专利名称：自动转向的三轴转向架的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种尤其用于铁路车辆的自动转向的、三轴转向架，它具有轮对和从属的轮对轴承壳体，其中外轮对逆转地耦联并可在纵向上移动而中间轮对可在横向上移动并参与控制系统，其中位于行走机构一侧上的轮对轴承壳体和/或位于行走机构另一侧上的轮对轴承壳体仅与位于行走机构同一侧上的轮对轴承壳体耦联。
本发明特别适用于铁路车辆，尤其是机车。但是本发明不局限于这种应用场合。
背景技术：
例如由DE 38 24 709 C2已知一种用于铁路车辆的自动转向的、三轴转向架。这种转向架的缺陷是，所述中间轮对不参与控制系统，而是只有在行驶方向上前行的外轮对和在行驶方向上随动的外轮对通过相应的转向连杆铰接。由此使行走机构在较小的弯曲半径上的适配能力受到很大限制，由此在窄弯道上导致不利的大的轨道导向力。
为了克服这种缺陷已经建议中间轮对也参与控制系统。例如由DE44 15 294 A1公开了一种相应的自动转向的、三轴转向架，它具有这种所谓的转向梁，通过它们使行走机构两个侧面上的车轮轴承壳体耦联。其中缺陷是，行走机构之间通过转向梁横向的连接需要结构空间，而且可能也在行走机构的内部需要结构空间。
由DE 41 42 255 C2已知一种此类的三轴转向架。其中外轮对逆转地耦联并在车辆纵向上移动地设置。中间轮对在横向上、即垂直于纵向上移动并参与控制系统。在此所述的移动性分别通过常见的弹簧元件保证，通过它们使轮对固定在行走机构框架上。通过使轮对轴承壳体只在各自的行走机构侧面上相互耦联，不考虑通过各自轮对的(内部)连接，这种转向架克服了上面所述的缺陷，在上述说明的意义上在两个行走机构侧面上的轮对轴承壳体之间不再存在(外部的)耦联。在此相邻轮对轴承壳体之间的耦联通过一个转动杠杆实现。这种配置尽管明显节省结构空间，但是它具有下列缺陷。尽管通过使中间轮对参与控制能够实现对几乎任意轨道曲率的适配性，但是尽管如此在那个外轮对的轮缘与外轨之间根据轨道曲率或多或少地形成一个较大的冲击角(Anlaufwinkel)，它使磨损增加并因此对轮对的寿命产生负面影响。
在US 4,679,507中描述了另一种用于铁路车辆的此类三轴转向架，其中导向杆和肘形节杆作用于中间轮对的轮对轴承壳体上。轮对轴承壳体相互间的耦联通过转动杠杆和转向连杆实现，其中转动杠杆通过缓冲器以确定的缝隙止挡在中间轮对的轮对轴承壳体上。在此中间轮对通过专门的导向杆垂直于纵向或行驶方向地导引。其缺陷是，在轮对轴承上需要至少两个不同的连接点，因此这种解决方案在其实现上是相对费用高的。
发明内容
因此本发明要解决的技术问题是，给出一种此类的转向架，它不存在或者至少在微不足道的程度上存在上述现有技术的缺陷并且尤其以简单的结构保证有利地减小冲击角。
这个按照权利要求1前序部分所述的源自自动转向的、三轴转向架的技术问题通过在权利要求1特征部分给出的特征得到解决。
本发明的技术理论基础在于，当相邻的轮对轴承壳体通过一个转向连杆-转动杠杆配置与一个第一转动杠杆耦联，该转动杠杆与中间轮对的从属轮对轴承壳体转动地连接的时候，可以得到一个简单构成的此类转向架，它保证有利地减小冲击角。
通过这种由转向连杆与转动杠杆构成的组合与由DE 41 42 255 C2已知的解决方案相比，按照本发明的配置在一侧在一个平行于轨道平面的平面里得到一个附加的自由度。对于已知的配置那个外轮对相对于轨道的角度位置、即冲击角通过肘形节杆对于一个确定的轨道曲率是给定的且不可改变的，而对于按照本发明的解决方案由于这个附加的自由度通过占支配地位的起动力各外轮对可以基本在径向上适应于外轨。由此明显减小该冲击角。一般能够基本上减小到零，由此以有利的方式明显地减小轮对的磨损。
按照本发明的通过第一转动杠杆与中间轮对的从属轮对轴承壳体的可转动地连接的配置还附加地带来非常简单的、节省空间的结构的优点，这种配置附加地还满足一种导向的功能、尤其是中间轮对横向导向的功能。因此对于这种导向以有利的方式无需附加的功能部件，例如由US4,679,507已知的那种相应的导向杆。
最好这样构成和设置所述转向连杆-转动杠杆配置，使得一个在各外轮对的与轨道弯道有关的外车轮与轨道弯道的外轨之间形成的冲击角小于10°。这一点可以通过相应地选择所述转向连杆和转动杠杆的长度以及铰接点或转动点的布置来实现。优选冲击角小于5°。在弯道上形成的冲击角还最好基本为0°，由此使外车轮上的轮缘磨损降低到最小值。
所述轮对轴承壳体的耦联不仅可以在一侧而且可以在两侧、即不仅在行走机构的一侧上而且在行走机构的两侧上实现。对于按照本发明的转向架的有利变型规定，在行走机构一侧上的轮对轴承壳体的耦联对称于铁路车辆纵轴地实现，对于行走机构另一侧上的轮对轴承壳体也是如此。由此能够与所通过的轨道弯道取向无关地实现一个特别好的转向特性，这将均匀地磨损各轮对的车轮。
对于按照本发明转向架的优选变型，一个一至少在直线轨道中性位置上一倾斜于纵向设置的第一转向连杆设在位于第一转动杠杆上的第一铰链与位于第一外轮对的轮对轴承壳体上的第二铰链之间。第一转向连杆的倾斜位置通过由此实现的向轨道弧度内部取向的运动分量以有利的方式促使一个所述外轮对相对于轨道弧度在径向上取向并由此减小冲击角。
对于在行走机构两侧设有一个相应倾斜配置的第一转向连杆的情况产生一个对于减小冲击角特别有利的转向特性。
第一转动杠杆从原理上可以任意构成。该转动杠杆最好作为肘形节杆由一个第一和第二臂杆和一个框架固定的转轴构成，因为由此能够实现一个特别简单构成的配置。
在此所述第一臂杆在中性位置优选横交于、还最好垂直于机车纵轴地取向，以便能够根据中间轮对的横向移动实现相应大小的调节运动，这种调节运动能够最佳地适配于轨道曲率的宽间距。
第一转动杠杆可以通过一个设置在其第二臂杆上的第三铰链连接在中间轮对从属轮对轴承的一个任意点上。优选第一转动杠杆通过一个设置在其第二臂杆上的第三铰链与中间轮对的轮对轴承的面对转动杠杆的端面连接，因为由此产生一个可以特别简单地进行加工和维修的结构。
此外，如果第一转动杠杆的转动点和第一转动杠杆在中间轮对的轮对轴承上的铰接点在一个相对于车辆纵向的中性位置上位于一个基本平行的直线上，则能够得到一个特别有利的运动传递。由此可以使由肘形节杆构成的第一转动杠杆的第二臂杆例如在中性位置基本对准车辆的纵向。
按照本发明的由于特别简单地构成而优选的转向架变型规定，一个具有框架固定转轴的第二转动杠杆配属于第二外轮对的轮对轴承壳体。其中一个导引到第二外轮对轮对轴承壳体的第二转向连杆作用于第二转动杠杆的一个第四铰链上。一个在相对于车辆纵向中性位置在转轴另一边设置的第二转动杠杆的第五铰链与一个第三转向连杆连接，该连杆通向一个位于第一转动杠杆上的铰链。通过这种具有第二转动杠杆的配置以简单的方法实现第一和第二外轮对的逆转地耦联。
在此第二转动杠杆可以任意构成。它最好由简单的直线杠杆构成。
位于第四与第五铰链之间的第二转动杠杆的转轴位置可以根据所期望或所需要的中间轮对的轮对轴承壳体或第一转动杠杆与第二外轮对的轮对轴承壳体之间的运动传动比进行选择。对于优选的变型所述第二转动杠杆具有一个中心的转轴。
第三转向连杆可以以任意的方式铰接在第一转动杠杆上。优选第三转向连杆在第一转动杠杆上的第一铰链范围里导引，以便实现一个特别有利的运动传递。优选将第三转向连杆导引到位于第一转动杠杆上的第一铰链，以便实现特别简单的结构，因为在那里只需要一个铰链用于铰接第一和第三转向连杆。
本发明的其它优点在于，在行走机构内部无需附加的结构空间同时中间轮对也参与控制系统并由此使所有三个轮对在弯道行驶时都参与控制。此外优点还在于，只利用在轮对轴承壳体上现有的连接点并只需要相对较少的部件。
通过中间轮对在控制系统上的有效共同作用更容易克服与控制运动对立的轮对弹簧的水平弹簧偏转力并且尤其对于更小的弧度半径，这种弧度半径对于径向上的位置需要轮对弹簧更大的水平偏转，将改善轮对轴对于弧度中心的取向。
本发明的适宜结构和扩展结构由从属权利要求或下面对优选实施例的描述得出，该描述以附图为基础。附图中图1为一个按照本发明的自动转向的、三轴转向架的优选实施例的行走机构示意图。
具体实施例方式
图1示出一个按照本发明的用于铁路车辆的三轴转向架的行走机构1。这个行走机构具有一个在图1中未示出的、由纵向梁和横向梁组成的转向架框架。
三个轮对8、9、10的轮对轴承壳体2至7通过一个未示出的弹簧元件固定在纵向梁上，而且轮对轴承壳体2、3用于第一轮对8，在下面将其称为第一外轮对，轮对轴承壳体4、5用于第二轮对9，在下面将其称为中间轮对，而轮对轴承壳体6、7用于第三轮对10，在下面将其称为第二外轮对。所述轮对8、9、10包括工作轮11。轮对8、9、10可以通过未示出的驱动电机、例如纵向轴承牵引电动机或车架电动机驱动。
两个外轮对8、10的轮对轴承壳体2、3、6、7可能在铁路车辆的行驶方向或与行驶方向相反的方向上移动，这通过方向箭头x1、x2表示。中间轮对9的轮对轴承壳体4、5可垂直于铁路车辆的行驶方向移动，这通过方向箭头y1、y2表示。
轮对轴承壳体2、3、4、5、6、7分别只在行走机构同一侧上通过转向连杆-转动杠杆配置耦联。
一个在图1所示的中性位置倾斜于车辆纵向设置的第一转向连杆12设置在一个肘形节杆14形式的第一转动杠杆的第一铰链13与位于第一外轮对8轮对轴承壳体3上的第二铰链15之间。
肘形节杆14具有一个第一臂杆14.1和一个第二臂杆14.2，它们在所示示例中具有基本相同的长度，但是对于其它的变型根据所期望的运功传动比也可以具有不同的长度。
第一臂杆14.1在所示中性位置基本上垂直于车辆纵向地取向，而第二臂杆14.2在这个位置基本上平行于车辆纵向地取向。
肘形节杆14具有一个框架固定的转轴16并且通过肘形节杆的第二臂杆14.2端部上的第三铰链17与面对铰链的中间轮对9的轮对轴承5的端面连接。
一个具有框架固定的中心转轴19的第二转动杠杆18配属于第二外轮对10的轮对轴承壳体7，其中导引到第二外轮对10轮对轴承壳体7的第二转向连杆20作用于这个第二转动杠杆18的第四铰链21上，而这个第二转动杠杆18的第五铰链22与一个第三转向连杆23连接，该转向连杆的另一端导引到已经提到过的肘形节杆14的第一铰链13。
在所示实施例中在行走机构一侧上的轮对轴承壳体3、5、7的耦联对称于铁路车辆纵轴地实现，对于行走机构另一侧上的轮对轴承壳体2、4、6也是如此。
一个倾斜设置的第一转向连杆24设置在一个肘形节杆26形式的第一转动杠杆的第一铰链25与轮对轴承壳体2的第二铰链27之间。
肘形节杆26具有一个框架固定的转轴28并且通过其第二臂杆的第三铰链29与中间轮对9的轮对轴承4的端面连接。
一个具有框架固定的中心转轴31的第二转动杠杆30配属于第二外轮对10的轮对轴承壳体6，其中导引到轮对轴承壳体6的第二转向连杆32作用于这个第二转动杠杆30的第四铰链33上，而这个第二转动杠杆30的第五铰链34与一个第三转向连杆35连接，该转向连杆的另一端导引到已经提到过的肘形节杆26的第一铰链25。
下面描述自动转向的三轴转向架1的工作方式。
通过第一外轮对8的轮对轴承壳体3经由第一转向连杆12和肘形节杆14与中间轮对9的轮对轴承壳体5的耦联，并且通过第二外轮对10的轮对轴承壳体7经由第二转向连杆20、第二转动杠杆18、第三转向连杆23和肘形节杆14与中间轮对9的轮对轴承壳体5的耦联、以及位于对面的行走机构侧面上的对称配置，结合在铁路车辆行驶方向(x1、x2)相同或相反方向上移动的外轮对8、10的轮对轴承壳体2、3、6、7且结合垂直于铁路车辆行驶方向(y1、y2)上移动的中间轮对9的轮对轴承壳体4、5，在车辆弯道行驶时产生一个所述外轮对8、10的逆转地耦联。
在此以简单的方式通过具有第四铰链21、33和在车辆纵向的中性位置在转轴19，31另一边设置的第五铰链22、34的第二转动杠杆18、30的构造产生第一和第二外轮对8和10的逆转地耦联。
例如当第一外轮对8的轮对轴承壳体2在方向x2上移动时，则强迫第二外轮对10的轮对轴承壳体6必需在方向x1上移动而中间轮对9的轮对轴承壳体4必需在方向y1上移动。同时第一外轮对8的轮对轴承壳体3在方向x1上移动，第二外轮对10的轮对轴承壳体7在方向x2上移动而中间轮对9的轮对轴承壳体5在方向y1上移动。
在此第一转向连杆12或24的倾斜位置通过由此产生的向着轨道弧度内部指向的运动分量促使第一外轮对8相对于轨道弧度在径向上取向并由此减小位于外轮对8的外车轮与轨道弯道外轨之间的冲击角。
这样设置并构成该结构的组成部分、尤其是转动杠杆14、18以及26、30、转向连杆12、20、23以及24、32、35和其铰链以及转轴，使得在轨道弯曲半径的宽间距上第一外轮对8和第二外轮对10至少尽可能地在径向上适应于弯曲的轨道。换句话说，在外轮对8、10的外车轮与轨道弯道外轨之间产生小于5°的冲击角。在弯曲半径的宽范围上这个冲击角基本上等于0°。
权利要求
1.一种尤其用于铁路车辆的自动转向的三轴转向架，它具有轮对(8、9、10)和从属的轮对轴承壳体(2、3、4、5、6、7)，其中外轮对(8、10)逆转地耦联并可在纵向上移动，而中间轮对(9)可在横向上移动并参与控制系统，其中位于行走机构一侧上的轮对轴承壳体(2、4、6)和/或位于行走机构另一侧上的轮对轴承壳体(3、5、7)仅与位于行走机构同一侧上的轮对轴承壳体(2、3、4、5、6、7)耦联，其特征在于，所述相邻的轮对轴承壳体(2、3、4、5、6、7)通过一个转向连杆-转动杠杆配置与一个和中间轮对(9)的从属轮对轴承壳体(4、5)转动连接的第一转动杠杆(14、26)耦联。
2.如权利要求1所述的转向架，其特征在于，这样构成和设置所述转向连杆-转动杠杆配置，使得在各外轮对的外车轮与外轨之间形成的冲击角小于10°、优选小于5°、最好基本为0°。
3.如权利要求1或2所述的转向架，其特征在于，在行走机构一侧上的轮对轴承壳体(2、4、6)的耦联对称于铁路车辆纵轴地实现，对于行走机构另一侧上的轮对轴承壳体(3、5、7)也是如此。
4.如上述权利要求中任一项所述的转向架，其特征在于，一个倾斜于纵向设置的第一转向连杆(12、24)设在位于第一转动杠杆(14、26)上的第一铰链(13、25)与位于第一外轮对(8)的轮对轴承壳体(3、2)上的第二铰链(15、27)之间。
5.如上述权利要求中任一项所述的转向架，其特征在于，所述第一转动杠杆由具有一个第一和第二臂杆和一个框架固定的转轴(16、28)的肘形节杆(14、26)构成。
6.如权利要求5所述的转向架，其特征在于，所述第一转动杠杆通过一个设置在其第二臂杆上的第三铰链(17、29)与中间轮对(9)的轮对轴承壳体(5、4)的端面连接。
7.如上述权利要求中任一项所述的转向架，其特征在于，一个第二外轮对(10)的轮对轴承壳体(7、6)配属一个具有框架固定的转轴(19、31)的第二转动杠杆(18、30)，其中一个导引到第二外轮对(10)轮对轴承壳体(7、6)的第二转向连杆(20，32)作用于第二转动杠杆(18、30)的第四铰链(21、33)上，而一个设置在转轴(19、31)那一侧的第二转动杠杆(18、30)的第五铰链(22、34)与一个第三转向连杆(23、35)连接，该转向连杆导引到位于第一转动杠杆(14、26)上的一个铰链(13、25)。
8.如权利要求7所述的转向架，其特征在于，所述第二转动杠杆(18、30)具有一个中心的转轴(19、31)。
9.如权利要求7或8所述的转向架，其特征在于，所述第三转向连杆(23、35)导引到位于第一转动杠杆(14、26)上的第一铰链(13、25)。
全文摘要
一种尤其用于铁路车辆的自动转向的、三轴转向架具有轴对(8、9、10)和从属的轮对轴承壳体(2、3、4、5、6、7)，其中外轮对(8、10)逆转地耦联并可在纵向上移动，而中间轮对(9)可在横向上移动并参与控制系统，其中位于行走机构一侧上的轮对轴承壳体(2、4、6)和/或位于行走机构另一侧上的轮对轴承壳体(3、5、7)仅与位于行走机构同一侧上的轮对轴承壳体(2、3、4、5、6、7)耦联，其中相邻的轮对轴承壳体(2、3、4、5、6、7)通过一个转向连杆－转动杠杆配置与一个和中间轮对(9)的从属轮对轴承壳体(4、5)转动连接的第一转动杠杆(14、26)耦联。
文档编号B61F5/00GK1500046SQ02807457
公开日2004年5月26日 申请日期2002年3月27日 优先权日2001年3月27日
发明者沃尔夫冈·奥尔, 沃尔夫冈 奥尔 申请人:勃姆巴迪尔运输有限公司