[发明专利]圆柱踏面独立车轮构架转向架

说明书

本发明是一种车辆转向架，特别是一种轮轨车辆转向架。

车辆从地面移到钢轨上行驶有两大进步：一是前进阻力减小了，二是导向的问题由车轮的圆锥或磨耗形踏面及轮缘解决了。但是随着高速铁路的发展出现了两个新的问题：一是机车车辆、线路损坏加快。日本是高速铁路运行最早(从64年开始)的国家，原打算白天开行客车夜间开行货车，因损坏快维修量大，只能将夜间改为维修养护时间。法国的高速铁路也是将零点至6点作为维修时间，德国采用模块式结构，能够快速更换损坏的模块。为了减小噪声对环境的影响，日本在高速列车过城市时将线路架高3～4层楼高，使噪声向空中发散；法国采用隔音挡墙^[1]。这两个问题成了高速铁路发展的主要障碍！虽然各国高速车转向架有不同的改进，但仍未脱离是一种自激系统的模式，若要解决以上两个问题，必须建立非自激转向架。

本发明的目的：从基础科学出发发明一种全新的转向架，减小高速列车及城轨交通中机车车辆线路的损坏，降低噪声。

本发明要求保护的技术方案是有三点：一是将现在车轮的圆锥踏面改为圆柱踏面；二是将轮对改为独立的车轮，两个独立的车轮与构架组成一个独立的转向单元——构架转向架；三是将构架转向架安装在车底向下伸出的在垂直于车厢纵轴的平面内与铅垂线夹角为轨底坡度的转轴上，可以绕其自由转动，这样构架与车轮平面都垂直于轨底面，踏面与轨顶的几何关系仍同锥形踏面，其相互作用力也不变^[2]，每辆车安装4个构架转向架。

本发明与现有转向架相比所具有的有益的效果：

1、增大了车轮踏面与钢轨的接触面积，减小了钢轨与车轮踏面的波纹磨耗，特别是钢轨磨耗成平顶或钢轨改进为平顶之后；

2、重力刚度、重力角刚度的大小与锥形踏面相同，但重力角刚度作用不同，锥形踏面的重力角刚度是负刚度，即一旦有转角就使其扩大，是对运动稳定性的一种破坏，直至其它因素限制了它的恶化。本转向架的重力角刚度是正刚度，即一旦有转角它使其缩小，在转弯时它使冲角减小，成为径向转向架。

3、转向架是转向的，由于本转向架质量、转动惯量都很小，转动处均用滚动轴承，所以很小的轮轨作用力就能使其转向，作用力小，噪声也小。

4、本发明每节车厢有4个独立的转向架，转向架的蛇形是不同步的，很难引起车厢的蛇形运动。

5、软钢——软钢的滚阻系数为0.05mm，淬火钢——淬火钢的滚阻系数为0.01mm，可是铁路车辆的钢轮箍——钢轨的滚阻系数为(0.50～0.55)mm^[3]，滚阻系数是由材料的物理性质硬度决定的，铁路车辆的轮箍，钢轨都是较硬的钢，为什么滚阻系数如此之大？这是因为轮箍锥形踏面与钢轨的接触班有一定的宽度，虽然接触斑内发生了弹塑性变形在这宽度内的滚动半径仍然是不同的，它类似于轮对横摆滚动半径改变引起的蠕滑，每一轮都产生局部蠕滑，又由于这是一空间力系，产生一附加阻力，宏观上增加了滚阻系数。改成圆柱轮箍踏面后就避免了这一现象，使滚阻系数回到(0.01～0.05)mm的范围内，这不仅减小了前进的阻力，而且大幅度地减小了轮轨的磨耗及噪声。

附图中下图为侧视图，右半部分展示车轮与构架的弹簧联接，左半部分将车厢与转向架的联接部分剖开，展示其内部构造。

1——车厢；        2——车轴；

3——止推轴承；    4——轴承；

5——板簧式构架；  6——螺旋弹簧组；

7——圆柱踏面车轮；8——钢轨；

9——轨枕；        10——轨枕垫；

11——轴承套筒；   12——斜轴；

α——轨底坡度。

实现发明的最好方式：在车厢(1)底部两边固定一根斜轴(12)，它在垂直于车辆纵轴的平面内与铅垂线之间的向外斜度等于轨底坡度。圆柱踏面独立车轮构架转向架，通过止推轴承(3)、轴承(4)、轴承套筒(11)与斜轴(12)联接。转向架的两圆柱踏面车轮(7)通过车轴(2)螺旋弹簧组(6)与板簧式构架(5)的两端弹性联接，板簧既是构架也是二系弹簧，其刚度按垂向、侧向刚度要求设计，板簧的中间固定在轴承套简(11)上。钢轨(8)通过与水平面斜度为α的轨枕垫(10)或承轨槽固定在轨枕(9)上。轨底坡度α可采用现行的1∶20或根据高速要求设计，斜轴的斜角与轨底坡度保持一致，以增加圆柱踏面与磨耗变为的轨顶或专用平顶钢轨轨顶的接触面积，减小踏面与钢轨的磨耗。附图中省略了减振器及制动装置。