專利名稱：輕型轉(zhuǎn)向架承梁的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明通常涉及軌行車輛轉(zhuǎn)向架，特別是涉及輕型軌行車輛轉(zhuǎn)向架承梁(bolster)。
背景技術(shù)：
軌行車輛轉(zhuǎn)向架是跨在軌道上并且支撐軌行車輛車身的帶輪車輛。在每個車身之下通常用兩個轉(zhuǎn)向架。每個轉(zhuǎn)向架包括輪對(wheel sets)，該輪對包括兩個輪子，這兩個輪子彼此橫向隔開，并且通過橫向延伸的軸連接。軸頸軸承壓在每個軸上。橫向隔開的側(cè)架支撐在輪對上。側(cè)架是縱向細(xì)長的，并且限定了縱向隔開的、向下開口的導(dǎo)框口。軸承接頭安裝在導(dǎo)框口中，并且接頭可旋轉(zhuǎn)地容納輪對軸頸軸承。輪對和側(cè)架通過軸承接頭裝在一起。
轉(zhuǎn)向架承梁在每個側(cè)架之間橫向延伸。轉(zhuǎn)向架承梁包括心盤，和兩個相對的、細(xì)長的承梁臂，該承梁臂從心盤下向外橫向延伸。臂和承梁整體上，由一個頂板，又被稱為受壓構(gòu)件，和一個底板，又被稱為受拉構(gòu)件，和兩個直立結(jié)構(gòu)或側(cè)壁形成。承梁臂向外延伸一個長度，因此在使用時，承梁臂穿過在側(cè)架中的承梁臂開口延伸。轉(zhuǎn)向架承梁安裝在螺旋彈簧上，該螺旋彈簧也安裝在承梁臂開口中，并且支撐在側(cè)架上。螺旋彈簧支撐軌行車輛和有效負(fù)載的重量，并緩沖由不平的鐵路軌道引起的震動。
美國鐵路協(xié)會(“A．A．R”)提出轉(zhuǎn)向架承梁的結(jié)構(gòu)要求。這些要求包括轉(zhuǎn)向架承梁應(yīng)足夠強以支撐軌行車輛的重量和其有效負(fù)載，并且還應(yīng)表現(xiàn)出承梁的長期運行的抗疲勞能力。因為軌行車輛轉(zhuǎn)向架承梁必須具有高強度，轉(zhuǎn)向架承梁傳統(tǒng)上由鑄鋼制成，并且構(gòu)成了鐵路動車的全部重量的主要部分。在鐵路線運輸工業(yè)中，為了保護軌道的安全和運行狀態(tài)，對運送貨物有重量限制。結(jié)果，放置在軌行車輛中或之上的貨物量受到軌行車輛車身，轉(zhuǎn)向架和其它軌行車輛部件的重量影響。這樣，軌行車輛(包括轉(zhuǎn)向架承梁)的重量的減少將導(dǎo)致鐵路線所有者運送貨物的整體能力的增加。因此，在保持承梁的強度和抗疲勞能力的同時，減少轉(zhuǎn)向架承梁的重量是非常理想的。
發(fā)明概述因此，本發(fā)明的一個目的是通過減小轉(zhuǎn)向架承梁的整體重量來減小鐵路動車的重量。本發(fā)明的另一個目的是減小轉(zhuǎn)向架承梁的重量而不減小強度或抗疲勞性。
簡而言之，本發(fā)明涉及從轉(zhuǎn)向架承梁的受壓和受拉構(gòu)件去掉金屬，并且將一對垂直肋定位在承梁心盤的相對兩側(cè)上。垂直肋從受拉構(gòu)件延伸到受壓構(gòu)件。受壓構(gòu)件的壁厚度在靠近心盤處比傳統(tǒng)承梁薄，并且從心盤到承梁臂末端厚度逐漸增加。類似的，受拉構(gòu)件的壁厚度在靠近承梁中心較薄，并且向著承梁臂末端厚度逐漸增加。受拉和受壓構(gòu)件都是連續(xù)的而無減重孔。為了補償受壓和受拉構(gòu)件的材料的損失以及由此對強度的損失，橫向延伸的垂直肋附加到心盤的相對兩側(cè)上，以便給承梁提供所需的結(jié)構(gòu)強度。顯然，公開的承梁的重量比傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)向架承梁輕，因此導(dǎo)致可由鐵路線所有者運輸?shù)呢浳锟傔\輸能力的增加。特別是，已公開的承梁的重量已經(jīng)減少了超過230磅，對典型的100節(jié)列車來說，總計可減輕超過46，000磅的重量。該顯著的重量減輕又帶來鐵路線所有者運輸?shù)呢浳锏娘@著增加。
另外，公開的輕型轉(zhuǎn)向架承梁由單體承梁型芯鑄造成，這產(chǎn)生了幾個制造優(yōu)點。傳統(tǒng)上，使用三到五個型芯部件，這在澆注工序例如型芯移位時將導(dǎo)致問題。型芯移位又導(dǎo)致尺寸不一致，和較大的壁厚度，這因此導(dǎo)致承梁重量的增加。而這些問題因單體型芯而被消除。并且，由于是單體型芯，承梁壁厚度可以減小而不存在多芯移位而產(chǎn)生的壁過薄的可能。而且，除了用單體型芯可增加生產(chǎn)效率外，則不再需要一般用于支撐多-型芯的芯撐來支撐型芯了。取而代之的是，模具支撐單體型芯。不使用芯撐時，例如產(chǎn)生應(yīng)力集中以及在精加工承梁時去除芯撐的疤痕等有關(guān)問題得以消除。而且，使與精加工承梁有關(guān)的成本顯著降低。
通過對本說明書的完整閱讀和對本發(fā)明的全面理解，才能理解本發(fā)明的目的，內(nèi)容和優(yōu)點。因此，為了完成本說明書，在附圖的簡要描述后，進行對本發(fā)明和優(yōu)選實施例的具體描述。
附圖的簡要說明下面參考附圖描述本發(fā)明的優(yōu)選實施例。在附圖中，下面的圖形具有以下的特征

圖1是本發(fā)明的轉(zhuǎn)向架承梁的側(cè)視圖；
圖2是圖1中的發(fā)明的半-頂平面視圖和半-底平面視圖；圖3是沿著圖2的線3-3的本發(fā)明的截面圖。
在附圖中，在不同的圖中對相同的結(jié)構(gòu)使用相同的附圖標(biāo)記。
參考圖1-3，圖中描述了輕型轉(zhuǎn)向架承梁的優(yōu)選實施例，該實施例符合轉(zhuǎn)向架承梁的A．A．R結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)，同時其重量明顯小于傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)向架承梁。優(yōu)選的轉(zhuǎn)向架承梁10包括一個心盤12，兩個相對的、細(xì)長的承梁臂14和16，這對承梁臂從心盤之下橫向向外延伸。臂和承梁整體上，由受壓構(gòu)件18，受拉構(gòu)件20和兩個豎立結(jié)構(gòu)或側(cè)壁22形成。受壓和受拉構(gòu)件，和側(cè)壁形成并且限定了承梁腔23。為了方便制造、減少重量以及為安裝剎車和側(cè)軸承，減重孔24位于在每個承梁臂14和16之上的側(cè)壁22中。承梁還有一個中心孔40，用來接收中心銷，以便將轉(zhuǎn)向架連接到軌行車輛車身上。螺栓孔42位置靠近承梁臂的末端，用來將側(cè)軸承安裝到承梁上。
在受拉和受壓構(gòu)件的優(yōu)選實施例中，已減少了每個壁厚度。特別是，在心盤12下的受拉構(gòu)件20中大致沿著整個受拉構(gòu)件已經(jīng)去掉了金屬材料。如圖1所示，受拉構(gòu)件壁44的優(yōu)選厚度已經(jīng)減少到近似一英寸的15／16 。該優(yōu)選厚度在心盤區(qū)域之下是恒量，并且從心盤區(qū)域向著承梁臂14和16的末端逐漸增加，最大厚度出現(xiàn)在彈簧座的轉(zhuǎn)角26處，即高應(yīng)力集中的位置。在該轉(zhuǎn)角處，厚度最好增加到11/2]]>英寸。然后，受拉構(gòu)件的優(yōu)選厚度向著承梁臂14和16的末端逐漸減小到約11/16]]>英寸。
受壓構(gòu)件18在心盤12之下的區(qū)域也已除去了金屬材料。緊接在心盤之下的受壓構(gòu)件壁46的優(yōu)選厚度已經(jīng)減少到約11/4]]>英寸。優(yōu)選厚度在承梁臂中進一步減少到約1英寸的3／4。優(yōu)選厚度沿承梁臂保持常量，同時向著彈簧座的轉(zhuǎn)角26厚度逐漸增加。在該轉(zhuǎn)角處，厚度最好增加到13/16]]>英寸。而且，受壓壁46的優(yōu)選厚度向著承梁臂14和16的末端逐漸減少到約1英寸的7／8。受拉和受壓構(gòu)件的上述優(yōu)選厚度的改變也被認(rèn)為是包括在本發(fā)明的范圍內(nèi)的。
而且，在受拉和受壓構(gòu)件的優(yōu)選實施例中，已經(jīng)取消了先前存在于受拉和受壓構(gòu)件中的減重孔。由于減重孔的取消，不存在先前的金屬流動問題，例如尖頂和應(yīng)力集中的產(chǎn)生。受壓構(gòu)件上保留了中心銷孔和側(cè)軸承螺栓孔。
在傳統(tǒng)的承梁中，需要兩個縱向肋，并且它們分別定位在每個承梁臂中受拉和受壓構(gòu)件的減重孔上方和下方，并且沿承梁臂的整個長度不間斷地延伸。而且，對于傳統(tǒng)的承梁，橫向肋位于心盤下并從受拉構(gòu)件的內(nèi)側(cè)向上延伸約5英寸。優(yōu)選的承梁10在每個承梁臂末端內(nèi)僅有一個縱向肋48，并且在心盤12的每一側(cè)僅有一個橫向肋30，該橫向肋30從受拉構(gòu)件20到受壓構(gòu)件18，沿側(cè)壁22的整個高度延伸。位于心盤的兩側(cè)的橫向肋30通過一對縱向肋連接壁31連接。如圖3所示，肋壁31從受拉構(gòu)件20到受壓構(gòu)件18厚度增加。結(jié)構(gòu)橫肋33橫過肋壁31，并且位于橫向肋30之間，并且提供對肋壁31的結(jié)構(gòu)支撐。
縱向肋48從受拉構(gòu)件20向著受壓構(gòu)件18延伸，并且自由邊限定了彎曲部分56。彎曲部分56允許肋48形成到受拉和受壓構(gòu)件中，以消除肋48和構(gòu)件18及20之間的銳轉(zhuǎn)彎。肋48逐漸過渡到受壓和受拉構(gòu)件減少了潛在的應(yīng)力集中，而該應(yīng)力集中一般會發(fā)生在鄰接的鑄造構(gòu)件之間的銳轉(zhuǎn)彎處。
在橫向肋30與受拉構(gòu)件20形成的接合處32，肋壁厚度減少，并且在肋壁和受拉構(gòu)件20之間形成小半徑34，以防止?jié)沧r在接合處收縮。橫向肋30具有相對的面50和52。面50在壁的整個高度上大致垂直于受壓構(gòu)件所在平面。面52在壁的整個高度上以一角度從受拉構(gòu)件延伸到受壓構(gòu)件。肋壁的該成角度面導(dǎo)致橫向肋30從接合處32到肋30與受壓構(gòu)件18連接的點之間有增加的壁厚度。
具有位置靠近承梁臂末端的縱向肋48和位置靠近心盤的橫向延伸肋30的優(yōu)選的承梁10形成了承梁臂，該承梁臂限定了中空的空間54，即，在承梁臂中沒有金屬支撐肋或角撐板。中空的空間54由受壓及受拉構(gòu)件，側(cè)壁，和橫向及縱向肋形成。除了對轉(zhuǎn)向架承梁的前述改進之外，承梁的其余部分與現(xiàn)有技術(shù)相同。
顯然，對于優(yōu)選承梁10，可采用單體承梁型芯來制造承梁鑄件。傳統(tǒng)上，采用三至五個型芯部件，這導(dǎo)致在澆注工序期間的問題，例如，型芯移位，該型芯移位又導(dǎo)致鑄造缺陷，偏移和尺寸不一致。在這些鑄造缺陷和偏移處應(yīng)力集中變大，并且一般是導(dǎo)致金屬疲勞的主要原因。使用單體型芯，承梁顯然易于制造，從而使生產(chǎn)效率增加，并且消除了與型芯位移并因此導(dǎo)致的應(yīng)力集中有關(guān)的問題。另外，使用單體型芯，不需要芯撐支撐型芯。取而代之的是，以模具支撐型芯，因此例如圍繞芯撐的應(yīng)力集中，和芯撐的疤痕，或者芯撐澆注時熔融等的相關(guān)問題被消除。另外，不再需要對芯撐的疤痕進行精加工。
以上，對本發(fā)明的優(yōu)選實施例進行了描述，而本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員由此能夠制造和使用本發(fā)明。在不背離本發(fā)明的范圍的情況下，存在優(yōu)選實施例的多種變體。因此，為了特別強調(diào)和明確聲明本發(fā)明的主題，下面的權(quán)利要求總結(jié)了本說明書。
權(quán)利要求
1．一種輕型轉(zhuǎn)向架承梁，包括受壓構(gòu)件，該受壓構(gòu)件限定了一個心盤，受拉構(gòu)件，該受拉構(gòu)件通過一對側(cè)壁與受壓構(gòu)件連接；受壓構(gòu)件，受拉構(gòu)件和側(cè)壁限定了從心盤向外延伸的承梁臂，承梁臂終止于第一末端和第二末端，受壓構(gòu)件的壁厚度從心盤向承梁臂的第一和第二末端逐漸增加，受拉構(gòu)件的壁厚度也向著承梁臂的第一和第二末端逐漸增加，和一對橫向垂直肋，這對垂直肋位于心盤的相對兩側(cè)上，這對橫向垂直肋從受拉構(gòu)件向受壓構(gòu)件延伸，這對橫向垂直肋為承梁提供了結(jié)構(gòu)強度。
2．如權(quán)利要求1所述的輕型轉(zhuǎn)向架承梁，其特征在于縱向肋位于承梁臂的每個末端，縱向肋從受拉構(gòu)件向受壓構(gòu)件延伸。
3．如權(quán)利要求1所述的輕型轉(zhuǎn)向架承梁，其特征在于橫向垂直肋限定了肋壁，該肋壁的厚度從受拉構(gòu)件向著受壓構(gòu)件增加。
4．如權(quán)利要求2所述的輕型轉(zhuǎn)向架承梁，其特征在于大致中空的空間在承梁臂中于受壓和受拉構(gòu)件，側(cè)壁，橫向垂直肋和縱向肋之間形成。
5．如權(quán)利要求1所述的輕型轉(zhuǎn)向架承梁，其特征在于受壓構(gòu)件限定了中心銷孔和側(cè)軸承螺栓孔，除了中心銷孔和側(cè)軸承螺栓孔外受壓構(gòu)件是沒有減重孔的實心壁。
6．如權(quán)利要求1所述的輕型轉(zhuǎn)向架承梁，其特征在于受拉構(gòu)件是無減重孔的實心壁。
7．如權(quán)利要求1所述的輕型轉(zhuǎn)向架承梁，其特征在于側(cè)壁限定了多個開口。
8．如權(quán)利要求7所述的輕型轉(zhuǎn)向架承梁，其特征在于多個開口是以相等的間隔分布在心盤的相對兩側(cè)上的四個開口。
9．一種輕型轉(zhuǎn)向架承梁，該輕型轉(zhuǎn)向架承梁包括受壓構(gòu)件，該受壓構(gòu)件限定了一心盤，該受壓構(gòu)件限定了一實心壁，受拉構(gòu)件，該受拉構(gòu)件通過一對側(cè)壁與受壓構(gòu)件連接，該受拉構(gòu)件限定了一實心壁；受壓構(gòu)件，受拉構(gòu)件和側(cè)壁限定了從心盤向外延伸的承梁臂，承梁臂終止于第一末端和第二末端，受壓構(gòu)件的壁厚度從心盤向承梁臂的第一和第二末端逐漸增加，受拉構(gòu)件的壁厚度也向著承梁臂的第一和第二末端逐漸增加，一對橫向垂直肋，這對垂直肋位于心盤的相對兩側(cè)上，這對橫向垂直肋從受拉構(gòu)件向受壓構(gòu)件延伸，這對橫向垂直肋為承梁提供了結(jié)構(gòu)強度，第一縱向肋，該第一縱向肋位置靠近承梁臂的第一末端，和第二縱向肋，該第二縱向肋位置靠近承梁臂的第二末端。
10．如權(quán)利要求9所述的輕型轉(zhuǎn)向架承梁，其特征在于第一和第二縱向肋從受拉構(gòu)件向受壓構(gòu)件延伸。
11．如權(quán)利要求9所述的輕型轉(zhuǎn)向架承梁，其特征在于橫向垂直肋限定了肋壁，該肋壁厚度從受拉構(gòu)件向受壓構(gòu)件增加。
12．如權(quán)利要求9所述的輕型轉(zhuǎn)向架承梁，其特征在于大致中空的空間在承梁臂中于受壓和受拉構(gòu)件，側(cè)壁，橫向垂直肋和縱向肋之間形成。
13．如權(quán)利要求9所述的輕型轉(zhuǎn)向架承梁，其特征在于側(cè)壁限定了多個開口。
14．如權(quán)利要求13所述的輕型轉(zhuǎn)向架承梁，其特征在于多個開口是以相等的間隔分布在心盤的相對兩側(cè)上的四個開口。
15．如權(quán)利要求9所述的輕型轉(zhuǎn)向架承梁，其特征在于縱向肋限定了自由邊，自由邊限定了從受拉構(gòu)件向受壓構(gòu)件延伸的彎曲部。
16．如權(quán)利要求9所述的輕型轉(zhuǎn)向架承梁，其特征在于承梁還包括靠近承梁臂的第一和第二末端的彈簧座區(qū)域。
17．如權(quán)利要求16所述的輕型轉(zhuǎn)向架承梁，其特征在于受拉構(gòu)件具有一壁厚度，該壁厚度從彈簧座區(qū)域向承梁臂的第一和第二末端逐漸減小。
全文摘要
軌行車輛轉(zhuǎn)向架所用的輕型轉(zhuǎn)向架承梁(10)從承梁(10)的靠近心盤(12)處的承梁(10)的受壓構(gòu)件(18)和受拉構(gòu)件(20)中去除了金屬。該承梁(10)包括位于承梁臂(14,16)每一端的縱向肋(48),和一對橫向延伸的垂直肋(30),這對垂直肋(30)位于心盤(12)的相對兩側(cè),并且從受拉構(gòu)件(20)向受壓構(gòu)件(18)延伸。承梁(10)滿足美國鐵路協(xié)會(A.A.R.)對轉(zhuǎn)向架承梁的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn),同時它的重量明顯小于傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)向架承梁。
文檔編號B61F5/04GK1293629SQ99804027
公開日2001年5月2日 申請日期1999年1月27日 優(yōu)先權(quán)日1998年1月30日
發(fā)明者托德·W·斯特克 申請人:巴克伊鑄鋼公司