10b之间形成冷成型的铆接接头。特别是当在螺栓组件已经插入并被紧固前、将支架2和外部设备1安装在轨道车辆的下侧之前，连结构件11a至11f用于将支架2保持在一起并且提供必要的刚度。

以上描述旨在说明本发明而不限制本发明的范围。本领域技术人员将认识到，在所附的权利要求的范围内可能进行各种修改。