CN104507781B - 铁路车辆的转向架构架 - Google Patents

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Abstract

铁路车辆的转向架构架包括沿轨道方向配置的左右一对侧梁、用于连接所述侧梁的横梁以及接合于该横梁的功能部件安装用的支座，横梁的横截面为矩形，该横梁具有顶板部、底板部和一对侧板部，在顶板部形成有延伸至一侧板部的缺口孔，向该缺口孔内***支座，通过对焊将支座与顶板部接合。由此，能够提高用于安装主电动机、齿轮装置、制动装置等功能部件的支座的焊接施工性并且能够提高功能部件的安装位置的设计自由度。

Description

铁路车辆的转向架构架
技术领域
本发明涉及铁路车辆的转向架构架，特别涉及这样的铁路车辆的转向架构架：着眼于用于将主电动机、齿轮装置、制动装置等功能部件安装于转向架构架的支座，谋求提高将该支座焊接接合于转向架构架时的焊接施工性并且提高功能部件的安装位置的设计自由度。
背景技术
通常，铁路车辆由车体和支承该车体的转向架构成，在转向架的转向架构架安装有作为功能部件的主电动机、齿轮装置、制动装置等。主电动机的动力借助齿轮装置传递给轮轴，从而使铁路车辆在轨道上行进，随着制动装置工作、例如通过抑制轮轴旋转来对铁路车辆进行制动。
图1是表示以往的转向架构架的俯视图。图2是示意性地表示以往的转向架构架的功能部件的安装构造的一例的横梁的横剖视图。在图2中示出了沿着轨道方向的截面，为了能够理解该构造，还明确示出了车体5和自车体侧起的中心销6。
如图1所示，转向架构架包括沿轨道方向配置的左右一对侧梁1以及用于连接所述侧梁1的横梁2。如图2所示，横梁2是通过并列配置两根横截面为圆形的圆管而构成的，它们的两端分别通过焊接与侧梁1焊接接合在一起。在圆管的横梁2之间以张设在该圆管的横梁2之间的方式焊接接合有上下一对加强板2a、2b，以用来确保整体的刚性。
在横梁2的外周面分别通过焊接接合有主电动机安装用支座3a、齿轮装置安装用支座3b和制动装置安装用支座3c这样的功能部件安装用支座3。在图2中示出了这样的状态：在两根圆管的横梁2中的一根横梁2的靠外侧的一半外周面焊接接合有支座3，在该支座3安装有作为功能部件4的主电动机。支座3是通过以焊接的方式组合多块钢板材而成的。
在此，主电动机、齿轮装置、制动装置等功能部件给转向架构架(横梁)带来较高的负载，因此功能部件安装用支座必须坚固且具有较高的疲劳强度。然而，在通过焊接组合多块钢板材而成的支座的情况下，支座与横梁之间的焊接部以及构成支座的钢板材之间的焊接部相比钢板材自身的母材部而言疲劳强度(例如，根据日本工业标准JIS－E－4207)较低。因此，要求想办法抑制支座的疲劳强度出乎意料地降低。
作为应对该要求的现有技术，在专利文献1中公开了这样的技术：改变构成支座的钢板材的形状，使应力降低。另外，在专利文献2中公开了这样的技术：改变构成支座的钢板材的形状，并且优化组装支座时的焊接顺序，使焊接接头质量提高。
然而，包括专利文献1、2所公开的技术在内，在图1和图2所示的以往的转向架构架的情况下，支座3是通过以焊接的方式组合多块钢板材而构成的，并且在由圆管构成的横梁2的外周面焊接支座3，因此存在许多较短的焊缝和曲线状的焊缝。结果，焊接施工的效率较低，基于焊接机器人的自动焊接也变得难以实现。
另外，实际上，根据铁路车辆的规格的不同，功能部件的种类也不同，重量、性能(作用力、载荷等)也不同。因此，功能部件安装于转向架构架(横梁)的安装位置并非同样，需要针对各种铁路车辆的规格单独地设计。在这一点上，在以往的设计中，为了同与铁路车辆的规格相对应的功能部件的安装位置相匹配，而通过改变支座的尺寸形状、即构成支座的钢板材的尺寸形状来进行应对。不言而喻，在进行设计变更时，为了不使支座的疲劳强度降低，需要将支座做成牢固的形状。
然而，在以往的转向架构架中，可能出现难以安装功能部件的情况。以下说明该情况。
图3是示意性地表示在以往的转向架构架中难以安装功能部件的情况的一例的横梁的横剖视图。在该图中，与所述图2同样地示出了沿着轨道方向的截面。
如图3所示，根据铁路车辆的规格，在功能部件4的安装位置位于比两根圆管的横梁2中的一根横梁2的最顶部靠下方且是靠近该一根横梁2的位置的情况下，没有用于设置支座的空间，成为功能部件4与横梁2相干涉的情况。在该情况下，无论怎样改变支座的尺寸形状，也不可能完成功能部件4的安装，因此不得不包括横梁2在内地重新研究转向架构架整体的尺寸结构。因此，在以往的转向架构架中，功能部件的安装位置的设计自由度明显较低。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特许第4292980号公报
专利文献2：日本特许第3873659号公报
发明内容
发明要解决的问题
本发明是鉴于所述问题而做成的，其目的在于提供一种能够提高功能部件安装用支座的焊接施工性并且能够提高功能部件的安装位置的设计自由度的铁路车辆的转向架构架。
用于解决问题的方案
为了达到所述目的，本发明人对如下技术反复进行了认真研究，该技术为：在将功能部件安装用支座焊接接合于横梁时，满足焊缝比较长且呈直线状的条件，而且，能够在不改变包括横梁在内的转向架构架整体的尺寸结构的前提下将功能部件安装在与铁路车辆的规格相对应的适当位置。结果发现，通过如下这样是有效的，即：采用横截面为矩形且具有顶板部、底板部和一对侧板部的横梁，并且在顶板部形成延伸至一侧板部的缺口孔，向该缺口孔***支座，通过对焊将支座与顶板部接合。
本发明是基于这样的见解而完成的，其主旨在于下述的铁路车辆的转向架构架。即，一种铁路车辆的转向架构架，该铁路车辆的转向架构架包括沿轨道方向配置的左右一对侧梁、用于连接所述侧梁的横梁以及接合于该横梁的功能部件安装用的支座，该铁路车辆的转向架构架的特征在于，横梁的横截面为矩形，该横梁具有顶板部、底板部和一对侧板部，在顶板部形成有延伸至一侧板部的缺口孔，向该缺口孔内***支座，通过对焊将支座与顶板部接合。
在所述转向架构架中，优选的是，所述支座是通过锻造或切削而成形的一体成形构件。
另外，在所述转向架构架中，优选的是，所述横梁由4块板组合体、方管或冲压成形件构成。
发明的效果
采用本发明的铁路车辆的转向架构架，在将支座焊接接合于横梁时，横梁与功能部件安装用的支座之间的焊缝比较长且呈直线状，因此能够提高焊接施工性。并且，仅通过根据铁路车辆的规格改变支座和缺口孔的尺寸形状，便能够在横梁上安装所有的功能部件，从而能够提高功能部件的安装位置的设计自由度。
附图说明
图1是表示以往的转向架构架的俯视图。
图2是示意性地表示以往的转向架构架的功能部件的安装构造的一例的横梁的横剖视图。
图3是示意性地表示在以往的转向架构架中难以安装功能部件的情况的一例的横梁的横剖视图。
图4是示意性地表示本发明的第1实施方式的转向架构架的功能部件的安装构造的一例的横梁的横剖视图，图4的(a)表示自横梁分离功能部件和支座后的状态，图4的(b)表示将支座接合于横梁并安装功能部件后的状态。
图5是示意性地表示本发明的第2实施方式的转向架构架的功能部件的安装构造的一例的横梁的横剖视图，图5的(a)表示自横梁分离功能部件和支座后的状态，图5的(b)表示将支座接合于横梁并安装功能部件后的状态。
图6是示意性地表示本发明的第3实施方式的转向架构架的功能部件的安装构造的一例的横梁的横剖视图，图6的(a)表示自横梁分离功能部件和支座后的状态，图6的(b)表示将支座接合于横梁并安装功能部件后的状态。
图7是示意性地表示本发明的第4实施方式的转向架构架的功能部件的安装构造的一例的横梁的横剖视图，图7的(a)表示自横梁分离功能部件和支座后的状态，图7的(b)表示将支座接合于横梁并安装功能部件后的状态。
图8是示意性地表示本发明的第5实施方式的转向架构架的功能部件的安装构造的一例的横梁的横剖视图，图8的(a)表示自横梁分离功能部件和支座后的状态，图8的(b)表示将支座接合于横梁并安装功能部件后的状态。
具体实施方式
以下，详细说明本发明的铁路车辆的转向架构架的实施方式。
＜第1实施方式＞
图4是示意性地表示本发明的第1实施方式的转向架构架的功能部件的安装构造的一例的横梁的横剖视图，图4的(a)表示自横梁分离功能部件和支座后的状态，图4的(b)表示将支座接合于横梁并安装功能部件后的状态。在图4中，与所述图2同样地示出了沿着轨道方向的截面，并示出了作为功能部件4的主电动机。后述的第2实施方式～第5实施方式也同样。图4所示的第1实施方式的转向架构架基本上是所述图1、图2所示的转向架构架的结构，适当地省略重复的说明。
在第1实施方式中，如图4所示，支座3由上下分割开的上侧支座31和下侧支座32构成。上侧支座31用于保持功能部件4的上侧，下侧支座32用于保持该功能部件4的下侧。上侧支座31和下侧支座32均是一体成形构件。
优选所述一体成形构件的支座3(上侧支座31和下侧支座32)是通过锻造或切削而成形的。这是因为，若采用锻造或切削，则即使是复杂形状的支座3，也能够比较容易地成形，并且支座3自身(母材部)的强度也显著提高。
横梁2的横截面是横长的矩形，具有顶板部21、底板部22和一对侧板部23、24。第1实施方式的横梁2由横截面横长的方管构成。除此之外，还能够使一对冲压成形成截面为日文コ字状的冲压成形件组合并进行焊接接合而构成，或者使截面为日文コ字状的冲压成形件与钢板材组合并进行焊接接合而构成。
如图4的(a)所示，在横梁2的顶板部21形成有用于收容上侧支座31的上侧缺口孔26，该上侧缺口孔26延伸至一侧板部23(在图4中右端的侧板部)。在横梁2的底板部22形成有用于收容下侧支座32的下侧缺口孔27，该下侧缺口孔27同样延伸至一侧板部23。以下，将所述上侧缺口孔26和下侧缺口孔27也统称为缺口孔25。
之后，向横梁2的上侧缺口孔26***上侧支座31，沿着上侧缺口孔26的轮廓适当地对该上侧支座31实施坡口，之后实施焊接。即，如图4的(b)所示，上侧支座31通过对焊接合于横梁2的顶板部21，并通过角焊接合于侧板部23(严格来说，还包括顶板部21的靠侧板部23的一部分)。
同样地，向横梁2的下侧缺口孔27***下侧支座32，沿着下侧缺口孔27的轮廓对该下侧支座32实施焊接。即，如图4的(b)所示，下侧支座32通过对焊接合于横梁2的底板部22，并通过角焊接合于侧板部23(严格来说，还包括底板部22的靠侧板部23的一部分)。在图4的(b)中明确示出了对焊的焊缝wg1和角焊的焊缝wg2。另外，在图4的(b)中省略了焊接部的坡口形状。
于在横梁2上焊接接合有支座3(上侧支座31和下侧支座32)的转向架构架的支座3上安装功能部件4。
根据这样的第1实施方式的转向架构架，采用横截面为矩形且具有顶板部21、底板部22和一对侧板部23、24的横梁2，并且在顶板部21形成延伸至一侧板部23的缺口孔25，向该缺口孔25内***支座3，通过对焊将支座3与顶板部21接合，因此焊缝比较长且呈直线状。因此，在将支座3焊接接合于横梁2时，能够提高焊接施工性，基于焊接机器人的自动焊接也能够容易地应对。并且，仅通过根据铁路车辆的规格改变支座3和缺口孔25的尺寸形状，便能够在横梁2上安装所有的功能部件4，结果，能够提高功能部件4的安装位置的设计自由度。
而且，还能够提高支座3的疲劳强度的安全度。其理由如以下所示。作为技术常识，对于疲劳强度(例如，根据日本工业标准JIS－E－4207)，与焊接部相比，母材部的疲劳强度较高。在以往的转向架构架中，支座3与横梁2之间的焊接部是形状变化点，因此在此处发生应力集中。相对于此，在第1实施方式的转向架构架中，支座3与横梁2(顶板部21)之间的焊接部是通过对焊形成的，因此在此处不会发生应力集中。另外，根据功能部件4的安装位置，能够在一体成形构件的支座3上形成形状变化点，由此，能够使应力集中部远离焊接部。此外，与如以往的转向架构架那样以焊接的方式组合多块钢板材而成的支座相比，能够增大一体成形构件的支座3的沿着与轨道方向成直角的枕木方向的截面积，因此能够进一步减小应力集中。由此，采用第1实施方式的转向架构架，支座3的疲劳强度的安全度提高。
＜第2实施方式＞
图5是示意性地表示本发明的第2实施方式的转向架构架的功能部件的安装构造的一例的横梁的横剖视图，图5的(a)表示自横梁分离功能部件和支座后的状态，图5的(b)表示将支座接合于横梁并安装功能部件后的状态。图5所示的第2实施方式的转向架构架是通过使所述图4所示的第1实施方式的转向架构架的结构中的支座的结构变形并随之使横梁的缺口孔的结构变形而得到的。
在第2实施方式中，如图5所示，支座3并未上下分割开。即，第2实施方式的支座3是一个通过其自身保持功能部件4的上侧和下侧这两侧的一体成形构件。
另一方面，第2实施方式的缺口孔25用于收容一个支座3，因此如图5的(a)所示并未上下分开，而是形成在自横梁2的顶板部21延伸至一侧板部23(在图5中右端的侧板部)进而直接延伸至底板部22的整个区域。
之后，向横梁2的缺口孔25***支座3，沿着缺口孔25的轮廓对该支座3实施焊接。即，如图5的(b)所示，支座3通过对焊接合于横梁2的顶板部21和底板部22，并通过角焊接合于侧板部23的下端部的极小的区域。于在横梁2上焊接接合有支座3的转向架构架的支座3上安装功能部件4。
采用这样的第2实施方式的转向架构架，也取得与所述第1实施方式相同的效果。特别是，在功能部件4的安装位置位于比横梁2的最顶部靠下方且是靠近该横梁2的位置的情况，即在这样的功能部件4与横梁2相干涉的情况下，第2实施方式的转向架构架是有用的。
＜第3实施方式＞
图6是示意性地表示本发明的第3实施方式的转向架构架的功能部件的安装构造的一例的横梁的横剖视图，图6的(a)表示自横梁分离功能部件和支座后的状态，图6的(b)表示将支座接合于横梁并安装功能部件后的状态。图6所示的第3实施方式的转向架构架是通过使所述图4所示的第1实施方式的转向架构架的结构中的横梁的结构变形而得到的。
在第3实施方式中，如图6所示，横梁2是通过并列配置两根横截面为正方形的方管而构成的。与所述图1、图2所示的圆管的横梁2同样地，在方管的横梁2之间以张设在该方管的横梁2之间的方式焊接接合有上下一对加强板2a、2b。
另一方面，如图6的(a)所示，第3实施方式的缺口孔25由用于收容上侧支座31的上侧缺口孔26和用于收容下侧支座32的下侧缺口孔27构成。上侧缺口孔26形成在自两根方管的横梁2中的一根横梁2的顶板部21延伸至与该顶板部21相连的一侧板部23(在图6中右端的侧板部)的整个区域内。下侧缺口孔27形成在自形成有上侧缺口孔26的方管的横梁2的底板部22同样延伸至与该底板部22相连的一侧板部23(在图6中右端的侧板部)的整个区域内。
并且，与所述第1实施方式同样地，向横梁2的上侧缺口孔26***上侧支座31、向下侧缺口孔27***下侧支座32，并在实施焊接之后，在该支座3(上侧支座31和下侧支座32)安装功能部件4。
采用这样的第3实施方式的转向架构架，也取得与所述第1实施方式相同的效果。
特别是，与以往的转向架构架相比，在第3实施方式的转向架构架的情况下，具有因横梁的截面惯性矩增大而带来的应力降低效果。其理由如以下所示。
假设第3实施方式的转向架构架与以往的转向架构架的横梁的外形尺寸相同，比较两者的截面惯性矩。即，以往的横梁是横截面为圆形的圆管，因此若将其外径设为d2、将内径设为d1，则由于第3实施方式的横梁是横截面为正方形的方管，因此其外宽为d2，内宽为d1(参照所述图2、图6的(b))。
在该情况下，根据公式，通过下述式(1)求出以往的横梁的截面惯性矩IA，通过下述式(2)求出第3实施方式的横梁的截面惯性矩IB。
IA＝(d2 4－d1 4)×π÷64＝0.049×(d2 4－d1 4)···(1)
IB＝(d2 4－d1 4)÷12＝0.083×(d2 4－d1 4)···(2)
另外，根据公式，基于截面惯性矩I和弯矩M，通过下述式(3)求出弯曲应力σ。
σ＝M×h÷I···(3)
在所述式(3)中，h是指任意高度。
在此，由所述式(3)可知，在作用有相同弯矩的情况下，截面惯性矩I越大，弯曲应力σ越小。通过所述式(1)、式(2)，对以往的横梁的IA和第3实施方式的横梁的IB进行比较，可知，第3实施方式的系数大于以往的系数。因而，与以往的转向架构架相比，在第3实施方式的转向架构架的情况下，作用于横梁的弯曲应力较小，具有应力降低的效果。
另外，第3实施方式的转向架构架的横梁的结构也能够应用于所述第2实施方式的转向架构架。
＜第4实施方式＞
图7是示意性地表示本发明的第4实施方式的转向架构架的功能部件的安装构造的一例的横梁的横剖视图，图7的(a)表示自横梁分离功能部件和支座后的状态，图7的(b)表示将支座接合于横梁并安装功能部件后的状态。图7所示的第4实施方式的转向架构架是通过使所述图4所示的第1实施方式的转向架构架的结构中的横梁的结构变形而得到的。
在第4实施方式中，如图7所示，横梁2是由4块板组合体构成的，横截面为横长的矩形。即，第4实施方式的横梁2的顶板部21、底板部22和一对侧板部23、24均以钢板材为原材料，该横梁2是通过使这些钢板材组合并进行焊接接合而构成的。在该横梁2的内部竖立设置有与侧板部23、24平行的加强肋2c，以用来确保强度。在这样的横梁2上与所述第1实施方式同样地形成有上侧缺口孔26和下侧缺口孔27。
并且，与所述第1实施方式同样地，向横梁2的上侧缺口孔26***上侧支座31、向下侧缺口孔27***下侧支座32，并在实施焊接之后，在该支座3(上侧支座31和下侧支座32)安装功能部件4。
采用这样的第4实施方式的转向架构架，也取得与所述第1实施方式相同的效果。
另外，第4实施方式的转向架构架的横梁的结构也能够应用于所述第2实施方式的转向架构架。
＜第5实施方式＞
图8是示意性地表示本发明的第5实施方式的转向架构架的功能部件的安装构造的一例的横梁的横剖视图，图8的(a)表示自横梁分离功能部件和支座后的状态，图8的(b)表示将支座接合于横梁并安装功能部件后的状态。图8所示的第5实施方式的转向架构架是通过使所述图4所示的第1实施方式的转向架构架的结构中的支座的结构变形并随之使横梁的缺口孔的结构变形而得到的。
在第5实施方式中，如图8所示，支座3分割成上侧支座31和下侧支座32，但其中的下侧支座32配置在比横梁2的最下部靠上方的位置。
另一方面，如图8的(a)所示，在横梁2的顶板部21上与所述第1实施方式同样地形成有用于收容上侧支座31的上侧缺口孔26，该上侧缺口孔26延伸至一侧板部23(在图8中右端的侧板部)。并且，在横梁2的同一侧板部23形成有用于收容下侧支座32的下侧缺口孔27。此外，在横梁2的底板部22且是下侧缺口孔27的附近形成有作业用开口孔28。
之后，与所述第1实施方式同样地，向横梁2的上侧缺口孔26***上侧支座31并实施焊接。并且，向横梁2的下侧缺口孔27***下侧支座32并实施焊接。此时，如图8的(b)所示，下侧支座32通过角焊接合于横梁2的侧板部23。于在横梁2上焊接接合有支座3(上侧支座31和下侧支座32)的转向架构架的支座3上安装功能部件4。在此，功能部件4例如通过螺栓29固定于下侧支座32，该固定操作能够穿过形成于横梁2的底板部22的开口孔28来进行。
采用这样的第5实施方式的转向架构架，也取得与所述第1实施方式相同的效果。
另外，第5实施方式的转向架构架的支座和横梁的结构也能够应用于所述第3实施方式、第4实施方式的转向架构架。
产业上的可利用性
本发明的铁路车辆的转向架构架对所有的铁路车辆有用。
附图标记说明
1、侧梁；2、横梁；2a、2b、加强板；2c、加强肋；3、3a、3b、3c、支座；4、功能部件；5、车体；6、中心销；21、顶板部；22、底板部；23、24、侧板部；25、缺口孔；26、上侧缺口孔；27、下侧缺口孔；28、开口孔；29、螺栓；31、上侧支座；32、下侧支座；wg1、对焊的焊缝；wg2、角焊的焊缝。

Claims (4)

1.一种铁路车辆的转向架构架，该铁路车辆的转向架构架包括沿轨道方向配置的左右一对侧梁、用于连接所述侧梁的横梁以及接合于该横梁的功能部件安装用的支座，该铁路车辆的转向架构架的特征在于，
横梁的横截面为矩形，该横梁具有顶板部、底板部和一对侧板部，在顶板部形成有延伸至一侧板部的缺口孔，向该缺口孔内***支座，通过对焊将支座与顶板部接合。
2.根据权利要求1所述的铁路车辆的转向架构架，其特征在于，
所述支座是通过锻造或切削而成形的一体成形构件。
3.根据权利要求1或2所述的铁路车辆的转向架构架，其特征在于，
所述横梁由冲压成形件构成。
4.根据权利要求1或2所述的铁路车辆的转向架构架，其特征在于，
所述横梁由4块板组合体或方管构成。
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