发动机与车轴基本同轴的铁路车辆的动轮转向架.pdf

一种发动机与车轴基本同轴的铁路车辆的动轮转向架。铁路车辆的该动轮转向架(10)包括一对车轮(20)，所述车轮(20)通过用于形成车轴(22)的主轴彼此相连。转向架(10)还包括用于驱动车轴(22)绕车轴的轴心旋转的发动机(34)。发动机(34)与车轴(22)基本同轴，并且相对于车轮(20)被放置在转向架(10)外部。

权利要求书
1.  一种铁路车辆的动轮转向架(10)，包括至少一对车轮(20)，所述或各个对的所述车轮(20)通过用以形成车轴(22)的主轴彼此连接，所述转向架(10)还包括发动机(34)以及传动链，所述发动机(34)用于驱动所述车轴(22)绕所述车轴(22)的轴心旋转，所述发动机(34)与所述车轴(22)基本同轴并且相对于所述车轮(20)被放置在所述车轴(22)的外部，所述传动链确保将转矩从所述发动机(34)传输到所述车轴(22)并且包括减速器(36)，所述减速器(36)与所述车轴(22)基本同轴并且被放置在所述车轴(22)的外部，其特征在于，所述发动机(34)与所述减速器(36)共同环绕所述车轴(22)。

2.  根据权利要求1所述的动轮转向架(10)，其中，所述传动链包括用于将驱动从所述发动机(34)传输到所述减速器(36)上的传输主轴(38)，所述传输主轴(38)在空心的所述车轴(22)的内部从所述车轴(22)的一个轴向端部(62)一直延伸到所述车轴(22)的一个相对的轴向端部(64)。

3.  根据权利要求2所述的动轮转向架(10)，其中，所述传动链包括从所述发动机(34)到所述传输主轴(38)上的第一联接构件(66)，所述第一联接构件(66)适用于准许所述传输主轴(38)的轴心相对于所述发动机(34)的轴心倾斜。

4.  根据权利要求2或3所述的动轮转向架(10)，其中，所述传动链包括从所述传输主轴(38)到所述减速器(36)的输入齿轮(50)上的第二联接构件(68)，所述第二联接构件(68)适用于准许所述传输主轴(38)的轴心相对于所述输入齿轮(50)的轴心倾斜。

5.  根据权利要求1至3中任一项所述的动轮转向架(10)，其中，所述减速器(36)包括与所述车轴(22)联结的啮合元件(56)。

6.  根据权利要求1至3中任一项所述动的轮转向架(10)，其中，所述减速器(36)为外摆线形齿轮系减速器。

7.  根据权利要求1至3中任一项所述的动轮转向架(10)，包括底盘(24)以及在所述底盘(24)和所述车轴(22)之间的悬挂件(30)，所述悬挂件(30)被配置用于准许所述车轴(22)相对于所述底盘(24)的垂直相对位移，所述发动机(34)被刚性固定到所述底盘(24)。

8.  根据权利要求1至3中任一项所述的动轮转向架(10)，包括底盘(24)、在所述底盘(24)和所述车轴(22)之间的悬挂件(30)以及从所述发动机(34)到所述底盘(24)上的连接装置(46)，所述悬挂件(30)被配置用于准许所述车轴(22)相对于所述底盘(24)的垂直相对位移，所述连接装置(46)允许所述发动机(34)相对于所述底盘(24)的垂直位移。

9.  根据权利要求1至3中任一项所述的动轮转向架(10)，其中，所述发动机(34)为内转子发动机。

说明书发动机与车轴基本同轴的铁路车辆的动轮转向架
技术领域
本发明涉及一种铁路车辆的动轮转向架，该动轮转向架的类型为包括至少一对车轮，所述或各个对的所述车轮通过用于形成车轴的主轴彼此相连，转向架还包括用于驱动车轴绕车轴的轴心旋转的发动机。
本发明同样涉及一种包括此类转向架的铁路车辆。
背景技术
在铁路车辆中，每个机动转向架、或动轮转向架通常包括两对车轮、底盘、悬挂件以及驱动装置，一对车轮中的车轮通过用于形成车轴的主轴彼此相连，底盘将所述车轴彼此连接，每个悬挂件都被插入半底盘与车轴之间，所述每个悬挂件允许车轴相对于对应的半底盘具有相对垂直位移，驱动装置使得车轴之一或每个车轴旋转。这些驱动装置包括至少一个发动机以及一个传动链，该传动链确保将转矩从发动机传输到车轴以及将制动转矩从车轴传输到发动机。驱动装置根据自身的质量分布而有所不同，该驱动装置或者是“非悬挂的”，即被连接到车轴上，又或者是“悬挂的”，即被连接到悬挂件上方的转向架底盘上。驱动装置根据就体积而言将其整合在转向架内的难易程度有所不同，该体积以宽度(即与车轴的轴心平行)或以长度(与车辆行进方向平行)衡量。驱动装置的复杂度根据所包括的部件的个数而有所不同。
为了减少轮距上的垂直应力，减小非悬挂质量是有利的。为了使驱动装置的整合更加容易，缩小体积是有利的。
从EP 1 320 478中已知一种铁路车辆的转向架，其中，发动机被安装在车轴的车轮间，发动机的转子联结到车轴，并且定子通过托架被安装在车轴上，以使得发动机是非悬挂的。被铰接到定子上以及转向架底盘上的反应杆允许重 获转矩并且确保转向架底盘和车轴之间的运动的轮轴游间行程。驱动装置因此特别紧凑。然而，具有过大的非悬挂质量的驱动装置具有限制车辆的速度的缺陷。此外，在轮距和车轮直径不变的情况下，增大施加在车轴上的转矩是很困难的。
从WO 2006/051046中已知一种铁路车辆的转向架，其中，发动机被悬挂安装在车轴的车轮之间，转子形成与车轴基本同轴的空心主轴。为了补偿转向架底盘和车轴之间的运动的轮轴游间行程，联接构件确保在转子与车轴之间传输转矩，该联接构件被放置在转子的轴向端部并容许转子相对于车辆的轴心轻微偏心。非悬挂质量因此减少。尽管如此，该传输增加了在车辆行进方向上转向架的体积。此外，发动机在车轮间占有更少的空间，以使铁制部分的长度以及因此使得施加在车轴上的转矩比EP 1 320 478所述的技术方案中更小。
此外，已知几种包含低广通道的铁路车辆。此类车辆通常被称为“低底盘车辆”。对于这些车辆，必须设计出特定的转向架，使得中心低通道在不运行的情况下能够在车辆的整体长度上延伸，完全在转向架上方通过。为此，在车轮间纵向延伸的转向架的中心空间必须尽可能不被遮挡。
在EP 1 320 478和WO 2006/051046中所描述的转向架不适合这种类型的车辆。
EP 2 142 411描述了特别为低底盘车辆设计的转向架，该转向架准许在车身的底盘上布置一个低广的中心通道，以使得准许在不运行的情况下到达整个车辆。特别可由发动机的特定放置达到目的，该发动机沿转向架的外边缘以平行于车辆行进方向被放置。即使这种放置准许有效地使中心空间通畅，但是该放置的缺点在于，必须增高发动机所占空间的上方的底盘，结果是使得到达铁路车辆的某些部分复杂化。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种铁路车辆的动轮转向架，该转向架准许在车身的底盘上布置一低广通道，而不需要为了从铁路车辆的转向架上方通过而在 铁路车辆的底盘中实现大量的行进。其他目的是使动轮转向架与车轴驱动装置紧凑且有力地整合，所述驱动装置易于使用并且减少非悬挂质量。
为此，本发明旨在一种上述类型的动轮转向架，其中发动机与车轴基本同轴，发动机相对于车轮被放置在转向架外部。
根据本发明的特定实施方式，动轮转向架同样具有单独采用的或按照所有技术上可能的组合的一个或更多以下特征：
动轮转向架包括传动链，该传动链确保将转矩从发动机传输到车轴，所述传动链包括减速器；
减速器与车轴基本同轴，并且相对于车轮被放置在转向架外部；
发动机和减速器整体环绕车轴；
传动链包括用于将驱动从发动机传输到车轴上的传输主轴，所述传输主轴在空心的车轴的内部从车轴的一个轴向端部一直延伸到车轴的一个相对的轴向端部；
传动链包括从发动机到传输主轴上的第一联接构件，第一联接构件适用于准许传输主轴的轴心相对于发动机的轴心倾斜；
传动链包括从传输主轴到减速器的输入齿轮上的第二联接构件，所述第二联接构件适用于准许传输主轴的轴心相对于输入齿轮的轴心倾斜；
减速器包括与车轴联结的啮合元件；
减速器为外摆线形齿轮系减速器；
动轮转向架包括底盘以及在底盘和车轴之间的悬挂件，所述悬挂件被配置为准许车轴相对于底盘的垂直位移，发动机被刚性固定到底盘；
动轮转向架包括底盘、在底盘和车轴之间的悬挂件、以及从发动机到底盘上的连接装置，所述悬挂件被配置为准许车轴相对于底盘的垂直位移，所述连接装置允许发动机相对于底盘的垂直位移；以及
发动机为内转子发动机。
本发明的目的还在于一种包括如上限定的动轮转向架的铁路车辆，特别地为有轨电车。
附图说明
通过对下文给出的参照附图并仅作为示例给出的说明进行阅读将会使本发明的其他特征与优点显现出来，在附图中：
-图1是根据本发明第一实施例的动轮转向架的横向剖视图；
-图2是图1的动轮转向架的传输主轴的联接段的透视图；
-图3是根据本发明第二实施例的动轮转向架的横向剖视图。
具体实施方式
在下文中，术语“垂直“及“水平”相对于安装在铁路车辆中的转向架来定义。因此，水平平面与车轴延伸平面基本平行，并且垂直平面与车轮延伸平面基本平行。术语“纵向”相对于铁路车辆在水平平面上延伸的方向定义，并且“横向”沿着在水平面上与纵向方向基本垂直的方向定义。
图1和3中所示的动轮转向架10中的每一个包括两对车轮20，每对车轮中的车轮20通过用以形成车轴22的主轴彼此相连。车轴22通过底盘24彼此相连，即内部地，包括两个半底盘并且每个半底盘与各自的车轴22联结。通过内部底盘，已知各个半底盘的纵梁26在轮廓的内部延伸，该轮廓由车轮20形成，即纵梁被放置在车轮20之间。
每个半底盘包括两个基本纵向延伸的纵梁26，该纵梁通过基本横向延伸的横梁(未示出)彼此相连。各个纵梁26放置在车轴22的车轴箱28上，所述车轴箱28倚靠车轴22的车轮20放置在所述车轮20之间。
初级悬挂件30被插入各个纵梁26与安置在所述纵梁26上的车轴箱28之间。该初级悬挂件30允许与另一初级悬挂件之间车轴22相对于半底盘的相对垂直位移，即半底盘是活动的并且沿着基本垂直的方向相对于车轴22悬挂。
两个半底盘彼此固定，以使得车轴22保持平行并且转向架10不会在垂直负荷的作用下折叠。
车轴22中的至少一个、或两个车轴22被驱动装置驱动旋转，驱动装置包括发动机34以及传动链，该传动链确保将转矩从发动机34传输到车轴22以及 将制动转矩从车轴22传输到发动机34。该传动链包括减速器36以及用于将驱动从发动机34传输到减速器36上的传输主轴38。
发动机34被放置于车轮20形成的轮廓的外部。换句话说，发动机相对于车轮20被横向放置于转向架10的外部。
同样地，在允许的悬挂件30附近的轮轴游间行程处，发动机34与车轴22基本同轴。
发动机34包括转子42和定子44。
定子44通过第一连接构件46连接到底盘24。该连接构件46适用于重获定子44与底盘24之间的联结。
转子42与定子44同轴。托架48确保转子42连接到定子44，同时准许转子42相对于定子44绕该转子的轴心旋转。
转子42以旋转方式联结到主轴38。
定子44绕转子42安装，这使得发动机34形成内转子发动机。
减速器36与车轴22基本同轴。
减速器36同样被放置于车轮20形成的轮廓的外部。特别地，减速器相对于发动机34被放置于与车轴22相对的轴向端部，这使得发动机34和减速器36共同横向环绕车轴22。
减速器36为外摆线形齿轮系减速器。已知减速器包括多个啮合元件50、52、54、56，其中，内部中心轮50形成与车轴22基本同轴的减速器36的输入齿轮，冠齿轮52与内部中心轮50同轴，多个行星齿轮54被插入内部中心轮50和冠齿轮52之间，每个行星齿轮与内部中心轮50和冠齿轮52啮合，并且行星齿轮架56与内部中心轮50和冠齿轮52同轴，每个行星齿轮54以绕该行星齿轮的轴心旋转的方式安装在行星齿轮架56上。
内部中心轮50以旋转方式联结到主轴38。冠齿轮52通过第二连接构件58连接到底盘24，该第二连接构件58适用于重获冠齿轮52与底盘24之间的联接。行星齿轮架56与车轴22联结，特别地与车轴22的车轮24之一联结。
第二连接构件58优选地为准许底盘24和车轴22之间的运动的轮轴游间行 程的连杆。因此，减速器36是半悬挂的。
根据本发明，车轴22是空心的并且限定了一个达到车轴22的两个轴向端部62、64的内部轴向管状腔60。主轴38在所述腔60中从轴向端部62、64中的一个延伸到另一个。主轴38具有两个相对的联接段66、68，每个联接段66、68在每个轴向端部62、64处从腔60中突出。
转子42限定了容纳一个联接段66的第一腔70，并且内部中心轮50限定了容纳另一联接段68的第二腔72。更准确地说，如图2所示，每个联接段66、68具有肋74，该肋形成从段66、68的外围面径向发出的凸出部分并且轴向定向，所述肋74分布于段66、68的外围并且与容纳该肋的腔70、72的壁中所形成的互补凹槽(未示出)协作。
主轴38与车轴22基本同轴，即主轴38的轴心与车轴22的轴心相交，两轴心之间的夹角的绝对值通常小于1°。
转向架10同样包括适用于在车轴22上施加反抗力矩的车轴22的制动装置，这使得车轴相对于底盘24旋转固定。已知该制动装置包括制动圆盘76和箍(未示出)，箍沿底盘24或减速器36的纵向方向以平移方式联结，并且适用于夹紧制动圆盘76，以便防止制动圆盘76相对于箍的任何位移。
在示出的示例中，减速器36被插入制动圆盘76和车轴22的一个车轮20之间。制动圆盘76尤其与内部中心轮50联结。
在图1中的实施例中，发动机34是悬挂的。为此，第一连接构件46为刚性连接构件，适用于将发动机34刚性连接到底盘24。
此外，联接段66、68适用于准许传输主轴38的轴心相对于转子42的轴心以及相对于减速器36的轴心倾斜。为此，如图2所示，每个肋74包括大体向外弯曲的自由边缘78，即肋74的自由边缘78组成了具有近似圆弧形状的与主轴38的轴心径向相距最远的肋74的边缘。
因此，联接段66、68与容纳联接段的腔70、72一起形成传输联轴节。因为这种类型的传输联轴节易于实现，所以它特别地有利。作为变型，其他传输联轴节被用于将主轴38联接到的发动机34的转子42上和减速器36的内部中 心轮50上。
注意到通过“传输联轴节”，理解了一种准许两个旋转零件相互驱动的机械系统，在运行期间，两个旋转零件的旋转轴心位于可相对变化的位置。
因此，主轴38的外径介于35和45mm之间、优选地大致为40mm，并且管状腔60的直径介于85和95mm之间、优选地大致为90mm。
在运行中，转子42驱动传输主轴38绕传输主轴的轴心旋转。该旋转通过第二联接段68被传输到减速器36的内部中心轮50。内部中心轮50转而对在冠齿轮52上滚动的行星齿轮54进行驱动。这使得，行星齿轮54驱动行星齿轮架56绕行星齿轮架56的轴心旋转，并因此驱动车轴22旋转。
倘若车轴22相对于底盘24垂直位移，发动机34的轴心相对于底盘24保持固定，然而减速器36的轴心跟随车轴22位移。发动机34的轴心和减速器36的轴心随之相对位移，这使得原本相互平行的两个轴心不再对齐。因此，传输主轴38相对发动机34和减速器36的轴心的方向倾斜，由于主轴38通过传输联轴节联接到发动机34上和减速器36上，该倾斜被允许。
此实施例准许限制非悬挂质量。
在图3中的实施例中，发动机34是半悬挂的。为此，第一连接构件46为准许底盘24和车轴22之间的运动的轮轴游间行程的连杆。此外，车轴22包括超过车轮20所形成的轮廓外部的外部段80，转子42限定了圆柱腔82用于容纳所述外部段80并且通过托架84被安装到所述段80上。
在运行中，转子42驱动传输主轴38绕传输主轴的轴心旋转。该旋转通过第二联接段68传输到减速器36的内部中心轮50。内部中心轮50转而对在冠齿轮52上滚动的行星齿轮54进行驱动。这使得，行星齿轮54驱动行星齿轮架56绕行星齿轮架56的轴心旋转，并因此驱动车轴22旋转。
倘若车轴22相对于底盘24垂直位移，发动机34和减速器36共同跟随车轴22移动。所述轴心因此保持对齐。在此第二实施例中，主轴38因此相对于车轴22不倾斜，从而可以减小管状腔60的直径。
由于上述本发明，在不需要在所述铁路车辆的底盘中实现大量的行进的情 况下，可以在整合有转向架10的铁路车辆的车身的底盘中布置低广通道。