轻型转向架承梁

摘要

轨行车辆转向架所用的轻型转向架承梁(10)从承梁(10)的靠近心盘(12)处的承梁(10)的受压构件(18)和受拉构件(20)中去除了金属。该承梁(10)包括位于承梁臂(14,16)每一端的纵向肋(48),和一对横向延伸的垂直肋(30),这对垂直肋(30)位于心盘(12)的相对两侧,并且从受拉构件(20)向受压构件(18)延伸。承梁(10)满足美国铁路协会(A.A.R.)对转向架承梁的设计标准,同时它的重量明显小于传统的转向架承梁。

说明书

发明领域

本发明通常涉及轨行车辆转向架，特别是涉及轻型轨行车辆转向架承梁(bolster)。

背景技术

轨行车辆转向架是跨在轨道上并且支撑轨行车辆车身的带轮车辆。在每个车身之下通常用两个转向架。每个转向架包括轮对(wheel sets)，该轮对包括两个轮子，这两个轮子彼此横向隔开，并且通过横向延伸的轴连接。轴颈轴承压在每个轴上。横向隔开的侧架支撑在轮对上。侧架是纵向细长的，并且限定了纵向隔开的、向下开口的导框口。轴承接头安装在导框口中，并且接头可旋转地容纳轮对轴颈轴承。轮对和侧架通过轴承接头装在一起。

转向架承梁在每个侧架之间横向延伸。转向架承梁包括心盘，和两个相对的、细长的承梁臂，该承梁臂从心盘下向外横向延伸。臂和承梁整体上，由一个顶板，又被称为受压构件，和一个底板，又被称为受拉构件，和两个直立结构或侧壁形成。承梁臂向外延伸一个长度，因此在使用时，承梁臂穿过在侧架中的承梁臂开口延伸。转向架承梁安装在螺旋弹簧上，该螺旋弹簧也安装在承梁臂开口中，并且支撑在侧架上。螺旋弹簧支撑轨行车辆和有效负载的重量，并缓冲由不平的铁路轨道引起的震动。

美国铁路协会(“A．A．R”)提出转向架承梁的结构要求。这些要求包括转向架承梁应足够强以支撑轨行车辆的重量和其有效负载，并且还应表现出承梁的长期运行的抗疲劳能力。因为轨行车辆转向架承梁必须具有高强度，转向架承梁传统上由铸钢制成，并且构成了铁路动车的全部重量的主要部分。在铁路线运输工业中，为了保护轨道的安全和运行状态，对运送货物有重量限制。结果，放置在轨行车辆中或之上的货物量受到轨行车辆车身，转向架和其它轨行车辆部件的重量影响。这样，轨行车辆(包括转向架承梁)的重量的减少将导致铁路线所有者运送货物的整体能力的增加。因此，在保持承梁的强度和抗疲劳能力的同时，减少转向架承梁的重量是非常理想的。

发明概述

因此，本发明的一个目的是通过减小转向架承梁的整体重量来减小铁路动车的重量。本发明的另一个目的是减小转向架承梁的重量而不减小强度或抗疲劳性。

简而言之，本发明涉及从转向架承梁的受压和受拉构件去掉金属，并且将一对垂直肋定位在承梁心盘的相对两侧上。垂直肋从受拉构件延伸到受压构件。受压构件的壁厚度在靠近心盘处比传统承梁薄，并且从心盘到承梁臂末端厚度逐渐增加。类似的，受拉构件的壁厚度在靠近承梁中心较薄，并且向着承梁臂末端厚度逐渐增加。受拉和受压构件都是连续的而无减重孔。为了补偿受压和受拉构件的材料的损失以及由此对强度的损失，横向延伸的垂直肋附加到心盘的相对两侧上，以便给承梁提供所需的结构强度。显然，公开的承梁的重量比传统的转向架承梁轻，因此导致可由铁路线所有者运输的货物总运输能力的增加。特别是，已公开的承梁的重量已经减少了超过230磅，对典型的100节列车来说，总计可减轻超过46，000磅的重量。该显著的重量减轻又带来铁路线所有者运输的货物的显著增加。

另外，公开的轻型转向架承梁由单体承梁型芯铸造成，这产生了几个制造优点。传统上，使用三到五个型芯部件，这在浇注工序例如型芯移位时将导致问题。型芯移位又导致尺寸不一致，和较大的壁厚度，这因此导致承梁重量的增加。而这些问题因单体型芯而被消除。并且，由于是单体型芯，承梁壁厚度可以减小而不存在多芯移位而产生的壁过薄的可能。而且，除了用单体型芯可增加生产效率外，则不再需要一般用于支撑多-型芯的芯撑来支撑型芯了。取而代之的是，模具支撑单体型芯。不使用芯撑时，例如产生应力集中以及在精加工承梁时去除芯撑的疤痕等有关问题得以消除。而且，使与精加工承梁有关的成本显著降低。

通过对本说明书的完整阅读和对本发明的全面理解，才能理解本发明的目的，内容和优点。因此，为了完成本说明书，在附图的简要描述后，进行对本发明和优选实施例的具体描述。

附图的简要说明

下面参考附图描述本发明的优选实施例。在附图中，下面的图形具有以下的特征：

图1是本发明的转向架承梁的侧视图；

图2是图1中的发明的半-顶平面视图和半-底平面视图；

图3是沿着图2的线3-3的本发明的截面图。

在附图中，在不同的图中对相同的结构使用相同的附图标记。

参考图1-3，图中描述了轻型转向架承梁的优选实施例，该实施例符合转向架承梁的A．A．R结构标准，同时其重量明显小于传统的转向架承梁。优选的转向架承梁10包括一个心盘12，两个相对的、细长的承梁臂14和16，这对承梁臂从心盘之下横向向外延伸。臂和承梁整体上，由受压构件18，受拉构件20和两个竖立结构或侧壁22形成。受压和受拉构件，和侧壁形成并且限定了承梁腔23。为了方便制造、减少重量以及为安装刹车和侧轴承，减重孔24位于在每个承梁臂14和16之上的侧壁22中。承梁还有一个中心孔40，用来接收中心销，以便将转向架连接到轨行车辆车身上。螺栓孔42位置靠近承梁臂的末端，用来将侧轴承安装到承梁上。

在受拉和受压构件的优选实施例中，已减少了每个壁厚度。特别是，在心盘12下的受拉构件20中大致沿着整个受拉构件已经去掉了金属材料。如图1所示，受拉构件壁44的优选厚度已经减少到近似一英寸的15／16 。该优选厚度在心盘区域之下是恒量，并且从心盘区域向着承梁臂14和16的末端逐渐增加，最大厚度出现在弹簧座的转角26处，即高应力集中的位置。在该转角处，厚度最好增加到 $>>11>/>2>$英寸。然后，受拉构件的优选厚度向着承梁臂14和16的末端逐渐减小到约 $>>11>/>16>$英寸。

受压构件18在心盘12之下的区域也已除去了金属材料。紧接在心盘之下的受压构件壁46的优选厚度已经减少到约 $>>11>/>4>$英寸。优选厚度在承梁臂中进一步减少到约1英寸的3／4。优选厚度沿承梁臂保持常量，同时向着弹簧座的转角26厚度逐渐增加。在该转角处，厚度最好增加到 $>>13>/>16>$英寸。而且，受压壁46的优选厚度向着承梁臂14和16的末端逐渐减少到约1英寸的7／8。受拉和受压构件的上述优选厚度的改变也被认为是包括在本发明的范围内的。

而且，在受拉和受压构件的优选实施例中，已经取消了先前存在于受拉和受压构件中的减重孔。由于减重孔的取消，不存在先前的金属流动问题，例如尖顶和应力集中的产生。受压构件上保留了中心销孔和侧轴承螺栓孔。

在传统的承梁中，需要两个纵向肋，并且它们分别定位在每个承梁臂中受拉和受压构件的减重孔上方和下方，并且沿承梁臂的整个长度不间断地延伸。而且，对于传统的承梁，横向肋位于心盘下并从受拉构件的内侧向上延伸约5英寸。优选的承梁10在每个承梁臂末端内仅有一个纵向肋48，并且在心盘12的每一侧仅有一个横向肋30，该横向肋30从受拉构件20到受压构件18，沿侧壁22的整个高度延伸。位于心盘的两侧的横向肋30通过一对纵向肋连接壁31连接。如图3所示，肋壁31从受拉构件20到受压构件18厚度增加。结构横肋33横过肋壁31，并且位于横向肋30之间，并且提供对肋壁31的结构支撑。

纵向肋48从受拉构件20向着受压构件18延伸，并且自由边限定了弯曲部分56。弯曲部分56允许肋48形成到受拉和受压构件中，以消除肋48和构件18及20之间的锐转弯。肋48逐渐过渡到受压和受拉构件减少了潜在的应力集中，而该应力集中一般会发生在邻接的铸造构件之间的锐转弯处。

在横向肋30与受拉构件20形成的接合处32，肋壁厚度减少，并且在肋壁和受拉构件20之间形成小半径34，以防止浇注时在接合处收缩。横向肋30具有相对的面50和52。面50在壁的整个高度上大致垂直于受压构件所在平面。面52在壁的整个高度上以一角度从受拉构件延伸到受压构件。肋壁的该成角度面导致横向肋30从接合处32到肋30与受压构件18连接的点之间有增加的壁厚度。

具有位置靠近承梁臂末端的纵向肋48和位置靠近心盘的横向延伸肋30的优选的承梁10形成了承梁臂，该承梁臂限定了中空的空间54，即，在承梁臂中没有金属支撑肋或角撑板。中空的空间54由受压及受拉构件，侧壁，和横向及纵向肋形成。除了对转向架承梁的前述改进之外，承梁的其余部分与现有技术相同。

显然，对于优选承梁10，可采用单体承梁型芯来制造承梁铸件。传统上，采用三至五个型芯部件，这导致在浇注工序期间的问题，例如，型芯移位，该型芯移位又导致铸造缺陷，偏移和尺寸不一致。在这些铸造缺陷和偏移处应力集中变大，并且一般是导致金属疲劳的主要原因。使用单体型芯，承梁显然易于制造，从而使生产效率增加，并且消除了与型芯位移并因此导致的应力集中有关的问题。另外，使用单体型芯，不需要芯撑支撑型芯。取而代之的是，以模具支撑型芯，因此例如围绕芯撑的应力集中，和芯撑的疤痕，或者芯撑浇注时熔融等的相关问题被消除。另外，不再需要对芯撑的疤痕进行精加工。

以上，对本发明的优选实施例进行了描述，而本领域的普通技术人员由此能够制造和使用本发明。在不背离本发明的范围的情况下，存在优选实施例的多种变体。因此，为了特别强调和明确声明本发明的主题，下面的权利要求总结了本说明书。