專利名稱：一種鐵路車輛轉向架和鐵路車輛的制作方法
技術領域：
本發明涉及鐵路車輛制造技術，尤其涉及一種鐵路車輛轉向架和鐵路車輛。
技術背景
鐵路車輛轉向架是一個承擔貨物重量和車體自重同時還引導鐵路車輛在直線軌道上高速運行和在曲線軌道上轉向運行的重要部件。它的結構和技術參數往往就決定了鐵路貨車的動力學性能。
圖1是現有技術中廣泛應用于鐵路車輛的剛性構架式(或準構架式)轉向架。如圖1所示，這類轉向架包括沿軌道前后(列車運行方向為前)布置的兩組輪對1，每組輪對的兩個車輪均由一穿過其中心的車軸固接在一起，其在每組輪對兩側各設有一輪對軸承 111，側架(或構架)2則設置在位于輪對軸承上的同側的軸箱11之上。剛性構架式或準構架式轉向架一般都設軸箱一系懸掛裝置a和二系懸掛裝置b。一系懸掛裝置a位于輪對1 與側架2之間，二系懸掛裝置b位于側架2與車體或搖枕3之間。
圖2A是現有的剛性構架式(或準構架式)轉向架一系懸掛裝置結構圖。如圖2A 所示，軸箱一系懸掛裝置由軸箱11兩側的承載彈簧、斜楔21、側架導框斜面磨耗板23和一軸箱磨耗板12組成。其中，軸箱承載彈簧包括同軸心線設置的內圓彈簧22和外圓彈簧24， 斜楔21設置在軸箱后側的承載彈簧中自由高稍大一些的內圓彈簧22上，其斜面與對應的側架導框斜面磨耗板23接觸，該斜面的相對面即斜楔立面與位于軸箱11后側的軸箱磨耗板12接觸。在這里，軸箱彈簧主要起到垂直和橫向彈性約束的作用，斜楔21斜面與側架導框斜面磨耗板23的接觸面和斜楔21立面與軸箱磨耗板12的接觸面所產生的摩擦阻尼起到吸收來自輪軌之間垂向振動能量的作用。當鐵路車輛在軌道上運行時，由于軌道的垂直和水平不平順激擾形成一個典型的隨機振動系統。在這一隨機振動系統中，輪對1和軸箱 11是簧下部件，而側架2和承載在其上的車體及貨物是簧上部件，簧上部件相對簧下部件作垂向和橫向隨機振動。即在振動過程中，斜楔21與內圓彈簧22以及位于軸箱11后側的軸箱磨耗板12和側架導框斜面磨耗板23共同組成摩擦減振裝置，斜楔立面相對于軸箱磨耗板12上、下運動，在這一摩擦接觸面間產生摩擦力，該摩擦力就是衰減振動的阻尼力。
圖2B是斜楔向下運動時的受力平衡圖，圖2C是斜楔向上運動時的受力平衡圖。請同時參照圖2A、圖2B和圖2C，當斜楔上、下運動時，斜楔受到內圓彈簧22垂直向上的彈性支持力P、在彈性支持力P作用下斜楔21斜面與側架導框斜面磨耗板23間產生的法向反力 W、在彈性支持力P作用下斜楔21立面與軸箱磨耗板12間產生的水平法向反力N，以及，由該力在斜楔21立面與軸箱磨耗板12的摩擦面間產生摩擦力F，其中，當斜楔向下運動時摩擦力F的方向沿斜楔立面向上(見圖2B)，當斜楔向上運動時摩擦力F的方向沿斜楔立面向下(見圖2C)。以上各力組成一個平衡匯交力系。但由圖2B和圖2C可以看出，摩擦力F 到匯交點0的距離L值較大，從而形成一個使斜楔21順時針或逆時針旋轉運動的力矩M,
M= 士 FL ；
因此，在動態振動過程中，該力矩的存在引起彈性支持力P作用在斜楔21立面與軸箱磨耗板12間產生的法向反力N的作用點沿斜楔21的立面上下移動，以平衡斜楔21的旋轉運動。也就是說，斜楔21是在作上、下平移且同時附加旋轉的一種復合運動。這種復合運動將會引起斜楔21的立面和與之接觸的軸箱磨耗板12的弧狀磨耗d，如圖2D所示。 這種磨耗狀態使該減振裝置的摩擦阻尼變得極不穩定，同時還可能把簧下振動剛性地傳給車體，引起車體垂向振動加速度以及輪軌間垂向動作用力加大。這種不穩定的磨耗狀態加快了磨耗件的到限速度，嚴重時還會導至減振裝置失效。發明內容
針對現有技術的上述缺陷，本發明提供一種鐵路車輛轉向架和鐵路車輛。
本發明提供一種鐵路車輛轉向架，包括兩組輪對、設置在輪對軸承上的軸箱，以及設置在同側的兩個軸箱上的側架，所述側架包括側架內導框、側架外導框和側架導框斜面磨耗板，所述軸箱包括軸箱承載彈簧和位于兩側的軸箱磨耗板。在所述軸箱承載彈簧上、且所述軸箱的一軸箱磨耗板與所述側架的側架導框斜面磨耗板之間設置有一斜楔，所述斜楔的斜面與所述側架導框斜面磨耗板接觸，所述斜楔的斜面的相對面設置有一斜楔立面；在所述斜楔立面與所述軸箱磨耗板之間設置有一摩擦板組成，所述摩擦板組成包括一組成立面，以及設置在所述組成立面上的柱體；所述柱體穿過所述側架內導框上的通孔，且所述柱體的一端面與所述斜楔立面接觸。
本發明還提供一種鐵路車輛，包括上述的鐵路車輛轉向架，以及設置在所述鐵路車輛轉向架上的車體。
本發明提供的鐵路車輛轉向架和鐵路車輛，通過將現有技術中一個斜楔分解成斜楔和摩擦板組成兩個零件，把減振阻尼作用的摩擦面由原來的斜楔立面與軸箱磨耗板之間轉移到摩擦板組成的組成立面與軸箱磨耗板之間，消除了現有鐵路車輛轉向架的一系懸掛裝置中斜楔上、下運動時的附加旋轉運動，徹底消除了現有技術中斜楔立面和軸箱磨耗板的弧狀磨耗現象，提高了減振裝置的穩定性和使用壽命周期。


圖1是現有技術中廣泛應用于鐵路車輛的剛性構架式(或準構架式)轉向架。
圖2A是現有的剛性構架式(或準構架式)轉向架一系懸掛裝置結構圖。
圖2B是斜楔向下運動時的受力平衡圖。
圖2C是斜楔向上運動時的受力平衡圖。
圖2D是弧狀磨耗示意圖。
圖3是本發明一-實施例鐵路車輛轉向架的一系懸掛裝置結構圖。
圖4A是本發明-一實施例中斜穆？向下運動時減振裝置主要部件的受力分析圖。
圖4B為本發明-一實施例中斜穆？向上運動時減振裝置主要部件的受力分析圖。
附圖標記
1-輪對；2-側架；3-搖枕；
111-輪對軸承11-軸箱a- 一系懸掛裝置；
b- 二系懸掛裝置；C-軌道；12-軸箱磨耗板；
21-斜楔；22-內圓彈簧；23-側架導框斜面磨耗板；
24-外圓彈簧；d-弧狀磨耗；31-側架內導框；
32-側架外導框；41-彈性墊；42-摩擦板組成；
112-軸箱承臺；311-通孔；421-組成立面；
422-柱體；Nl-法向反力；P-彈性支持力；
N-水平法向反力；F-摩擦力；N'-正壓力；
F'-摩擦力反力；L-距離；0-匯交點；
M-力矩。3/5頁具體實施方式
為使本發明實施例的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。
圖3是本發明一實施例鐵路車輛轉向架的一系懸掛裝置結構圖。圖4A和圖4B分別為上述實施例中斜楔21向下和向上運動時減振裝置主要部件的受力分析圖。請同時參照圖3、圖4A和圖4B，該鐵路車輛轉向架，包括沿軌道前后布置的兩組輪對1、設置在輪對軸承上的軸箱11，以及設置在同側的兩個軸箱11上的側架2。每組輪對1包括橫向布置的兩車輪，車軸穿過兩車輪中心將兩車輪固接，輪對兩側的車軸上設置有輪對軸承111，其上設置有軸箱11，側架2則設置在同側的軸箱11上(圖3只表達了一側的視圖，另一側結構與之相同)。側架2包括側架內導框31、側架外導框32和固定于其上的側架導框斜面磨耗板 23。軸箱11包括軸箱承載彈簧和位于其兩側的軸箱磨耗板12，在所述軸箱承載彈簧上、且軸箱11的一軸箱磨耗板12與側架2的側架導框斜面磨耗板23之間設置有一斜楔21，斜楔 21的斜面與側架導框斜面磨耗板23接觸，斜楔21的斜面的相對面設置有一斜楔立面。即如圖3所示，軸箱磨耗板12固定在軸箱11的前、后兩側，軸箱承載彈簧分別坐于軸箱承臺 112上并各包括一內圓彈簧22和一外圓彈簧對，兩者同軸心地套設在一起，斜楔21就設置內圓彈簧22上，且內圓彈簧22的自由高要稍大于外圓彈簧24，以作為磨耗后斜楔21上升量的補償。摩擦板組成42設置在所述的斜楔立面與對應的軸箱磨耗板12之間。如圖4A 和圖4B所示，摩擦板組成42包括一組成立面421，以及設置在所述組成立面上的柱體422。 柱體422穿過側架內導框31上的通孔311，并與通孔311間采用小間隙配合以定位，同時， 柱體422的端面與所述斜楔立面接觸。
在鐵路車輛沿軌道運行時所形成的隨機振動系統中，輪對1和軸箱11是簧下部件，而側架2和車體及貨物是簧上部件，簧上部件相對簧下部件做垂向和橫向隨機振動。在這一振動過程中，內圓彈簧22、斜楔21、摩擦板組成42、軸箱前、后兩側的軸箱磨耗板12、彈性墊41共同組成該轉向架的摩擦減振裝置。組成立面421和彈性墊41立面相對于軸箱磨耗板12上、下運動，在其接觸面間產生摩擦力F，該摩擦力F即為衰減振動的阻尼力。內圓彈簧22和外圓彈簧M共同起到支承簧上重量的作用，同時內圓彈簧22還起到在簧上質量隨機振動時提供對斜楔21的垂直向上的彈性支持力P的作用。內圓彈簧22上面的斜楔21 斜面與側架導框斜面磨耗板23接觸，在彈性支持力P作用下在這一接觸面間產生一法向反力m ；斜楔21立面與柱體422端面接觸，在彈性支持P和法向反力m作用下，這一接觸面間產生水平法向反力N，彈性支持力P、法向反力m和水平法向反力N三力構成一個平面匯交力系，0為所述三力的匯交點。柱體422的端部與斜楔21立面接觸，摩擦板組成立面421 與軸箱磨耗板12接觸，又因柱體422與側架內導框31上的通孔311為小間隙配合，所以摩擦板組成42只能沿水平方向移動，傳遞對軸箱磨耗板12的向左的正壓力N'，該正壓力 N'與水平法向反力N為一對作用力與反作用力。在正壓力N'的作用下，在組成立面421 與軸箱磨耗板12間產生方向沿組成立面421且隨振動方向改變的動態摩擦力F(當斜楔向下運動時，F向上；反之則反)，其值
F = μ N ；
在這一摩擦力F的作用下，在與側架內導框31上的通孔311配合的柱體422上部 (當斜楔向上運動時為下部)會產生一與動態摩擦力F方向相反的摩擦力反力F'。
從以上的受力分析可以看出，在簧上質量上、下振動過程中產生的摩擦力F被柱體422上的反力F'平衡，不再傳到斜楔21上去，而且，摩擦力F到柱體422上的反力F' 的距離很小，也不會產生使斜楔21旋轉的附加力矩，徹底消除了斜楔21的旋轉運動。
這樣，本發明通過將現有技術中一個斜楔分解成斜楔和摩擦板組成兩個零件，把減振阻尼作用的摩擦面由原來的斜楔21立面與軸箱磨耗板12之間轉移到摩擦板組成的組成立面421與軸箱磨耗板12之間，消除了現有鐵路車輛轉向架的一系懸掛裝置中斜楔上、 下運動時的附加旋轉運動，徹底消除了現有技術中斜楔立面和軸箱磨耗板的弧狀磨耗現象，提高了減振裝置的穩定性和使用壽命周期。
上述實施例中，摩擦板組成42的柱體422與斜楔立面接觸的端面為球形表面，且該端面經表面熱處理，具有較高的耐磨性。球形表面的設計可以使柱體422的端面在斜楔 21立面上靈活移動，以可靠地傳遞該接觸面間的水平法向反力N。
在上述實施例中，組成立面421上的柱體422的形狀可以根據與其配合的孔形狀來設計，本實施例給出的是柱體422為圓柱體的情況。可以根據實際情況靈活設計，提高了實用性。在上述實施例中，在側架外導框32上還設置有一彈性墊41，且彈性墊41側面與位于軸箱11的前側的軸箱磨耗板12接觸。其目的是使彈性墊41和軸箱11后側的摩擦板組成42聯合起來提供一個沿車體縱向的彈性約束力，一改現有技術中全是剛性接觸的情況， 以充分利用輪對與鋼軌間的蠕滑力矩使轉向架呈準徑向狀態通過曲線，從而提高轉向架的曲線通過能力，減少輪緣磨耗量。
上述實施例中的彈性墊41的內部為橡膠體，橡膠體的上、下面設置有金屬板。橡膠體與所述金屬板硫化粘接在一起。通過合理設計彈性墊41中橡膠體的法向剛度，可以實現對輪對的縱向彈性約束，起到提高轉向架曲線通過能力的作用。
上述實施例中的斜楔21立面上焊裝了用耐磨材料制成的磨耗板，一方面能保持新造時的接觸狀態，另一方面可方便檢修作業。
本發明的另一實施例一種鐵路車輛，該鐵路車輛包括鐵路車輛轉向架，以及設置在所述鐵路車輛轉向架上的車體。其中，該鐵路車輛轉向架可為上述實施例所提供的鐵路車輛轉向架的任意一種。該鐵路車輛徹底消除了現有技術一系懸掛裝置中的斜楔和軸箱磨耗板的弧狀磨耗現象，提高了減振裝置的穩定性和使用壽命周期，同時，該鐵路車輛還具有較高曲線通過能力，減小了輪緣的磨耗量。
最后應說明的是以上實施例僅用以說明本發明的技術方案，而非對其限制；盡6管參照前述實施例對本發明進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分技術特征進行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應技術方案的本質脫離本發明各實施例技術方案的精神和范圍。
權利要求
1.一種鐵路車輛轉向架，包括兩組輪對、設置在輪對軸承上的軸箱，以及設置在同側的兩個軸箱上的側架，所述側架包括側架內導框、側架外導框和側架導框斜面磨耗板，所述軸箱包括軸箱承載彈簧和位于兩側的軸箱磨耗板，其特征在于，在所述軸箱承載彈簧上、且所述軸箱的一軸箱磨耗板與所述側架的側架導框斜面磨耗板之間設置有一斜楔，所述斜楔的斜面與所述側架導框斜面磨耗板接觸，所述斜楔的斜面的相對面設置有一斜楔立面；在所述斜楔立面與所述軸箱磨耗板之間設置有一摩擦板組成，所述摩擦板組成包括一組成立面，以及設置在所述組成立面上的柱體；所述柱體穿過所述側架內導框上的通孔，且所述柱體的一端面與所述斜楔立面接觸。
2.根據權利要求1所述的鐵路車輛轉向架，其特征在于，所述柱體的端面為球形表面。
3.根據權利要求1所述的鐵路車輛轉向架，其特征在于，所述柱體為圓柱體。
4.根據權利要求1或2或3所述的鐵路車輛轉向架，其特征在于，在所述側架外導框上還設置有一彈性墊，所述彈性墊的側面與所述軸箱的另一側軸箱磨耗板接觸。
5.根據權利要求4所述的鐵路車輛轉向架，其特征在于，所述彈性墊的內部為橡膠體， 所述橡膠體的上、下面設置有金屬板。
6.根據權利要求1或2或3所述的鐵路車輛轉向架，其特征在于，所述斜楔立面上設置有磨耗板。
7.一種鐵路車輛，其特征在于，包括如權利要求1至6任一所述的鐵路車輛轉向架，以及設置在所述鐵路車輛轉向架上的車體。
全文摘要
本發明提供一種鐵路車輛轉向架和鐵路車輛。該鐵路車輛轉向架將現有技術一系懸掛減振裝置中的一個斜楔設置分解成一個斜楔和一個摩擦板組成的兩個零件，其中，所述摩擦板組成包括組成立面和設置在所述組成立面上的柱體兩個部分，所述摩擦板組成的組成立面同軸箱磨耗板接觸，所述摩擦板組成的柱體的端面同斜楔立面接觸。這樣，把減振阻尼作用的摩擦面由原來的斜楔立面與軸箱磨耗板之間轉移到摩擦板組成的組成立面與軸箱磨耗板之間，消除了現有鐵路車輛轉向架的一系懸掛裝置中斜楔上、下運動時的附加旋轉運動，徹底消除了現有技術中斜楔立面和軸箱磨耗板的弧狀磨耗現象，提高了減振裝置的穩定性和使用壽命周期。
文檔編號B61F5/34GK102476642SQ20101055732
公開日2012年5月30日 申請日期2010年11月22日 優先權日2010年11月22日
發明者劉振明, 祝震, 穆鳳軍, 許善超, 邢書明, 邵文東 申請人:齊齊哈爾軌道交通裝備有限責任公司