中心销式迫导向径向机构转让专利
申请号 : CN200610104136.2
文献号 : CN100588578C
文献日 : 2010-02-10
发明人 : 宋晓文 , 李言义 , 乔青峰
申请人 : 南车青岛四方机车车辆股份有限公司
摘要 :
本发明所述中心销式迫导向径向机构，具有迫导向、自导向及柔性导向性能的径向转向架，采用全新的径向调整机构以减小轮对相对构架的纵向定位刚度，使转向架通过曲线时，轮对尽可能向半径方向靠拢，由此而减小噪声、磨耗并提高曲线粘着利用。具有一构架，转向架通过中心销与车体连接并向上弹性地支撑着车体，其具有两组轮对和一径向调整机构。径向调整机构具有一中心转盘，一组纵向推杆分别连接在中心转盘的端部，纵向推杆的另一端分别连接一转臂；转臂连接并通过定位套组成一定位在转向架构架侧梁上，连接并通过定位套组成二定位在转向架构架横梁上。两组拉杆分别各自对接在转臂上，拉杆的另一端分别与转向架前后轮对的轴箱体连接。
权利要求 :
1、一种中心销式迫导向径向机构，具有一转向架，转向架包括有一 构架(20)、两组轮对(14)和一径向调整机构，构架(20)通过中心销(1)与车体(18)连接并向上弹性地支撑着车体(18)，其特征在于：所述径向调整机构具有，一个连接于中心销(1)底部并随同中心销
(1)一起运动的中心转盘(2)，
两个纵向推杆(3)分别连接在中心转盘(2)的端部，纵向推杆(3) 的另一端分别连接一转臂，2个转臂(5，16)分别连接并通过各自的第一定位套组成(6)定位在 构架侧梁(42)上，且分别连接并通过各自的第二定位套组成(24)定 位在构架横梁(41)；
两组拉杆分别各自对接在两转臂上，拉杆的另一端分别与所述两组 轮对(14)的轴箱体连接；
所述的第一定位套组成(6)具有一个第一定位套(21)和一安装 套(22)，第一定位套(21)与构架侧梁(42)的扭轴座(13)之间采用过 盈配合的安装方式，安装套(22)通过螺栓与第一定位套(21)固定 连接在一起，所述转臂一端安装的第一关节轴承(23)压入到安装套 (22)内部；通过第一定位套组成(6)，转臂一端连接并定位在构架 侧梁(42)上；
所述的第二定位套组成(24)具有一个第二定位套(25)，第二定位 套(25)通过螺栓固定于焊接在构架横梁(41)上的扭轴支座(8)；在 转臂一端安装的第二关节轴承(26)压装在第二定位套(25)内。
2、根据权利要求1所述的中心销式迫导向径向机构，其特征在于： 所述连接在轮对和转臂之间的每组拉杆中，采用的拉杆长度并不相同。
3、根据权利要求2所述的中心销式迫导向径向机构，其特征在于： 两组拉杆的长度均互不相同。
4、根据权利要求3所述的中心销式迫导向径向机构，其特征在于： 所述连接在轮对和转臂之间的每一拉杆具有一拉杆体(30)，拉杆体(30) 的一端连接在转臂的第三关节轴承(34)上，拉杆体(30)的另一端连 接在轮对的轴箱体(11)上；在拉杆体(30)上对称地设置有一组螺母 和锁紧垫片以从两侧分别调整拉杆的长度。
5、根据权利要求4所述的中心销式迫导向径向机构，其特征在于： 在每一拉杆的任意端部设置有能起到连接作用的橡胶节点，设置橡胶节 点采取中心对称，外部设置一节点套。
6、根据权利要求1、2或3所述的中心销式迫导向径向机构，其特 征在于：在每一拉杆的任意端部设置有能起到连接作用的橡胶节点，设 置橡胶节点采取中心对称，外部设置一节点套。
7、根据权利要求6所述的中心销式迫导向径向机构，其特征在于： 所述的中心转盘，通过一渐开线花键与中心销紧固连接。
说明书 :
技术领域
本发明涉及一种用于轨道车辆转向架的径向机构，具体地是采用中 心销式迫导向径向机构，属于机械制造领域。
背景技术
随着我国铁路交通的全面提速，以及城市轻轨和轨道交通的快速发 展，高速行驶运营的机车对于转向架结构和使用安全提出了更高要求。
轨道车辆的转向架是一固定前后轮对的刚性构架，现有应用于两轴、 且牵引方式为中心销牵引的转向架，基本采用中心销扭臂和水平连杆的 导向机构，其轮对相对于构架具有较大的纵向定位刚度。因此当转向架 通过曲线时，一个转向架上的两个轮对基本保持平行，这样轮对与轨道 间必然会形成冲角，由此而产生较大的噪声和磨耗，以及形成与曲线粘 降的突出矛盾，从而导致轨道车辆的过弯角不能过大、运行速度受限。
衡量导向机构导向效果的一个参数叫导向增益，它是轮对相对构架 的回转角与转向架相对车体回转角之比。现有中心销牵引的转向架在特 定曲线上的导向性能较差，其导向增益设计不合理，转向架轮对与轨道 的匹配未达到最佳状态，从而使得轮缘磨耗较大。
总结上述影响轨道车辆的速度和稳定性的问题是，现有的径向转向 架缺乏柔性导向性能，在特定曲线上不能实现迫导向和自导向的统一。
轨道车辆的转向架是一固定前后轮对的刚性构架，现有应用于两轴、 且牵引方式为中心销牵引的转向架，基本采用中心销扭臂和水平连杆的 导向机构，其轮对相对于构架具有较大的纵向定位刚度。因此当转向架 通过曲线时，一个转向架上的两个轮对基本保持平行，这样轮对与轨道 间必然会形成冲角，由此而产生较大的噪声和磨耗，以及形成与曲线粘 降的突出矛盾，从而导致轨道车辆的过弯角不能过大、运行速度受限。
衡量导向机构导向效果的一个参数叫导向增益，它是轮对相对构架 的回转角与转向架相对车体回转角之比。现有中心销牵引的转向架在特 定曲线上的导向性能较差，其导向增益设计不合理，转向架轮对与轨道 的匹配未达到最佳状态，从而使得轮缘磨耗较大。
总结上述影响轨道车辆的速度和稳定性的问题是，现有的径向转向 架缺乏柔性导向性能，在特定曲线上不能实现迫导向和自导向的统一。
发明内容
本发明所述中心销式迫导向径向机构，其目的在于解决上述现有技 术问题而实现一种同时具有迫导向、自导向及柔性导向性能的径向转向 架，通过取消现有转向架的中心销扭臂和水平连杆机构，对一系定位刚 度和纵向阻尼进行优化，采用全新的径向调整机构以减小轮对相对构架 的纵向定位刚度，实现同一个转向架上的两个轮对相对构架可以较自由 地实现摇头运动。从而使转向架通过曲线时，轮对尽可能向半径方向靠 拢，由此而减小噪声、磨耗并提高曲线粘着利用。
为实现上述发明目的，即实现迫导向、自导向及柔性三种转向架的 组合设计，所述中心销式迫导向径向机构采用模块化设计，针对线路特 定曲线的特点提供具有不同导向增益的径向机构，以使转向架轮对与轨 道的匹配达到最佳。
所述中心销式迫导向径向机构，其主要结构方案是：
具有一构架，转向架通过中心销与车体连接并向上弹性地支撑着车 体，其具有两组轮对和一径向调整机构。具体地，
所述的径向调整机构具有，
一中心转盘，该转盘连接于中心销底部并随同中心销一起运动；
一组纵向推杆分别连接在中心转盘的端部，纵向推杆的另一端分别 连接一转臂；
转臂连接并通过定位套组成一定位在转向架构架侧梁上，同时连接 并通过定位套组成二定位在转向架构架横梁上；
两组拉杆分别各自对接在转臂上，拉杆的另一端分别与转向架前后 轮对的轴箱体连接。
如上述基本结构的中心销式迫导向径向机构，其实现迫导向使用原 理是：当车体高速行驶经过一特定曲线，转向架会相对于车体形成一回 转角α，通过中心销而带动中心转盘相对于转向架偏转同样的角度α；
由于中心转盘相对于转向架转动，通过纵向推杆沿顺时针/或逆时针 旋转，在纵向推杆的带动下，两侧转臂绕转向架构架侧梁、以及转向架 构架横梁的定位端的中心轴线旋转。
在两侧转臂的旋转带动下，转向架左、右两侧的两组拉杆，一组拉 杆被向两边扩展推出，另一组拉杆被同时向中心收缩，从而使得两根车 轴呈“八”字形展开。
使用上述径向调整机构，对应于转向架相对于车体形成的回转角α， 在两组拉杆的作用下，转向架轮对会相对于构架回转一个角度β。
从而，使得转向架轮对基于径向调整机构的迫导向力而向曲线弯角 的半径方向靠拢，由此而减小轮对行驶在轨道上产生的噪声和磨耗，形 成径向柔性导向作用。
所述的中心销式迫导向径向机构，进一步的改进方案是：
为适应动力和无动力转向架的设计要求，以及提高转向架应对不同 行驶曲线的能力，所述连接在轮对和转臂之间的每组拉杆中，拉杆长度 并不相同，而是一长、一短的配置方式。
而且，两组拉杆的长度均互不相同，以根据使用情况进行调节。
所述的定位套组成一，具有一定位套和安装套。该定位套与转向架 构架侧梁的扭轴座之间采用过盈配合的安装方式。安装套通过螺栓与定 位套固定连接在一起，所述转臂一端安装的关节轴承压入到安装套内部。
通过上述定位套组成一，转臂一端连接并定位在转向架构架侧梁上。
所述的定位套组成二，具有一定位套，该定位套通过螺栓固定在焊 接于转向架构架横梁上面的扭轴支座上；
所述转臂一端安装的关节轴承压装在上述定位套内。
所述连接在轮对和转臂之间的每一拉杆，具有一拉杆体，拉杆体一 端连接在转臂的关节轴承上，拉杆体的另一端连接在轮对的轴箱体上；
在拉杆体上对称地设置有一组螺母和锁紧垫片，以从两侧分别调整 拉杆的长度。
为了隔离转向架一系的震动，在每一拉杆的任意端部设置有能起到 连接作用的橡胶节点，设置橡胶节点采取中心对称，外部设置一节点套。
所述的中心转盘，通过一渐开线花键与中心销紧固连接。
综上内容，本发明所述中心销式迫导向径向机构具有以下优点和有 益效果：
1、实现了迫导向、自导向及柔性导向性能的设计结合，所采用的径向 调整机构可有效地减小轮对相对构架的纵向定位刚度，实现同一个 转向架上的两个轮对相对构架可以较自由地实现摇头运动。
2、转向架通过曲线时，轮对尽可能向半径方向靠拢，由此而减小噪声、 磨耗并提高曲线粘着利用。
3、所述的径向调整机构主要应用于两轴且采取中心销牵引方式的转 向架，既可用于机车、动车、城轨车辆的动力转向架上面，也可以 用于无动力的铁路转向架上面，适用范围较广。
为实现上述发明目的，即实现迫导向、自导向及柔性三种转向架的 组合设计，所述中心销式迫导向径向机构采用模块化设计，针对线路特 定曲线的特点提供具有不同导向增益的径向机构，以使转向架轮对与轨 道的匹配达到最佳。
所述中心销式迫导向径向机构，其主要结构方案是：
具有一构架，转向架通过中心销与车体连接并向上弹性地支撑着车 体，其具有两组轮对和一径向调整机构。具体地，
所述的径向调整机构具有，
一中心转盘，该转盘连接于中心销底部并随同中心销一起运动；
一组纵向推杆分别连接在中心转盘的端部，纵向推杆的另一端分别 连接一转臂；
转臂连接并通过定位套组成一定位在转向架构架侧梁上，同时连接 并通过定位套组成二定位在转向架构架横梁上；
两组拉杆分别各自对接在转臂上，拉杆的另一端分别与转向架前后 轮对的轴箱体连接。
如上述基本结构的中心销式迫导向径向机构，其实现迫导向使用原 理是：当车体高速行驶经过一特定曲线，转向架会相对于车体形成一回 转角α，通过中心销而带动中心转盘相对于转向架偏转同样的角度α；
由于中心转盘相对于转向架转动，通过纵向推杆沿顺时针/或逆时针 旋转，在纵向推杆的带动下，两侧转臂绕转向架构架侧梁、以及转向架 构架横梁的定位端的中心轴线旋转。
在两侧转臂的旋转带动下，转向架左、右两侧的两组拉杆，一组拉 杆被向两边扩展推出，另一组拉杆被同时向中心收缩，从而使得两根车 轴呈“八”字形展开。
使用上述径向调整机构，对应于转向架相对于车体形成的回转角α， 在两组拉杆的作用下，转向架轮对会相对于构架回转一个角度β。
从而，使得转向架轮对基于径向调整机构的迫导向力而向曲线弯角 的半径方向靠拢，由此而减小轮对行驶在轨道上产生的噪声和磨耗，形 成径向柔性导向作用。
所述的中心销式迫导向径向机构，进一步的改进方案是：
为适应动力和无动力转向架的设计要求，以及提高转向架应对不同 行驶曲线的能力，所述连接在轮对和转臂之间的每组拉杆中，拉杆长度 并不相同，而是一长、一短的配置方式。
而且，两组拉杆的长度均互不相同，以根据使用情况进行调节。
所述的定位套组成一，具有一定位套和安装套。该定位套与转向架 构架侧梁的扭轴座之间采用过盈配合的安装方式。安装套通过螺栓与定 位套固定连接在一起，所述转臂一端安装的关节轴承压入到安装套内部。
通过上述定位套组成一，转臂一端连接并定位在转向架构架侧梁上。
所述的定位套组成二，具有一定位套，该定位套通过螺栓固定在焊 接于转向架构架横梁上面的扭轴支座上；
所述转臂一端安装的关节轴承压装在上述定位套内。
所述连接在轮对和转臂之间的每一拉杆，具有一拉杆体，拉杆体一 端连接在转臂的关节轴承上，拉杆体的另一端连接在轮对的轴箱体上；
在拉杆体上对称地设置有一组螺母和锁紧垫片，以从两侧分别调整 拉杆的长度。
为了隔离转向架一系的震动，在每一拉杆的任意端部设置有能起到 连接作用的橡胶节点，设置橡胶节点采取中心对称，外部设置一节点套。
所述的中心转盘，通过一渐开线花键与中心销紧固连接。
综上内容，本发明所述中心销式迫导向径向机构具有以下优点和有 益效果：
1、实现了迫导向、自导向及柔性导向性能的设计结合，所采用的径向 调整机构可有效地减小轮对相对构架的纵向定位刚度，实现同一个 转向架上的两个轮对相对构架可以较自由地实现摇头运动。
2、转向架通过曲线时，轮对尽可能向半径方向靠拢，由此而减小噪声、 磨耗并提高曲线粘着利用。
3、所述的径向调整机构主要应用于两轴且采取中心销牵引方式的转 向架，既可用于机车、动车、城轨车辆的动力转向架上面，也可以 用于无动力的铁路转向架上面，适用范围较广。
附图说明
图1是所述径向调整机构应用于城市轨道车辆动力转向架的示意图；
图2是所述中心销式迫导向径向机构的三维轴侧图；
图3为图2的示意性仰视三维轴侧图；
图4是所述转向架构架与径向调整机构的接口示意图
图5是现有传统转向架与采用本发明转向架通过曲线时对比示意图；
图6是所述中心销式迫导向径向机构通过左曲线时的各件运动方向 示意图；
图7是车辆总体安装示意图；
图8是所述定位套组成一的安装示意图；
图9是所述定位套组成二的安装示意图；
图10是每一拉杆的组成结构示意图。
如上述附图具有，中心销1，中心转盘2，花键201，纵向推杆3， 长拉杆4，转臂5，定位套组成一6，短拉杆7，扭轴支座8，长拉杆9， 短拉杆10，轮对轴箱体11，扭轴座12，侧梁扭轴座13，轮对14，纵向 推杆15，转臂16，车体18，车辆总体19，动力转向架20，定位套21， 安装套22，关节轴承23，定位套组成二24，定位套25，关节轴承26， 橡胶节点27，节点套28，螺母29，拉杆体30，螺母31，锁紧垫片32， 转臂关节轴承34，锁紧垫片35，转向架横梁41，转向架侧梁42。
图2是所述中心销式迫导向径向机构的三维轴侧图；
图3为图2的示意性仰视三维轴侧图；
图4是所述转向架构架与径向调整机构的接口示意图
图5是现有传统转向架与采用本发明转向架通过曲线时对比示意图；
图6是所述中心销式迫导向径向机构通过左曲线时的各件运动方向 示意图；
图7是车辆总体安装示意图；
图8是所述定位套组成一的安装示意图；
图9是所述定位套组成二的安装示意图；
图10是每一拉杆的组成结构示意图。
如上述附图具有，中心销1，中心转盘2，花键201，纵向推杆3， 长拉杆4，转臂5，定位套组成一6，短拉杆7，扭轴支座8，长拉杆9， 短拉杆10，轮对轴箱体11，扭轴座12，侧梁扭轴座13，轮对14，纵向 推杆15，转臂16，车体18，车辆总体19，动力转向架20，定位套21， 安装套22，关节轴承23，定位套组成二24，定位套25，关节轴承26， 橡胶节点27，节点套28，螺母29，拉杆体30，螺母31，锁紧垫片32， 转臂关节轴承34，锁紧垫片35，转向架横梁41，转向架侧梁42。
具体实施方式
实施例1，如图1至图10所示，本发明所述中心销式迫导向径向机 构，应用于两轴、且牵引方式为中心销牵引的动力转向架20，转向架20 具有两组轮对14，并且弹性地支撑着一铁路车辆总体19的车体18。在 本实施例中，铁路车辆19是一台自带动力的城轨车辆。
所述中心销式迫导向径向机构，通过中心销1与车体18。
所述的径向调整机构，具有中心转盘2，该转盘2通过花键201连接于 中心销1的底部并随同中心销1一起运动。
一组纵向推杆3和15分别连接在中心转盘2的端部，另一端分别连 接转臂5和16。
转臂5和16，分别连接并通过各自的定位套组成一6，定位在转向 架侧梁42上；同时，分别连接并各自通过定位套组成二24，定位在转向 架横梁41上。
两组拉杆4、7、9、10，分别各自对接在转臂5和16上，拉杆的另 一端分别与转向架前后轮对14的轴箱体11连接。
所述径向调整机构的组件安装方式如下：
扭轴支座8焊接于转向架横梁41上，中心转盘2通过渐开线花键201 同中心销1固定，同中心销1一起运动。
定位套组成一6安装于转向架侧梁42的扭轴座13内，其中定位套 21与扭轴座13是过盈配合，随后安装套22通过螺栓与定位套21固定在 一起，然后再将安装有关节轴承23的转臂5压入安装套22内。
在定位套组成二24中，将压装有关节轴承26的转臂5压入到定位 套25，通过螺栓将定位套25固定在扭轴支座8上。
通过长、短拉杆4、7、9和10，分别与轴箱体11相连接，并在连接 处通过橡胶节点27、以及外部设置的节点套28进行缓冲。
当然，上述橡胶节点27也可设置在纵向推杆3的一端、纵向推杆15 的一端、或是两根纵向推杆3和15与拉杆的连接处。
如图10所示，长、短拉杆4、7、9和10的组件长度是可以根据需 要进行相应的调整。
每一拉杆具有拉杆体30，其一端连接在转臂5的关节轴承34上，拉 杆体30的另一端连接在轮对14的轴箱体11上。
调整拉杆体30完成后，拧紧螺母29、螺母31，最后将锁紧垫片32、 锁紧垫片35压紧即可。
应用本发明所述的中心销式迫导向径向机构，利用通过曲线时转向 架20相对车体18的回转角α，通过径向调整机构迫使转向架20上的轮 对14相对转向架20回转另一个角度，如β。
假设在本实施中，转向架20通过的是左向曲线：
a、车体18在离心力的作用下，将会相对于转向架20向右偏转一 个角度α，从而带动中心销1相对于转向架20向右偏转一个角度α；
b、由于中心转盘2与中心销1是固定在一起的，所以中心销1将 会带动中心转盘2相对于转向架20向右偏转一个角度α；
c、中心转盘2相对于转向架20的转动，将会带动两根纵向推杆3 和15沿中心销1中心轴线顺时针旋转(如图6所示)；
d、如在纵向推杆3的带动下，转臂5绕扭轴座12和侧梁扭轴座13 的中心轴线在A处逆时针旋转，在B处顺时针旋转(如图6所示)；
e、在转向架20右侧，转臂5的逆时针旋转，将会推动长拉杆4、 短拉杆7向两边扩展；
f、基于相同的道理，在转向架20左侧的长拉杆9、短拉杆10，将 会在左侧转臂16的顺时针旋转下向中间收缩，从而使得两根车轴呈“八” 字形；
g、在所述径向调整机构的作用下，轮对14相对于转向架20回转 另一个角度β，最终达到预期的径向效果。
如上所述，结合附图中的结构方案，本实施例仅就本发明所述中心 销式迫导向径向机构的优选实施例进行了描述。对于所属领域技术人员 来说可以据此得到启示，而直接推导出符合本发明设计构思的其他替代 结构。由此得到的其他结构特征，也应属于本发明所述的方案范围。
所述中心销式迫导向径向机构，通过中心销1与车体18。
所述的径向调整机构，具有中心转盘2，该转盘2通过花键201连接于 中心销1的底部并随同中心销1一起运动。
一组纵向推杆3和15分别连接在中心转盘2的端部，另一端分别连 接转臂5和16。
转臂5和16，分别连接并通过各自的定位套组成一6，定位在转向 架侧梁42上；同时，分别连接并各自通过定位套组成二24，定位在转向 架横梁41上。
两组拉杆4、7、9、10，分别各自对接在转臂5和16上，拉杆的另 一端分别与转向架前后轮对14的轴箱体11连接。
所述径向调整机构的组件安装方式如下：
扭轴支座8焊接于转向架横梁41上，中心转盘2通过渐开线花键201 同中心销1固定，同中心销1一起运动。
定位套组成一6安装于转向架侧梁42的扭轴座13内，其中定位套 21与扭轴座13是过盈配合，随后安装套22通过螺栓与定位套21固定在 一起，然后再将安装有关节轴承23的转臂5压入安装套22内。
在定位套组成二24中，将压装有关节轴承26的转臂5压入到定位 套25，通过螺栓将定位套25固定在扭轴支座8上。
通过长、短拉杆4、7、9和10，分别与轴箱体11相连接，并在连接 处通过橡胶节点27、以及外部设置的节点套28进行缓冲。
当然，上述橡胶节点27也可设置在纵向推杆3的一端、纵向推杆15 的一端、或是两根纵向推杆3和15与拉杆的连接处。
如图10所示，长、短拉杆4、7、9和10的组件长度是可以根据需 要进行相应的调整。
每一拉杆具有拉杆体30，其一端连接在转臂5的关节轴承34上，拉 杆体30的另一端连接在轮对14的轴箱体11上。
调整拉杆体30完成后，拧紧螺母29、螺母31，最后将锁紧垫片32、 锁紧垫片35压紧即可。
应用本发明所述的中心销式迫导向径向机构，利用通过曲线时转向 架20相对车体18的回转角α，通过径向调整机构迫使转向架20上的轮 对14相对转向架20回转另一个角度，如β。
假设在本实施中，转向架20通过的是左向曲线：
a、车体18在离心力的作用下，将会相对于转向架20向右偏转一 个角度α，从而带动中心销1相对于转向架20向右偏转一个角度α；
b、由于中心转盘2与中心销1是固定在一起的，所以中心销1将 会带动中心转盘2相对于转向架20向右偏转一个角度α；
c、中心转盘2相对于转向架20的转动，将会带动两根纵向推杆3 和15沿中心销1中心轴线顺时针旋转(如图6所示)；
d、如在纵向推杆3的带动下，转臂5绕扭轴座12和侧梁扭轴座13 的中心轴线在A处逆时针旋转，在B处顺时针旋转(如图6所示)；
e、在转向架20右侧，转臂5的逆时针旋转，将会推动长拉杆4、 短拉杆7向两边扩展；
f、基于相同的道理，在转向架20左侧的长拉杆9、短拉杆10，将 会在左侧转臂16的顺时针旋转下向中间收缩，从而使得两根车轴呈“八” 字形；
g、在所述径向调整机构的作用下，轮对14相对于转向架20回转 另一个角度β，最终达到预期的径向效果。
如上所述，结合附图中的结构方案，本实施例仅就本发明所述中心 销式迫导向径向机构的优选实施例进行了描述。对于所属领域技术人员 来说可以据此得到启示，而直接推导出符合本发明设计构思的其他替代 结构。由此得到的其他结构特征，也应属于本发明所述的方案范围。