强制转向铁路转向架系统技术方案

在火车转向架中，所公开的强制转向系统可在直道段和弯道段上取得最佳的或近似最佳的轮组对心。将弯道上的过度转向和转向不足限制在最低程度，在直轨段上行驶的转向架将摆动限制成最小或消除。其中公开了一个刚性框架和一种悬挂结构，两者可与强制转向系统配合使用。这种强制转向系统根据车厢厢体和转向架之间的方法将一个力引至轮子悬挂系统，从而以一种对于直道和弯道的运转性均为最佳的方式来改变轮组几何关系。（*该技术在2013年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术通常涉及铁路工业，尤其涉及一种用于支承火车车厢的转向架(一般指世界上许多地方称之为“bogie”的转向架)。传统的标准货车铁路车厢均包括一个转向架，在该架的两端设有两个或多个用于支承铁路车厢厢体的轮组。常规的铁路货车转向架被称为是一种三件的转向架结构，虽然这种转向架具有五个或更多个主要部件，如一个横梁、两个侧柱、和两组轮组。(一组轮组是一根轴、两个轮子和支承件的刚性组件，每个轮子均固定在该轴上且不能单独转动)。传统的铁路转向架结构允许在直轨和弯轨上运行，但存在严重缺陷。这些转向架可借助每个车轮锥形的和允许每根轮组轴在弯轨上偏驶的传统设计来通过直段或弯段。更详细地说，根据每个轮子和铁轨之间的接触点，这种轮子具有不同的半径，且每个轮子的转动将通过不同的直线距离。在铁轨的直道段上，一个轮组中的每个轮子均理想地以相同的半径与轨道接触，因而相对给定的轮子转动，每个轮子通过相同的直线距离。而在弯道上，在弯道外侧与铁轨接触的轮子具有较大的半径，且通过比弯道内侧长的直线距离。这些不等的轮子半径理想地引起轴偏驶，因而转入弯道。这种轮组的偏驶必须要求每个轮组和转向架之间为非刚性的连接。传统的三件铁路转向架结构具有这种非刚性连接。每个侧框架都基本上与铁轨平行对齐且与各轮组的一端相连接。横梁是一个跨在每个侧框架上的横向件并将其装在车厢厢体上，从而形成转向架在弯道上相对车厢厢体的转动。每个侧框架与横梁的非刚性连接形成侧框架和连于其上的轮组轴相对转向架横梁的运动。长期以来，一直以吸收和释能装置来构成这种非刚连接，如利用弹簧和/或弹簧和减振器。当采用锥形轮子和允许轮组偏驶并允许在直轨段和弯轨段上运行的非刚性轮组安装结构时，传统的设计是有缺陷的。这种常规结构所面临的问题是即使是在直轨上，锥形轮结构也会使轮子随着波长约为55至65英尺的正弦波而波动。结果在初始对心偏差或某些干扰力的作用下，一组轮组中的每个轮子将以不同的半径与铁轨相接触。轮子半径的差异引起轴从在大半径上滚动的轮子上偏离来调整不等的半径。这种偏驶由设在侧框和横梁间的连接予以最大限度的限制，且在达到极限时，偏驶的方向将转变。这将导致出现明显的正弦摆动。轮子半径方面的差异使得传统的三件转向架结构为平行四边形，因而产生滚动阻力及接着而来的轮子与铁轨的磨损。轴偏驶加速度随速度增加，且产生足以使轮子在铁轨上爬升的横向于轮子的力。通常，轮轴偏驶还产生横向加速度，还有可能损坏铁道车厢结构或所装载的货物。为了使在直道上转向的有害因素减至最少，轮组轴应刚性且与铁轨垂直地被支承。原则上，这一目标可由增加弯转力矩和挠曲力矩来实现，而上述力矩的增加则有赖于根据横梁和车厢厢体之间的以及侧框架和横梁之间的相对运动来增加刚度和摩擦力来实现。虽然，在运输竞争较小的年代里曾允许这种传统的三件转向器结构的不太理想的性能，但现在变化的运输战略则敦促铁路行业试图在改善燃料消耗、降低维护费、减少装货危险、以及更佳的生产力的等方面来改善运营成本，并以较少的车次，较快的速度及较高的载荷来经常地获得同样或更高的年吨位。但是，为改善直轨上的性能在强度和摩擦力方面的增加反过来即由于降低了转向的能力而使得在弯轨段上转向效果恶化。这种矛盾的要求使得传统的三件转向器处于绝境。因此铁路行业所面临的问题是如何同时在直道和弯道上同时提供最佳的或接近最佳的运行。在使用目前的火车转向器时，滚动阻力是燃料消耗的主要原因。滚动阻力还是形成轮子和铁轨磨损的原因之一，而上述两者又是维修费用的主要因素。横向摆动是货物损坏的一个主要原因。最终，现有的铁路转向器结构也限制了在1900年建立的运行速度的发展。运输危险材料-如化学物品或核材料-的公认的危险增加了不计成本确保安全的要求。前人已经根据传统的转向架就这些问题的解决进行了许多尝试，但这些尝试的解决方案或在技术上不可行或因经济原因而不成立。为了使轴在弯道上径向移动，随着在轮组轴之间的被动依从的连接，已经发展出所谓的自转向径向转向架。该转向架消除了一些在弯道上运行所产生的问题，但通常并未改善直轨性能，实际上还可能形成一些在直轨上运行的问题，从而使在直轨上行驶变得很勉强。这种结构要求相对未磨损的高锥度轮子伸展轮廓(如40∶1)，就象在美国本土之外所使用的那样。在美国，轮面的锥率低(20∶1)。对于低锥度轮廓和磨损后的高锥度轮廓，使用这种被动依从连接将导致在直道上行驶不稳。这些径向转向架具有在直道上运动不稳定的特性(摆动)，这将导致高摩擦和磨损，以及低劣的乘行质量和脱轨的可能。另一种改善运行性能企图包括在转向架对面的每组轮组中一个轮子的横向连接，以使轴的平行四边形最小且摆动趋势最小。如美国专利US4，480，553(申请人Scheffel)该专利于1984年11月6日授权。轮组的横向连接连接着轮组，从而由在铁轨接触点上轮组滚动半径的差异所产生的自然转向力引起拖曳轴向径向位置推引导轴。这种横向连接对于低速货车可以产生一些改进，但通常在高速下不能使用，因为在直道上仍有摆动问题。另一种改善运行性能的尝试则是以刚性臂和弹性连接材料来连接转向轮组，以在轮组之间允许有相对运动。如果将这种系统设计成通常使用的弹性减振器的线性系统，则其不可能具备所需的性能，这是由于使用环境远非线性，尤其是考虑到转向架、轮子和铁轨的磨损。参见美国专利US4，781，124，1988年11月1日授权，申请人List。但这种尝试的解决方案亦不能同时提供最佳的直轨和弯轨性能。虽然现有技术中的转向器改善了弯道上的性能，但并未满足其它要求。每个这种系统均试图使每根轮组对准曲率中心。遗憾的是，对于直道的最大刚度的要求与弯道运行中的最小刚性的要求相矛盾，这种解决方案是不完善的。即使被动转向系统在弯道是最佳的，其在直道上的性能则被降低。而且，根据单一轮组相对铁轨的几何条件或至多根据转向架相对铁轨的几何条件来形成一个被动转向系统的转向力，但这样仍不能使转向架的每组轮组或铁路车厢定向一致。还有一些尝试，试图实施一种安装有连杆机构或柔性系统的强制转向系统，以使两根轮组轴协调运动。如，1981年10月20日授予Dickharf等的美国专利4，295，428和1974年2月授予List的美国专利U3，789，770。这些在先实施例强制转向的尝试均不适用。本专利技术通过提供一种转向架而有效地克服了常规技术和先有技术解决方案中的限制，这种转向架可以一种理想的方式在弯道上转向，且在直轨段上仍无摆动，本专利技术包括几个方面。在一个重要的方面里，本专利技术在一个转向架中提供一种组合，其中一个刚性框架具有一条横臂和若干条纵向端臂，所述横臂具有可转动地将转向架固定于铁路车厢厢体上的装置，而所述纵向端臂刚性设置于通常与其垂直延伸的横臂上，将轮组悬挂于框架上并允许轮组相对于框架沿纵向、在一个水平面内可转动地垂直运动的装置;将铁道车厢厢体连接在悬挂装置上，用以控制轮组运动的装置。在另一个重要方面，连接装置根据车厢厢体相对框架的运动控制车轮的运动。连接装置最好控制这种运动使轮组径向与铁轨曲率中心对齐。利用相对框架转动设置的可转动件，设置于车厢厢体和可转动件之间用以根据角度关系转动可转动件的连接装置以及相对框架纵向移动轮组的装置来简单地实现连接装置。在本专利技术的另一方面，本文档来自技高网...

【技术保护点】
在一种至少以两组轮组（２３）将火车车厢（２１）沿纵向支承于铁轨（２４）上的转向架（２２）中，其总成包括：ａ．一个具有横臂（４２）和纵端臂（４４）的框架（４１），所述横臂带有可转动地将所述转向架（２２）固定于所述火车车厢厢体（２１）上的装置，所述纵端臂刚性地装在所述横臂（４）之上并沿与其相垂直的方向延伸；ｂ．用于将所述轮组（２３）悬挂于所述框架（４１）上的装置（４６），该装置允许所述轮组（２３）相对于所述框架（４１）沿纵向可转动地在一个水平面内运动，且其垂直地处于所述框架（４１）和所述轮组（２３）所处的位置之间；ｃ．为控制所述轮组的运动，将所述火车车厢的所述厢体（２１）连接于所述悬挂装置上的装置（４９）。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：保罗S威克，
申请(专利权)人：西屋电气公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]