一种铁路货车侧架横向摆动控制装置的制作方法

本实用新型涉及到一种铁路货车车辆的行走控制装置，具体涉及一种铁路货车转向架侧架横向摆动控制装置，主要应用于重载运输铁路货车，属于铁路货车制造技术领域。

背景技术：
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随着铁路货车重载技术的发展，增大货车轴重已成为重载货车发展的主要趋势之一。货车轴重的增加，会带来铁路货车运输效率地大幅提升，但同时轮轨之间的动态作用力作用也将大幅度增加。因此，降低铁路货车转向架轮轨低动力，成为重载货车转向架发展的主要目标之一。

理论研究表明（沈志云，低动力作用货车转向架动力性能的研究，西南交通大学学报，1991年第1期），降低转向架的簧下质量是有效地降低轮轨动力作用的主要措施之一。对于传统三大件式转向架而言，在侧架与承载鞍之间增加橡胶弹性元件，可以大幅度地降低转向架的簧下质量，成为三大件式低动力货车转向架的主要技术特征之一。但橡胶弹性元件的设置，会释放侧架的侧滚运动。在货车高速运行的条件下，如果对侧架的这种侧滚运动不进行有效地控制，转向架将出现运行稳定性问题。

现有的转向架技术，通常通过在两侧架之间设置横向摆动控制机构来解决这一问题。目前，在低动力转向架上应用侧架横向摆动控制技术的转向架主要为DZ2与DZ5型转向架。如附图1所示，既有转向架的下摆动装置主要由弹簧托板201、摇动座202、摇动支承203及侧架一起组成横向摆动机构，可实现较低的侧架摆动刚度，同时利用弹簧托板本身的特性，提供转向架两侧架的抗菱形变位刚度及适应线路扭曲所需要的低扭转刚度，可在降低轮轨动力作用的同时，保持传统三大件式所具有的均载性能好、临界速度高及横向性能优良的优点。然而，其侧架横向下摆动装置存在有定位可靠性差的问题，主要体现为：

1）设计存在先天缺陷，导致摆动装置的定位可靠性较差。

如附图2所示，该方案的摇动座202与摇动座支承203之间采用两圆柱形面配合定位，且存在有较大的半径差。这种定位方式，虽然可实现侧架很低的摆动刚度，达到提高运行临界速度及改善车辆横向动力性能的目的，但由于摇动座202与摇动座支承203存在有半径差，当受到来自线路的较大的横向激扰时，摇动座202与摇动座支承203之间将会产生横向错位。由于二者之间相互摩擦力的作用，无法利用重力作用恢复到其初始的正位状态。这样的后果是，横向错位将导致转向架侧架将一直处于偏转状态而无法复位，从而引起滚动轴承装置所受横向力增加，滚动轴承装置温升较快、磨损加剧等一系列的问题，导致轴承使用寿命降低、运用维护成本的增加。

此外，当转向架收到较大纵向力时，摇动座202与摇动座支承203之间将产生纵向错位而无法复原，导致转向架处于菱形变位状态，而降低转向架运行的临界速度，影响车辆运行安全。

2）摇动座202与摇动座支承203之间无减磨耗措施，二者磨耗后将进一步破坏二者之间的定位可靠性。

在车辆运行时，摇动座202与摇动座支承203的圆柱面之间存在的相互转动与滑动，不可避免地将产生磨耗现象。磨耗后，二者之间的定位状态将进一步被破坏，导致转向架性能的持续恶化，降低车辆运行安全性；且在磨耗到一定限度后，很难修复，必须整体更换，维护费用很高。

通过专利检索没发现有与本实用新型相同技术的专利文献报道，与本实用新型有一定关系的专利主要有以下几个：

1、专利公开号为CN102490751所公布的“铁道货车轴箱悬挂摆动式转向架”为上述DZ2与DZ5型转向架所采用的技术，没有解决上述问题。

2、专利申请公布号为CN106364513A所公布的“具有横梁的铁路货车转向架”解决了上述问题1）。但其采用的柱形磨耗衬垫仅能解决其横向磨耗与定位问题，但在纵向磨耗后，将引起转向架的菱形变位状态持续恶化，对上述问题2）未得到根本解决。

3、专利号为CN201132532Y所公布的“铁路货车转向架摆动装置”将摇枕与侧架通过球铰直接联接起来，不具有传统三大件式转向架的特点，与本实用新型原理不同。

4、专利号为CN102490751所公布的“铁道货车轴箱悬挂摆动式转向架”为上述DZ2与DZ5型转向架所采用的技术。

专利虽然都涉及到铁路货车转向架的摆动控制，也提出了一些结构性的改进，但都没有从根本上改变现有摆动控制的基本方式，因此在受到较大的横向或纵向力时，摆动运动副的两构件之间会产生错位，而且这种错位是无法复原的；同时，在运动副构件磨耗到一定限度后，仍然很难修复，必须整体更换，存在的定位可靠性差、维护成本较高的问题，因此仍有待进一步加以改进。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于针对现有铁路货车转向架的摆动控制装置，在受到较大的横向或纵向力时，摆动运动副的两构件之间会产生错位，而且这种错位是无法复原；同时，运动副构件磨耗到一定限度后，很难修复，必须整体更换，从而导致摆动控制装置可靠性差的不足，提出一种新型的侧架横向摆动控制装置，解决现有技术中所存在的铁路货车转向架摆动装置定位可靠性差，且磨耗到一定限度后很难修复的问题。

为了达到这一目的，本实用新型提供了一种铁路货车转向架侧架横向摆动控制装置，包括两个平行布置的侧架，在两个平行布置的侧架的中央方框内分别设置两个横向摆动控制装置，横向摆动控制装置中设有球面转动副；组成该球面转动副的两个构件具有相对于水平面向上凸起的半球面，在受到较大外部作用力的极端工况下，两半球面脱离错位后，在静止时能依靠重力恢复到其球面吻合状态；因此，当车辆横向摆动时，球面转动副仅产生相对转动，而无横向移动，其侧架的摆动中心始终与两球铰的中心连线吻合，从而保证摆动装置始终保持良好的定位状态，通过球面转动副转动抑制货车转向架侧架横向摆动，达到控制货车转向架侧架横向摆动的目的。

进一步地，所述的横向摆动控制装置是由弹簧托板（2）与两个弹簧承载座（3）及其相配合的球面耐磨衬垫（4）组成一个整体，并与两侧架（1）及与其配合的两对球面定位座（5）一起组成一个横向可摆动装置。

进一步地，所述的球面转动副由球面定位座（5）、球面耐磨衬垫（4）及弹簧承载座（3）组成球面转动副。

进一步地，所述的球面耐磨衬套嵌装在弹簧承载座内，且球面耐磨衬套的内径与球面定位座的外径吻合；球面耐磨衬垫的外径与弹簧承载座上定位孔的内径相同。

进一步地，所述的两个侧架平行布置，每个侧架的下弦杆内腔内具有沿侧架横向（与车辆运行方向垂直的水平方向）对称布置的安装面（101），每个安装面上具有圆柱形定位凸台（102）。

进一步地，所述的侧架下弦杆内腔的安装面上安放有两个球面定位座（5），并通过圆柱形定位凸台（102）定位。在同一侧架上安放的两个球面定位座上面设置有一个弹簧承载座（3）。

进一步地，所述的弹簧承载座（3）的球面定位孔（301）内嵌装有球面耐磨衬垫（4），其内径与球面定位座（5）的外径相同。

进一步地，所述的弹簧承载座（3）上具有两个朝下开口的球面定位孔（301）；弹簧承载座的承载平面的中心对称位置具有一个弹簧托板定位凸台（302）；承载平面的横向中心线上设置有两个螺栓定位联接孔（303），联接孔靠近承载平面外侧；弹簧承载座的承载平面上具有多个弹簧定位凸台（304）。

本实用新型的优点在于：

本实用新型采取在弹簧承载座与球面定位座设置两个朝下开口的球面定位孔，球面定位孔内设置有球面耐磨衬垫；在侧架横向摆动时，球面耐磨衬套及弹簧承载座无相对移动，始终处于铰接的正位状态。主要有以下特点：

1)定位可靠性高

在转向架受到较大的横向或纵向激扰的情况下，其球面定位座（5）、球面耐磨衬垫（4）及弹簧承载座（3）所组成的球面转动副产生作用，释放侧架的横向摆动。

横向摆动时，转动副仅产生相对转动，而无横向移动，其侧架的摆动中心始终与两球铰的中心连线吻合，从而保证摆动装置始终保持良好的定位状态。

在极端工况下，球面副的两球面产生错位时，并能在静止时依靠重力复原。

同时，由于采用球面耐磨衬垫（4）也可以有效控制侧架（1）与弹簧承载座（3）之间的纵向错动量，从而达到有效控制转向架菱形变位的目的。

这样，从根本上解决了摆动装置的定位可靠性问题，从而使得转向架具有稳定的动力学性能，消除了其运用过程中的安全隐患。

2）降低运用维护成本

采用耐磨衬垫的另一个优点是，在磨耗到限后，仅需简单更换衬垫即可。与既有转向架比较而言，在大修时无需整体更换转动副，可以极大地降低运用与维护成本。

附图说明

图1是现有转向架侧架横向装置结构装配示意图；

图2 是现有转向架侧架横向摆动控制装置摇动座202与摇动座支承203的配合示意图；

图3是本实用新型所涉及的侧架横向摆动装置结构俯视图；

图4是图3的A-A剖视图；

图5是图3的B-B剖视图；

图6是本实用新型所涉及的侧架（1）的结构示意图；

图7是本实用新型所涉及的弹簧承载座（3）的结构示意图；

图8是图7的C-C剖面示意图；

图9是本实用新型所涉及的弹簧托板（2）的结构示意图；

图10是本实用新型所涉及的新型轮轨低动力作用铁路货车转向架的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例来进一步阐述本实用新型。

实施例一

通过附图可以看出，本发明涉及一种铁路货车转向架侧架横向摆动控制装置，包括侧架（1）、弹簧托板（2）、弹簧承载座（3）、球面耐磨衬垫（4）、球面定位座（5）、联接螺栓（6）及联接螺母（7）。侧架（1）为两个，平行布置，在两个平行布置的侧架（1）的中央方框内分别设置两个横向摆动控制装置；横向摆动控制装置中设有球面转动副；在车辆横向摆动时，球面转动副仅产生相对转动，而无横向移动，其侧架的摆动中心始终与两球铰的中心连线吻合，从而保证摆动装置始终保持良好的定位状态，通过球面转动副转动抑制货车转向架侧架横向摆动，达到控制货车转向架侧架横向摆动的目的。

所述的横向摆动控制装置是由弹簧托板（2）与两个弹簧承载座（3）及其相配合的球面耐磨衬垫（4）组成一个整体，并与两侧架（1）及与其配合的两对球面定位座（5）一起组成一个横向可摆动装置。

所述的球面转动副由球面定位座（5）、球面耐磨衬垫（4）及弹簧承载座（3）组成球面转动副。

所述的球面耐磨衬套嵌装在弹簧承载座内，且球面耐磨衬套的内径与球面定位座的外径吻合；球面耐磨衬垫的外径与弹簧承载座上定位孔的内径相同。

所述的两个侧架平行布置，每个侧架的下弦杆内腔内具有沿侧架横向（与车辆运行方向垂直的水平方向）对称布置的安装面（101），每个安装面上具有圆柱形定位凸台（102）。

所述的侧架下弦杆内腔的安装面上安放有两个球面定位座（5），并通过圆柱形定位凸台（102）定位。在同一侧架上安放的两个球面定位座上面设置有一个弹簧承载座（3）。

所述的弹簧承载座（3）的球面定位孔（301）内嵌装有球面耐磨衬垫（4），其内径与球面定位座（5）的外径相同。

所述的弹簧承载座（3）上具有两个朝下开口的球面定位孔（301）；弹簧承载座的承载平面的中心对称位置具有一个弹簧托板定位凸台（302）；承载平面的横向中心线上设置有两个螺栓定位联接孔（303），联接孔靠近承载平面外侧；弹簧承载座的承载平面上具有多个弹簧定位凸台（304）。

下面结合附图描述如下：

如图3所示，该装置包含有两个呈平行布置的侧架（1）。

如图6所示，每个侧架的下弦杆内腔内具有沿侧架横向（与车辆运行方向垂直的水平方向）对称布置的安装面（101），每个安装面上具有圆柱形定位凸台（102）。

如图5所示，每个侧架下弦杆内腔的安装面上安放有两个球面定位座（5），并通过圆柱形定位凸台（102）定位。在同一侧架上安放的两个球面定位座上面设置有一个弹簧承载座（3）。弹簧承载座（3）的球面定位孔（301）内嵌装有球面耐磨衬垫（4），其内径与球面定位座（5）的外径相同。

如图7与图8所示，弹簧承载座（3）上具有两个朝下开口的球面定位孔（301）。弹簧承载座的承载平面的中心对称位置具有一个弹簧托板定位凸台（302）。承载平面的横向中心线上设置有两个螺栓定位联接孔（303），该孔应尽可能靠近承载平面外侧。弹簧承载座的承载平面上具有若干个弹簧定位凸台（304）。

如图2、图3及图5所示，该装置包含有一个弹簧托板（2）。如图9所示，弹簧托板（2）两端各具有一个定位孔（201），与弹簧承载座（3）上的弹簧托板定位凸台（302）配合联接。同时，弹簧托板（2）两端各具有两个螺栓联接孔（202），与弹簧承载座（3）上的螺栓定位联接孔（303）相对应，并通过联接螺栓（6）及联接螺母（7）联接。而且，弹簧托板（2）上具有与弹簧定位凸台（302）相对应的孔（203），弹簧定位凸台（302）从孔（203）中自下而上穿过。

如上所述的一弹簧托板（2）与两个弹簧承载座（3）及其相配合的球面耐磨衬垫（4）组成一个整体，与两侧架（1）及与其配合的两对球面定位座（5）一起组成一个横向可摆动的装置。在摆动过程中，该摆动装置的转动轴线始终与安装在同一侧架（1）里的每对球面定位座（5）的球心连线保持一致。在静止状态时可在重力作用下使得侧架（1）回到初始状态。运用时，通过控制球面耐磨衬垫（4）的磨耗量，可有效控制侧架（1）与弹簧承载座（3）的纵向（车辆运行方向）相对位置，避免两侧架产生过大的菱形变位，从而控制转向架的蛇形临界速度，具有可靠的定位性能。

上述所列实施例，只是结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整的描述；显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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它实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型的优点在于：

本实用新型采取在弹簧承载座与球面定位座设置两个朝下开口的球面定位孔，球面定位孔内设置有球面耐磨衬垫；在侧架横向摆动时，球面耐磨衬套及弹簧承载座无相对移动，始终处于铰接的正位状态。主要有以下特点：

2)定位可靠性高

在转向架受到较大的横向或纵向激扰的情况下，其球面定位座（5）、球面耐磨衬垫（4）及弹簧承载座（3）所组成的球面转动副。

横向摆动时，转动副仅产生相对转动，而无横向移动，其侧架的摆动中心始终与两球铰的中心连线吻合，从而保证摆动装置始终保持良好的定位状态。在静止状态时能依靠重力复原。

同时，由于采用球面耐磨衬垫（4）也可以有效控制侧架（1）与弹簧承载座（3）之间的纵向错动量，从而达到有效控制转向架菱形变位的目的。

这样，从根本上解决了摆动装置的定位可靠性问题，从而使得转向架具有稳定的动力学性能，消除了其运用过程中的安全隐患。

此外，如附图10所示，本实用新型还提供一种包括上述侧架横向摆动装置的新型轮轨低动力作用铁路货车转向架，包括侧架横向摆动装置（1101）、轮对（1102）、滚动轴承装置（1103）、承载鞍（1104）、橡胶弹性垫（1105）、侧架组成（1106）、摇枕组成（1107）、中央悬挂减振装置（1108）、常接触弹性旁承（1109）及基础制动装置（1110）。

该新型轮轨低动力作用铁路货车转向架的在承载鞍（1104）与侧架组成（1106）之间设置有橡胶弹性垫（1105）。

同时，该转向架具有实用新型所涉及的侧架横向摆动装置（1101）。

这样做的主要优点为：

1）该转向架一系设置有橡胶弹性垫（1105），可以大幅度减小簧下质量，从而达到降低轮轨动态作用力的目的。理论研究表明，在采用轴箱橡胶垫后，三大件式转向架的簧下质量可减少30%左右；相应地，其传递给轨道及线路的垂向作用力也可以减少30%左右，从而达到降低线路维护成本的目的。

2）采用橡胶弹性垫（1105）的另一个优点是可以实现轮对的纵横向的弹性定位，从而改善转向架的曲线通过性能，降低轮缘及轨道的磨耗，从而降低维护成本。

3） 采用上述的侧架横向摆动装置，可以消除现有技术中，侧架偏转对转向架性能产生的不利影响，提高转向架的性能可靠性。