专利名称：一种转向架构架的制作方法
技术领域：
本发明涉及铁路机车车辆领域，尤其涉及一种转向架构架。
背景技术：
随着科技的进步，铁路机车车辆因其方便、快捷、安全，越来越成为人们日常出行或运输优选的交通工具，因此，车辆的安全性是进行设计时首要考虑的问题。当车辆通过曲线时，通常有两个指标评价车辆的脱轨可能性，一个是脱轨系数，SP轮轨间的横向力Q与垂直力P的比值，其中垂向力通常为轮重。对于一辆行进中的列车，其自身的重量和所承受的载重通常一定，所以传递到轮对的重量也一定，在轮重一定的情况下，行车速度越大，曲线半径越小，横向力越大，脱轨系数越大，车辆发生脱轨的可能性越大。但是当轮重较小时，一个小的横向力就有可能使列车发生脱轨，所以要通过另一个指标——轮重减载率，即轮对垂向减载量Λ P与垂向力P之比，来评价车辆脱轨可能性。在轮重一定的情况下，轮对 减载量越大，列车越容易发生脱轨。我国对转向架的设计制定了相关标准，例如动车组的转向架要达到脱轨系数小于0.8，车轮减载率小于等于0.6。降低轮对减载量常用的方式是改变一系悬挂的刚度或静挠度。一系悬挂装置是在车辆构架和轮对轴箱之间设置的弹簧和减震器系统，用于缓和轨道对机车的冲击和振动，改善部件工作可靠性和乘客的舒适度。由于轮对减载量与一系悬挂刚度成正比，与一系悬挂静挠度成反比，所以现有技术一般通过降低一系悬挂刚度，增大其静挠度的方式来减小轮重减载率，但是会造成车辆在从空车到满载变化时，车厢地板面高度变化太大而导致车辆的平稳性降低，影响乘客的舒适度。还有一种降低轮对减载量的方式是降低车辆转向架构架的刚度。转向架是铁路机车车辆上最重要的部件之一，它直接承载车体自重和载重，引导车辆沿铁路轨道运行，保证车辆顺利通过曲线，并具有减缓来自车辆运行带来的震动和冲击的作用。转向架构架是转向架的骨架，用以联系转向架各组成部分和传递各方向的力，并用来保持车轴在转向架内的位置，一般由左、右两个侧梁及一个或几个横梁组成，其中横梁包括端梁。侧梁不仅是向轮对(或轮组)传递垂向力、横向力和纵向力的主要构件，还用来规定轮对的位置。横梁用于保证构架在水平面内的刚度，保持各轴的平行及承托牵引电动机等部件。当车辆在通过曲线时，为了防止仅靠外侧轨道对外侧轮对的压力提供向心力而导致轨道变形和行车的危险性，外侧的轨道往往比内侧轨道稍高一些，形成轨道超高，因此，当外侧行进方向较前的车轮先爬高时，使得和这个车轮连接的转向架构架自身形成一个扭矩，扭转刚度越大，轮对减载率越大，列车越容易脱轨。现代机车转向架构架有铸造和焊接两种形式，其中铸钢构架在铅垂和水平面内抗弯、抗扭强度和刚度都较大，机械加工量小，材料利用较好，但对铸造工艺要求较高，且构架较重，造价较高。我国铁路机车车辆的转向架普遍采取的是整体焊接式构架，由两个侧梁和至少一个横梁组焊而成，这种整体焊接式构架重量轻，使用材料经济，安全可靠且技术成熟普及，但是转向架的扭转刚度很大，当车辆在线路扭曲严重的情况下，很有可能发生脱轨，造成人员的伤亡。
为了降低转向架的扭转刚度，现有技术一通过改变横梁的几何结构，使用四块柔性钢板呈交叉型布置将柔性横梁和侧梁连接在一起，实现构架的柔性，但是这样的横梁结构复杂，不易设置安装座，而且改造过程复杂，成本较高。现有技术二采用组合式构架，构架由两个侧梁和一个摇枕组成，摇枕和左右侧梁分别通过转动铰铰接，使得两个侧梁的点头运动完全释放，从而达到转向架扭转刚度变小的目的。但是这种组合式构架对我国现有车辆转向架的结构改造较大，成本也较高。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种转向架构架，在不改变现有转向架整体构架的情况下，采用将横梁和侧梁通过橡胶关节进行连接的方式，有效地降低了转向架的扭转刚度，提高车辆的安全性，降低了改造成本。本发明实施例提供了一种转向架构架，所述至少一个横梁的至少一端经由橡胶关节与侧梁按轴向固定方式进行连接。优选的，所述轴向固定方式包括:橡胶关节通过横梁挡肩、侧梁通孔端面、隔环和盖板进行轴向固定。优选的，所述横梁与橡胶关节的内圈以及侧梁和橡胶关节的外圈均采用无间隙配
口 O 优选的，所述无间隙配合包括过盈配合。优选的，所述构架包括包括两个侧梁和一个横梁，横梁和侧梁的两个连接点都设有橡胶关节。优选的，所述所述构架包括两个侧梁和至少两个横梁，所述橡胶关节的设置呈对角线分布。优选的，所述转向架构架包括两个侧梁和两个横梁，在所述侧梁和横梁的四个连接处都设置橡胶关节。优选的，所述转向架构架包括两个侧梁和三个横梁，在所述一个侧梁的前两个连接处和另一个侧梁的后两个连接处设置橡胶关节；或，分别在两个侧梁的第一个和最后一个连接处设置橡胶关节；或，在所有的连接处都设置橡胶关节。优选的，所述橡胶关节整体为橡胶层结构。优选的，所述橡胶关节内部采用薄圆环状橡胶层结构。本发明实施例还提供了一种转向架侧梁，所述侧梁上设有通孔，使侧梁和橡胶关节的外圈无间隙配合。优选的，所述侧梁上通孔的横截面为圆形。本发明实施例还提供了一种转向架横梁，所述横梁端部设有挡肩，使橡胶关节与侧梁和横梁进行轴向固定，并使横梁与橡胶关节的内圈无间隙配合。优选的，所述挡肩为圆环状。
本发明通过将转向架的横梁经由橡胶关节与侧梁进行连接，使得连接点在铁路机车车辆通过曲线时承受的垂向力得到缓冲，从而减小由垂向力产生的对转向架构架的扭转力矩，降低转向架构架的扭转刚度，从而降低轮重减载率，减小脱轨系数，提高列车运行安全性。
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本发明实施例的转向架构架图；图2为本发明实施例的橡胶关节连接图。
具体实施例方式为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。本发明提供了一种转向架构架，包括两个侧梁和至少一个横梁。在实际应用中，侧梁的数量一般都固定为两个，横梁数量的多少主要根据转向架构架的强度、刚度和转向架具体部件的安装悬挂的需要，例如“H”形构架和“ 口 ”字形构架柔性较好，当由集中载荷作用在构架上时，它们能通过自身的变形将集中载荷部分传递给其他部分，代表车系分别为我国CRH2动车和德国ICEl高速动车；而“目”字形构架刚性最大，在各种载荷作用下几乎不能变形，容易出现应力集中而导致裂纹的出现，代表车系为我国DF4型内燃机车和SS3型电力机车。由于本发 明基本适用于所有铁路机车车辆的转向架，包括动车、轻轨、地铁等，所以本发明对横梁的个数不作限定。在本实施例中，选择A、B型传统转向架式城轨车辆，这种类型车辆的特点是转向架构架包括两个侧梁和两个横梁，属于“ II ”形构架，具有一定的柔性，并且车轴轴距远大于横梁纵向间距。参见图1，本实施例的转向架构架包括侧梁101、侧梁102、横梁103和横梁104。由于橡胶关节具有弹性，在横梁和侧梁的连接处设置橡胶关节，缓冲了车辆在通过曲线时传递到连接处的垂向的力而形成的整个构架的扭转力矩，克服了现有技术将侧梁和横梁直接焊接起来而缺乏柔性的缺点，降低了转向架构架的扭转刚度。同时，橡胶关节也具有较大的径向刚度和横向刚度，使得转向架构架具有足够的刚度，保证了转向架的安全性和各零部件之间的位置关系。本发明对侧梁和横梁之间选择几个连接点使用橡胶关节也不作限定。但是在实际应用中，为了使得转向架构架具有较小的扭转刚度，通常在两个侧梁上分别选择至少一个连接点设置橡胶关节，并且数量相同，其他连接点采用焊接、铰接或其他连接方式。本发明对橡胶关节的分布问题也不作具体限定，但是对于包括至少两个横梁的转向架，优选橡胶关节呈对角线分布，即如果转向架构架包括两个侧梁和一个横梁，则在两个连接处都设置橡胶关节；如果转向架构架包括两个侧梁和两个横梁，则在设置两个橡胶关节并呈对角线分布，或者在每一个连接处都设置橡胶关节；如果转向架构架包括两个侧梁和三个横梁，则在一个侧梁的前两个连接处和另一个侧梁的后两个连接处设置橡胶关节，或者分别在两个侧梁的第一个和最后一个连接处设置橡胶关节，再或者在所有的连接处都设置橡胶关节等等。以此类推。本实施例在两个侧梁和两个横梁的四个连接处都设置橡胶关节，即侧梁101、102与横梁103、104之间通过4个橡胶关节107连接，这种连接方式充分利用了橡胶关节的弹性和A、B型城轨车辆轴距远大于横梁纵向间距的杠杆放大作用，有效降低了转向架的扭转刚度，减小车轮轮重减载率，降低脱轨系数，提高转向架的线路扭曲跟随性和适应性，特别是提高顺坡率大、线路扭曲严重情况下的运行安全性。本发明中，所述横梁与橡胶关节的内圈以及侧梁和橡胶关节的外圈均采用无间隙配合，使得横梁和侧梁之间不存在相对运动，无间隙配合方式包括过渡配合、过盈配合等等。过盈配合是指具有过盈(包括最小过盈等于零)的配合，此时，孔的公差带在轴的公差带之下；过渡配合是指可能具有间隙或过盈的配合，此时孔的公差带与轴的公差带交叠。本发明对采用哪种无间隙配合的方式不作具体限定。本实施例中，优选橡胶关节107的内圈与横梁管106过盈连接，外圈与侧梁通孔105过盈配合。本发明中，所述转向架的横梁和侧梁采用轴向固定方式经由橡胶关节进行连接。轴向固定方式包括采用轴肩/轴环、圆螺母、圆锥面、弹性挡圈、锁紧挡圈、轴端挡板等进行固定。其中轴向固定采用轴肩/轴环结构简单可靠，能承受较大的轴向力；采用圆螺母也固定可靠，能承受较大的轴向力，但是需要防松措施，例如需要增加止动垫圈或圆螺母等，结构较复杂；采用圆锥面进行固定，拆装较方便，能承受冲击载荷，但是锥面加工较麻烦；采用弹性挡圈结构简单紧凑，但是只能承受较小的轴向力，可靠性差；采用轴端挡圈可承受剧烈的振动和冲击载荷，但是也需要采取防松措施；采用锁紧挡圈结构简单，但是不能承受较大的轴向力，有冲击、振动场合时应采取防松措施；采用轴端挡板结构简单，适用于轴端定位和固定，但只能承受较小的轴向力。在实际应用中，根据承受的轴向力的大小或连接方式来选择轴向固定方式。本实施例中，参见图2，由于橡胶关节与横梁和侧梁采用过盈连接，且需要承受较大的轴向力，所以其轴向固定方式采用橡胶关节107两端通过横梁挡肩、侧梁通孔端面、隔环108和盖板109进行横向固定。为了和所述橡胶关节的连接相适应，本发明还提供了一种转向架侧梁和一种转向架横梁，其中侧梁上设有通孔，横梁端部设有挡肩，使橡胶关节与侧梁和横梁进行轴向固定，并与侧梁和横梁 进行无间隙配合。本发明对侧梁上通孔的横截面形状不作限定，可以为圆形、矩形、菱形等等，因此，对与此相适应的橡胶关节的外圈横截面形状也不作限定，即如果孔的横截面为圆形，橡胶关节外圈的横截面也为圆形；如果孔的横截面为矩形，橡胶关节的外圈的横截面也为矩形。由于横梁整体为圆柱状，橡胶关节内圈的横截面形状又间接影响到横梁端部挡肩的形状，所以如果橡胶关节内圈横截面为圆形，横梁端部挡肩的形状即为环形；如果橡胶关节内圈横截面为正方形，那么横梁端部挡肩的形状即为外圈圆形、内圈正方形等等。本发明对横梁端部挡肩的形状不作限定，也即对橡胶关节内圈的横截面形状不作限定。本实施例中，由于圆受力均匀，不存在应力集中问题，所以优选侧梁的通孔横截面为圆形，因此橡胶关节外圈的横截面也为圆形；优选横梁端部挡肩的形状为圆环形，因此橡胶关节内圈的横截面为圆形。关于橡胶关节的组成，可以整体都由橡胶层组成，也可以将橡胶层设置在橡胶关节内部，即作为一个夹层，外部由金属或塑料等其他材质组成。如果为后者，橡胶关节内部可采用薄圆环状橡胶层结构，也可随着上述橡胶关节内外圈的形状改变而改变，即为薄矩形环状橡胶层结构、薄菱形环状橡胶层结构等等，本实施例优选橡胶层设置在橡胶关节内部，并且为薄圆环状，保证构架具有较大的抗菱刚度，使得转向架同向的前后轮对在行进过程中减少蛇形运动，提高列车的运行稳定性。以上所述仅是本发明的具体实施方式
，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保 护范围。
权利要求
1.一种转向架构架，包括两个侧梁和至少一个横梁，其特征在于，所述至少一个横梁的至少一端经由橡胶关节与侧梁按轴向固定方式进行连接。
2.根据权利要求1所述的转向架构架，其特征在于，所述轴向固定方式包括:橡胶关节通过横梁挡肩、侧梁通孔端面、隔环和盖板进行轴向固定。
3.根据权利要求1所述的转向架构架，其特征在于，所述横梁与橡胶关节的内圈以及侧梁和橡胶关节的外圈均采用无间隙配合。
4.根据权利要求3所述的转向架构架，其特征在于，所述无间隙配合包括过盈配合。
5.根据权利要求1所述的转向架构架，其特征在于，所述构架包括包括两个侧梁和一个横梁，横梁和侧梁的两个连接点都设有橡胶关节。
6.根据权利要求1所述的转向架构架，其特征在于，所述所述构架包括两个侧梁和至少两个横梁，所述橡胶关节的设置呈对角线分布。
7.根据权利要求6所述的转向架构架，其特征在于，所述转向架构架包括两个侧梁和两个横梁，在所述侧梁和横梁的四个连接处都设置橡胶关节。
8.根据权利要求6所述的转向架构架，其特征在于，所述转向架构架包括两个侧梁和三个横梁，在所述一个侧梁的前两个连接处和另一个侧梁的后两个连接处设置橡胶关节；或， 分别在两个侧梁的第一个和最后一个连接处设置橡胶关节；或， 在所有的连接处都设置橡胶关节。
9.根据权利要求1-8任意一项所述的转向架构架，其特征在于，所述橡胶关节整体为橡胶层结构。`
10.根据权利要求1-8任意一项所述的转向架构架，其特征在于，所述橡胶关节内部采用薄圆环状橡胶层结构。
11.一种转向架侧梁，其特征在于，所述侧梁上设有通孔，使侧梁和橡胶关节的外圈无间隙配合。
12.根据权利要求11所述的转向架侧梁，其特征在于，所述侧梁上通孔的横截面为圆形。
13.一种转向架横梁，其特征在于，所述横梁端部设有挡肩，使橡胶关节与侧梁和横梁进行轴向固定，并使横梁与橡胶关节的内圈无间隙配合。
14.根据权利要求13所述的转向架横梁，其特征在于，所述挡肩为圆环状。
全文摘要
本发明公开了一种转向架构架，包括两个侧梁和至少一个横梁，所述横梁经由橡胶关节与侧梁进行连接，使得连接点在铁路机车车辆通过曲线时承受的垂向力得到缓冲，从而减小由垂向力产生的对转向架构架的扭转力矩，降低转向架构架的扭转刚度，从而降低轮重减载率，减小脱轨系数，提高列车运行安全性。
文档编号B61F5/52GK103241258SQ20131017954
公开日2013年8月14日 申请日期2013年5月15日 优先权日2013年5月15日
发明者杨颖 , 邓小星 申请人:南车株洲电力机车有限公司