[发明专利]铁路车辆转向架轴箱变刚度定位装置

说明书

技术领域

本发明涉及铁路车辆转向架的设计和制造技术，具体地指一种铁路车辆转向架轴箱变刚度定位装置。

背景技术

铁路车辆是一种在专设轨道上运行的特殊车辆，其沿专设轨道运行时可自行导向，无需控制方向。转向架属铁路车辆上最重要的部件之一，它支承整个货物重量和车体本身的重量。传统转向架大多是包含两个侧架组成和一个摇枕组成的三大件式结构，侧架组成的两端导框通过轴箱承载鞍和轴承装置安装在前后轮对组成上，摇枕组成的两端则通过两组中央弹簧悬挂装置安装在侧架组成的中央方框内。轴箱承载鞍和轴承装置是联系侧架组成和轮对组成的活动关节，其使车轮沿轨道线路的滚动转化为车体沿轨道线路的平动，并能灵活地沿直线线路运行和顺利地通过曲线。

铁路车辆在轨道上高速运行时，将伴随产生复杂的冲击、振动现象。而传统轴箱承载鞍与侧架组成的两端导框之间普遍采用的是刚性连接结构，其存在的缺点是轴箱承载鞍与侧架导框之间为干摩擦的刚性定位，摩擦力呈线性增大，不能适应车辆高速运行的需要，且轮轨横向力较大，增加了列车脱轨的风险。为了减少轨道线路不平顺和轮对高速运动对车体的各种动态影响，如纵向冲击、垂向振动、横向振动等，本领域技术人员根据各种车况的不同，往往会在铁路车辆转向架的侧架导框与轮对组成之间增设弹性装置，该弹性装置一般称为轴箱弹性悬挂装置。轴箱弹性悬挂装置在车辆直线运行是否平稳、能否顺利通过曲线、并保证车辆安全运行等方面都起着重要的作用。

随着铁路车辆载荷量的不断增加，车辆自身轴重在不断增大，车辆运行速度也在不断提高，这对车辆转向架的质量和性能要求也越来越高。在重载高速状态下，车辆轮对沿轨道运动时就更容易激起车体的摇头运动，导致车辆运行品质大幅降低，严重时还会引起车辆脱轨事故。同时，车辆通过曲线时的轮轨横向力也不能太大，否则车辆也有脱轨的可能。

而直接影响铁路车辆在直线上的蛇行临界运行速度和车辆在曲线上的通过性能的关键部件之一就是轴箱弹性悬挂装置，其结构形状设计和弹性刚度参数设计至关重要。为了提高车辆在直线上运行时的蛇行临界运行速度，必须要求轴箱弹性悬挂装置的纵向定位刚度大些；为了使车辆在通过曲线时轮轨之间的横向力不要太大，又要求轴箱弹性悬挂装置的纵向定位刚度小些。

目前，提高车辆在直线上的蛇行临界运行速度和提高车辆在曲线上的通过性能是一对矛盾体，在车辆转向架轴箱弹性悬挂装置的具体设计中很难兼顾。这是因为，现有两种主要的轴箱弹性悬挂装置均无法同时满足上述要求：一种是设置在轴箱承载鞍顶面与侧架导框底面之间的垂向弹性装置，该装置虽然对转向架的垂向减振具有一定的作用，但轴箱承载鞍与侧架导框的侧面之间为刚性硬接触，没有任何缓冲装置，不仅对于转向架的横向振动和纵向振动抑制效果较差，而且结构设计较为复杂、参数匹配难度很大，装配通用性较差，在提速和重载时无法兼顾车辆在直线上的蛇行临界运行速度和车辆在曲线上的通过性能要求。另一种是既设置有垂向弹性装置，又在轴箱承载鞍与侧架导框的两侧之间设置有纵向弹性装置，这样更容易实现对转向架纵向冲击的减振和控制，但由于前、后纵向弹性装置的刚度均是固定不变的，受这种结构形态的限制，随着其位移的增大，转向架的载荷呈线性或等比例增大，仍无法完全兼顾车辆在直线上的蛇行临界运行速度和车辆在曲线上的通过性能要求，同时也存在列车脱轨的风险，大大降低了轴箱弹性悬挂装置的作用。

如何有效提升重载高速车辆运行的直线平稳性能和曲线通过性能，一直是本领域技术人员试图解决的难题，这对改善铁路车辆的营运品质、保障铁路车辆的安全性能具有重要的现实意义。

发明内容

本发明的目的就是要针对现有轴箱弹性悬挂装置所存在的缺陷进行改造，提供一种可同时兼顾车辆直线蛇行临界运行速度和车辆曲线通过性能要求的铁路车辆转向架轴箱变刚度定位装置。

为实现上述目的，本发明所设计的铁路车辆转向架轴箱变刚度定位装置，安装在车辆转向架的轴箱承载鞍与车辆转向架的侧架导框之间，其特殊之处在于：

它包括设置在轴箱承载鞍顶面与侧架导框底面之间的垂向弹性体，还包括分别设置在轴箱承载鞍与侧架导框前后侧面之间的纵向弹性体。

所述纵向弹性体至少具有一个小刚度弹性元件和一个大刚度弹性元件，所述小刚度弹性元件设置在弹性体预压缩装置中、并且在预压缩载荷F1的作用下与大刚度弹性元件串联布置。