專利名稱：轉向架的軸箱懸掛系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及用于鐵路車輛的轉向架軸箱懸掛系統，特別涉及裝配在需有轉向功能的轉向架上的軸箱懸掛系統。
在常規鐵路車輛的設計中，每對左、右車輪都固定在一條相應的軸上，以便以相等旋轉速度進行旋轉。此外，在常規鐵路車輛中，在車輪與軌道的接觸部分設置了稱作“車輪花紋”的斜坡，因而當車輪行駛在軌道的彎道部分時，相應的車輪組由于離心力等的作用移向彎道的外側，從而引起內、外車輪轉動半徑產生差異，將內、外車輪在軌道上的滑移抑制在一個恰當的范圍內。再者，當鐵路急劇拐彎時，稱為“軌幅”的鐵路軌道間的距離增大，從而內、外車輪轉動半徑間的差異更是大為增加。這樣，如上所述，車輪本身就具有自轉向性能。但是，常規轉向架的特征在于，設置在轉向架框架與軸箱之間的軸箱懸掛系統具有縱向剛性，以便在直線部分上高速行駛時，防止發生縱向破裂。還有，從機構上看，軸的相對兩端是彈性地緊固在轉向架框架上的。結果，當軸通過鐵路彎道時，相應的軸被指向彎道的中心，從而要求傳輸的力超過懸掛的彈性力。因此，要采用一種機構，用以通過接頭來連接軸和轉向架，如在JP-A-5-77730中說明的那樣。
但是，那些系統的結構變得如此復雜，以至與普通轉向架相比，重量、生產成本以及維護成本都增加。因此，那些系統只用于諸如JR Hokkaido 283鐵路發動機車等的，要求高速運行的特快列車的有限目的。
因而本發明的目的是提出一種軸箱懸掛系統，在這種懸掛系統中，當軸向著鐵路彎道中心偏轉時，通過對軸在水平平面中圍繞軸的相應重心進行旋轉移動的特性加以關注，使軸能進行前述運動，同時使軸中心間距離相對轉向架框架保持不變。
為達到上述目的，根據本發明的第一方面，提出一種軸箱懸掛系統，在這種懸掛系統中，每根軸都包含在一個垂直圓柱表面內，并以相應軸組的重心作為其相對轉向架框架的中心，從而防止軸以整體進行縱向運動，使軸得以在一個水平平面內按偏轉方向進行移動(以下將稱作“在水平平面內的偏轉”)。
根據本發明的第二方面，在轉向架框架和軸箱之間設置了一個疊層橡膠彈簧體作為導向器，該彈簧體是垂直圓柱的一部分，且以車輪組重心作為其中心，從而使其可能進行牽引力的傳輸。
順便提及，這時，有扭轉應力作用在軸彈簧部分上。為防止軸彈簧被扭轉應力過度的變形，在結構中與軸彈簧串接地插入了另一疊層橡膠彈簧體，該另一疊層橡膠彈簧體具有波紋形截面，且波紋導軌位于車輪組在水平平面內偏轉的方向。
根據本發明的第三方面，附加地設置了諸如油阻尼器等的阻尼力作用部件以阻止共振發生，該共振是由于軸得以能在水平平面內進行偏轉運動引起的。但由此獲得了安全行駛性能的效果。
根據本發明的第四方面，設置了一種機構用以在下述必要情況下制動軸在水平平面內的偏轉，例如，當車輛高速行駛在直線部分、或當左、右不平衡的剎車力等突然作用時。其結果是獲得了防止縱向破裂等的效果。
根據本發明的第五方面，軸箱懸掛系統具有這樣的一種特性，即車輪組可相對轉向架框架進行在水平平面內的偏轉移動。因此，當軸箱懸掛系統應用于強迫轉向架、且當根據計算機組的輸出，對具有減速器的旋轉馬達驅動每一軸必須的偏轉位移量時，軸能向著鐵路彎道的中心進行偏轉。
如上所述，根據本發明，對常規轉向架是一個問題的車輪組與轉向架之間的偏轉限制得到解脫，這樣，車輪組能圍繞車輪組重心在水平平面內相對轉向架框架進行轉動，從而向著鐵路彎道的中心偏轉。此外，無需額外設置任一比常規轉向架特殊的機構，就能獲得這樣一種機構。因此在以下各方面都能獲得顯著的改進效果，如當車輪通過鐵路彎道時橫向壓力的減少、防止車輪凸緣與軌道的磨損、以及防止車輪的嗄嗄輾軋聲等。


圖1A表示當本發明提出的軸箱懸掛系統裝備在轉向架上時，在其通過鐵路彎道時的轉向架理想狀態；圖1B表示常規轉向架在十分低的速度下通過鐵路彎道時的典型情況；圖2表示了一種結構，其中本發明提出的、裝備在軸箱相對兩側的每一軸箱懸掛系統具有垂直圓柱表面A的部分彎曲表面作為導向器，且以車輪組的重心作為其中心，圖2的左半部分表示轉向架框架的截面，而圖2的右半部分表示的只是疊層橡膠彈簧體安裝部分的截面；圖3表示了一種結構，其中具有部分圓柱作為導向器的疊層橡膠彈簧體安裝在軸箱體上；圖4是從圖2的箭頭Ⅳ方向察看的前視圖；圖5是從圖4中箭頭Ⅴ的方向察看的側視圖；圖6是表示與軸彈簧串接放置的另一疊層橡膠彈簧體形狀的立體圖；圖7表示在轉向架框架和軸箱之間放置阻尼力作用部件的一種結構，這一結構用于防止由車輪組在水平平面內偏轉運動引起的共振現象的發生；圖8是一種鎖緊機構的局部截面前視圖，該鎖緊機構用于當車輛在鐵路直線部分高速行駛，或當有剎車力突然作用時，撤銷車輪組在水平平面內偏轉的自由度；圖9A是聯鎖凸斜齒的平面圖，它用于嚙合具有圖8中凹斜齒的鎖緊部分；圖9B是由圓筒形橡膠構成的圓柱形導向部分的正視圖(左半部分)，其中包含一個截面圖(右半部分)；圖10是一種轉向機構的立體圖，該機構用于借助旋轉馬達對軸箱圍繞以車輪組重心作為其中心的旋轉進行直接驅動控制，旋轉馬達設置有減速機構，并被固定至轉向架框架上，圖中表示的是本發明提出的軸箱懸掛系統應用至強迫轉向架的情況；圖11是一種結構的平面圖，在此結構中，軸箱的一個端部在圖10中說明的軸箱旋轉驅動控制機構的殼體中旋轉；而圖12是沿圖11中線Ⅻ一Ⅻ的部分截面圖。
下文將結合附圖對本發明的一個實施例進行詳細說明。
圖1A表示，當一個轉向架裝配有根據本發明第一方面提出的軸箱懸掛系統，該轉向架在其通過鐵路彎道時的理想狀態，而圖1B則表示常規轉向架以十分低的速度通過鐵路彎道時的典型狀態。當轉向架在高速下進入彎道部分時，由于車輪凸緣和外側軌道接觸，車輪被反作用力向著鐵路彎道的內側偏轉。這一事實表明，作用于軸端部分的軸箱懸掛系統的約束力起的作用是，力圖如圖1B所示地、將這兩根軸保持在相互平行的狀態。
本發明提出的轉向架與常規轉向架的不同如下。在常規轉向架中，作用在兩根軸2上的力用以在轉向架通過鐵路彎道時，如圖1B所示那樣，將這兩根軸2保持于相互平行狀態，因為軸2的相應的相對端部與轉向架框架1彈性地連接。相反，在根據本發明第一方面提出的轉向架中，無須對常規系統再額外設置任何特殊機構，通過軸箱懸掛系統，就能獲得如圖1A所示的、車輪沿彎曲軌道布置的理想狀態，因為軸箱懸掛系統具有這樣的功能，即能使每一車輪組圍繞車輪組重心進行水平偏轉。
以下將參考圖2對本發明提出的得以使車輪組4進行水平偏轉的機構進行說明。相應在軸箱5側和在轉向架框架1側形成作為導向器的表面，這些表面圍繞每一車輪組4的重心O彎曲，并形成垂直畫面的部分圓柱表面A。通過這一措施，車輪組4保證在預定范圍內能圍繞車輪組4的重心O水平地進行偏轉。
從理論上講，存在一個系統，在此系統中在軸箱5側和在轉向架框架1側相應地形成了垂直圓柱形表面A的局部彎曲部分，且這兩個局部彎曲部分制作成處于滑移接觸中。根據本發明的第二方面，在圖2中，在車輪組的兩側，于軸箱5側和轉向架框架1側的兩個彎曲表面之間的空隙中填充了疊層橡膠彈簧體10，此彈簧體10由彎曲金屬片11和彎曲橡膠層12如圖3所示那樣交錯疊層而成。因此，軸箱體5′和轉向架框架1通過疊層橡膠彈簧體10而相互連接。例如，四個螺紋柱桿7固定在疊層橡膠彈簧體10的每一外曲彎金屬片13上，螺紋柱桿7的螺紋部分從彎曲表面向外突出。柱桿7的螺紋部分插入至軸箱體5′的，成為前述垂直圓柱表面A的一部分的彎曲表面5a的4個孔中，并用螺母9緊固，這樣，如圖3所示，本發明提出的疊層橡膠彈簧體10就固定至軸箱體5′上。由圖2可清楚地看到，軸箱體5′的平板5b固定至軸箱5的側表面上。柱桿7端部突出至軸箱體5′相對側的螺紋部分則用螺母14固定至轉向架上，下文將對此加以說明。
眾所周知，疊層橡膠彈簧體本身可有各種不同形狀，用于吸收在轉向架中傳播的振動。但是，本發明提出的疊層橡膠彈簧體10在應用目的、其形狀及其布置與現有技術是大相徑庭的。
一般說來，疊層橡膠彈簧體具有這樣的特性，即疊層橡膠彈簧體在橡膠受壓方向彎形較小，而在橡膠剪切方向則有較大的變形。因此，本發明提出的疊層橡膠彈簧體10不僅具有吸收軌道接頭、道岔等垂直運動的特性，從而在轉向架通過鐵路彎道時，使車輪組4得以相對轉向架框架1進行水平面中的偏轉移動，而且還具有預定的恢復力的特性。此外，由于疊層橡膠彈簧體10成為圓柱表面A的一部分，因此，作用在疊層橡膠彈簧體10上的應力在運動方向的加壓分量起著相對車輛的加速/減速的牽引力傳輸作用。
以下將對具有本發明提出的軸箱懸掛系統的轉向架的運行加以說明。如在現有技術中已初步闡明的那樣，當具有一對車輪3的車輪組4進入鐵路的彎道部分時，車輪組4被離心力移向鐵路彎道的外側，從而相對車輪花紋產生了內、外車輪半徑間的差異。因此，外車輪向前移動較多，這樣，車輪組4能平穩地行駛在彎道部分，不會產生車輪3在軌道上的過度滑移。而本發明提出的軸箱懸掛系統的運行則能促進這一運動。圖1A表示了這一狀態。由圖1A顯然可見，車輪組4必須相對轉向架框架進行水平的旋轉，而在常規轉向架中，則借助軸箱懸掛系統在軸2的相對端部分產生約束軸2朝向在水平平面內偏轉方向的力。如上所述，本發明提出的軸箱懸掛系統具有促進車輪組4在水平平面內偏轉方向運動的作用，從而在轉向架通過鐵路彎道時，保證車輪組4相對轉向架框架1的必要旋轉，賦予轉向架以自轉向性能。
圖2至6表示將根據本發明第二方面提出的軸箱懸掛系統應用于所謂軸彈簧型轉向架的情況。
在圖2至4中，在轉向架框架1的相對側設置了加強板1a(見圖2)，該板沿通過車輪組4重心O的方向成斜角地伸展，這樣，軸箱5就放置在轉向架框架1的相對側之間。加強板1a被焊接至轉向架框架1的上板1b、背板1c和下板1d上。在加強板1a的突出側下端部分的預定位置上成形著橫向拉長的孔16。另一方面，裝配至軸箱體5′和轉向架框架1上的疊層橡膠彈簧體10(見圖3)可用任何適當的方法加以相互連接。在所示的實施例中，應用了轉向架側疊層橡膠彈簧體安裝構件30，它作為另一部件而設置在疊層橡膠彈簧體10和轉向架框架1之間。該構件30由一個垂直彎曲板31，它對應彎曲金屬面13(見圖2)的曲率，構成垂直圓柱表面的一部分，位于固定至軸箱體5′的疊層橡膠彈簧體10側的相對側；一個水平板32，它從垂直彎曲板31水平地伸出，并裝備至轉向架框架1的下板1d上；以及一個支撐33構成，該支撐33固定在垂直彎曲板31與水平板32之間，成斜角地向著車輪組的重心伸展，且緊鄰轉向架框架1的加強板1a。一個懸掛吊耳34從支撐33的上端外邊緣通過水平板32的切口以及轉向架框架的下板1d的切口向上伸出。在此懸掛吊耳34中，在對應轉向架框架1的加強板1a的橫向拉長孔16的位置上成形有一個松動的孔，因而作為另一部件的，轉向架側的疊層橡膠彈簧體安裝構件30可由螺釘35加以懸掛。順便說及，在垂直彎曲板31上成形著4個通孔36，這樣，從疊層橡膠彈簧體10的金屬表面13伸出的柱桿7的端螺紋部分得以通過孔36。在這樣一種結構中，為了將轉向架框架1通過懸掛在轉向架框架1上的轉向架側疊層橡膠彈簧體安裝構件30，與已經固定在軸箱體5′的疊層橡膠彈簧體10接觸及固定，需將轉向架側疊層橡膠彈簧體安裝構件30圍繞螺釘35向著疊層橡膠彈簧體10而轉動。這時，為使從疊層橡膠彈簧體10伸出的柱桿7的螺紋端部通過轉向架側疊層橡膠彈簧體安裝構件30的垂直彎曲板31的通孔36，將懸掛吊耳34的螺釘35沿轉向架框架1的加強板1a的橫向拉長孔16推向前側，然后再將垂直彎曲板引壓在柱桿7側上。此后，將螺母14緊緊地擰在從緊靠在疊層橡膠彈簧體10的彎曲表面13的垂直彎曲板31伸出的柱桿7的螺紋端部上，與此同時，用螺栓和螺母37將轉向架框架1的下板1d和緊靠在下板1d上的轉向架側疊層橡膠彈簧體安裝構件30的水平板32相互緊固和固定。這樣，就能達到安全、方便地組裝、拆卸轉向架的目的。當本發明的軸箱懸掛系統應用于軸彈簧型轉向架時，為了通過軸彈簧8的扭轉變形使軸箱中的軸彈簧8進行車輪組4的在水平平面內的偏轉移動，可將軸彈簧8與另一疊層橡膠彈簧體20串接放置，從而達到使車輪組4的水平移動平穩進行的效果，如將由圖4可較為清楚地看到，該彈簧體20具有這樣的特性，即它只能在車輪組4的在水平平面內的偏轉方向方便地進行變形。圖6是疊層橡膠彈簧體20的立體圖。該疊層橡膠彈簧體20由一塊波紋形的金屬板21，其波紋平行于軸圍繞車輪組4的重心O進行在水平平面內偏轉的方向；兩層波紋形橡膠薄層22，它們通過波紋板21而相互重疊地放置；以及上、下金屬板23和24構成，它們的波紋形內表面與波紋形橡膠薄層22相對應。順便提及，在最上層的金屬板23中成形了一個環形凹槽或突出物25，這樣，軸彈簧8的下端就可安裝在環形凹槽或突出物25中。如上所述，疊層橡膠彈簧體20容易在水平平面內的偏轉方向變形，這是因為波紋形的導軌與車輪組圍繞其重心進行的在水平平面內偏轉的方向平行。
圖7表示本發明的第三方面。由于根據本發明這一方面提出的軸箱懸掛系統設計成，能使車輪組4得以進行在水平平面內的偏轉運動，因此要求防止共振現象的發生，而且由于車輪組的每一端部都在圓弧上進行往復運動，因此根據線性近似在轉向架框架1和軸箱5之間設置了一個油阻尼器作為阻尼力作用部件40。油阻尼器40的油缸41借助銷釘42樞軸轉動地安裝在轉向架框架1上，而油阻尼器40的推桿側則借助銷釘43樞軸轉動地安裝在軸箱5的突出物44上。順便提及，標號8表示軸彈簧，而20表示另一波紋形疊層橡膠彈簧體。
圖8表示本發明的第四方面，并展示了一個鎖緊機構50的實例，該鎖緊機構用于在情況需要時，例如當車輛在直線部分高速行駛、或當左、右不平衡的剎車力突然作用時，取消車輪組4在水平平面內偏轉的自由度。這一鎖緊機構50采用一個鎖緊系統，其中壓縮空氣充入至空氣汽缸51中，應用回復彈簧以進行鎖緊。但是可以考慮在反向采用回復彈簧52的想法，從而在打開側應用空氣壓力。順便提及，假如鎖緊機構的聯鎖部分成形成如圖9A平面所示的斜齒輪，則能進行平穩的鎖緊。作為一個實施例，圖9A表示了一個鎖緊系統，其中斜齒輪制動器55裝配在外圓柱形導向器54的上部，該外圓柱形導向器可垂直移動地安裝在內圓柱形導向器53的外周邊上，而內圓柱形導向器53則裝配在軸箱5上，這樣，斜齒輪鎖緊器55與鎖緊部分56相互鎖緊，鎖緊部分56具有相應斜齒輪形狀的凹入部分，并被設置有回復彈簧的空氣汽缸51向下移動，該鎖緊部分56固定在轉向架框架1上，恰好位于斜齒輪制動器55之上。此外，此圓柱形導向器可由圖9B所示的圓柱形橡膠系統、或由用于軸彈簧的油阻尼器構成。
以下將說明圖9B所示的圓柱形橡膠系統。一些橡膠圓筒體57和一些金屬圓筒體58在徑向交錯地疊層。如此形成的圓柱形橡膠疊層體59，當其位置由外徑向趨近中心時，其軸向長度向下增加，而下圓柱形橡膠疊層體59′則按相反方向成形，因而當其位置由中心徑向趨近外側時，其軸向長度向上增加。最外層圓筒形橡膠固定在外圓柱形導向器54上，而最內層圓筒形橡膠則固定在內圓柱形導向器53上。由于圓筒形橡膠的彈性，因而內圓柱形導向器53可在軸向相對外圓柱形導向器垂直移動。
圖10展示本發明的第五方面，并表示了本發明提出的軸箱懸掛系統應用于強迫轉向架的一個實例。由于軸箱5的一個端部具有圍繞車輪組重心進行圓周運動的特性，因而軸箱5的旋轉可由旋轉馬達61直接控制，該旋轉馬達61設置有內裝減速齒輪機構，并固定至轉向架框架1上。
詳細情況如圖11和12所示，小齒輪63安裝在固定至轉向架框架1的馬達61的輸出軸62上，另一方面，圍繞車輪組重心進行在水平平面內偏轉運動的、并具有圓弧形曲線P作為節圓的圓弧形內齒輪64與小齒輪63進行齒輪連接。為了引導圓弧形內齒輪64進行圓周運動，一方面在固定于轉向架框架1的殼體65的上、下內壁中各自設置了相互相對的圓弧形凹槽66和66′，而在圓弧形內齒輪64上則設置了圓弧形突出線67和67′，從而可滑移地安裝至圓弧形凹槽66和66′上，其中圓弧形凹槽66和66′是與節圓同心的。L形的突出物68成形在位于圓弧形內齒輪64的齒的相對側的中心上。L形突出物68的向下伸展部分固定至外圓柱形導向構件69上。外圓柱形導向構件69可垂直滑移地安裝在內圓柱形導向構件70上。內圓柱形導向構件70的下端固定在突出物71上，該突出物71由軸箱5向外伸出。順便提及，該圓柱形導向器可由圖9B所示的這樣一個圓柱形橡膠系統、或由用于軸彈簧的油阻尼器構成。
采用前述結構，各個軸的移動量可相對軸通過的彎道加以計算，這樣，車輪組的旋轉位移可進行在線控制。因此，可獲得在鐵路彎道上高速行駛性能大大改善的效果。工業應用由于本發明提出的軸箱懸掛系統具有上述結構，因此該軸箱懸掛系統特別適用于需要有轉向功能的轉向架。具體講，根據本發明第一、二方面提出的軸箱懸掛系統的結構是這樣的，即車輪組相對轉向架框架的在水平平面內的偏轉位移能在鐵路彎道上平穩地進行。因此，在以下方面可大為改善，如當轉向架通過鐵路彎道時橫向壓力的降低、車輪凸緣與軌道的磨損的防止、車輪嗄嗄輾軋聲的防止等。因此，自轉向性能可大大加強。
此外，無需任何復雜機構或任何大量的另件就能獲得轉向架通過鐵路彎道的性能改善。因此，可降低車輛和轉向架兩者的維護費用。
在根據本發明第三、四方面提出的軸箱懸掛系統中，通過抑制共振的阻尼力作用部件或鎖緊機構可獲得平穩的行駛，此共振現象是由于該結構允許每一車輪組可進行在水平平面內的偏轉運動引起的。
當本發明提出的軸箱懸掛系統應用于強迫轉向架，且當結構設計成，按照本發明的第五方面，軸箱能直接由馬達控制時，各自軸的位移量可對應軸通過的彎道曲率加以計算，這樣，車輪組的旋轉位移就可在線控制。因此，與常規的連接系統相比，控制的合理性及快捷性得以大為改善。
權利要求
1．用于轉向架中的一種軸箱懸掛系統，該系統包括一種裝置，其允許每一車輪組，在一個轉向角范圍內以及在垂直方向，只在圍繞所述車輪組重心進行的在水平平面內偏轉的方向上自由振動。
2．根據權利要求1的軸箱懸掛系統，其特征在于，允許每一車輪組只在圍繞所述車輪組重心進行的在水平平面內偏轉的方向上自由振動的所述裝置包括一個疊層橡膠彈簧體，它設置在轉向架框架與軸箱之間，用于提供轉向功能，作為導向器所述疊層橡膠彈簧體具有垂直圓柱的一部分，并以所述車輪組的重心作為其中心；以及另一疊層橡膠彈簧體，它被制作成在所述車輪組在水平平面內的偏轉方向能進行變形，并與軸彈簧串接設置，從而強化所述軸彈簧的旋轉位移跟蹤性能。
3．根據權利要求1或2的軸箱懸掛系統，其特征在于，除允許每一車輪組在圍繞所述車輪組重心進行的在水平平面內偏轉的方向上自由振動的所述裝置外，所述系統還包括一個對其作用的阻尼力作用部件。
4．根據權利要求1至3中任一項的軸箱懸掛系統，其特征在于，除允許每一車輪組在圍繞所述車輪組重心進行的在水平平面內偏轉的方向上自由振動的所述裝置外，所述系統還包括一個機構，該機構用于對所述裝置的操作進行制動。
5．根據權利要求1至4中任一項的軸箱懸掛系統，其特征在于，除允許每一車輪組在圍繞所述車輪組重心進行的在水平平面內偏轉的方向上自動振動的所述裝置外，所述系統還包括一個轉向機構，該機構具有為每一軸設定旋轉角度的功能。
全文摘要
在鐵路車輛的轉向架中,設置了一種軸箱懸掛系統,在這種系統中,當轉向架通過鐵路的彎道時,相應的車輪組能向著鐵路彎道的中心進行旋轉運動。在轉向架框架(1)和軸箱(5)之間設置了一個疊層橡膠彈簧體(10)作為連接物體,該疊層橡膠彈簧體(10)具有垂直圓柱體(A)的部分彎曲表面作為導向表面,并以每一車輪組(4)的重心作為其中心(0)。
文檔編號B61F5/46GK1204990SQ97191270
公開日1999年1月13日 申請日期1997年10月17日 優先權日1996年10月24日
發明者吉野政雄 申請人:株式會社都市文化研究所