專利名稱：鐵路貨車轉(zhuǎn)向架懸架偏轉(zhuǎn)穩(wěn)定器及相應(yīng)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于在鐵路鐵軌上承載鐵路貨車的鐵路貨車轉(zhuǎn)向架懸架，更具體地說，涉及一種用于減緩在較高速度及較低速度下因使用傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的鐵路貨車轉(zhuǎn)向架而產(chǎn)生的有害效應(yīng)的構(gòu)件，其中高速是指速度超過80kmh(公里/小時(shí))或50mph(英里/小時(shí))，低速則是指在過度偏轉(zhuǎn)呈關(guān)鍵問題的彎道處速度低于40kmh或25mph。
背景技術(shù)：
一典型的鐵路貨車配備有一對(duì)位于貨車的對(duì)置端的轉(zhuǎn)向架用來支撐其車體。此轉(zhuǎn)向架配備有一對(duì)輪副，其中每一輪副均包括一軸、一對(duì)間隔的車輪及安裝在每一軸端的一錐形滾柱軸承總成，且轉(zhuǎn)向架通過樞軸連接到貨車的車體，以使貨車的轉(zhuǎn)向架能夠彎曲。傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)向架被稱作“三件式轉(zhuǎn)向架”，其包括一對(duì)縱向側(cè)架，一對(duì)輪副在這些側(cè)架的對(duì)置端之間延伸?！翱v向”是指轉(zhuǎn)向架沿鐵軌移動(dòng)的方向，或者鐵軌延伸的方向。這些輪副樞軸連接而圍繞一水平軸線旋轉(zhuǎn)，從而使轉(zhuǎn)向架能夠沿鐵軌滾動(dòng)。這些側(cè)架通過承梁而互連，該承梁通過插穿過每一側(cè)架中的一稱作“窗形開口”的直通式窗孔而固定在每一側(cè)架上。在靜止的貨車轉(zhuǎn)向架中，承梁的中心橫向軸線基本上與側(cè)架的縱向中心軸線成直角。承梁的各端支撐在每一側(cè)架中的一組彈簧上，以便承納垂直載荷及在較低程度上承納橫向載荷，該等彈簧被安置在側(cè)架上的彈簧座內(nèi)。承梁以可轉(zhuǎn)動(dòng)方式連接至貨車車體，以提供車體與轉(zhuǎn)向架之間所需的連接。該承梁可根據(jù)承梁所承受的載荷而相對(duì)于車架垂直移位，但承梁的橫向位移卻受到從承梁突出的垂直耳狀件(稱作“承梁夾條”)的限制。承梁與側(cè)架之間的界面包括多個(gè)彈簧加載楔形件(“摩擦式楔形件”)，該等彈簧加載楔形件可固定承梁的縱向移動(dòng)，并在較低程度上控制承梁與側(cè)架之間的垂直和橫向運(yùn)動(dòng)以及旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。
由于摩擦式楔形件能夠允許縱向力、旋轉(zhuǎn)力和/或扭矩從側(cè)架傳遞到承梁，因而當(dāng)超過承梁與車體之間因摩擦而產(chǎn)生的阻力時(shí)，這些力在承梁每一端存在的任何值差都會(huì)導(dǎo)致承梁在水平面內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)。除了承梁的此種運(yùn)動(dòng)外，如果由轉(zhuǎn)向架一側(cè)上的一對(duì)輪副一側(cè)上的第一對(duì)車輪所引起的施加在承梁的彈簧支撐端上的垂直力的值出現(xiàn)任何不平衡，都會(huì)導(dǎo)致卸除承梁另一端的載荷，由此該另一端將相對(duì)于轉(zhuǎn)向架相對(duì)側(cè)上的輪副的第二對(duì)車輪發(fā)生垂直運(yùn)動(dòng)。這種對(duì)垂直運(yùn)動(dòng)的適應(yīng)使轉(zhuǎn)向架能夠在不平坦的軌道上行駛，并在轉(zhuǎn)向架中四個(gè)車輪之間保持較佳的載荷分布。
盡管傳統(tǒng)轉(zhuǎn)向架的側(cè)架提供非常剛性的縱向約束而使各個(gè)輪副保持相互平行，然而，傳統(tǒng)設(shè)計(jì)卻不能有效地使這些輪副在水平面中的橫向方向上保持對(duì)準(zhǔn)。在直軌道上以高于80kmh的高速度行駛及在彎曲軌道上以低于40kmh的低速度行駛時(shí)在車輪與鐵軌之間產(chǎn)生的強(qiáng)加橫向載荷勢(shì)必會(huì)使側(cè)架繞承梁的端部旋轉(zhuǎn)，從而使輪副欠對(duì)準(zhǔn)或使轉(zhuǎn)向架翹曲。
首先，較高速度下的影響為當(dāng)存在翹曲或輪副雖仍保持相互平行但不垂直于側(cè)架時(shí)的同相偏轉(zhuǎn)位移時(shí)，這個(gè)問題加劇。這種同相偏轉(zhuǎn)位移通常稱作“菱形化”，并且會(huì)造成兩種不良的特征。首先，可能會(huì)出現(xiàn)一種稱作“擺動(dòng)”的不穩(wěn)定狀態(tài)，在該種不穩(wěn)定狀態(tài)中，因受到車輪與鐵軌的反作用，會(huì)激勵(lì)偏轉(zhuǎn)位移以持續(xù)振蕩方式出現(xiàn)。此運(yùn)動(dòng)會(huì)促使車輪與鐵軌的極度磨損，并致使高沖擊力傳遞到鐵軌及車體，且在極端情況下能導(dǎo)致車輛脫軌。
第二種影響出現(xiàn)在彎道處。當(dāng)車輛在半徑小至足以使前輪副與外側(cè)鐵軌發(fā)生凸緣接觸的彎道上行駛時(shí)，輪副會(huì)受到一偏轉(zhuǎn)扭矩，該偏轉(zhuǎn)扭矩會(huì)使輪副朝外側(cè)鐵軌偏轉(zhuǎn)。這會(huì)在前軸與鐵軌之間形成極大的迎角，眾所周知，這種極大的迎角會(huì)造成較高程度的磨損及噪聲，同時(shí)會(huì)形成較高的力度并可能導(dǎo)致脫軌。
此前，一種解決此“菱形化”現(xiàn)象的方案是使用具有剛性H車架的轉(zhuǎn)向架。在此種類型的構(gòu)造中，承梁與側(cè)架構(gòu)成一整體，因而在側(cè)架之間不會(huì)出現(xiàn)縱向(鐵軌方向上的)相對(duì)位移。此等車架往往太硬，以致于其承納各軸之間垂直移動(dòng)的能力不太好，同時(shí)，已證明這種剛性會(huì)導(dǎo)致臨界速度相對(duì)低，也就是說，出現(xiàn)不穩(wěn)定狀態(tài)的速度通常低于80kmh。
也曾有人建議使用兩個(gè)在側(cè)架之間在對(duì)角線方向上延伸和/或在其相交處彼此栓接和/或焊接的撐條。由于這種構(gòu)造具有較高的抗翹曲剛度且剛性不強(qiáng)，因而該結(jié)構(gòu)可有效控制不穩(wěn)定性并改善“轉(zhuǎn)彎性”；然而，它會(huì)因振動(dòng)所引起的疲勞而失靈。
在北美及其它沿用北美操作規(guī)范(North American practices)的國家中，為了滿足各種重要的操作及經(jīng)濟(jì)要求，傳統(tǒng)的鐵路運(yùn)輸用三件式貨車轉(zhuǎn)向架已進(jìn)行改造。貨車轉(zhuǎn)向架必須能夠在多種軌道及運(yùn)行狀況下安全地支撐并平衡極高的車輪載荷，同時(shí)產(chǎn)生極高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值水平。當(dāng)前使用的三件式轉(zhuǎn)向架正面臨著日益增長(zhǎng)的性能改良需求的挑戰(zhàn)。2003年1月1日，美國鐵路協(xié)會(huì)(“AAR”)頒布生效了一新的規(guī)范M-976-2002，即“軌道車用轉(zhuǎn)向架性能規(guī)范(TruckPerformance Specifications For Rail Cars)”，其規(guī)定了所有貨車轉(zhuǎn)向架的性能要求，從而使得此種對(duì)更佳性能的需求達(dá)到了一個(gè)新的水平。大多數(shù)現(xiàn)有的貨車轉(zhuǎn)向架設(shè)計(jì)均不能滿足新AAR規(guī)范的全部性能要求。其主要原因在于對(duì)良好垂直撓性的要求與對(duì)高軸間剪切剛度或轉(zhuǎn)向架抗翹曲剛度的要求相互沖突。
貨車轉(zhuǎn)向架設(shè)計(jì)對(duì)正確選擇懸架彈簧及摩擦阻尼器以及正確選擇高于正常可用軸間剪切剛度的要求在20世紀(jì)70年代初期即已為人們知曉(參見AAR TrackTrain Dynamics Program Phase I & I)。為了滿足垂直懸架要求，人們?cè)_發(fā)出具有較高阻尼力的較大摩擦阻尼楔形件(參見頒予Bullock等人的美國專利第5,511,489號(hào))。為提高軸間剪切剛度，人們已在三件式貨車轉(zhuǎn)向架中增設(shè)了多種附加結(jié)構(gòu)。這些嘗試包括使用一彈簧板來連接轉(zhuǎn)向架側(cè)架的彈簧座(WeberPatents及List 4,483,253)、通過一個(gè)副車架直接彼此互連輪副(頒予List的美國專利第4,131,069號(hào)，及頒予Scheffel的美國專利第4,067,262號(hào)、第4,067,261號(hào)及第4,151,801號(hào))及使用十字撐條系統(tǒng)彼此互連側(cè)架(頒予Smith的美國專利第4,570,544號(hào))。所有這些設(shè)計(jì)均可將軸間剪切剛度提高至適當(dāng)水平(大于40,000磅/英寸)，而不會(huì)影響垂直懸架系統(tǒng)。然而，由于經(jīng)濟(jì)性因素及加強(qiáng)車架增加到貨車轉(zhuǎn)向架的附加重量，因而該等設(shè)計(jì)無一為鐵路行業(yè)所廣泛接受。
另一種用于增加轉(zhuǎn)向架側(cè)架與承梁之間偏轉(zhuǎn)剛度的方法是使用一穩(wěn)定桿或錨定器將承梁與側(cè)架連接在一起(頒予Gilbert的美國專利第5,992,330號(hào))。這種方法已在鐵路機(jī)車及客車中使用了70余年。該等鐵路車輛具有極低的凈重皮重比率或從空載到承載狀態(tài)的非常小的垂直彈簧撓變。然而，另一方面，鐵路貨車從空載到承載狀態(tài)的重量變化很大，因而引起甚大的彈簧高度變化。因此，一固定長(zhǎng)度的桿或錨定器無法適應(yīng)從空載到承載貨車狀態(tài)的彈簧撓變所需的不同長(zhǎng)度。
自20世紀(jì)70年代以來，用于提高軸間剪切剛度的習(xí)慣做法是通過改變摩擦式楔形件與轉(zhuǎn)向架承梁凹腔及側(cè)架柱的界面設(shè)計(jì)，提高側(cè)架與轉(zhuǎn)向架承梁之間的偏轉(zhuǎn)阻力。此包括使用’489專利所述的更寬的摩擦式楔形件、更小的楔形件角度(頒予Taillon的美國專利第5,544,591號(hào))及拼合楔形件等等。這些摩擦式楔形件設(shè)計(jì)方法在當(dāng)前北美鐵路業(yè)中使用的貨車轉(zhuǎn)向架中占統(tǒng)治地位。為滿足新的AAR規(guī)范M-976-2002，最近的試驗(yàn)表明垂直懸架內(nèi)為獲得足夠的軸間剪切阻力所需的楔嵌作用會(huì)妨礙垂直懸架系統(tǒng)適應(yīng)所需規(guī)定軌道狀況的柔性。

發(fā)明內(nèi)容
本文所揭示的偏轉(zhuǎn)穩(wěn)定構(gòu)件可提供一種用于提高側(cè)架與承梁之間線性偏轉(zhuǎn)剛度水平的輕質(zhì)構(gòu)件，以提供適當(dāng)?shù)妮S間剪切剛度而不會(huì)影響垂直懸架系統(tǒng)所需的柔性。本發(fā)明不會(huì)明顯增大鐵路貨車轉(zhuǎn)向架總成的簧下重量，由此可改裝用于當(dāng)前正在使用的貨車轉(zhuǎn)向架或整合在新制造的轉(zhuǎn)向架中。
本發(fā)明的目的是省去使用阻尼楔形件提高軸間剪切剛度的需要，并使楔形件控制垂直振動(dòng)的功能最佳化。
穩(wěn)定構(gòu)件包括一“偏轉(zhuǎn)軛”，該偏轉(zhuǎn)軛包括一“樞軸桿”及一對(duì)相對(duì)設(shè)置的分叉彈簧臂。樞軸桿可在一固定在側(cè)架的縱向中心軸線處的樞軸構(gòu)件(較佳是一球形樞軸)上轉(zhuǎn)動(dòng)。該對(duì)分叉彈簧臂在貫穿該球形樞軸的縱向軸線的兩側(cè)上朝承梁延伸；其中一彈簧臂位于縱向軸線內(nèi)側(cè)的一位置處，稱作“內(nèi)側(cè)彈簧臂”；由于該內(nèi)側(cè)彈簧臂位于轉(zhuǎn)向架的內(nèi)側(cè)，因而從轉(zhuǎn)向架外側(cè)看不到它。另一彈簧臂位于縱向軸線外側(cè)的一位置處，稱作“外側(cè)彈簧臂”。為將內(nèi)側(cè)彈簧臂在靠近承梁的端部但在轉(zhuǎn)向架的內(nèi)側(cè)(側(cè)架縱向軸線的內(nèi)側(cè))處連接到承梁，該承梁配備有一焊接到承梁上的呈錨定短柱形式的錨定構(gòu)件，該錨定短柱具有一“聯(lián)接端”(例如，一鉤狀端或更佳為一環(huán))以用于聯(lián)接一鏈接構(gòu)件之一端，其中該鏈接構(gòu)件較佳是一“聯(lián)接鏈環(huán)”(該聯(lián)接鏈環(huán)稱作“第一鏈環(huán)”)，例如一個(gè)通常在鏈條總成中用于起吊重物的聯(lián)接鏈環(huán)。術(shù)語“鏈接構(gòu)件”用于描述偏轉(zhuǎn)穩(wěn)定器中結(jié)構(gòu)性元件的互連，而與其如何相連以用作一鏈環(huán)無關(guān)。該第一鏈環(huán)的另一端鏈接或聯(lián)接至內(nèi)側(cè)彈簧臂的端部，與錨定短柱相似，該內(nèi)側(cè)彈簧臂的端部也配備有一聯(lián)接端，例如一鉤狀端，或更佳為環(huán)。為將外側(cè)彈簧臂連接至承梁，且較佳連接至側(cè)架縱向軸線外側(cè)的承梁端處，承梁配備有一可繞垂直搖臂銷轉(zhuǎn)動(dòng)的搖臂。搖臂的一端配備有一聯(lián)接一第二聯(lián)接鏈環(huán)(該聯(lián)接鏈環(huán)稱作“第二鏈環(huán)”)的聯(lián)接端；該第二鏈環(huán)的另一端聯(lián)接至外側(cè)彈簧臂的端部。該搖臂的另一端配備有一具有一Spiralock內(nèi)螺紋并帶有一螺栓和鎖緊螺母的直通式通路，從而當(dāng)?shù)挚砍辛罕砻嫘o該螺栓(“預(yù)加載螺栓”)并使用鎖緊螺母將該螺栓鎖定在合適位置時(shí)，能夠迫使搖臂的端部遠(yuǎn)離承梁表面。
該加載螺栓提供一用于實(shí)現(xiàn)最佳性能的關(guān)鍵功能——其可將樞軸桿的臂預(yù)加載至預(yù)定載荷以獲得適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)向架初始軸間抗剪切力及剪切率。此外，為獲得適當(dāng)?shù)妮喐遍g剪切彈簧剛性系數(shù)，貫穿一鏈接構(gòu)件的垂直平面與貫穿該第一樞軸構(gòu)件及固持在該樞軸桿的第一臂的端部?jī)?nèi)的該鏈接構(gòu)件的一端的垂直平面成銳角。為提供一所需載荷，可對(duì)短柱錨定器的聯(lián)接端實(shí)施定位，以便在指定的狀況下使轉(zhuǎn)向架達(dá)到最佳性能。熟悉此項(xiàng)技術(shù)者可計(jì)算出決定鏈環(huán)一端位置的聯(lián)接端的位置。
在上述構(gòu)造中，通過從轉(zhuǎn)向架外側(cè)扭轉(zhuǎn)預(yù)加載螺栓，可輕松地對(duì)轉(zhuǎn)向架的穩(wěn)定構(gòu)件實(shí)施調(diào)整。由于聯(lián)接端在轉(zhuǎn)向架內(nèi)側(cè)錨定短柱上的位置已固定，因而無需對(duì)轉(zhuǎn)向架內(nèi)側(cè)的任何東西實(shí)施調(diào)整。


參閱下文的詳細(xì)說明及隨附的本發(fā)明較佳實(shí)施例的示意圖，將最佳地了解本發(fā)明的上述及其它目的及優(yōu)點(diǎn)，其中相同的參考數(shù)字指代相同的元件，其中圖1是一轉(zhuǎn)向架的一俯視平面示意圖；圖2是一沿橫向觀看的轉(zhuǎn)向架的側(cè)視立面示意圖，其顯示一對(duì)安裝在一側(cè)架的相對(duì)側(cè)開口中的球形樞軸上的穩(wěn)定構(gòu)件(“穩(wěn)定器”)；圖3是一側(cè)架及承梁的一部分的俯視平面圖，其中該側(cè)架的某些部分被切除，以便圖示一對(duì)穩(wěn)定構(gòu)件在其中輪副的軸樞軸連接的側(cè)架上的最佳對(duì)稱布置，并顯示用于對(duì)穩(wěn)定器實(shí)施預(yù)加載的調(diào)整構(gòu)件位于轉(zhuǎn)向架的外側(cè)(亦即側(cè)架縱向中心軸線的外側(cè))；圖4是圖3的仰視平面圖，其顯示彈簧座中的懸架彈簧組及側(cè)架每一側(cè)上的彈簧臂的鏈接構(gòu)件；圖5是一詳細(xì)立視圖，其為穿過安裝在一側(cè)架的傾斜張力構(gòu)件上的球形樞軸的中心垂直平面的局部剖視圖；
圖6是其中側(cè)架及承梁的某些部分已被切除的放大詳細(xì)平面圖，其圖示鏈接構(gòu)件相對(duì)于一穿過球形樞軸及該鏈環(huán)緊固在一外側(cè)彈簧臂端中的點(diǎn)的垂直平面成“銳角”關(guān)系；圖7是連接至一承梁的一端的軛的等角視圖，該承梁中插入有一對(duì)樞軸塊，每一樞軸塊具有一U形鉤；每一U形鉤中插入有一垂直銷(圖中僅顯示一個(gè)銷)；每一樞軸塊中的水平凹槽限制一調(diào)整螺栓的端部的垂直運(yùn)動(dòng)；圖8是一軛的等角視圖，其中每一彈簧臂的內(nèi)側(cè)聯(lián)接端及外側(cè)聯(lián)接端分別嚙合在內(nèi)側(cè)及外側(cè)短柱式錨定器內(nèi)，該等內(nèi)側(cè)及外側(cè)短柱式錨定器固定在側(cè)架縱向中心線相對(duì)側(cè)上的承梁上；每一短柱式錨定器均具有一聯(lián)接端，以便聯(lián)接一與彈簧臂共用的聯(lián)接鏈環(huán)；圖9是詳細(xì)的等角視圖，其顯示一內(nèi)側(cè)短柱式錨定器及一內(nèi)側(cè)彈簧臂，該內(nèi)側(cè)短柱式錨定器及內(nèi)側(cè)彈簧臂分別具有一用于其聯(lián)接端的環(huán)，該等環(huán)與一組合聯(lián)接鏈環(huán)聯(lián)接，該組合聯(lián)接鏈環(huán)具有相同的半鏈環(huán)體，該等半鏈環(huán)體在其中一個(gè)相對(duì)于另一個(gè)旋轉(zhuǎn)180°而位于同一平面中之后銷接在一起；圖10是詳細(xì)的等角視圖，其顯示如何使用組合聯(lián)接鏈環(huán)來聯(lián)接兩個(gè)環(huán)。
具體實(shí)施例方式
在使用中，鐵路貨車輪副具有大于零的有效圓錐度。在彎道中，在旋轉(zhuǎn)速度相同的情況下，此使得輪副中的一個(gè)車輪能夠具有一不同于其配對(duì)車輪的表面速度。然而，當(dāng)鐵路輪副中的一個(gè)車輪以與其匹配車輪不同的半徑滾動(dòng)時(shí)，會(huì)在該貨車轉(zhuǎn)向架上強(qiáng)加非方形化力矩或扭矩。此種非方形化力矩將使側(cè)架在水平面內(nèi)繞承梁的端部旋轉(zhuǎn)。如果無法正確克服此種非方形化力矩，那么輪副將位于會(huì)導(dǎo)致出現(xiàn)脫軌的位置。除摩擦式楔形件所產(chǎn)生的恢復(fù)力矩外，在承梁與側(cè)架之間基本不存在恢復(fù)力矩。
當(dāng)側(cè)架繞承梁的端旋轉(zhuǎn)時(shí)，偏轉(zhuǎn)穩(wěn)定器可提供適當(dāng)?shù)木€性恢復(fù)力矩。此處所用術(shù)語“線性”具有數(shù)學(xué)模型意義，因?yàn)椴淮嬖谀Σ磷枘嵩蜷g隙元件，而僅存在一彈簧。當(dāng)此旋轉(zhuǎn)開始時(shí)，連接至承梁的固定長(zhǎng)度聯(lián)接鏈環(huán)向內(nèi)拉動(dòng)偏轉(zhuǎn)穩(wěn)定器的每一彈簧臂。對(duì)彈簧臂的這種加載會(huì)導(dǎo)致在側(cè)架與承梁之間產(chǎn)生適當(dāng)?shù)木€性恢復(fù)力矩或扭矩。轉(zhuǎn)向架翹曲時(shí)施加在承梁及側(cè)架上的穩(wěn)定力會(huì)穩(wěn)定該轉(zhuǎn)向架，從而使轉(zhuǎn)向架能夠以高達(dá)160km/hr(100mph)的任一速度行駛在相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)軌道上，及以高達(dá)240km/hr(150mph)的任一速度行駛在特別準(zhǔn)備的軌道上。
現(xiàn)在參見圖式中的圖1及圖2，轉(zhuǎn)向架20包括一對(duì)縱向側(cè)架22-24，該對(duì)側(cè)架22-24由一對(duì)輪副26-28支撐。其中，每一輪副均包括一對(duì)緊固至軸32的帶凸緣的車輪30，軸32的各端均由一側(cè)架22-24每一端的一側(cè)架托架顎夾36中的滾柱軸承構(gòu)件34支撐，以便該等軸可相對(duì)于側(cè)架繞一大體水平的軸線旋轉(zhuǎn)。較佳地，在每一滾柱軸承34與托架顎夾36之間放置一適配墊(adapter pad)37，以便為軸總成提供基本懸架并容許輪副在不平行的情況下作有限的受控運(yùn)動(dòng)。
承梁38在各側(cè)架22-24之間延伸，并穿過每一側(cè)架的中心部位內(nèi)形成的一窗形開口40。承梁38的端被支撐在一彈簧總成42上，以容許承梁38與側(cè)架22-24之間的垂直運(yùn)動(dòng)并壓靠在位于承梁與窗形開口40的垂直柱狀構(gòu)件之間的凹腔內(nèi)的摩擦式楔形件44上，從而可使承梁以一傳統(tǒng)方式相對(duì)于側(cè)架做垂直運(yùn)動(dòng)而非縱向運(yùn)動(dòng)。
上述是對(duì)傳統(tǒng)鐵路貨車轉(zhuǎn)向架的說明，典型的情況是，一前一后使用兩個(gè)轉(zhuǎn)向架來支撐鐵路貨車車體；較不典型的情況是，相鄰鐵路貨車可共用轉(zhuǎn)向架。本發(fā)明的偏轉(zhuǎn)穩(wěn)定總成(“穩(wěn)定器”，一般以參考數(shù)字51標(biāo)識(shí))可用于穩(wěn)定任一傳統(tǒng)轉(zhuǎn)向架中的偏轉(zhuǎn)；最佳在每一側(cè)架上使用一對(duì)穩(wěn)定器51及52，該等穩(wěn)定器包括在水平面及垂直面內(nèi)均可進(jìn)行預(yù)定程度轉(zhuǎn)動(dòng)的軛Y1及Y2，其中每一軛距側(cè)架垂直中心線的間距均相等并基本上互為鏡像關(guān)系。
偏轉(zhuǎn)穩(wěn)定器51包括可在一球形球樞軸53上轉(zhuǎn)動(dòng)的軛Y1，該球形樞軸53以剛性方式固定(例如焊接)在側(cè)架24的一側(cè)上，在該側(cè)架的縱向中心線上，每一球形樞軸53均基本上與側(cè)架及轉(zhuǎn)向架的橫向中心線等距離?？赏ㄟ^將球形樞軸53的基座緊固至一由傾斜抗拉構(gòu)件62和垂直柱狀構(gòu)件63固定的球形樞軸支撐板總成64上而將球形樞軸安裝在側(cè)架開口60內(nèi)；如圖2所示，側(cè)架開口60由伸長(zhǎng)的垂直組件及成角度組件界定而成，這些組件包括上部抗壓構(gòu)件61、傾斜受拉桿件62及垂直柱狀構(gòu)件63。球形樞軸可安裝在側(cè)架的上表面上，但此時(shí)穩(wěn)定器的幾何形狀遠(yuǎn)不如球形樞軸安裝在側(cè)架開口內(nèi)時(shí)令人滿意。一可用球形樞軸53與用在供輕型載重汽車(“輕運(yùn)貨車(pick-up truck)”)及運(yùn)動(dòng)型多功能車(SUV)使用的Class IV拖車連接件中的球形樞軸相似。
參見圖5，如圖所示，一軛Y1中包括一具有一凹面58的樞軸桿54，該凹面58適于配合接納及緊密嚙合球形樞軸53，以使樞軸桿54可繞復(fù)數(shù)個(gè)穿過球形樞軸中心上點(diǎn)“P1”的軸旋轉(zhuǎn)。凹面58附近及彈簧臂55、55’之間的樞軸桿54中心部分的上表面59及下表面59’分別被碾磨過，以便分別緊密地固持在一保持夾的上臂45與下臂45’之間。該碾磨部分與保持夾的各臂均具有垂直對(duì)準(zhǔn)的直通通道，螺栓46插入該直通通道中并借助螺母47緊固。保持夾的下臂45’的端部延伸到球形樞軸53下表面附近的干涉位置，以將該樞軸桿緊固在球形樞軸上。
如圖3所示，每一樞軸桿54均具有一對(duì)較佳由彈簧鋼(例如AISI 5160H)制成的彈簧臂55、55’，該對(duì)彈簧臂55、55’設(shè)計(jì)用于在彎曲情況下提供適當(dāng)?shù)膹椈蓜傂韵禂?shù)。外側(cè)彈簧臂55及內(nèi)側(cè)彈簧臂55’分別具有鉤狀端56、56’，該等鉤狀端56、56’適于嚙合承梁鏈環(huán)(例如具有固定長(zhǎng)度的鏈條式“連續(xù)”鏈環(huán))57、57’，其中該等鏈環(huán)分別在側(cè)架24縱向中心線的相對(duì)側(cè)上的位置處連接至承梁38。
圖6以平面圖更詳細(xì)地顯示較佳通過將一內(nèi)側(cè)短柱式錨定器71固定(例如焊接)到承梁上而將內(nèi)側(cè)彈簧臂55’連接至承梁38，該短柱式錨定器具有一嚙合鏈環(huán)57’的一端的鉤狀端72；當(dāng)鏈環(huán)57’的另一端在點(diǎn)“P2”(鏈環(huán)57’的內(nèi)表面與鉤狀端56’的表面間的接觸點(diǎn))處嚙合在彈簧臂55’的鉤狀端56’中時(shí)，對(duì)于任一特定轉(zhuǎn)向架的規(guī)定狀態(tài)而言，點(diǎn)P1與P2之間的距離是固定的。
圖4是圖3的仰視平面圖，如圖所示，由于可容易地接取搖臂80，由此可方便地對(duì)搖臂80實(shí)施調(diào)整，且不同于內(nèi)側(cè)彈簧臂55’與內(nèi)側(cè)錨定短柱71間的鏈環(huán)式連接，易于看到搖臂80與外側(cè)彈簧臂55間的連接。
較佳通過將一樞軸塊73固定(例如通過焊接)在承梁的開口端內(nèi)部而將外側(cè)彈簧臂55連接至承梁38，該樞軸塊73具有一U形鉤74，該U形鉤74具有垂直對(duì)準(zhǔn)的通孔76，一標(biāo)準(zhǔn)鐵路制動(dòng)銷75可插入該等通孔76中。
圖7是一對(duì)樞軸塊73、73’的等角視圖，該對(duì)樞軸塊73、73’相對(duì)于承梁的橫向中心線互成鏡像，其中該對(duì)樞軸塊中的每一樞軸塊的尺寸均使其以可滑動(dòng)方式緊密地插入承梁38的端部?jī)?nèi)并焊接在承梁38的端部上。每一樞軸塊均包括U形鉤74、74’，U形鉤74、74’的定位允許制動(dòng)銷75被插入其臂中并為搖臂80提供一樞軸軸線。圖中僅顯示出搖臂80(另一與其成鏡像關(guān)系定位的搖臂未圖示)，且調(diào)整螺栓83的下端被固持在樞軸塊73中的槽84內(nèi)，以限制螺栓的垂直運(yùn)動(dòng)。槽84、84’(在樞軸塊73’中)也可在彈簧臂被預(yù)加載時(shí)維持每一螺栓83(U形鉤74’中的83’未圖示)的位置。
搖臂80以可滑動(dòng)方式插入并定位在U形鉤74中，并以可轉(zhuǎn)動(dòng)方式設(shè)置在制動(dòng)銷75上。搖臂80的一端具有一鉤81，該鉤81適于嚙合鏈環(huán)57的一端，鏈環(huán)57的另一端則嚙合在彈簧臂55的鉤狀端56中。同樣，U形鉤74’還具有一與搖臂80成鏡像關(guān)系定位的可調(diào)搖臂，以對(duì)承梁相對(duì)側(cè)上的彈簧臂55’(未圖示)實(shí)施預(yù)加載。
彈簧臂55’的鉤狀端56’通過鏈環(huán)57’鏈接到緊固在承梁上的內(nèi)側(cè)短柱式錨定器82，該錨定器具有一鉤狀端82’。在使用搖臂的鉤狀端81通過朝側(cè)架的縱向中心線偏置彈簧臂55的鉤狀端56來對(duì)彈簧臂預(yù)加載之前，彈簧臂55’及短柱式錨定器82各自的鉤狀端56’及82’分別鏈接在一起。
返回圖6，一條連接點(diǎn)P3與點(diǎn)P4的線L1界定了鏈環(huán)57的角取向，其中在點(diǎn)P3處，鏈環(huán)57一端的內(nèi)表面接觸鉤狀端56的表面，而在點(diǎn)P4處，鏈環(huán)57另一端的內(nèi)表面接觸鉤狀端81的表面。角取向須使一條穿過P3及P4的線與一條穿過P3及P1的線L2之間的夾角為一銳角θ，換言之，小于90°，較佳小于50°，這對(duì)于實(shí)現(xiàn)最佳性能而言至關(guān)重要。
為了保證彈簧臂的適當(dāng)預(yù)加載，搖臂的另一端具有一螺紋孔，一調(diào)整螺栓83以螺合方式穿入該螺紋孔并借助鎖緊螺母84鎖定。螺栓83較佳具有一六方頭，可通過旋動(dòng)該六方頭將螺栓端偏置抵靠在承梁端中的樞軸塊73上，直到彈簧臂55及55’沿相反彎曲方向預(yù)加載到所需程度為止。制動(dòng)銷75的垂直軸線相對(duì)于側(cè)架的縱向軸線橫向偏移。
鏈環(huán)57及57’的組合長(zhǎng)度的最佳使得球形樞軸的垂直位置位于鏈環(huán)在貨車空載及承載狀態(tài)下所處位置的中間；在此構(gòu)造中，無論貨車是在空載狀態(tài)還是在承載狀態(tài)下，該等鏈環(huán)均不會(huì)造成彈簧臂彎曲給定的懸架彈簧撓度。最小鏈環(huán)長(zhǎng)度可通過如下方式確定將彈簧臂的偏轉(zhuǎn)穩(wěn)定器與其中心線的夾角保持不變，然后在球形樞軸53垂直位于貨車空載與承載之間的中點(diǎn)附近的狀態(tài)下，使用三角形余弦定律，以確定在空載及承載彈簧撓變下的鏈環(huán)長(zhǎng)度。由于鏈環(huán)容許承梁與側(cè)架之間存在必需的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，因此對(duì)于預(yù)定的彈簧懸架來說，此最小長(zhǎng)度不能有效地大致彎曲一彈簧臂。
當(dāng)承梁因承梁彈簧組中的彈簧受壓縮或受拉伸而出現(xiàn)垂直撓變時(shí)，一彈簧臂上的每一鏈環(huán)均會(huì)容許該彈簧臂垂直位移，且每一彈簧臂都會(huì)如此。最大壓縮量取決于懸架彈簧不可壓縮(即充當(dāng)實(shí)心體的作用)時(shí)的高度。在此種構(gòu)造中，由于承梁的上下運(yùn)動(dòng)，無論貨車是承載還是空載，彈簧臂穩(wěn)定桿或錨定器均將具有基本相同的撓變。
當(dāng)預(yù)加載時(shí)，穩(wěn)定器51由球形樞軸53及承梁鏈環(huán)57、57’中的張力支撐。一般而言，穩(wěn)定器51的質(zhì)量至少比彈簧臂預(yù)加載時(shí)小一百(100)倍。為防止破壞穩(wěn)定器總成中的自然振動(dòng)，此比率是必需的。
由于側(cè)架彈簧座低于其在滾柱軸承上的支撐點(diǎn)，因此會(huì)在側(cè)架上產(chǎn)生鐘擺效應(yīng)，此種鐘擺效應(yīng)會(huì)使承梁相對(duì)于側(cè)架橫向居中。偏轉(zhuǎn)穩(wěn)定器不會(huì)干擾此橫向運(yùn)動(dòng)。偏轉(zhuǎn)穩(wěn)定器會(huì)通過在其支撐樞軸球上旋轉(zhuǎn)而跟隨承梁的橫向位移，且在彈簧臂中產(chǎn)生的附加載荷極小。
為了在側(cè)架與承梁之間提供適當(dāng)?shù)幕謴?fù)力矩或扭矩，偏轉(zhuǎn)穩(wěn)定器的彈簧臂需要具有大于178千克/厘米(1000磅/英寸)的彎曲彈簧剛性系數(shù)。
盡管該等彈簧臂會(huì)因施加在貨車轉(zhuǎn)向架上的非方形化力矩而出現(xiàn)此種變形，然而垂直懸架仍能自由運(yùn)動(dòng)，而不會(huì)承受任何來自偏轉(zhuǎn)穩(wěn)定器的其他垂直載荷。
每一側(cè)架上的該對(duì)偏轉(zhuǎn)穩(wěn)定器均可通過在垂直平面內(nèi)的支撐球形樞軸上旋轉(zhuǎn)而跟隨轉(zhuǎn)向架承梁的垂直位移。
據(jù)預(yù)計(jì)，安裝在一貨車轉(zhuǎn)向架上的四個(gè)偏轉(zhuǎn)穩(wěn)定器將提供至少7142千克/厘米(40,000磅/英寸)的線性軸間剪切剛度。
現(xiàn)在，即可清楚看出，在一較佳實(shí)施例中，每一轉(zhuǎn)向架轉(zhuǎn)向架的偏轉(zhuǎn)穩(wěn)定構(gòu)件包括一對(duì)穩(wěn)定器，該對(duì)穩(wěn)定器沿側(cè)架的縱向軸線以基本上互成鏡像關(guān)系的方式安裝在每一側(cè)架上，其中每一穩(wěn)定器均具有兩個(gè)朝承梁延伸的彈簧臂；一對(duì)沿一縱向軸線焊接到承梁上的內(nèi)側(cè)錨定短柱搖臂，其相對(duì)于轉(zhuǎn)向架的橫向中心軸線基本上互為鏡像關(guān)系；一對(duì)沿一縱向軸線以可轉(zhuǎn)動(dòng)方式安裝在承梁上的搖臂，其相對(duì)于轉(zhuǎn)向架的橫向中心軸線基本上互為鏡像關(guān)系；及鏈接構(gòu)件，其將每一搖臂連接至該穩(wěn)定器的一臂。每一樞軸桿均均可轉(zhuǎn)動(dòng)，以容許其彈簧臂位移有限距離，以使一條穿過點(diǎn)P1及P3的線或一條穿過點(diǎn)P1及P2的線與平行于承梁橫向中心軸線穿過點(diǎn)P1的橫向線之間的夾角小于六十度(60°)。
在操作中，該對(duì)偏轉(zhuǎn)穩(wěn)定器不會(huì)使承梁與每一側(cè)架之間的居中力產(chǎn)生任何變化，其原因是在承梁存在橫向撓變(沿與側(cè)架縱向中心軸線成直角的方向)的情況下，每一偏轉(zhuǎn)穩(wěn)定器均會(huì)在其各自的樞軸球上轉(zhuǎn)動(dòng)并且不會(huì)給該構(gòu)造增加任何附加橫向力。該雙偏轉(zhuǎn)穩(wěn)定器可一起提高側(cè)架與承梁之間的偏轉(zhuǎn)剛度，而不會(huì)影響懸架系統(tǒng)或懸架系統(tǒng)中的摩擦阻尼。較佳地，球形樞軸在垂直方向上定位兩點(diǎn)之間，在其中一點(diǎn)處鏈環(huán)在貨車滿載狀態(tài)下被錨定至承梁，在另一點(diǎn)處鏈環(huán)在貨車空載時(shí)被錨定至承梁。
然而，由于每一偏轉(zhuǎn)穩(wěn)定器的彈簧臂均借助鏈環(huán)在橫向軸線的相對(duì)側(cè)上附屬在承梁上，因而在承梁與側(cè)架之間存在凈恢復(fù)扭矩或線性剛度。該恢復(fù)力是因相對(duì)于承梁及側(cè)架的偏轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的，該偏轉(zhuǎn)迫使每一偏轉(zhuǎn)穩(wěn)定器的彈簧臂(所有四個(gè)彈簧臂)被一起向內(nèi)朝穿過樞軸構(gòu)件及偏轉(zhuǎn)穩(wěn)定器的中心線拉動(dòng)。為獲得最佳性能，至關(guān)重要的是，通過朝側(cè)架的縱向中心線偏置每一彈簧臂的遠(yuǎn)端(換言之，相向偏置)來預(yù)加載每一穩(wěn)定器。預(yù)加載有助于在彈簧臂中儲(chǔ)存能量，藉以抵抗輪副的橫向位移。由于預(yù)加載力僅被施加在偏轉(zhuǎn)穩(wěn)定器內(nèi)，因此該力對(duì)承梁的垂直運(yùn)動(dòng)或承梁相對(duì)于側(cè)架的橫向居中沒有太大影響。
現(xiàn)在，可清楚看出，轉(zhuǎn)向架上即使僅具有單個(gè)穩(wěn)定構(gòu)件，也會(huì)提供明顯的偏轉(zhuǎn)穩(wěn)定性；而如果具有一對(duì)穩(wěn)定構(gòu)件，則無論該對(duì)穩(wěn)定構(gòu)件是裝在同一側(cè)架上還是其中一個(gè)穩(wěn)定構(gòu)件裝在一個(gè)側(cè)架上而另一穩(wěn)定構(gòu)件裝在另一側(cè)架上，均可實(shí)現(xiàn)更佳的穩(wěn)定性；最佳情況是，轉(zhuǎn)向架具有四個(gè)穩(wěn)定構(gòu)件，其中每一側(cè)架上具有一對(duì)穩(wěn)定構(gòu)件。應(yīng)意識(shí)到，存在每一轉(zhuǎn)向架上的四個(gè)偏轉(zhuǎn)穩(wěn)定器中一個(gè)或一個(gè)以上偏轉(zhuǎn)穩(wěn)定器失效的統(tǒng)計(jì)可能性，然而，值得注意的是，這種失效所造成的損壞不會(huì)比失去失效穩(wěn)定器所提供的益處的損失大；另外，由于在進(jìn)行制動(dòng)塊所需的正常檢查時(shí)可看到每一穩(wěn)定器，因而易于當(dāng)即發(fā)現(xiàn)此類失效。此外，本實(shí)施例使人們無需任何專用工具即可在任何“現(xiàn)場(chǎng)修理(RIP)”軌道設(shè)施處，或在“單點(diǎn)式”修理場(chǎng)中調(diào)整預(yù)加載荷和/或更換非焊接式穩(wěn)定器組件。
應(yīng)知道，搖臂及調(diào)整螺栓的功能可由以下構(gòu)造取代使用一專門設(shè)計(jì)的電動(dòng)、液壓或氣動(dòng)工具對(duì)穩(wěn)定器的彈簧臂實(shí)施預(yù)加載，并以一類似于內(nèi)側(cè)鏈環(huán)57’鏈接彈簧臂55’的鉤狀端56’的方式將外側(cè)鏈環(huán)57附屬在具有一鉤狀端89’的外側(cè)短柱式錨定器89上，但此構(gòu)造并不佳，因?yàn)榇藢?shí)施例將需使用專用工具來實(shí)施現(xiàn)場(chǎng)調(diào)整和/或組裝，且在彈簧臂鏈接至承梁后，將不易于調(diào)整預(yù)加載程度。
參見圖8，其中顯示一對(duì)穩(wěn)定器51及52(未圖示)的軛Y1的等角視圖，該對(duì)穩(wěn)定器51及52位于一側(cè)架(未圖示)上并相對(duì)于承梁38的橫向中心線互成鏡像關(guān)系。每一軛均具有分別預(yù)加載到預(yù)定程度的外側(cè)彈簧臂55及內(nèi)側(cè)彈簧臂55’，該預(yù)加載程度無法改變，除非改變鏈環(huán)57及57’的長(zhǎng)度。如同前文所述，外側(cè)彈簧臂55及內(nèi)側(cè)彈簧臂55’分別具有鉤狀端56及56’，其中每一鏈環(huán)57、57’的一端分別嚙合，而每一鏈環(huán)的另一端則分別嚙合在外側(cè)短柱式錨定器89及內(nèi)側(cè)短柱式錨定器82的鉤狀端89’及82’中。外側(cè)彈簧臂55在鄰近鉤狀端56處具有一掣子87，而在內(nèi)側(cè)彈簧臂55’的鉤狀端56’附近具有另一掣子87’，該等掣子可緊固彈簧臂預(yù)加載器(未圖示)等氣動(dòng)工具的鉤狀顎夾。
彈簧臂預(yù)加載器可由用于維護(hù)鐵路貨車的制動(dòng)組件制成，在用于維護(hù)鐵路貨車的設(shè)施內(nèi)，該等組件易于獲得。預(yù)加載器包含一對(duì)名為25.4厘米×50.8厘米(在美國稱作10″×20″)制動(dòng)杠桿的標(biāo)準(zhǔn)鐵路“制動(dòng)杠桿”，該對(duì)制動(dòng)杠桿由一長(zhǎng)度約等于彈簧臂鉤狀端間距離的連接桿隔開；該連接桿稱作“桿穿通式轉(zhuǎn)向架杠桿連接器(rod-thru truck lever connector)”，且配置有標(biāo)準(zhǔn)制動(dòng)銷，其中在桿的每一端附近均具有一個(gè)銷。該等制動(dòng)銷中的每一個(gè)均適合插入每一制動(dòng)杠桿中的通孔中，每一通孔均設(shè)置在每一制動(dòng)杠桿的縱向中心線上距一端約25.4厘米(10″)處，以使該桿穿通式杠桿連接器定位在側(cè)架的偏轉(zhuǎn)穩(wěn)定器的鉤狀端正上方，并使該兩個(gè)制動(dòng)杠桿可旋轉(zhuǎn)，以使其下端延伸到位于側(cè)架開口內(nèi)的彈簧臂的鉤狀端。每一10×20制動(dòng)杠桿的下端均配置有一鉤狀顎夾，該等鉤狀顎夾互為鏡像關(guān)系，并所設(shè)置的掣子中共同嚙合一彈簧臂的相對(duì)端，從而當(dāng)迫使該等顎夾彼此相向移動(dòng)時(shí)，使彈簧臂受到壓縮。為提供必需的壓縮力，每一制動(dòng)杠桿的上端均連接至直徑為30.48厘米(12″)的標(biāo)準(zhǔn)鐵路用氣動(dòng)氣缸(較佳懸掛在便攜式A字形框架上)臂的端部。當(dāng)驅(qū)動(dòng)氣動(dòng)氣缸以驅(qū)使該等制動(dòng)杠桿的端部相互離開時(shí)，制動(dòng)杠桿的端部在制動(dòng)銷上轉(zhuǎn)動(dòng)，以迫使(制動(dòng)杠桿下端上的)鉤狀顎夾彼此相向運(yùn)動(dòng)，從而壓縮彈簧臂。
通常，首先，內(nèi)側(cè)彈簧臂55’將使具有預(yù)定長(zhǎng)度的鏈環(huán)57’，所述鏈環(huán)嚙合彈簧臂55’的鉤狀端56’及短柱式錨定器82的鉤狀端82’。彈簧臂預(yù)加載器能夠在彈簧臂55、55’上施加足夠的力，以將該等彈簧臂55、55’拉近至足以將鏈環(huán)57置于外側(cè)短柱式錨定器89的鉤狀端89’的上方，從而使其與外側(cè)彈簧臂55的鉤狀端56嚙合。在鏈環(huán)57’已緊固內(nèi)側(cè)短柱式錨定器82與內(nèi)側(cè)彈簧臂55’之間的內(nèi)側(cè)連接之后進(jìn)行該外側(cè)連接，否則兩者將難以嚙合。為了改變彈簧臂的預(yù)加載，將彈簧臂55及55’拉近至足以在移除內(nèi)側(cè)鏈環(huán)57’之前移除外側(cè)鏈環(huán)57。然后，使用其它具有選定長(zhǎng)度的鏈環(huán)來取代該等鏈環(huán)，以提供新預(yù)加載狀態(tài)。
至此，根據(jù)上述內(nèi)容可清楚看出，盡管對(duì)彈簧臂實(shí)施預(yù)加載對(duì)于獲得最佳性能而言至關(guān)重要，但是如何對(duì)彈簧臂實(shí)施預(yù)加載并不重要。預(yù)加載方法的選擇在很大程度上取決于其是否可調(diào)整。如果預(yù)加載可調(diào)整且無需使用專用設(shè)備即可輕易調(diào)節(jié)，則使用可調(diào)式搖臂最佳。如果預(yù)加載為不可調(diào)式且專用設(shè)備易于獲得，則設(shè)置一對(duì)以對(duì)置方式固定設(shè)置的短柱式錨定器較佳。
現(xiàn)在參見圖9，該圖顯示一配置有一較佳實(shí)施例的聯(lián)接鏈環(huán)而非一鉤狀端的彈簧臂90一端的詳圖。與設(shè)置于前述實(shí)施例中的鉤狀端不同，該聯(lián)接鏈環(huán)是一形成在彈簧臂的端部中的環(huán)91。短柱式錨定器100也配置有一聯(lián)接端，該聯(lián)接端是一環(huán)101。每一環(huán)91及101的內(nèi)徑均足夠大，以將相同的組合鏈環(huán)(也稱作“半鏈環(huán)”)推穿過該等環(huán)。一第一組合鏈環(huán)92插穿過環(huán)91，一第二組合鏈環(huán)95則插穿過環(huán)101。
參見圖10，該圖更詳細(xì)地顯示彈簧臂90的端處及短柱式錨定器100上的環(huán)91及101，但未顯示該等部件的每一個(gè)的結(jié)構(gòu)的其余部分，以闡釋該等環(huán)與已組裝在一起構(gòu)成一重載聯(lián)接鏈環(huán)的組合鏈環(huán)92及95的聯(lián)接。第一組合鏈環(huán)92的一端具有一U形鉤93，另一端94則無U形鉤；U形鉤93與端94具有相互對(duì)準(zhǔn)的通孔。同樣，第二組合鏈環(huán)95在一端處具有一U形鉤96，而其另一端處則無U形鉤；同時(shí)，與上述相同，U形鉤96與端97具有相互對(duì)準(zhǔn)的通孔，從而當(dāng)組合鏈環(huán)92及95各自的端交指時(shí)，所有通孔均相互對(duì)準(zhǔn)，以便為一銷98提供一通道。為提供額外剛度，將銷98推穿過一緊密裝配在U形鉤93的內(nèi)表面與U形鉤96的內(nèi)表面之間的抗壓管99(也稱作一支柱間隔件)。對(duì)于相同的質(zhì)量而言，該等環(huán)所提供的強(qiáng)度大于鉤狀端所提供的強(qiáng)度，但是，與將鉤狀端87及87’鉤掛在“連續(xù)”鏈環(huán)57及57’上(例如圖8所示)相比，將該等聯(lián)接鏈環(huán)裝配在預(yù)加載彈簧臂上可能更為費(fèi)力。
上文所述是一種用于控制側(cè)架在水平面內(nèi)繞承梁端部偏轉(zhuǎn)的方法，除當(dāng)轉(zhuǎn)向架部件翹曲時(shí)提供穩(wěn)定力之外，該方法不會(huì)增加轉(zhuǎn)向架的剛性。該方法包括將一樞軸構(gòu)件定位在側(cè)架上適應(yīng)貨車承載狀態(tài)及空載狀態(tài)的位置處；以可轉(zhuǎn)動(dòng)方式安裝一軛，該軛具有從穿過該樞軸構(gòu)件的中心線對(duì)稱地向外延伸的內(nèi)側(cè)彈簧臂及外側(cè)彈簧臂；在穿過側(cè)架的縱向軸線的兩側(cè)上，分別使用一與每一彈簧臂的遠(yuǎn)端嚙合的鏈環(huán)來提供“固定但可調(diào)”(如圖6及圖7中以可轉(zhuǎn)動(dòng)方式設(shè)置于一樞軸銷塊中一樞軸銷上的一對(duì)對(duì)置搖臂所例示)的連接或“固定且不可調(diào)”(固定之后，即如圖8及圖9中的錨所例示)的連接及對(duì)應(yīng)的承梁連接；及以適于抵消由輪副的相對(duì)橫向偏移所產(chǎn)生力的偏置量將其中一彈簧臂朝向另一彈簧臂偏置，藉以對(duì)兩個(gè)彈簧臂加載。
在上面所述及圖6、7、8及9中所示的每一實(shí)施例中，較佳地，每一彈簧臂均制造為具有大于178.3Kg/cm或一千磅力/英寸(1000lbf/in)撓度的剛度。另外，較佳的狀況是，每一彈簧臂的剛度數(shù)值均比以兼容量度單位表示的樞軸桿及其彈簧臂的組合質(zhì)量數(shù)值大一百倍。
上文提供了對(duì)本發(fā)明的一般論述，詳細(xì)描述了總體裝置并通過本發(fā)明的最佳制作及使用方式特別舉例說明了本發(fā)明，很明顯，本發(fā)明為一由來已久的問題提供了一種有效的解決方案。因此，應(yīng)了解，本發(fā)明不會(huì)因該等特定實(shí)施例的闡釋及論述而受到任何不當(dāng)?shù)南拗?，具體的說，本發(fā)明并非僅限于被動(dòng)地遵從本文所述的細(xì)節(jié)。
權(quán)利要求
1.一種鐵路貨車轉(zhuǎn)向架總成，其具有多個(gè)縱向間隔的輪副、多個(gè)橫向延伸的軸、多個(gè)安裝至所述軸上的車輪、多個(gè)安裝至所述軸的橫向間隔且縱向延伸的側(cè)架、及一安裝至所述側(cè)架的橫向延伸的承梁，其改進(jìn)之處包括一安裝在一側(cè)架上且相對(duì)于所述轉(zhuǎn)向架的橫向中心線設(shè)置在遠(yuǎn)端的偏轉(zhuǎn)穩(wěn)定構(gòu)件，所述偏轉(zhuǎn)穩(wěn)定構(gòu)件包括一第一樞軸構(gòu)件，其安裝于所述側(cè)架上相對(duì)于所述轉(zhuǎn)向架的橫向中心線位于遠(yuǎn)端的位置處；一以可轉(zhuǎn)動(dòng)方式設(shè)置在所述樞軸構(gòu)件上的樞軸桿，所述樞軸桿具有一對(duì)第一和第二彈簧臂，所述第一彈簧臂位于所述側(cè)架的縱向軸線內(nèi)側(cè)，而所述第二彈簧臂位于外側(cè)，每一彈簧臂基本上等角度地從一穿過所述樞軸構(gòu)件并沿貫穿所述樞軸構(gòu)件的縱向軸線的中心垂直平面偏離開，每一彈簧臂的每一端朝向所述承梁的橫向中心線延伸，所述第一彈簧臂與一位于所述側(cè)架的縱向軸線內(nèi)側(cè)的第一鏈接構(gòu)件嚙合，而所述第二彈簧臂具有一位于所述側(cè)架的縱向軸線外側(cè)的第二鏈接構(gòu)件；內(nèi)側(cè)及外側(cè)錨定構(gòu)件，其以橫向間隔關(guān)系位于所述承梁一側(cè)上的一端附近及所述側(cè)架縱向軸線的相對(duì)側(cè)上，所述內(nèi)側(cè)錨定構(gòu)件適于在與所述側(cè)架縱向中心線橫向間隔的預(yù)定位置處嚙合所述第一鏈接構(gòu)件，所述外側(cè)錨定構(gòu)件則適于在與所述側(cè)架縱向中心線橫向間隔的預(yù)定位置處嚙合所述第二鏈接構(gòu)件；藉此，通過所述鏈接構(gòu)件連接至所述承梁的所述彈簧臂可有效控制所述側(cè)架相對(duì)于所述承梁的相對(duì)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的總成，其中所述第一樞軸構(gòu)件安裝在由所述側(cè)架的大致縱向、垂直及成角度的伸長(zhǎng)構(gòu)件界定的一側(cè)架開口中。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的總成，其中每一彈簧臂在每一端附近均具有一鉤，且每一錨定構(gòu)件也具有一鉤，一彈簧臂的每一鉤均聯(lián)接至一錨定構(gòu)件的一毗鄰鉤；且所述鏈接構(gòu)件是一連續(xù)鏈環(huán)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的總成，其中每一彈簧臂在每一端附近具有一環(huán)，且每一錨定構(gòu)件也具有一環(huán)，一彈簧臂的每一環(huán)均聯(lián)接至一錨定構(gòu)件的一毗鄰環(huán)；且所述鏈接構(gòu)件是一組合鏈環(huán)的總成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的總成，其中所述外側(cè)錨定構(gòu)件包括一安裝在所述承梁的一端附近的第二樞軸構(gòu)件，所述第二樞軸構(gòu)件適于通過橫向平面中的預(yù)定弧使一搖臂搖擺運(yùn)動(dòng)，所述搖臂的一端與所述第二鏈接構(gòu)件嚙合，另一端則偏置離開所述承梁的表面以對(duì)所述穩(wěn)定構(gòu)件預(yù)加載。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的總成，其中所述第二樞軸構(gòu)件是一固定在所述承梁上的一U形鉤塊中垂直設(shè)置的樞軸銷。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的總成，其中所述彈簧臂被預(yù)加載，且穿過每一鏈接構(gòu)件的垂直平面與穿過所述第一樞軸構(gòu)件及所述鏈接構(gòu)件固持在所述樞軸桿的所述第一彈簧臂端中一端的垂直平面成銳角。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的總成，其中所述轉(zhuǎn)向架的每一側(cè)架上均置有一偏轉(zhuǎn)穩(wěn)定構(gòu)件。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的總成，其中所述轉(zhuǎn)向架的每一側(cè)架上均置有一對(duì)偏轉(zhuǎn)穩(wěn)定構(gòu)件，其中所述偏轉(zhuǎn)穩(wěn)定構(gòu)件基本上成鏡像關(guān)系對(duì)置安裝。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的總成，其中每一鏈接構(gòu)件均具有一基本上不能使一彈簧臂彎曲預(yù)定懸架彈簧撓度的最小長(zhǎng)度。
11.根據(jù)權(quán)利要求5所述的總成，其中所述搖臂包括鎖定構(gòu)件，所述鎖定構(gòu)件用于在偏置抵靠在所述承梁上以相互對(duì)置彎曲方式對(duì)兩個(gè)彈簧進(jìn)行預(yù)加載時(shí)鎖定所述臂的一端。
12.根據(jù)權(quán)利要求5所述的總成，其中每一彈簧臂在每一端附近具有一鉤，每一搖臂在其一端附近也具有一鉤，且每一錨定構(gòu)件均具有一鉤，一彈簧臂的每一鉤均聯(lián)接至一選自一錨塊中一毗鄰鉤及一搖臂上一毗鄰鉤的鉤，且所述鏈接構(gòu)件是一連續(xù)鏈環(huán)。
13.根據(jù)權(quán)利要求5所述的總成，其中每一彈簧臂在每一端附近具有一環(huán)，每一搖臂在其一端附近也具有一環(huán)，且每一錨定構(gòu)件均具有一環(huán)，一彈簧臂的每一環(huán)均聯(lián)接至一選自一錨塊的一毗鄰環(huán)及一搖臂上的一毗鄰環(huán)中的環(huán)，且所述鏈接構(gòu)件是一組合鏈環(huán)的總成。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的總成，其中每一彈簧臂具有大于一千磅力/英寸(1000lbf/in)撓度的剛度。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的總成，其中每一彈簧臂的所述剛度數(shù)值比使用兼容量度單位表示的所述樞軸桿與其彈簧臂的組合質(zhì)量數(shù)值大一百倍。
16.一種鐵路貨車轉(zhuǎn)向架總成，其具有多個(gè)縱向間隔的輪副、多個(gè)橫向延伸的軸、多個(gè)安裝至所述軸上的車輪、多個(gè)安裝至所述軸上的橫向間隔且縱向延伸的側(cè)架、及一安裝至所述側(cè)架上的橫向延伸的承梁，其改進(jìn)之處包括一對(duì)基本上互成鏡像關(guān)系對(duì)置安裝在每一側(cè)架上的第一及第二偏轉(zhuǎn)穩(wěn)定構(gòu)件；所述第一偏轉(zhuǎn)穩(wěn)定構(gòu)件包括一第一樞軸構(gòu)件，所述第一樞軸構(gòu)件安裝在一側(cè)架上相對(duì)于所述轉(zhuǎn)向架的橫向中心線的遠(yuǎn)端位置處；及所述第二偏轉(zhuǎn)穩(wěn)定構(gòu)件包括一第二樞軸構(gòu)件，所述第二樞軸構(gòu)件安裝在同一側(cè)架上與所述第一樞軸構(gòu)件等距離的位置處且位于穿過所述第一樞軸構(gòu)件的相同縱向線上；每一第一及第二樞軸構(gòu)件具有一以可轉(zhuǎn)動(dòng)方式安裝在其上的樞軸桿，所述樞軸桿具有一對(duì)第一及第二彈簧臂，其中每一彈簧臂以等角度方式從一穿過所述樞軸構(gòu)件并沿貫穿所述樞軸構(gòu)件的縱向軸線的中心垂直平面偏離，每一彈簧臂的一端均朝向所述承梁的橫向中心線延伸，所述彈簧臂被預(yù)加載到一預(yù)定程度；一對(duì)第一及第二錨定構(gòu)件，其對(duì)置設(shè)置并在每一側(cè)架縱向軸線的每一側(cè)上固定至所述承梁上，所述錨定構(gòu)件分別適于與位于所述側(cè)架縱向軸線的相對(duì)側(cè)上的第一及第二鏈接構(gòu)件嚙合，所述第一鏈接構(gòu)件適于將一第一錨定構(gòu)件的一端嚙合至一第一彈簧臂的一端；所述第二鏈接構(gòu)件適于將一第二錨定構(gòu)件的一端嚙合至所述第二彈簧臂的一端；每一鏈接構(gòu)件均適于提供每一彈簧臂在一橫向平面中的受限運(yùn)動(dòng)，每一鏈接構(gòu)件具有一基本上不能使一彈簧臂彎曲預(yù)定懸架彈簧撓度的最小長(zhǎng)度；藉此，既可實(shí)現(xiàn)所述承梁的受限橫向運(yùn)動(dòng)又可實(shí)現(xiàn)懸架彈簧在所述側(cè)架中提供的這些垂直運(yùn)動(dòng)；且當(dāng)所述側(cè)架圍繞所述承梁的端部旋轉(zhuǎn)時(shí)，每一偏轉(zhuǎn)穩(wěn)定構(gòu)件均提供所述側(cè)架與所述承梁之間的線性恢復(fù)力矩。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的總成，其中每一對(duì)錨定構(gòu)件均包括一具有一適于嚙合一鏈環(huán)的端部的外側(cè)短柱式錨定器(stub anchor)，所述外側(cè)短柱式錨定器在每一側(cè)架的縱向軸線的一側(cè)上以固定方式設(shè)置在所述承梁上；及一具有一適于嚙合一鏈環(huán)的端部的內(nèi)側(cè)短柱式錨定器，所述內(nèi)側(cè)短柱式錨定器在每一側(cè)架的縱向軸線的另一側(cè)上以固定方式設(shè)置在所述承梁上。
18.根據(jù)權(quán)利要求16所述的總成，其中每一對(duì)錨定構(gòu)件均包括一搖臂，所述搖臂以可轉(zhuǎn)動(dòng)方式安裝在所述承梁的一端上的一樞軸塊中，所述搖臂具有一適于嚙合一鏈環(huán)的端部；及一內(nèi)側(cè)短柱式錨定器，其具有一適于嚙合一鏈環(huán)的端部，所述內(nèi)側(cè)短柱式錨定器在每一側(cè)架的縱向軸線內(nèi)側(cè)以固定方式設(shè)置在所述承梁上。
19.根據(jù)權(quán)利要求16所述的總成，其中所述第一樞軸構(gòu)件是一球形球樞軸且安裝在一由所述側(cè)架的基本縱向、垂直及成角度的伸長(zhǎng)構(gòu)件界定的側(cè)架開口中。
20.根據(jù)權(quán)利要求16所述的總成，其中每一彈簧臂在每一端附近具有一鉤，且每一錨定構(gòu)件也具有一鉤，一彈簧臂的每一鉤聯(lián)接至一錨定構(gòu)件的一毗鄰鉤；且所述鏈接構(gòu)件是一連續(xù)鏈環(huán)。
21.根據(jù)權(quán)利要求16所述的總成，其中每一彈簧臂在每一端附近具有一環(huán)，且每一錨定構(gòu)件也具有一環(huán)，一彈簧臂的每一環(huán)均聯(lián)接至一錨定構(gòu)件的一毗鄰環(huán)，且所述鏈接構(gòu)件是一組合鏈環(huán)的總成。
22.一種鐵路貨車轉(zhuǎn)向架總成，其具有多個(gè)縱向間隔的輪副、多個(gè)橫向延伸的軸、多個(gè)安裝至所述軸上的車輪、多個(gè)安裝至所述軸上的橫向間隔且縱向延伸的側(cè)架、及一安裝至所述側(cè)架上的橫向延伸的承梁，其改進(jìn)之處包括一對(duì)基本上互成鏡像關(guān)系對(duì)置安裝在每一側(cè)架上的第一及第二偏轉(zhuǎn)穩(wěn)定構(gòu)件，每一偏轉(zhuǎn)穩(wěn)定構(gòu)件包括一側(cè)架樞軸構(gòu)件，其安裝在每一側(cè)架上與貫穿所述承梁的橫向軸線等距離的位置處，及一具有成角度分叉彈簧臂的樞軸桿，所述樞軸桿以可轉(zhuǎn)動(dòng)方式設(shè)置在所述樞軸構(gòu)件上以便在一橫向平面中作往復(fù)運(yùn)動(dòng)，其中一彈簧臂位于所述側(cè)架的縱向軸線內(nèi)側(cè)，另一彈簧臂則位于外側(cè)；相對(duì)設(shè)置的承梁樞軸構(gòu)件，其安裝在每一承梁的橫向軸線的每一側(cè)上且靠近所述承梁的端部，并位于與所述側(cè)架縱向軸線等距離的位置處；一搖臂，其以可轉(zhuǎn)動(dòng)方式設(shè)置在每一承梁樞軸構(gòu)件上，以便容許所述搖臂在一橫向平面中作搖擺運(yùn)動(dòng)；一內(nèi)側(cè)錨定構(gòu)件，其與每一承梁樞軸構(gòu)件對(duì)置安裝且基本上位于同一橫向平面內(nèi)，所述內(nèi)側(cè)錨定構(gòu)件在一與所述側(cè)架的縱向中心線橫向間隔的預(yù)定位置處嚙合所述第二鏈接構(gòu)件；多個(gè)對(duì)置設(shè)置的鏈接構(gòu)件，其中一鏈接構(gòu)件嚙合每一搖臂的一端及每一外側(cè)彈簧臂的一端，另一鏈接構(gòu)件則嚙合所述錨定構(gòu)件及每一內(nèi)側(cè)彈簧臂，每一鏈接構(gòu)件均提供每一彈簧臂在一橫向方向上的受限運(yùn)動(dòng)，每一鏈接構(gòu)件均具有一基本上不能使一彈簧臂彎曲預(yù)定懸架彈簧撓度的最小長(zhǎng)度；及鎖定構(gòu)件，其用于將每一搖臂的一端鎖定在一遠(yuǎn)離所述承梁表面的位置上，從而以彼此相對(duì)彎曲的方式來預(yù)加載每一彈簧臂；藉此，既可實(shí)現(xiàn)所述承梁的受限橫向運(yùn)動(dòng)也可實(shí)現(xiàn)在所述側(cè)架中懸架彈簧所提供的這些垂直運(yùn)動(dòng)；且當(dāng)所述側(cè)架繞所述承梁的端旋轉(zhuǎn)時(shí)，每一偏轉(zhuǎn)穩(wěn)定構(gòu)件提供所述側(cè)架與所述承梁之間的線性恢復(fù)力矩。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的總成，其中所述偏轉(zhuǎn)穩(wěn)定構(gòu)件不會(huì)明顯增加所述鐵路貨車的簧下重量。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的總成，其中每一彈簧臂在每一端附近具有一鉤，每一搖臂在其一端附近也具有一鉤，且每一錨定構(gòu)件均具有一鉤，一彈簧臂的每一鉤聯(lián)接至一選自一錨塊彈簧臂中一毗鄰鉤及一搖臂上一毗鄰鉤的鉤，且所述鏈接構(gòu)件是一連續(xù)鏈環(huán)。
25.根據(jù)權(quán)利要求23所述的總成，其中每一彈簧臂在每一端附近具有一環(huán)，每一搖臂在其一端附近也具有一環(huán)，且每一錨定構(gòu)件均具有一環(huán)，一彈簧臂的每一環(huán)適于聯(lián)接至一選自一錨塊的一毗鄰環(huán)及一搖臂上一毗鄰環(huán)的環(huán)，且所述鏈接構(gòu)件是一組合鏈環(huán)的總成。
26.一種在高達(dá)240km/hr(150mph)的任何速度下穩(wěn)定一鐵路貨車轉(zhuǎn)向架總成防止發(fā)生有害偏轉(zhuǎn)的方法，除在所述轉(zhuǎn)向架的部件翹曲時(shí)產(chǎn)生穩(wěn)定力之外，所述方法不會(huì)增加所述轉(zhuǎn)向架的剛度，且不會(huì)將所述承梁相對(duì)于所述側(cè)架鎖定在固定位置上從而容許所述承梁的橫向及垂直運(yùn)動(dòng)，所述方法包括將一對(duì)第一及第二偏轉(zhuǎn)穩(wěn)定構(gòu)件相對(duì)于所述承梁的橫向中心線基本上互成鏡像關(guān)系地安裝在每一側(cè)架上，每一偏轉(zhuǎn)穩(wěn)定構(gòu)件包括一側(cè)架樞軸構(gòu)件，其安裝在每一側(cè)架上與貫穿所述承梁的橫向中心線等距離的位置處；及一具有成角度分叉的彈簧臂的樞軸桿，所述樞軸桿以可轉(zhuǎn)動(dòng)方式設(shè)置在所述樞軸構(gòu)件上，以便在一橫向平面中作往復(fù)運(yùn)動(dòng)；通過彼此相向拉動(dòng)而將所述彈簧臂預(yù)加載到預(yù)定程度；將一對(duì)第一及第二錨定構(gòu)件相互對(duì)置設(shè)置并在每一側(cè)架的縱向軸線的兩側(cè)固定至所述承梁上，所述錨定構(gòu)件適于分別與位于所述側(cè)架縱向中心線的相對(duì)側(cè)上的第一及第二鏈接構(gòu)件嚙合，其中所述第一鏈接構(gòu)件適于將一第一錨定構(gòu)件的一端嚙合至一第一彈簧臂的一端；所述第二鏈接構(gòu)件則適于將一第二錨定構(gòu)件的一端嚙合至所述第二彈簧臂的一端；每一鏈接構(gòu)件均適于提供每一彈簧臂在一橫向平面中的垂直運(yùn)動(dòng)，每一鏈接構(gòu)件均具有一基本上不會(huì)使一彈簧臂彎曲預(yù)定懸架彈簧撓度的最小長(zhǎng)度；藉此，所述轉(zhuǎn)向架在通過一彎道時(shí)的翹曲降至最小。
27.根據(jù)權(quán)利要求26所述的方法，其包括在穿過所述承梁的橫向軸線的每一側(cè)上且在其端部附近的與貫穿所述側(cè)架的縱向中心線等距離的位置處安裝一對(duì)以對(duì)置方式設(shè)置的承梁樞軸構(gòu)件；以可轉(zhuǎn)動(dòng)方式在每一承梁樞軸構(gòu)件上設(shè)置一搖臂，以容許所述搖臂在一橫向平面中作搖擺運(yùn)動(dòng)；使用一適于提供每一彈簧臂在一橫向平面中的受限運(yùn)動(dòng)的鏈接構(gòu)件來連接每一搖臂的一端和每一彈簧臂的一端，其中每一鏈接構(gòu)件均具有一基本上不使一彈簧臂彎曲預(yù)定懸架彈簧撓度的最小長(zhǎng)度；及使每一搖臂的另一端偏置離開所述承梁的表面從而以彼此相對(duì)彎曲的方式來對(duì)每一彈簧臂預(yù)加載，并將每一搖臂的端鎖定于一預(yù)定位置處。
全文摘要
本發(fā)明揭示一種偏轉(zhuǎn)穩(wěn)定構(gòu)件(51、52)，該偏轉(zhuǎn)穩(wěn)定構(gòu)件提供一種用于提高側(cè)架(22、24)與承梁(38)之間的線性偏轉(zhuǎn)剛度水平的輕質(zhì)構(gòu)件，從而提供合適的軸間剪切剛度且不會(huì)影響垂直懸架系統(tǒng)所需的柔性。本發(fā)明不會(huì)明顯增大鐵路貨車轉(zhuǎn)向架總成(20)的簧下重量，且可改裝成在使用的現(xiàn)有貨車轉(zhuǎn)向架或整合在新制造的轉(zhuǎn)向架中。此外，無需使用阻尼楔形件來提高軸間剪切剛度并使楔形件最佳化控制垂直振動(dòng)。
文檔編號(hào)B61F5/06GK1705580SQ200480001370
公開日2005年12月7日 申請(qǐng)日期2004年4月27日 優(yōu)先權(quán)日2003年8月21日
發(fā)明者羅伯特·李·布洛克 申請(qǐng)人:J-琳恩公司