一种列车转向架上的导向系统及其工作方法与流程

本发明属于轨道交通技术领域，具体涉及一种列车转向架上的导向系统及其工作方法。

背景技术：

如图1所示为传统的承重轮结构示意图，在承重轮24上设置有轮缘25，承重轮24上的轮缘25的设置目的是为了对列车转向架起到导向作用，但是因承重轮承受垂向荷载的踏面的半径与承重轮24轮缘25的半径不同，轮对转动时对应的线速度不同，而在列车前进过程中，列车相对轨顶与轨侧的线速度是相同的。因此，当承重轮24轮缘25与钢轨侧面发生接触时，不可避免地要发生滑动摩擦，从而导致钢轨发生侧磨。

此外，传统的列车承重轮24踏面设置了1/20—1/40的锥形度，然而，在通过曲线地段时，是通过列车的离心力将列车轮对将向外侧拨动，转向架以此协调曲线地段内、外轨的长度之差。但是，上述转向架协调曲线地段内、外轨的长度之差方式具有随机性与不可控性，列车轮对的向外侧拨动力受行车速度、曲线段设置的超高值、曲线地段的线路状态等有关，同时受轮轨游间的影响，然而对于一个确定的曲线地段，其内外轨长度之差为一个定值。由于传统的列车承重轮24轮缘25的存在，导致列车承重轮24的最大的横向拨动量是有限的。因此，在列车通过曲线地段时，因内外轨长度之差，承重轮24踏面与钢轨顶面不可避免地要发生滑动摩擦，即导致钢轨顶部发生垂磨。

为了达到同时消除钢轨发生侧磨与垂磨，有必要设置列车转向架的导向轮系统，此系统要求对导向轮安装架相对轮对轴箱只能发生横向相对滑动，不发生竖向相对移动，以此确保导向轮不发生脱离钢轨，从而避免列车发生脱轨事故，同时实现相对轮对的横向拨动；同时，导向轮安装架相对转向架只能发生竖向相对滑动，不发生横向向相对移动，以此确保导向轮对转向架的导向作用，从而避免列车发生脱轨事故。通过此设计，在保证不影响转向架减振，且确保列车不脱轨，有效地实现了消除承重轮与钢轨之间的侧磨，同时为实现列车通过曲线地段时主动协调内外轨长度差的控制装置与方法奠定基础。

技术实现要素：

本发明的目的是根据上述现有技术的不足之处，提供一种列车转向架上的导向系统及其工作方法，该导向系统通过取消原有承重轮上的轮缘，消除钢轨侧磨，并通过在无轮缘承重轮的轴箱上固定安装设置具有导向轴的安装架，从而实现在列车运行过程中通过安装架上的导向轴与钢轨侧面转动接触实现对列车转向架的导向。

本发明目的实现由以下技术方案完成：

一种列车转向架上的导向系统，所述列车转向架上安装有承重轮系统以及导向系统，其特征在于所述导向系统包括安装于所述承重轮系统上的导向轴安装架以及安装于所述导向轴安装架上的导向轴轴箱，所述导向轴轴箱中竖向设置有导向轴，所述导向轴的下部对应于钢轨内侧。

所述导向轴由上部大直径段、下部小直径段以及连接两者的中部过渡段构成；所述上部大直径段的直径为100-200mm；所述下部小直径段的直径为25-30mm、高度为60-70mm，且其下端面低于所述钢轨顶面25-30mm；所述中部过渡段的高度为400-600mm；两侧所述导向轴的所述下部小直径段的中心间距为1380-1396mm。

所述上部大直径段呈中空结构，所述中空结构的内径为20-25mm。

所述承重轮系统包括车轴、设置于所述车轴两侧的无轮缘承重轮以及支撑所述车轴旋转的轴箱，所述轴箱经一系弹簧安装于所述列车转向架下方。

位于两侧的所述无轮缘承重轮处分别安装有一所述导向轴安装架，所述导向轴安装架呈“π”型，由内侧导向轴安装架以及外侧导向轴安装架连接组合而成；其中，所述内侧导向轴安装架的端部经端部轴箱连接于所述车轴上，所述外侧导向轴安装架的端部固定连接于所述轴箱上。

所述导向轴轴箱与所述承重轮系统上的所述导向轴安装架之间连接设置有水平向滑动支座，所述导向轴轴箱与所述列车转向架之间连接设置有竖向滑动支座。

所述导向轴安装架上设置有导向轴动力装置，所述导向轴动力装置经一导向轴动力传动装置连接传动所述导向轴。

一种涉及任一所述列车转向架上的导向系统的工作方法，其特征在于所述工作方法包括如下步骤：列车运行过程中，导向系统中的导向轴发生转动并导向，控制所述导向轴的下部小直径段与钢轨侧面理论接触面之间的相对速度同列车前进速度相同。

所述导向轴的转动速度由导向轴动力装置经导向轴动力传动装置传动控制。

所述导向轴与所述承重轮系统在水平向滑动支座的作用下产生横向滑动并在竖向上保持相同的起降，所述导向轴与所述列车转向架在竖向滑动支座的作用下在横向上保持相对固定并在竖向上产生相对位移。

本发明的优点是，导向系统结构简单，导向轴可替代承重轮上所取消的轮缘承担列车转向架的导向作用，从而可消除轮缘与钢轨之间的侧磨；导向轴可与承重轮系统在竖向上保持相同的起降、在横向上可相对移动，防止导向轴离开钢轨侧部从而导致导向失效，同时可控制轮对的横向位移来实现协调曲线地段的内外轨长度差；导向轴可与轮对发生水平向相对位移，从面增加了轮对的横向拨动量；导向轴可同列车转向架在横向上保持相对固定，使导向轴能有效保持列车转向架的横向位置，进而有效地保持车厢的横向位置。

附图说明

图1为本发明中列车转向架上的导向系统和承重轮系统结构示意图；

图2为本发明中导向系统结构示意图；

图3为本发明中导向轴结构示意图；

图4为本发明图1中的a-a剖面示意图；

图5为本发明图3中的b-b剖面示意图；

图6为本发明中无轮缘承重轮的结构示意图；

图7本发明图2中c-c剖面示意图；

图8为现有技术中有轮缘承重轮的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图通过实施例对本发明的特征及其它相关特征作进一步详细说明，以便于同行业技术人员的理解：

如图1-8，图中标记1-25分别为：列车转向架1、导向系统2、竖向滑动支座3、滑轨3a、滑块3b、承重轮系统4、轴箱5、车轴6、无轮缘承重轮7、导向轴安装架8、导向轴动力装置9、导向轴动力传动装置10、导向轴11、导向轴轴箱12、上部大直径段13、中部过渡段14、下部小直径段15、外侧导向轴安装架16、内侧导向轴安装架17、端部轴箱18、轮辋19、辐板20、轮毅21、车轴孔22、水平向滑动支座23、滑轨23a、滑块23b、承重轮24、轮缘25。

实施例：如图1、4所示，本实施例具体涉及一种列车转向架上的导向系统及其工作方法，在列车转向架1上设置有承重轮系统4和导向系统2，承重轮系统4中采用了无轮缘承重轮7，从而消除了轮缘与钢轨之间的侧磨，而导向系统2安装于承重轮系统4上，用于在列车运行过程中对列车转向架1进行导向。

如图1、4所示，本实施例中的承重轮系统4经一系弹簧（图中未示出，省略掉）固定于列车转向架1的下方，该承重轮系统4具体包括车轴6，车轴6的两侧由轴箱5支撑旋转，且在车轴6的两侧部安装有无轮缘承重轮7，前述的一系弹簧具体设置在轴箱5与列车转向架1之间；如图6所示，无轮缘承重轮7的中心具有车轴孔22，自车轴孔22向外依次为轮毅21、辐板20以及轮辋19，为了消除钢轨的侧磨现象，本实施例中的无轮缘承重轮7取消了既往的轮缘结构，其整个外侧面呈锥形踏面构造，即轮辋19的外侧面为具有一定锥度的斜坡面；此外，相对于常规的具有轮缘的承重轮的锥形踏面，本实施例中无轮缘承重轮7的锥形踏面宽度得到加宽，从而可使无轮缘承重轮7在列车行驶中能够允许一定的横向摆动，通过曲线地段拐弯时在协调内外轨长度差方面能力更强，减少轨顶波磨。

如图1-7所示，本实施例中的导向系统2安装固定在承重轮系统4上，该导向系统2具体包括分别对应于两侧的无轮缘承重轮7设置的导向轴安装架8，导向轴安装架8具体安装在承重轮系统4上，在各导向轴安装架8上分别设置有导向轴轴箱12，在导向轴轴箱12中设置有呈竖向设置的导向轴11；此外，在导向轴安装架8上还设置有导向轴动力装置9，用于提供导向轴11的转动动力，并经导向轴动力传动装置10连接传动导向轴11的上部，以驱动导向轴11在控制转速下转动。需要说明的是，导向轴轴箱12与导向轴安装架8之间设置有可产生水平向相对滑动的水平向滑动支座23，该水平向滑动支座23由固定在导向轴轴箱12上的滑轨23a以及固定在导向轴安装架8上的滑块23b组成，两者相互匹配并可产生水平向的相对移动；此外，导向系统2与列车转向架1之间设置有可产生竖向相对滑动的竖向滑动支座3，该竖向滑动支座3由固定在导向系统2上的滑轨3a以及固定在列车转向架1上的滑块3b组成，两者相互匹配并可产生竖向的相对移动。

如图3、5所示，本实施例中的导向轴11具体采用的是三段式结构，包括依次连接的上部大直径段13、中部过渡段14以及下部小直径段15，导向轴11的上部大直径段13根据横向力进行设计，下部小直径段15根据道岔位置的间隙进行确定，中部过渡段14作为上部大直径段13和下部小直径段15的合理过渡段，从而防止应力集中；在这之中，上部大直径段13采用的是中空结构，从而减小转动惯量，且中空部分需圆滑，以防止应力集中。具体的，上部大直径段13的直径为100-200mm，其中空结构的内径为20-25mm；下部小直径段15的直径为25-30mm、高度为60-70mm，两侧导向轴11的下部小直径段15的中心间距为1380-1396mm，钢轨内侧标准距离为1435mm，考虑一定的游间；中部过渡段14的高度为400-600mm。

如图4所示，本实施例中的导向轴安装架8在车轴6的两侧分别设置有一组，且对应于无轮缘承重轮7的安装位置，各组导向轴安装架8呈“π”型，具体由外侧导向轴安装架16和内侧导向轴安装架17连接组合而成；其中，外侧导向轴安装架16位于，其端部连接固定在轴箱5上，而内侧导向轴安装架17则位于无轮缘承重轮7的内侧，其端部经端部轴箱18连接于车轴6上；外侧导向轴安装架16与内侧导向轴安装架17之间的连接部位与滑块23b相连接，且导向轴轴箱12的设置位置位于无轮缘承重轮7的前方或后方。

如图1-5所示，本实施例中列车转向架上的导向系统的工作方法包括以下步骤：在列车的运行过程中，通过导向轴动力装置9提供动力并经导向轴动力传动装置10驱动导向轴11转动并导向，从而使导向轴11的下部小直径段15与钢轨侧部同高度位置的表面转动线速度与列车行驶速度基本相同；在导向系统2的工作过程中，通过水平向滑动支座23的设置，导向轴11与承重轮系统4在竖向上保持相同的起降、在横向上可相对移动，防止导向轴11离开钢轨侧部从而导致导向失效，同时可控制轮对的横向位移来实现协调曲线地段的内外轨长度差；通过竖向滑动支座3的设置，导向轴11与列车转向架1在横向上保持相对固定，使导向轴11能有效地保持列车转向架1的横向位置，进而有效地保持车厢的横向位置。