專利名稱：大抗菱剛度鐵道貨車轉(zhuǎn)向架的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及鐵道貨車轉(zhuǎn)向架，具體地指一種大抗菱剛度鐵道貨車轉(zhuǎn)向架。
背景技術(shù)：
鐵道貨車轉(zhuǎn)向架是鐵道貨車的關(guān)鍵性部件。傳統(tǒng)的鐵道貨車轉(zhuǎn)向架大多數(shù)包含兩 個側(cè)架組成和一個搖枕組成的三大件式結(jié)構(gòu)。側(cè)架組成的兩端導(dǎo)框通過承載鞍和軸承組成 安裝在前后輪對組成上，搖枕組成的兩端則通過兩組中央彈簧懸掛裝置安裝在側(cè)架組成的 中央方框內(nèi)。中央彈簧懸掛裝置主要由位于中間的承載彈簧組件、位于兩側(cè)的減振彈簧和 位于減振彈簧頂端的斜楔構(gòu)成，斜楔上垂直的主摩擦面和傾斜的副摩擦面分別與側(cè)架組成 的側(cè)架立柱面和搖枕組成的搖枕八字面摩擦接觸，承載彈簧組件、減振彈簧及其上的斜楔 一起承擔(dān)搖枕組成的載荷。搖枕組成的上部兩側(cè)設(shè)置有下旁承組成，其與搖枕組成的心盤 共同承載車體重量。轉(zhuǎn)向架中還設(shè)置有基礎(chǔ)制動裝置，用于對貨車實(shí)施剎車。上述三大件式結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)向架雖然具有構(gòu)造簡單、輪重均載性好、制造和檢修成本低 廉的優(yōu)點(diǎn)，但也存在搖枕組成和側(cè)架組成之間連接結(jié)構(gòu)松散、抗菱變形的剛度差的缺陷，由 此不足以抵抗搖枕組成和側(cè)架組成之間劇烈的搖頭運(yùn)動，導(dǎo)致轉(zhuǎn)向架通過曲線軌道時其輪 對組成對鋼軌的沖角偏大，輪軌磨耗增多。特別是中央彈簧懸掛裝置的斜楔具有較大的設(shè) 計(jì)頂角(其副摩擦面與鉛垂面之間的夾角)，大約在35 70°的范圍內(nèi)，其抗菱剛度十分 有限，當(dāng)搖枕組成相對于側(cè)架組成作縱向運(yùn)動時，搖枕八字面對斜楔的作用力的垂向分力 將大于斜楔主、副摩擦面的摩擦力的垂向分力之和，此時斜楔會向下運(yùn)動，使搖枕組成與側(cè) 架組成之間的縱向距離變小，搖枕組成與側(cè)架組成之間即可產(chǎn)生相對轉(zhuǎn)動，發(fā)生菱形變形。 這樣，車輛的臨界速度只能較低，車輛運(yùn)行速度受限，運(yùn)行品質(zhì)不高，不能滿足鐵道貨車大 幅提速的需要。為了解決上述問題，目前提速貨車采用了在兩個側(cè)架組成之間加裝交叉支撐裝置 或加裝彈簧托板的方式，以增強(qiáng)傳統(tǒng)鐵道貨車轉(zhuǎn)向架的抗菱剛度。但加裝交叉支撐裝置或 彈簧托板的結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜、簧下質(zhì)量偏重、制造和檢修成本也偏高。因此，對傳統(tǒng)的鐵路貨 車轉(zhuǎn)向架進(jìn)行改進(jìn)，設(shè)計(jì)一種具有足夠抗菱剛度和優(yōu)良動力學(xué)性能的轉(zhuǎn)向架，對改善鐵道 車輛的運(yùn)行品質(zhì)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的就是要克服現(xiàn)有加裝交叉支撐裝置或彈簧托板的轉(zhuǎn)向架所存 在的不足，提供一種結(jié)構(gòu)簡單可靠、制造和維護(hù)成本低廉、具有優(yōu)良動力學(xué)性能和曲線通過 能力、滿足鐵道貨車大幅提速需要的大抗菱剛度鐵道貨車轉(zhuǎn)向架。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型所設(shè)計(jì)的大抗菱剛度鐵道貨車轉(zhuǎn)向架，包括前后輪 對組成、兩個側(cè)架組成、一個搖枕組成和兩組中央彈簧懸掛裝置，所述輪對組成的兩端安裝 有軸承組成，所述側(cè)架組成的兩端導(dǎo)框通過承載鞍承放在所述軸承組成上，所述搖枕組成 的兩端安裝在所述中央彈簧懸掛裝置上，所述中央彈簧懸掛裝置承放在所述側(cè)架組成的中央方框內(nèi)。所述中央彈簧懸掛裝置包括承載彈簧組件、安裝在承載彈簧組件兩側(cè)的減振彈 簧、以及安裝在減振彈簧頂部的小頂角斜楔，所述小頂角斜楔的主摩擦面與側(cè)架組成的側(cè) 架立柱摩擦板貼合，所述小頂角斜楔的副摩擦面與搖枕組成的搖枕八字面貼合。其特殊之 處在于所述小頂角斜楔的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)滿足如下數(shù)學(xué)關(guān)系α =16 30°，且μ <tga < μ+μ10其中，α為所述副摩擦面與鉛垂面之間的夾角，μ為所述主摩擦面的摩擦系數(shù)， μ！為所述副摩擦面的摩擦系數(shù)。本實(shí)用新型將所述小頂角斜楔中α的最大值限定為30°，遠(yuǎn)小于傳統(tǒng)斜楔中 35 70°的大頂角設(shè)計(jì)，并且限定tg α < μ+P1，這樣當(dāng)搖枕組成相對于側(cè)架組成作縱向 運(yùn)動時，搖枕八字面對斜楔的作用力的垂向分力始終小于斜楔的主摩擦面和副摩擦面摩擦 力的垂向向上分力之和，從而確保斜楔不會向下運(yùn)動(鎖死)，搖枕組成和側(cè)架組成不能產(chǎn) 生相對轉(zhuǎn)動，搖枕組成和側(cè)架組成之間具有足夠大的抗菱剛度。當(dāng)然，如果α值過小到接 近斜楔主摩擦面的摩擦角，會使斜楔在搖枕組成相對于側(cè)架組成向下運(yùn)動時自鎖，惡化轉(zhuǎn) 向架的動力學(xué)性能。故本實(shí)用新型同時將所述小頂角斜楔中α的最小值限定為16°，并 且限定μ <tg α，這樣可確保斜楔在搖枕組成作上下運(yùn)動的過程中也能自由運(yùn)動(不鎖 死)，從而使整個轉(zhuǎn)向架具有優(yōu)良動力學(xué)性能和曲線通過能力。較佳地，所述小頂角斜楔的設(shè)計(jì)寬度L = 200 260mm。該寬度大約是傳統(tǒng)變摩擦 斜楔(變摩擦斜楔是指斜楔安裝在置于側(cè)架組成中央方框內(nèi)的減振彈簧上，斜楔的減振摩 擦力隨搖枕組成承受的垂直載荷的改變而成正比改變)寬度的1.3倍以上，這既增大了小 頂角斜楔抵抗搖枕和側(cè)架之間菱形變形力矩的力臂長度，又增加了小頂角斜楔主、副摩擦 面與側(cè)架立柱摩擦板和搖枕八字面的接觸面積，從而進(jìn)一步提高搖枕組成和側(cè)架組成之間 的抗菱剛度。更佳地，所述減振彈簧的力學(xué)性能滿足如下數(shù)學(xué)關(guān)系=K1Xctga =KXC/2y ；其 中，K1為所述減振彈簧的剛度，K為所述中央彈簧懸掛裝置的總剛度(可由設(shè)計(jì)要求確定)， C為鐵道貨車轉(zhuǎn)向架的相對摩擦系數(shù)，且C的取值范圍為0. 05 0. 15，μ即是所述主摩擦 面的摩擦系數(shù)。因減振彈簧的剛度K1與小頂角斜楔的Ctga成反比，可根據(jù)α值的變化 相應(yīng)調(diào)節(jié)K1值，從而確保取得合適的摩擦減振力，不致使衰減車輛的垂向振動和橫向振動 的摩擦力過大。本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)在于所設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)向架的小頂角斜楔既可保證在搖枕組成作上下 運(yùn)動時能自由運(yùn)動，又可保證在搖枕組成作縱向移動時鎖死，這樣轉(zhuǎn)向架在沒有側(cè)架交叉 支撐裝置或彈簧托板的條件下仍具有足夠大的抗菱剛度和優(yōu)良的動力學(xué)性能，而小頂角斜 楔寬度大于傳統(tǒng)變摩擦斜楔1. 3倍以上的設(shè)計(jì)也從另一方面強(qiáng)化了其抗菱剛度和動力學(xué) 性能，從而可大幅提高車輛運(yùn)行的臨界設(shè)計(jì)速度和曲線通過能力，改善鐵道車輛的運(yùn)行品 質(zhì)。同時，該轉(zhuǎn)向架結(jié)構(gòu)簡單、簧下質(zhì)量輕、制造和檢修成本低廉，符合時速120km/h鐵道貨 車制造的設(shè)計(jì)要求，可滿足鐵道貨車大幅提速的需要。

圖1為一種大抗菱剛度鐵道貨車轉(zhuǎn)向架的立體結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為圖1所示轉(zhuǎn)向架的中央彈簧懸掛裝置的剖視結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為圖2所示中央彈簧懸掛裝置的小頂角斜楔的結(jié)構(gòu)參數(shù)標(biāo)示圖；[0014]圖4為圖2所示中央彈簧懸掛裝置的小頂角斜楔在搖枕組成縱向運(yùn)動時的受力平 衡示意圖；圖5為圖2所示中央彈簧懸掛裝置的小頂角斜楔在搖枕組成向下運(yùn)動時的受力平 衡示意圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本實(shí)用新型作進(jìn)一步的詳細(xì)描述如圖1所示，本實(shí)用新型的大抗菱剛度鐵道貨車轉(zhuǎn)向架，主要由前后輪對組成4、 兩個側(cè)架組成1、一個搖枕組成2、兩組中央彈簧懸掛裝置8、兩個下旁承組成3以及基礎(chǔ)制 動裝置5構(gòu)成。輪對組成4的兩端安裝有軸承組成7，側(cè)架組成1的兩端導(dǎo)框通過承載鞍6 承放在軸承組成7上。搖枕組成2的兩端安裝在中央彈簧懸掛裝置8上，中央彈簧懸掛裝 置8承放在側(cè)架組成1的中央方框內(nèi)。如圖2所示，中央彈簧懸掛裝置8主要由承載彈簧組件Sc、安裝在承載彈簧組件 8c兩側(cè)的減振彈簧Sb、以及安裝在減振彈簧8b頂端的小頂角斜楔8a構(gòu)成。承載彈簧組件 8c和減振彈簧8b的下端安裝在側(cè)架組成1的中央方框彈簧承臺上。使小頂角斜楔8a垂直 的主摩擦面Sa1與側(cè)架組成1的側(cè)架立柱摩擦板Ia貼合接觸，小頂角斜楔8a傾斜的副摩 擦面Sa2與搖枕組成2的搖枕八字面2a貼合接觸，由此實(shí)現(xiàn)小頂角斜楔8a的減振摩擦力 與搖枕組成2承受的垂直載荷成正比。小頂角斜楔8a屬變摩擦斜楔類別，在車輛空、重不 同載重運(yùn)行時都能較好地起到摩擦減振作用。圖3標(biāo)示了小頂角斜楔8a的主要結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)L和α。其中L為小頂角斜楔8a 的寬度，α為小頂角斜楔8a的副摩擦面Sa2與鉛垂面之間的夾角，它們滿足如下數(shù)學(xué)關(guān)系 L = 200 260讓，α = 16 30°，且μ < tg α < μ +μ 這里，μ為小頂角斜楔8a的 主摩擦面Sa1的摩擦系數(shù)，μ ！為小頂角斜楔8a的副摩擦面Sa2的摩擦系數(shù)。根據(jù)α值的 設(shè)計(jì)要求，可以選擇合適的材料或結(jié)構(gòu)使μ值和P1值也達(dá)到設(shè)計(jì)要求。圖4標(biāo)示了搖枕組成相對于側(cè)架組成作縱向運(yùn)動時，搖枕八字面2a給小頂角斜楔 8a的作用力N、搖枕八字面2a與小頂角斜楔8a的副摩擦面Sa2之間的摩擦力Ff、以及側(cè)架 立柱摩擦板Ia與小頂角斜楔8a的主摩擦面Sa1之間的摩擦力Fz。由圖4可知，小頂角斜楔 8a所受作用力N的垂向分力Ny = NX sin α，小頂角斜楔8a所受作用力N的縱向分力Nz = NXcosa。且小頂角斜楔8a同時受其主摩擦面8 和副摩擦面8a2向上的摩擦力阻止，主 摩擦面Sa1上產(chǎn)生的摩擦力Fz = NzX μ =NXcosa X μ，副摩擦面8a2上產(chǎn)生摩擦力Ff = NX μ 10 牛艮據(jù)設(shè)計(jì)要求 Ny < Fz+Ff X cos α，艮口 NXsina < NXcosa Χμ +NX μ ^ cos a , 簡化后即得tga < μ+μ10這樣，小頂角斜楔8a被其主摩擦面Sa1和副摩擦面Sa2的摩擦 力鎖死而不能向下運(yùn)動，搖枕組成和側(cè)架組成之間具有足夠大的抗菱剛度。圖5標(biāo)示了搖枕組成相對于側(cè)架組成作向下運(yùn)動時，搖枕八字面2a給小頂角斜楔 8a的作用力N、搖枕八字面2a與小頂角斜楔8a的副摩擦面Sa2之間的摩擦力Ff、以及側(cè)架 立柱摩擦板Ia與小頂角斜楔8a的主摩擦面Sa1之間的摩擦力Fz。由圖5可知，小頂角斜楔 8a所受作用力N的垂向分力Ny = NX sin α，小頂角斜楔8a所受作用力N的縱向分力Nz = NX cos α。但小頂角斜楔8a只受其主摩擦面Sa1向上摩擦力Fz的阻止，而其副摩擦面Sa2 上的摩擦力Ff是向下的，主摩擦面Sa1上產(chǎn)生的摩擦力Fz = NzX μ =NXcosa Χμ。根據(jù)設(shè)計(jì)要求Fz < Ny，SP NXcosa X μ < NX sin a，簡化后即得μ < tg a。這樣，小頂角 斜楔8a不會被其主摩擦面Sa1的摩擦力鎖死，在搖枕組成作上下運(yùn)動時能自由運(yùn)動，可保 證轉(zhuǎn)向架在車輛運(yùn)行中正常衰減振動的功能。由圖5還可知，小頂角斜楔8a的減振力主要是其主摩擦面Sa1產(chǎn)生的摩擦力Fz，而 摩擦力Fz還與減振彈簧8b的承載力P相關(guān)，F(xiàn)z = PXctga X μ，P = K1Xy,其中=K1為減 振彈簧8b的剛度，y為減振彈簧8b的撓度。由此可得Fz = K1XyXctga X μ。為保持小頂 角斜楔8a適度的減振力，所設(shè)計(jì)減振彈簧8b的力學(xué)性能應(yīng)滿足如下數(shù)學(xué)關(guān)系=K1Xctga =KXC/2y ；其中，K為中央彈簧懸掛裝置8的總剛度，C為鐵道貨車轉(zhuǎn)向架的相對摩擦系 數(shù)，且C的取值范圍為0.05 0.15。由于K值和μ值是由設(shè)計(jì)要求確定的，這樣當(dāng)α值 趨小時，ctg α相應(yīng)趨大，減振彈簧8b的剛度K1可相應(yīng)選小，從而確保鐵道貨車轉(zhuǎn)向架的相 對摩擦系數(shù)C始終穩(wěn)定在0. 05 0. 15的范圍內(nèi)，不致使衰減車輛的垂向和橫向振動的摩 擦力過大。本實(shí)用新型采用上述結(jié)構(gòu)后，在不加裝側(cè)架交叉支撐裝置或彈簧托板的情況下， 同樣具有足夠的抗菱剛度、較高的臨界速度、以及極好的曲線通過性能，適用于時速120km/ h的新型鐵道貨車，滿足鐵道貨車大幅提速的需要。
權(quán)利要求一種大抗菱剛度鐵道貨車轉(zhuǎn)向架，包括前后輪對組成(4)、兩個側(cè)架組成(1)、一個搖枕組成(2)和兩組中央彈簧懸掛裝置(8)，所述輪對組成(4)的兩端安裝有軸承組成(7)，所述側(cè)架組成(1)的兩端導(dǎo)框通過承載鞍(6)承放在所述軸承組成(7)上，所述搖枕組成(2)的兩端安裝在所述中央彈簧懸掛裝置(8)上，所述中央彈簧懸掛裝置(8)承放在所述側(cè)架組成(1)的中央方框內(nèi)，所述中央彈簧懸掛裝置(8)包括承載彈簧組件(8c)、安裝在承載彈簧組件(8c)兩側(cè)的減振彈簧(8b)、以及安裝在減振彈簧(8b)頂部的小頂角斜楔(8a)，所述小頂角斜楔(8a)的主摩擦面(8a1)與側(cè)架組成(1)的側(cè)架立柱摩擦板(1a)貼合，所述小頂角斜楔(8a)的副摩擦面(8a2)與搖枕組成(2)的搖枕八字面(2a)貼合，其特征在于所述小頂角斜楔(8a)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)滿足如下數(shù)學(xué)關(guān)系α＝16～30°，且μ＜tgα＜μ+μ1；其中，α為所述副摩擦面(8a2)與鉛垂面之間的夾角，μ為所述主摩擦面(8a1)的摩擦系數(shù)，μ1為所述副摩擦面(8a2)的摩擦系數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大抗菱剛度鐵道貨車轉(zhuǎn)向架，其特征在于所述小頂角斜楔 (8a)的寬度 L = 200 260mm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的大抗菱剛度鐵道貨車轉(zhuǎn)向架，其特征在于所述減振彈 簧(8b)的力學(xué)性能滿足如下數(shù)學(xué)關(guān)系=K1Xctga =KXC/2y ；其中，K1為所述減振彈簧 (8b)的剛度，K為所述中央彈簧懸掛裝置(8)的總剛度，C為鐵道貨車轉(zhuǎn)向架的相對摩擦系 數(shù)，且C的取值范圍為0. 05 0. 15。
專利摘要一種大抗菱剛度鐵道貨車轉(zhuǎn)向架，包括前后輪對組成、兩個側(cè)架組成、一個搖枕組成和兩組中央彈簧懸掛裝置。中央彈簧懸掛裝置包括承載彈簧組件、位于承載彈簧組件兩側(cè)的減振彈簧、以及位于減振彈簧頂部的小頂角斜楔。小頂角斜楔的主摩擦面與側(cè)架組成的側(cè)架立柱摩擦板貼合，小頂角斜楔的副摩擦面與搖枕組成的搖枕八字面貼合，小頂角斜楔的結(jié)構(gòu)參數(shù)滿足如下數(shù)學(xué)關(guān)系L＝200～260mm，α＝16～30°，并且μ＜tgα＜μ+μ1。其中，L為小頂角斜楔的寬度，α為其副摩擦面與鉛垂面的夾角，μ為其主摩擦面的摩擦系數(shù)，μ1為其副摩擦面的摩擦系數(shù)。該轉(zhuǎn)向架結(jié)構(gòu)簡單可靠，制造和維護(hù)成本低廉，具有足夠的抗菱剛度和優(yōu)良動力學(xué)性能和曲線通過能力，可滿足鐵道貨車大幅提速的需要。
文檔編號B61F5/06GK201646753SQ20102017800
公開日2010年11月24日 申請日期2010年4月27日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月27日
發(fā)明者孫明道, 徐勇, 李永江, 王寶磊 申請人:南車長江車輛有限公司