一种高速铁道车辆转向架

技术领域

本发明涉及转向架技术领域，特别涉及一种高速铁道车辆转向架。

背景技术

现有高速转向架都采用整体构架式转向架，整体构架式转向架无菱形变形，抗菱刚度大，能增强转向架的运行稳定性，即加强转向架高速运行时的蛇行稳定性，但所述整体构架式转向架的扭转刚度大，线路适应能力差，曲线通过能力差，传统的整体构架式转向架无法解决运行稳定性和曲线通过性之间的矛盾。

随着高速铁路的发展和人民生活水平的提高，转向架的速度要求会越来越高，为了加快速度和减小运行时间，转向架需要高速通过曲线，而整体构架式转向架的扭转刚度大，曲线通过能力较差，所以要求一系悬挂性能优越和线路曲线半径较大，这就使得转向架和轨道的前期投入成本较高，后期的维护保养成本也较高。

现有转向架一系悬挂装置的一个定位部件需要提供两个以上的定位刚度，这种定位方式需要对一个部件进行刚度分配的权衡，需要对其不同方向的刚度进行优化和取舍，无法保证不同方向的定位刚度都为最优刚度，这将影响车辆的动力学性能，使得一系悬挂装置的设计和优化难度大大增加。

按照轴箱布置在轮对外侧和内侧的不同，转向架可分为外轴箱转向架和內轴箱转向架。外轴箱转向架的簧下质量大、转向架整体质量大，轮轨作用力大，轮轨冲击也较大，且外轴箱转向架曲线通过能力也较差、牵引耗能和噪音较大，相反，內轴箱转向架有自重小、簧下质量低、轮轨动力学作用力低、曲线通过能力强、牵引能源消耗低和噪音小等优点，能更好的满足铁路车辆经济性、环保性和轻量化要求。而我国目前高速转向架都为外轴箱转向架，还没有实际运营的高速內轴箱转向架。

我国目前还没有实际投入使用的高速货运转向架，随着我国物流市场的不断扩大和飞速发展，需要更加快捷的运输方式，所以高速货运转向架的发展空间广大，且与航空和公路运输，铁路运输具有运量大、速度快、安全、节能、对环境污染最小等优势。

根据我国铁路发展状况，研发一种成本低、耗能小、速度高、高速运行稳定性好和线路适应能力强、曲线通过性好的转向架有利于我国高速转向架的发展。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的高速转向架存在的簧下质量大、线路适应能力弱、曲线通过能力弱等不足提供一种高速铁道车辆转向架。

为了实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：

一种高速铁道车辆转向架，包含：

轮对，包含车轮和车轴；

铰接构架，设于所述轮对内侧，包含两个侧梁和一个铰接横梁，所述侧梁中部具有下凹段，呈鱼腹型结构，所述铰接横梁通过法兰连接于两个所述下凹段之间，所述两个侧梁之间依靠铰接横梁能做绕横轴的相互自由点头扭转运动；

轴箱，设于所述轮对内侧，用于连接车轴；

一系悬挂装置，包含一系弹簧部件、一系定位部件和一系垂向减振器，所述一系定位部件包含两单拉杆和一个橡胶定位器，所述一系弹簧部件连接于所述轴箱两侧壁，所述两单拉杆连接于所述轴箱两侧壁，所述橡胶定位器连接于所述轴箱顶部，所述一系垂向减振器连接于所述轴箱侧壁。

二系悬挂装置，包含两个二系弹簧，所述二系弹簧设于所述侧梁下凹段上表面中心。

本发明所述的一种铁路车辆转向架，采用内轴箱方式布置，所述铰接构架支撑在所述轮对内侧，能减小铰接构架质量，同时能有效缩短车轴长度，降低转向架的簧下质量，从而减小转向架自重，有效降低轮轨磨耗，增强曲线通过能力，所述一系悬挂装置采用所述一系定位部件定位能使一系悬挂各个方向的定位刚度都由独立的部件提供，从而使一系悬挂装置各个方向的刚度能同时达到最优，使一系悬挂参数更加准确可靠，同时够进一步减小转向架的轴距；增加二系悬挂装置，即采用两系悬挂能有效改善转向架的垂向和横向性能，提高转向架的运行速度，满足转向架高速运行的要求。

优选的，所述铰接横梁包含内套筒和外套筒，内套筒和外套筒间布置有两个具有一定跨距的轴承，所述内套筒和外套筒通过端部的法兰一和侧梁中部内侧的法兰二连接，使用所述法兰结构连接便于铰接构架和转向架的拆装，而又不影响铰接构架的整体性，即铰接构架无菱形变形，且所述两个侧梁可以依靠铰接横梁进行绕横轴的自由点头扭转运动，两侧梁间的扭转刚度为零。

优选的，所述一系弹簧部件包含螺旋钢弹簧，能单独提供所述一系悬挂装置的垂向定位。

优选的，所述一系悬挂装置的定位部件包括纵向布置的两个单拉杆，所述两个单拉杆提供所述一系悬挂装置的整个纵向定位刚度，所述两个单拉杆上下偏置，即一高一低布置，其中一个拉杆高于车轴中心，其中一个单拉杆低于车轴中心，这种布置方式能使轴箱在受到纵向力的时候，两单拉杆上的纵向力会形成转矩，与一系垂向减振器施加给轴箱的转矩平衡，可有效抑制轴箱体的旋转，保证一系悬挂的稳定。

优选地，所述一系悬挂的定位部件包括纵向布置的两个单拉杆，所述两个单拉杆左右偏置，其中一个与车轮的横向距离大于另一个与车轮的横向距离，目的是优化轴箱的横向空间，便于一系垂向减振器、轮盘制动装置和轴盘制动装置的布置。

优选的，所述一系悬挂的定位部件还包括橡胶定位器，所述橡胶定位器布置在所述轴箱的顶部中心，所述橡胶定位器包括导柱和叠层橡胶，所述叠层橡胶开有缺口，所述缺口的开口方向垂直车轴的轴线，所述叠层橡胶开有缺口方向的刚度小于不开缺口方向的刚度，即所述橡胶定位器的横向刚度大于纵向刚度，能使橡胶定位器单独提供整个一系悬挂的横向定位刚度，同时不影响纵向定位刚度。

所述一种铁路车辆转向架，采用轮盘制动和轴盘制动，每个所述轮对上布置有轮盘和轴盘，铰接构架上布置相对应的轮盘制动装置和轴盘制动装置。

优选的，所述外套筒上安装有牵引拉杆和横向止挡，所述牵引拉杆采用单拉杆，布置于转向架中心，所述横向止挡设置两组，所述两组横向止挡关于转向架中心对称，所述侧梁上布置有二系横向减振器。

优选地，所述侧梁下凹段外侧凸出一个圆管梁，所述圆管梁上布置有二系垂向减振器和抗蛇行减振器，所述圆管梁偏离侧梁中心一定的纵向距离，便于在侧梁中部安装抗侧滚扭杆，所述抗侧滚扭杆可增加內轴箱转向架在高速运行时的抗侧滚能力。

所述抗侧滚扭杆布置在转向架中心，扭杆的中心轴线与铰接横梁的中心轴线重合，使抗侧滚扭杆不影响两个侧梁进行自由的点头扭转运动，能保证转向架同时拥有优越的抗侧滚能力、线路适应能力、曲线通过性和运行稳定性。

综上所述，与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1.转向架采用內轴箱布置方式，减小了转向架的簧下质量和构架的质量，从而能减小整个转向架的质量，使转向架的轮轨动力学作用力低、曲线通过能力强、牵引能源消耗低和噪音小。

2.转向架一系悬挂采用两个单拉杆进行纵向定位，采用橡胶定位器进行横向定位，采用弹簧部件进行垂向定位和使用一系垂向减振器进行阻尼减振，使转向架的各个方向的一系悬挂参数都由独立的部件提供，使得一系悬挂装置各方向的定位参数能进行单独控制，可以同时达到最优，使一系悬挂参数更准确可靠。

3.转向架的扭转刚度为零，转向架两个侧梁能完全自由扭转，安装的抗侧滚扭杆不影响两个侧梁的自由扭转，使转向架同时拥有优越的抗侧滚能力、均载能力、曲线通过能力、线路适应能力和运行稳定性，从根本上解决了传统转向架运行稳定性和曲线通过性之间的矛盾，且在所述轴箱内置的基础上能进一步增加转向架的曲线通过能力。

附图说明

图1为一种高速铁道车辆转向架的结构示意图；

图2为一种高速铁道车辆转向架的俯视图；

图3为铰接构架的结构示意图；

图4为铰接横梁的剖视图；

图5为侧梁的结构示意图；

图6为铰接横梁的安装示意图；

图7为一系悬挂装置的结构示意图；

图8为制动梁的结构示意图；

图9为抗侧滚扭杆的结构示意图。

图中标记：1-车轮，21-侧梁，22-铰接橫梁，221-内套筒，222-外套筒，223-轴承，224-中定位套筒，225-定位端盖，226-轴承定位套筒，23-圆管梁，24-制动梁，25-法兰一，26-法兰二，3-轴箱，31-车轴，32-轴盘，33-轮盘，41-一系弹簧部件，42-一系定位部件，43-一系垂向减振器，51-二系弹簧，6-牵引拉杆，71-抗蛇行减振器，72-抗侧滚扭杆，73-二系垂向减振器，74-牵引拉杆，75-二系横向减振器，76-轮盘制动装置，77-轴盘制动装置。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步的详细描述，但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。

如图1-9，本发明提供了一种高速铁道车辆转向架，包含：

轮对，包含车轮1和车轴31；

铰接构架，设于所述轮对内侧，包含两个侧梁21和一个铰接横梁22，所述侧梁21中部具有下凹段，呈鱼腹型结构，所述铰接横梁22通过法兰28连接于两个所述下凹段之间，所述两个侧梁21之间依靠铰接横梁22能做绕横轴的相互自由点头扭转；

轴箱3，设于所述轮对内侧，用于连接车轴31；

一系悬挂装置，包含一系弹簧部件41、一系定位部件42和一系垂向减振器43，所述一系弹簧部件41连接于所述轴箱3两侧壁，所述一系定位部件42连接于所述轴箱3两侧壁和顶部，所述一系垂向减振器43连接于所述轴箱3侧壁；

二系悬挂装置，包含两个二系弹簧51，所述二系弹簧51设于所述侧21梁下凹段上表面中心。

具体的，本实施例中示例包含所述轮对、铰接构架、一系悬挂装置和二系悬挂装置，每个所述轮对包含两个相对设置的车轮1，所述铰接构架和轴箱3均设于所述轮对内侧，所述轴箱 3 用于连接车轴 31，所述车轴 31 为中空构件。

如图4，所述铰接横梁22包含内套筒221和外套筒222，内套筒221和外套筒222间布置有两个有一定跨距的轴承223，所述两个轴承223中间设置一个中间定位套筒224，所述内套筒221左侧安装有轴承定位套筒226、端部安装有定位端盖225，所述外套筒223右侧安装有轴承定位套筒226、端部安装有定位端盖225，上述定位件都用于两轴承223的定位；如图5和图6，所述内套筒221和外套筒222通过端部的法兰一25和铰接构架中部内侧的法兰二26连接，使用所述法兰结构连接便于铰接构架和转向架的拆装，而又不影响铰接构架的整体性，即铰接构架无菱形变形；所述两个侧梁21可以依靠铰接横梁22进行绕横轴的自由点头运动，两侧梁21间的扭转刚度为零。

如图1和图2，所述两轴承223采用内径和外径相同的轴承，能减少内套筒221和外套筒222的直径变化数量，便于使用较少的定位件，同时有利于在外套筒222上安装牵引拉杆6和横向止挡74；所述牵引拉杆6采用单拉杆，布置于转向架中心，所述横向止挡74设置两组，所述两组横向止挡74关于转向架中心对称，充分利用了內轴箱转向架内部的空间，使转向架结构更加紧凑。

本发明利用轴承223内外圈自由旋转的特性，实现两侧梁21之间绕横轴的自由点头扭转运动，同时利用轴承223能承受轴向力和径向力的特性实现铰接构架的整体性，使铰接构架能承受垂向、横向和纵向的力以及能承受绕纵向轴和垂向轴的弯矩，只释放绕横轴转动的自由度，使转向架同时拥有优越的均载能力、高速运行稳定性、曲线通过性和线路适应性，从根本上解决了传统转向架高速运行过程中蛇行稳定性和曲线通过性的矛盾。

如图7，所述一系弹簧部件41设于轴箱3顶部，包含螺旋钢弹簧，能单独提供所述一系悬挂装置的垂向定位，所述一系垂向减振器43设于轴箱3侧壁，能单独提供所述一系悬挂装置的减振阻尼。

所述一系悬挂的定位部件42包括纵向布置的两个单拉杆，所述两个单拉杆提供所述一系悬挂装置的整个纵向定位刚度，所述两个单拉杆上下偏置，即一高一低布置，其中一个单拉杆高于车轴31中心，其中一个单拉杆低于车轴31中心，当轴箱3在受到纵向力的时候，上下偏置的两单拉杆上的纵向力可形成转矩，与一系垂向减振器43施加给轴箱3的转矩平衡，可有效抑制轴箱3的旋转，保证一系悬挂的稳定。同时，所述两个单拉杆左右偏置，其中一个与车轮1的横向距离大于另一个与车轮1的横向距离，能优化轴箱3的横向空间，便于一系垂向减振器43、轮盘制动装置76和轴盘制动装置77的布置；所述一系悬挂的定位部件42还包括橡胶定位器，所述橡胶定位器布置在轴箱3的顶部中心，所述橡胶定位器包括导柱和叠层橡胶，所述叠层橡胶在纵向开有缺口，即缺口方向垂直于车轴31的轴线。所述叠层橡胶开有缺口方向的刚度小于不开缺口方向的刚度，即所述橡胶定位器的横向刚度大于纵向刚度，能使橡胶定位器单独提供整个一系悬挂装置的横向定位刚度，同时不影响纵向定位刚度。

所述一系悬挂装置各个方向的定位都由不同的零部件实现，即可实现一系悬挂装置的垂向悬挂、纵向定位、横向定位和垂向减振阻尼分别由独立的部件实现，使各个方向的刚度都易调节，能保证一系悬挂各方向的悬挂参数更准确可靠，可实现一系悬挂各个方向定位刚度的单独设计，使得一系悬挂各个方向刚度可以同时达到最优，从而提高车辆的牵引性能、直线运行稳定性和曲线通过性。

二系弹簧51采用空气弹簧，所述二系弹簧能增强转向架的垂向和横向性能，便于进一步提高转向架的曲线通过性和高速运行稳定性，同时能使车体地板面高度在各种载荷情况下始终处于一定的高度范围，便于车辆的高速运行和站台的设计。

如图1、图2、图3、图8所示，转向架采用轮盘制动和轴盘制动，每个车轮1上布置一套轮盘33，每根车轴31上布置两套轴盘32，铰接构架上布置相对应的轮盘制动装置76和轴盘制动装置77，能满足转向架高速运行时制动的要求，所述轮盘制动装置76和轴盘装置77共用一组制动梁24，所述制动梁24靠近转向架中心，有利于制动时铰接构架的受力，所述制动梁24包括一根圆管和两个垂直圆管的腹板，所述两块腹板的横向间距和所述侧梁21两腹板的横向间距相等，便于在所述制动梁24和所述侧梁21的腹板拼接处进行焊接，所述制动梁24上还布置有二系横向减振器75。所述侧梁21下凹段外侧凸出一个圆管梁23，所述圆管梁23上布置有二系垂向减振器73和抗蛇行减振器71，所述圆管梁23偏离侧梁21中心一定的纵向距离，便于在侧梁21中部安装抗侧滚扭杆72，所述抗侧滚扭杆72可增加內轴箱转向架在高速运行时的抗侧滚能力。

所述抗侧滚扭杆72布置在转向架中心，扭杆721的轴线与铰接横梁22的轴线重合，使抗侧滚扭杆72不影响两个侧梁21进行自由的扭转运动，能保证转向架同时拥有优越的抗侧滚能力、线路适应能力、曲线通过性和运行稳定性。

本实施例所述的转向架，采用內轴箱布置方式，减小了转向架的簧下质量和铰接构架的质量，从而能减小整个转向架的质量，使转向架的轮轨动力学作用力低、曲线通过能力强、牵引能源消耗低和噪音小；转向架一系悬挂采用两个单拉杆进行纵向定位，采用橡胶定位器进行横向定位，采用弹簧部件进行垂向定位和使用一系垂向减振器进行阻尼减振，使转向架的各个方向的一系悬挂参数都由独立的部件提供，使得一系悬挂各方向的定位参数能进行单独控制，可以同时达到最优，使一系悬挂参数更准确可靠；转向架的扭转刚度为零，即转向架两个侧梁能完全自由转动，安装的抗侧滚扭杆不影响两个侧梁进行自由的点头运动，增强了转向架的抗侧滚能力、均载能力，线路适应能力和运行稳定性，进一步增加了转向架的曲线通过能力，能从根本上解决传统转向架运行稳定性和曲线通过性之间的矛盾；转向架的二系弹簧采用空气弹簧，所述二系弹簧具有良好的垂向和横向性能，可以提高转向架的高速运行稳定性和曲线通过性，同时能使车体底板面高度在各种载荷情况下始终处于一定的高度范围，便于车辆站台的设计。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。