轮对、转向架及轨道车辆的制作方法

本申请涉及车辆走行技术，尤其涉及一种轮对、转向架及轨道车辆。

背景技术：

轨道车辆是连结各城市的重要交通纽带，也逐渐成为城市内的主要交通工具，轨道车辆还是实现货物运输的主要载体。轨道车辆主要包括：车体及设置在车体下方的转向架，转向架用于对车体进行承载并实现走行和转向功能。

转向架通常包括：构架、轮对、一系悬挂及二系悬挂，其中，轮对包括车轴、车轮及轴箱，两个车轮对称固定设置在车轴上，车轴的两端分别通过轴承与轴箱相连，轴箱通过一系悬挂和定位装置与构架相连，构架通过二系悬挂和牵引装置与车体相连。构架是转向架的核心骨架，传统的构架由平行设置的两个侧梁以及连接在两个侧梁之间的横梁构成，两个侧梁与横梁连接成“h”形。侧梁的体积较大，其两端沿纵向方向延伸至轴箱的上方，一系悬挂沿垂向方向设置在侧梁和轴箱之间。较大体积的侧梁同时也具有较大的重量，进而增大了转向架的重量。

技术实现要素：

本申请实施例中提供了一种轮对、转向架及轨道车辆，能够减轻轨道车辆的自重。

本申请第一方面实施例提供一种轮对，包括：

车轴，沿横向方向延伸；

对称设置在所述车轴上的车轮；

轴箱，通过第一轴承与车轴相连；所述轴箱的外壁设有用于与转向架构架相连的第一安装座；

一系缓冲环，设置在所述第一轴承与轴箱之间；

驱动电机，设置在所述车轴上；所述驱动电机包括：

电机外壳，套设在所述车轴上；所述电机外壳上设置有用于与转向架构架相连的连接座；

转子，设置于所述电机外壳内，与车轴相连以与所述车轴同步转动。

本申请第二方面实施例提供一种转向架，包括：如上所述的轮对。

本申请第三方面实施例提供一种轨道车辆，包括：如上所述的转向架。

本申请实施例提供的技术方案，在沿横向方向延伸的车轴上对称设置车轮，车轴上还设置轴箱，轴箱一方面通过第一轴承与车轴相连，另一方面，轴箱通过设置在其外壁的第一安装座与转向架构架相连，在第一轴承与轴箱之间设置有一系缓冲环用于对二者之间的振动进行缓冲；另外，在车轴上还设置有驱动电机，驱动电机的外壳设置在车轴上，其上设置有用于与构架相连的连接座，外壳内的转子与车轴相连，以与车轴同步转动。采用上述驱动电机直接驱动车轴转动，无需采用齿轮箱，减轻了转向架的重量。

而且，本实施例所提供的轮对中，在轴承与轴箱设置一系缓冲环，不但能够实现传统转向架中一系悬挂的功能，而且轴箱直接与构架相连，因而连接梁的体积可以做的比较小，只要能满足对车体的支撑强度即可，其重量也远小于传统转向架的侧梁，有利于减小转向架的重量，减轻轨道车辆的自重。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1为本申请实施例一提供的轮对能够应用的一种转向架的结构示意图；

图2为本申请实施例一提供的轮对的爆炸视图；

图3为本申请实施例一提供的轮对的局部剖视图；

图4为本申请实施例一提供的轮对的结构示意图；

图5为本申请实施例一提供的轴箱的结构示意图；

图6为本申请实施例一提供的一系缓冲环的结构示意图；

图7为本申请实施例一提供的一系缓冲环装配在轴箱内的结构示意图；

图8为本申请实施例一提供的构架的结构示意图；

图9为本申请实施例一提供的构架与轮对装配的结构示意图；

图10为本申请实施例一提供的构架与轮对装配的爆炸视图；

图11为本申请实施例一提供的牵引装置的爆炸视图。

附图标记：

1-横梁；11-拉杆连接部；111-第二枢轴孔；13-电机连接座；14-牵引槽；15-二系安装座；

2-连接梁；21-连接臂；211-第一螺栓孔；22-连接件；221-第一枢轴；222-支撑座；23-螺栓；24-螺母；

31-车轴；32-车轮；33-轴箱；331-第一安装座；3311-第一枢轴孔；332-第二安装座；3321-第三枢轴孔；34-一系缓冲环；341-外环；342-中间环；343-内环；35-第一轴承；36-轴端盖；

4-定位拉杆；41-第二枢轴；42-第三枢轴；43-让位通孔；

6-牵引装置；61-中心销；62-牵引橡胶堆；621-容纳孔；63-压板；

7-空气弹簧；

8-驱动电机；81-电机外壳；811-连接座；82-定子；83-转子；84-连接杆。

具体实施方式

为了使本申请实施例中的技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图对本申请的示例性实施例进行进一步详细的说明，显然，所描述的实施例仅是本申请的一部分实施例，而不是所有实施例的穷举。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

实施例一

本实施例提供一种轮对，能够应用于轨道车辆的转向架中，该轨道车辆可以为内燃机车、电力机车、动车组、地铁、轻轨、有轨电车等。该转向架具有较轻的自重，进而能够减轻车身自重，提高牵引效率。

图1为本申请实施例一提供的轮对能够应用的一种转向架的结构示意图，图2为本申请实施例一提供的轮对的爆炸视图。

如图1所示，该转向架包括：构架和轮对，其中，构架包括：沿横向方向延伸的横梁1和沿纵向方向延伸的连接梁2，连接梁2与横梁1相连。横向方向为轨道车辆的左右方向，纵向方向为轨道车辆的行驶方向。后面提到的垂向方向为竖直方向，也即上下方向。

如图2所示，轮对包括：车轴31、车轮32和轴箱33。其中，车轴31沿横向方向延伸，即：车轴31的轴线与横梁1是平行的。一根车轴31上对称设置有两个车轮32。车轴上还设置有轴箱33，轴箱33通过第一轴承35与车轴31相连，以使车轴31能够相对于轴箱33转动。

已有技术中，受到轴箱与构架通过一系悬挂相连的限制，轴箱只能设置在车轮的外侧。而采用本实施例所提供的上述方案，轴箱33既可以设置在车轮32的外侧，也可以设置在车轮32的内侧。下面以轴箱33设置在车轮32的内侧为例，对轮对的实现方式进行详细说明。轴箱33位于车轮32的内侧，即：位于两个车轮32之间。

轴箱33的外壁设置有第一安装座331，通过该第一安装座331与构架相连，具体是与连接梁2相连。

图3为本申请实施例一提供的轮对的局部剖视图。如图3所示，第一轴承35与轴箱33之间设置有一系缓冲环34，该一系缓冲环34能够对第一轴承35与轴箱33之间的振动进行缓冲。

图4为本申请实施例一提供的轮对的结构示意图，图4仅为示意图，仅用于展示驱动电机与轮对的装配方式，对与驱动电机没有直接连接关系的其它部件均简略示意。如图1、2、4所示，车轴31上还设置有驱动电机8，驱动电机8具体包括：电机外壳81、定子82和转子83。其中，电机外壳81内设有用于容纳定子82和转子83的电机腔室，电机外壳81的轴向两端各设有与电机腔室连通的开孔。车轴31从电机外壳81一端的开孔穿过，并从另一端的开孔穿出，相当于电机外壳81套设在车轴31上。

定子82固定在电机外壳81的内壁。转子83位于定子82中间，转子83与车轴31相连以与车轴31同步转动。具体的，转子83具体可以与车轴31过盈配合。

电机外壳81的外壁上设置有用于与转向架构架相连的连接座811，连接座811通过连接杆84与构架相连，具体是与横梁1相连。电机外壳81与车轴31之间设置轴承，轴承能够对电机外壳81进行支撑，使得电机外壳81保持稳定，确保车轴31与转子83能够相对于电机外壳81转动。

本实施例提供的技术方案，在沿横向方向延伸的车轴上对称设置车轮，车轴上还设置轴箱，轴箱一方面通过第一轴承与车轴相连，另一方面，轴箱通过设置在其外壁的第一安装座与转向架构架相连，在第一轴承与轴箱之间设置有一系缓冲环用于对二者之间的振动进行缓冲；另外，在车轴上还设置有驱动电机，驱动电机的外壳设置在车轴上，其上设置有用于与构架相连的连接座，外壳内的转子与车轴相连，以与车轴同步转动。采用上述驱动电机直接驱动车轴转动，无需采用齿轮箱，减轻了转向架的重量。

而且，传统的转向架中侧梁的端部延伸至轴箱的上方并通过一系悬挂与轴箱相连，因此侧梁的尺寸需要满足一系悬挂装配的需要，导致侧梁的尺寸较大进而重量较大。而本实施例所提供的轮对中，在轴承与轴箱设置一系缓冲环，不但能够实现传统转向架中一系悬挂的功能，而且轴箱直接与构架相连，因而连接梁的体积可以做的比较小，只要能满足对车体的支撑强度即可，其重量也远小于传统转向架的侧梁，有利于减小转向架的重量，减轻轨道车辆的自重。

采用驱动电机8直接驱动车轴31转动，并通过轴箱33与横梁1相连、电机外壳81与横梁1相连来传递牵引力，驱动轨道车辆行驶。在轨道车辆行驶的过程中，通过控制驱动电机8反转，能够对车轴31进行制动。

在横梁1上设置电机连接座13，连接杆84的一端与电机连接座13铰接，另一端与连接座811铰接，使得电机连接座13与横梁1在纵向方向上的相对位置保持相对固定。在车辆行驶过程中，车轮32的振动可带动驱动电机8在垂向方向上产生少量位移，该位移可通过分别与电机外壳81和横梁1铰接的连接杆84进行调节，避免连接杆84变形或断裂。

对于轴箱33设置在车轮31内侧的方案，轴箱33的数量为两个，对称设置在车轴31上，位于两个车轮32之间。驱动电机8位于两个轴箱33之间。

可以在电机外壳81的轴向两端各设置有一个轴承，该轴承的内圈可以与车轴31为过盈配合，轴承的外圈与电机外壳81为间隙配合。或者，也可以采用本实施例图4所示的结构：电机外壳81可以与轴箱33相连。例如：电机外壳81可以与轴箱33为一体结构。或者，电机外壳81的轴向两端插入第一轴承35与一系缓冲环34之间。相当于驱动电机8和轴箱33共用第一轴承35，减少了轴承的数量，有利于减轻轮对的重量。同时，一系缓冲环34设置在电机外壳81外部，不影响电机定子82和转子83之间的间隙。同时，也能减缓轮轨振动向构架传递。

对于轴箱33设置于车轮31外侧的方案，轴箱33的数量为两个，对称设置在车轴31上，位于两个车轮32的外侧。驱动电机8位于两个车轮32之间，位于车轴31的中部。在电机外壳81的轴向两端各设置有一个第二轴承，该第二轴承的内圈可以与车轴31为过盈配合，轴承的外圈与电机外壳81为间隙配合。

上述驱动电机8的输出转速与车轴31的转速相适应，无需采用齿轮箱，能够减轻转向架的重量，有利于降低轨道车辆的车身自重，提高驱动效率。

上述一系缓冲环34的功能是对第一轴承35与轴箱33之间的振动进行缓冲，其结构可以有多种实现方式，本实施例提供一种具体的方案：

图5为本申请实施例一提供的轴箱的结构示意图，图6为本申请实施例一提供的一系缓冲环的结构示意图，图7为本申请实施例一提供的一系缓冲环装配在轴箱内的结构示意图。如图5至图7所示，一系缓冲环34包括：由外向内依次设置的外环341、中间环342和内环343。外环341可以采用金属制成，内环343也可以采用金属制成，中间环342采用具有一定弹性的材料制成，例如：采用橡胶制成橡胶环。外环341、中间环342和内环343可通过硫化工艺制成。橡胶环具有较高的内阻，能够吸收冲击和高频振动以降低噪声。

相比于相关技术中一系悬挂所采用的只能承受单一方向载荷的刚性直线弹簧，本实施例采用的一系缓冲环34能够承受多方向的载荷，仅采用一系缓冲环34就能够达到较好的缓冲的效果，从而减少了零部件的数量，简化转向架的结构。

如图3所示，外环341与轴箱33为过盈配合，内环343与第一轴承35的外圈为间隙配合。第一轴承35的内圈与车轴31为过盈配合。

车轮32与车轴31为过盈配合。车轴31可采用空心轴，有利于减轻轮对的重量。在车轮32的外侧设置轴端盖36，轴端盖36通过螺栓固定在车轴31的端部。轴端盖36能够对空心的车轴31起到密封效果，防止灰尘等杂物进入车轴31的空心腔内。

对于轴箱33设置在车轮32外侧的方案，具体是将轴箱33设置在车轮32外侧。轴箱33、车轮32各自与车轴31装配的方式可参照上述轴箱33内置来实现。

在上述技术方案的基础上，可以在轴箱33的外壁设置安装座，用于与构架相连。本实施例进一步对轴箱33及构架的结构进行优化：

图8为本申请实施例一提供的构架的结构示意图，图9为本申请实施例一提供的构架与轮对装配的结构示意图，图10为本申请实施例一提供的构架与轮对装配的爆炸视图。如图8至图10所示，连接梁2的数量为至少两个，至少两个连接梁2对称设置在横梁1沿纵向方向的两侧。连接梁2具有两个端部，称为：第一端和第二端。

轴箱33的外壁设有第一安装座331，第一安装座331的垂向高度高于轴箱33的轴线。

连接梁2的第一端与横梁1相连，第二端与轴箱33上的第一安装座331相连，实现了横梁1与轮对的连接。车体的重量加载在横梁1上，还通过连接梁2传递给轴箱33，再通过车轴31传递给车轮32。

进一步的，连接梁2为长条状的结构，可以为直线型，也可以有一定的弧度。连接梁2在垂向方向能够产生一定的变形，起到弓形弹簧的效果，对轮对的振动进行缓冲，减小车体的振动。上述连接梁2的体积较小，重量较轻，结构也简单，易于生产和装配。

图1中示出的转向架上设置有四根连接梁2，两根连接梁2对称设置在横梁1的一侧，另外两根连接梁2对称设置在横梁1的另一侧。对应的，每个车轴31上均对称设置有两个轴箱33，轴箱33与对应的连接梁2相连。车体的重量平均分布在四个车轮32上，使得各车轮32给铁轨施加的力保持稳定，能够提高乘坐舒适度，而且在曲线轨道或线路不正的轨道上行驶时，可抑制车轮32向轨道传递的垂向负荷减少的“轮重减载”的现象，而且不易脱轨。

连接梁2的两端分别与横梁1和轴箱33固定连接；或者，连接梁2的两端分别与横梁1和轴箱33枢接；或者，连接梁2的第一端与轴箱33固定连接，第二端与横梁1枢接；再或者，连接梁2的第一端与横梁1固定连接，第二端与轴箱33枢接。

图9中，为了清楚地展示轴箱33与连接梁2的连接方式，去掉了车轮32。如图9所示，本实施例中，连接梁2的第一端与横梁1固定连接，第二端与轴箱33枢接，使得轴箱33能够相对于连接梁2转动一定的角度。在横梁1受到变载荷时，可与轴箱33之间产生相对转动，使得四个车轮32的受力均衡。

本实施例提供一种连接梁2的具体实现方式：

如图8至图10所示，连接梁2包括：连接臂21和连接件22。其中，连接臂21的一端与横梁1固定连接，另一端与连接件22相连。连接件22与轴箱33上的第一安装座331枢接。

对于连接臂21和连接件22之间的连接方式，可以有多种手段，例如：在连接件22中设有用于容纳连接臂21的容纳腔，容纳腔朝向连接臂21开口。连接臂21可插入容纳腔内并与连接件22固定连接。具体的，在连接臂21上设置第一螺栓孔211，第一螺栓孔211的数量可以为两个以上。对应在容纳腔的侧壁开设第二螺栓孔(未在图中标示)。将连接臂21插入容纳孔内，使第一螺栓孔211和第二螺栓孔对正，采用螺栓23穿过第一螺栓孔211和第二螺栓孔，并配合螺母24进行固定。

或者，也可以在连接臂21和连接件22的连接结构互换，即：在连接臂21上设置容纳腔，连接件22插入连接臂21的容纳腔内进行连接。

除了上述方式之外，连接臂21和连接件22之间还可以采用卡接、焊接、铆接等方式进行固定。

对于连接件22与轴箱33之间枢接的实现方式，可采用多种手段，例如采用如下方式：

在第一安装座331上开设第一枢轴孔3311，第一枢轴孔3311的中心线与轴箱33的中心线平行。在连接件22的端部设置枢接部，枢接部包括：两个支撑座222以及连接在两个支撑座222之间的第一枢轴221。第一枢轴221可装配在第一枢轴孔3311内，实现连接件22与第一安装座331相连，连接件22与第一安装座331之间可相对转动。

除了上述方案之外，也可以在第一安装座331上设置枢轴，对应在连接件22上设置枢轴孔，以实现连接件22与第一安装座331枢接。

除了上述实现方式之外，连接梁2还可以采用其它的方式来实现，例如：连接梁2为一根整体梁，其一端与横梁1固定连接，另一端与轴箱33枢接。

如图9和图10所示，在上述技术方案的基础上，还可以采用定位拉杆4连接在横梁1和轴箱33之间，以起到对轮对的定位作用。

轴箱33的外壁还设有第二安装座332，第二安装座332的垂向高度低于车轴31的轴线，相当于第二安装座332位于轴箱33的轴线下方。定位拉杆4的一端与横梁1相连，另一端与第二安装座332相连。

轴箱33的主体呈圆筒状结构，第一安装座331和第二安装座332均位于朝向构架的半圆面内。

本实施例中，定位拉杆4的两端分别与横梁1和轴箱33枢接，具体的，在定位拉杆4的两端分别设置有第二枢轴41和第三枢轴42。对应的，在横梁1上设置拉杆连接部11，拉杆连接部11上设置有第二枢轴孔111，第二枢轴41可装配至第二枢轴孔111内，以使定位拉杆4能够相对于横梁1转动。在轴箱33的第二安装座332上设置有第三枢轴孔3321，第三枢轴42可装配至第三枢轴孔3321内，以使定位拉杆4能够相对于轴箱33转动。

除了上述方案之外，还可以在定位拉杆4上设置枢轴孔，对应在横梁1或轴箱33上设置枢轴，也能够实现定位拉杆4与横梁1或轴箱33采用枢接的方式进行连接。

轴箱33、连接梁2和定位拉杆4三个部件形成三角形的连接结构，稳定性较好。而且，当车体的重量加载在横梁1上，横梁1通过连接梁2带动轴箱33转动(图10中，轴箱33顺时针转动)，当转动至一定角度时，定位拉杆4对轴箱33进行限位，限制了轴箱33继续转动，进而能够抑制轮对相对于横梁1晃动，尤其是能够控制蛇形运动发生时的临界速度。

进一步的，连接梁2中第一端的垂向高度低于第二端。将上述拉杆连接部11设置在横梁1与连接梁2的相接处，且位于横梁1的顶面。在定位拉杆4上设置供连接梁2穿过的让位通孔43，连接梁2向上穿过该让位通孔43后与位于轴箱33上部的第一安装座331相连。

定位拉杆4整体呈向上拱起的拱形结构，具有较高的强度。

上述包括横梁1和连接梁2在内的构架整体可采用碳纤维材料制成，增加构架整体的柔性，以衰减轮轨之间的振动向车体的传递。

对于轴箱33设置在车轮32外侧的方式，仅改变连接梁2、定位拉杆4与横梁1连接的位置即可，相当于将图8中的连接梁2和拉杆连接部11向横梁1的两端挪动对应的距离，使其适应轴箱33外置的位置。

上述一系缓冲环34作为一系悬挂，能够对轮轨的振动进行缓冲。如图1所示，二系悬挂包括设置在横梁1上的空气弹簧7，空气弹簧7的上方与车体相连，起到承载车体的作用，还能够减少传递给车体的振动。

如图8所示，在横梁1上对称设置有用于装配空气弹簧7的二系安装座15，空气弹簧7的数量为两个，分别设置在二系安装座15上。

上述转向架中，车体的垂向载荷传递路径为：车体、空气弹簧7、横梁1、连接梁2、轴箱33、一系缓冲环34、第一轴承35、车轴31、车轮32、轨道。轮轨的振动沿着相反的方向传递，能够减轻车体的振动，提高乘坐舒适度。

另外，如图1、8、9、10所示，横梁1的中部设置有牵引槽14，用于容纳牵引装置6。图11为本申请实施例一提供的牵引装置的爆炸视图。如图11所示，牵引装置6包括：中心销61、牵引橡胶堆62和压板63。牵引橡胶堆62固定在两块压板63之间，并与压板63固定在一起。牵引橡胶堆62中心设置用于容纳中心销61的容纳孔621，中心销61的底端插入容纳孔621内，中心销61的顶端与车体相连。

牵引装置用于向车体传递牵引力、和制动力。车辆运行过程中的纵向力通过牵引橡胶堆62的纵向变形来传递，横向力通过牵引橡胶堆62的横向变形来传递，车辆运行过程中的回转阻尼通过牵引橡胶堆62的偏转压缩来提供。本实施例提供的牵引装置的结构较为简单，且具有较高的可靠性。

实施例二

本实施例提供一种转向架，包括如上述内容所提供的轮对。

本实施例提供的技术方案，在沿横向方向延伸的车轴上对称设置车轮，车轴上还设置轴箱，轴箱一方面通过第一轴承与车轴相连，另一方面，轴箱通过设置在其外壁的第一安装座与转向架构架相连，在第一轴承与轴箱之间设置有一系缓冲环用于对二者之间的振动进行缓冲；另外，在车轴上还设置有驱动电机，驱动电机的外壳设置在车轴上，其上设置有用于与构架相连的连接座，外壳内的转子与车轴相连，以与车轴同步转动。采用上述驱动电机直接驱动车轴转动，无需采用齿轮箱，减轻了转向架的重量。

而且，本实施例所提供的轮对中，在轴承与轴箱设置一系缓冲环，不但能够实现传统转向架中一系悬挂的功能，而且轴箱直接与构架相连，因而连接梁的体积可以做的比较小，只要能满足对车体的支撑强度即可，其重量也远小于传统转向架的侧梁，有利于减小转向架的重量，减轻轨道车辆的自重。

本实施例还提供一种轨道车辆，包括上述转向架，具有与转向架相同的技术效果。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或可以互相通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

尽管已描述了本申请的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。