具有拼接截面的鐵路牽引杆的製作方法
2023-11-10 23:47:52 3
專利名稱：具有拼接截面的鐵路牽引杆的製作方法
技術領域：
本發明涉及鐵路車輛的底架，更具體地說涉及一種拼接與鑄造相結合的牽引杆，它特別適用於超長車輛的聯結。
當車輛具有一種固定用途的應用，如運煤，礦石，穀粒等諸如此類的東西時，每組車輛往往具有五或十輛車，而牽引杆是典型性地用於半永久性地聯結若干組車輛組成一個長列車。在這些應用方式中，牽引杆替代傳統的E及F型車鉤，後者用於可摘式聯結的車輛，一列車就是一組車輛。
更為特殊的是，旋轉車鉤使得多組車輛貨車在卸貨站卸貨時，某節車輛可以在與後面等待卸貨的車輛仍保持聯鉤的情況下，整節車輛旋轉傾覆卸貨。通過使用一種牽引杆聯結裝置，它的每一單元(組)的車輛，在牽引杆的一端具有一個固定端聯結，而在另一端，有一個迴轉聯結，這樣，整車的卸貨作業就得以完成。這種車輛的聯結裝置在一組的各個車輛中交替布置。可迴轉式聯結器既可以是一個標準型球端面，也可以是一個具有迴轉能力的標準F型車鉤。其固定端是一種典型的、具有垂直或水平銷軸的牽引桿頭。先前的技術可採用具有各種不同型式平頭端的各類型式的牽引杆裝置，但牽引杆必須是無遊間型的。
上述各種不同型式的無遊間型牽引杆在美國專利號5，000，330、4，700，854、4，593，827、4，580，686、4，456，133、4，420，088中有所敘述。這些專利中沒有一件披露本發明的原理。
在卸貨過程中，一個現場軌道車指示器(調車定位機車)及定位器用電子方法感受或查詢車輛聯接裝置，然後，根據指示器在程控中碰到的聯接器的特定區域，使一個裝有指示器的推車機臂被定位到抓住車輛聯接裝置上的一個指定點。
一旦抓住後，調車定位機車會移動整個車輛組往卸貨站臺，其一組中第一輛車放置到卸貨站臺的正確卸貨位置上。因為一根牽引杆的桿身不具有E及F型車鉤聯接頭結構上的特點，牽引杆的桿身必須鑄有一般E及F聯接頭的特點，為的是使指示器被哄騙，以為它已定位，且已指引到一種E或F型車鉤頭，以便放置推車機臂。這樣，整列車輛可以卸貨，而不需要整列車輛採用相同型式的聯接頭。
當車輛採用其它卸貨方式，例如連同抖動式外殼的底卸式車輛時，每組車輛的牽引杆聯接裝置，通常包括具有兩頭都用垂直或水平銷軸固定的聯接器的車輛，例如在美國專利號4，700，853或美國系列號568，733中見到的，1991年10月21日許可批准的那種。
對全部牽引杆而言，普遍存在的一個問題是它們的聯接件的大部份或者跟牽引杆本身一起鑄成整體，或者由於複雜性的關係，鑄成跟主牽引杆中間部份分開的聯接件，然後焊成一體。此外，由於鑄造是一種昂貴的製造方法，一種細長型的單個整體鑄件不是一種最適宜的生產形狀。牽引杆製造者面臨的另一問題是由於經濟原因加上運輸上的原因，鐵路車輛製造者正在製造較長的車輛，長的車輛需要長的牽引杆，能允許車輛安全成功地作水平方向的轉彎動作，否則，出軌的可能性大大增加。
因牽引杆的總長可能超過某特定製造者工藝的鑄造砂箱的能力，長牽引杆對生產者而言，可能成為一個製造問題。砂箱能力是澆注中間鐵水包的容積的大小。若中間鐵水包不能容納澆鑄長牽引杆需要的熔融金屬的量，它就造不出來，造成機會損失。此外，即使一個生產者具有足夠中間鐵水包的容量，每次製造一種不同長度的新的牽引杆就跟著需要一個新的鑄模。這樣製造各種不同長度的整根澆鑄的牽引杆會造成鑄造過程非常昂貴。然而，由於鑄造的高成本，即使在標準長度的牽引杆裝置中，牽引杆也是鐵路車輛底架的一個高成本部件。
另一方面，牽引杆及聯結系統的鑄造與拼接工藝相比在製作上具有一個主要優點，就是更容易地生產複雜端件的能力，無論它們是特殊平端頭，還是F型平端頭。
困此，本發明的一個目的是，當較複雜的牽引杆端件或者是整體鑄成，或者是鑄造/拼合結合件的形式時，提供一種生產鑄造/拼合結合形式的牽引杆的方法，它將利用一種全是拼合的中間桿身。這樣，使每種材料經濟上及製造上的優勢儘可能地發揮出來。
本發明的另一目的是在受鑄造砂箱能力的限制下能生產任一需要長度的牽引杆。
本發明的一個次要目的是，在保持全部由鑄造而成的牽引杆裝置的安全、強度、耐用及裝配方便的優點的同時，通過提供一種輕些的牽引杆裝置，達到減輕車輛的重量。
本發明涉及一種無遊間的牽引杆，用於聯接兩輛鐵路車輛，在上述每輛車輛的每端具有一個車體底梁上的車鉤衝擊座，改進措施包括一個伸長的中間桿身部份，一對附屬於上述桿身部份的每端的聯接端件;
上述聯接端件鑄造成整體件，且由一個中央軀體部份、一個附屬於上述中央軀體部份一端的平端頭、及一個附屬於上述中央軀體部份另端的縮頸套筒部份形成;
上述桿身部份包含一個拼合金屬結構，一般具有直線形狀，上述桿身包括平截端;
上述車鉤頭的上述縮頸套筒部份的形狀與上述中間桿身部份的上述平截端互相配合，且為後者所接受。
下面參照附圖，說明本發明的實施例，其中，
圖1是一種雙端頭、採用垂直銷軸的牽引杆的頂視圖，圖中顯示拼合製成的中間中心段。
圖2是圖1中顯示的牽引杆的側視圖。
圖3是一種鑄造的聯結器端件的局部頂視圖，它採用標準垂直銷軸固定端的牽引杆，此端件與中間段的一個局部相聯結。
圖4是圖3中顯示的牽引杆的端視圖。
圖5是圖3中顯示的聯結端件及中間段的局部側視圖。
圖6是本發明的一種適用於迴轉式卸貨操作的牽引杆的頂視圖，它的一端固定，另端可以迴轉，中間段含有一般聯結器的特點，適用於一種自動調車及定位的機器。
圖7是圖6中顯示的牽引杆的側視圖。
圖8是一種用本發明的牽引杆結構相聯接的兩輛車一組的鐵路車輛的側視圖。
參考各圖，圖8展示一對鐵路車輛100，它包括車身105，裝在底架110上，後者由傳統的車輛轉向架115支撐。車輛100的前後端都有傳統的車鉤130，而車輛的中端通過一個牽引杆5聯結起來。
參見圖1及2，表示的牽引杆5是一種標準固定端的牽引杆，它包括位於每一平頭端12及14上的垂直孔8及10。一隻銷釘(未顯示)插入孔8或10，將牽引杆5緊固於鐵路車輛100的中梁上(未顯示)。
牽引杆5包括一個伸長的中間桿身部份50，它是一種拼合件，端聯結鑄件16和18裝在兩端，桿身部份50可看作拼合而成，它可由大剖面的方形、長方形或圓形無縫管或其它類似型材製成。無論如何，桿身部份50可以根據任何已知的工程原理製成任何幾何形狀，只要它能承受住遇到的外力，例如彎曲、扭轉、剪切、拉伸或壓縮。例如，當被牽引的全部鐵路車輛100，僅僅只由牽引杆互聯起來，形成一個單一的車組，典型數是5或10輛連成一組，具有固定的用途，只承受縱向的緩衝及牽引力。另一方面，圖8展示的一種車輛聯接裝置將被典型地採納應用於一個車輛卸貨站。
聯接車組中每一車輛的聯接件130，將是一種可迴轉式聯接件，以使每一車輛100可以單獨翻倒卸貨。若一組以上車輛被牽引時，可用牽引杆5，將幾個車組聯起來。在卸貨中存在扭轉力，則桿身部份50最好是製成圓形的，因根據已知工程原理，那種形狀能承受的扭轉力比非圓形的大得多。在實現本發明時，中間桿身部份50可製成任意所需長度，以便可以製成如圖2所示的任一長度A的牽引杆。
參見圖3-5，牽引杆5的較複雜的聯接端件16及18，或可保持為整體的鑄件，或如同以後將要談到的可製成鑄/拼合的結合形式。在圖示具體裝置中，兩個端件16、18含有一個單一的鑄件，它包括在牽引杆5每端的平端形狀12、14。因鑄造的端件16、18是互相全等的，只需說明端件16即可。然而，務必理介的是，雖圖示每個端件16及18的構造相等，但是端頭12及14不需要互相全等。通過現場應用可知那種端頭將被使用，且此狀況在圖6及7中可看到，以後還將說明。
再次參見圖3-5中唯一的端件16，雖平端12是標準結構且通常是金屬鑄件，而件24可以是整體鑄件，或僅僅一部份軀體是鑄件。唯一的限制是無論中間桿身部份50的結構選擇是什麼幾何形狀，端件體24的同一端或套筒部份40必需跟中間桿身部份的端頭保持同樣形狀。這就是說，端件體24可能不鑄成跟中間桿身部份50同樣的幾何形狀，這是可能的。舉例來說，若已知牽引杆是應用於非迴轉式卸貨，中間桿身部份50按照已知工程原理會是一種矩形構造，因矩形件承受彎曲負載比圓截面大得多。但若已知此同一牽引杆將會用於卸貨作業中，在卸貨過程中，扭轉力是主要的，一個圓形體24是理想的，因圓形截面承受扭轉比矩形的好得多，這是已知的事實。對技術界人士來說，亦屬已知的是在卸貨過程中，遇到的最關鍵的扭轉力只是發生在牽引杆5的一個特定部位。在特殊情況下，那個在端件體24上的關鍵斷面以長度B標出。因此，為配合沿著牽引杆5的全長上遇到的力的方式而得出的理想的結構件，以最佳地承受這些力的辦法是可能的。可以想到的是不論端件體24是拼合的還是鑄造的，它可製成為只在B段內是一個圓形結構截面。在圖示實施例中，端件體24是一種單一結構設計及構造，它是全部鑄造的，且屬單一形狀，以匹配桿身部份50。若端件體24的形狀跟桿身部份50不同，則必須要求件24的縮頸套筒部份40的構造為需要跟中間桿身部份50的構造互相配合的唯一部份，以便兩個截面容易聯接起來。從概念上來說，若只有端頭12、14是鑄造的，則鑄件仍將包含直接附屬於端頭的縮頸套筒部份40，而拼合的桿身部份50的長度將要增加，從而，取代一種實際軀體部份的需要。
牽引杆5的最好的結構是極大地降低製造成本及牽引杆的重量。為此，牽引杆5的其它部份是拼製成的，只是將平頭端12由鑄件製成。下面所述僅為說明意圖，圖3-7述及一種牽引杆，它具有一個全部鑄造的端件16，它與桿身部份50的幾何形狀相同，僅中間桿身部份50為拼合部份。在圖3中，端件16的軀體24，如圖所示，是一個矩形截面的鑄件，由於鑄造特點，此鑄件從長度B的開端到過渡突出部36為止，具有一個稍為向外張開的軀體。突出部36代表介乎軀體24及縮頸套筒部份40之間的過渡帶或區。過渡突出部36是向下傾角的，允許套筒部份40配合地進入桿身部份50。縮頸套筒部份40的形狀必須跟中間桿身部份50的空端54的形狀互相配合。否則，兩件間的最後接合不會有足夠的整體性以承受正常的操作力。尤其是，套筒部份40具有外壁42，後者跟中間桿身部份50的幾何形狀互相配合。且此外壁特別設計成為榫頭進入榫眼，因此，當套筒部份40的外壁42滑入桿身部份50的空端54中時，桿身50的端頭56接觸到端件16上的過渡突出部36。這樣形成的榫接48在強度及完整性上比平接頭優越得多。而後者的形成是僅僅通過將一個在形狀與尺寸上互相配合的端件16跟桿身50進行對接，然後將兩件焊成一體。從圖中了解到端件體24及套筒部份40都是空心的，且唯一的實心鑄件是平端12及其相關部件。若將此部份鑄成空心的，製造費用及牽引杆的重量可以降低。
一旦鑄端件16的縮頸套筒部份40滑入桿身部份50的空端54中，兩件被緊固在一起最好是通過沿接頭48的整個周邊進行焊接。雖說別的方法，例如，鍵接或螺栓亦可使用，但不如焊接好。牽引杆部份16、18及50的焊接，按照特定的方式進行，這是重要的，否則，會影響牽引杆結構上的完整性。此外，不論端件16及中間桿身部份50是矩形或圓形的，將使裝配工序的進行稍有不同。在任何一種應用中，重要的是在焊接開始前，裝配開始是預熱沿接頭48的每邊，在大約兩英寸區域內至250°F左右。焊接前的予熱將減小焊接過程產生的應力，一旦溫度達到，焊接即可進行。若端件斷面16、18及桿身部分50兩者都是矩形的，矩形接頭48的對角必須先進行臨時點焊。採用對角焊接方法，必須檢查接頭的正方度，以使端件16、18不會在焊接過程中產生向上卷邊。若部件是圓形斷面，則按照一種留有相似間隔的方法進行臨時性點焊，如同有焊接經驗者所熟悉的做法。一旦每一端件16、18的點焊已牢固，且相對桿身50來說已垂直，則焊件的第一焊道全部圍繞結構的周邊，即全部圍繞接頭48。當焊接每個焊道時，在下次焊件的全部焊道被焊前，焊件在此時期內，允許在空氣中進行冷卻。因每個焊道亦可能要作淬火冷卻，故此舉是有利的而且最好採取此方法。但淬火冷卻需要最後裝配好的牽引杆進行熱處理，或退火處理以消除內應力。在較好的製造方法下，退火是不需要的，因為一旦焊接下一個焊道，在焊接中產生的熱量使前一個焊道被退火，因而，消除掉由焊接過程產生的在接頭中的應力。較好的做法是最後的焊道是由錘頭敲擊以消除應力，因為由於建造特長的牽引杆而需要的大的退火爐是不可能獲得的。若能獲得的話，焊件焊道之間的淬火就可以完成，且最後產品就可在爐中退火。但是，更喜歡的退火方法是較快而且較便宜的方法。最低限度，至少焊接兩個焊道，但在使用中遇到巨大的力後，為保證結構的完整性，更好的做法是至少焊接五個焊道。
圖7及圖8所示的是第二實施例，除牽引杆5'顯示出鑄端件16'具有一個牽引杆固定端的平端件12'以及鑄端件18'如圖所示具有一個迴轉端14'外，保持著第一實施例的一般特點。當一整列車具有固定的服務，例如運輸，它的車輛必須適用於該處理設施的卸料設備時，將會遇到該特殊的實施例。在發電廠或鋼鐵廠中，鐵路車輛100，在一個固定卸貨溜槽或料侖上，通常通過迴轉整個車輛至翻倒位置進行卸貨。在那種情況下即使牽引杆的另一端件16'具有一個固定端頭12'，而使一輛車仍與鄰接的一輛車聯結一起時，迴轉頭端14'也允許在卸貨站使該車卸貨。此外，在卸貨過程中，一輛現場鐵路車輛的指示器/定位器(未顯示)用電子技術感受鐵路車輛的車鉤，且根據該信息使一隻推車機臂向外抓住車鉤或者鐵路車輛本身上的一個指定點。一旦抓住，就推動車輛至卸貨站內的正確位置。因為一個典型的牽引杆桿身，如同圖1及2所示，不會與一個離開車鉤頭為基準的指示器共同起作用，故牽引杆5'拼合製成具有一個標準E或F型車鉤的標準關節及車鉤頭的特點。從牽引杆5'的桿身部份50'的側壁67的旁邊突出的耳狀物60及62，在尺度上代表兩個聯結一起的E或F式車鉤的外形。模擬車鉤鉤角線的突出部64及模擬鉤舌頂部的突出部66，兩者皆從側壁67垂直向上突出，且加到桿身50'上，模擬車鉤鉤肩線;當輸送車輛進入卸料站時，它將給指示器/定位器一個緊固及推動點。這樣，若採用牽引杆代替車鉤，一整列車可以卸貨，而不需要採用相同的聯結端件。突出部64、66及耳狀物60、62亦屬拼合件，它用電焊焊接在桿身部份50'上。如同先前說過的那樣，此特殊實施例不僅限於完全從一個鑄件來製造端件16'，而且強調了在此特殊應用中，端頭12'是一個鑄件，而其餘牽引杆部件及截面，在此實施例中是拼合的，而不是鑄件。
權利要求
1.一種無遊間的牽引杆，用於聯接兩輛鐵路車輛，在上述每輛車輛的每端具有一個車體底梁上的車鉤衝擊座，改進措施包括一個伸長的中間桿身部份，一對附屬於上述桿身部份的每端的聯接端件；上述聯接端件鑄造成整體件，且由一個中央軀體部份、一個附屬於上述中央軀體部份一端的平端頭、及一個附屬於上述中央軀體部份另端的縮頸套筒部份形成；上述桿身部份包含一個拼合金屬結構，具有一般直線形狀，上述桿身包括平截端；上述車鉤頭的上述縮頸套筒部份的形狀與上述中間桿身部份的上述平截端互相配合，且為後者所接受。
2.根據權利要求1中所述的牽引杆，其特徵在於，上述中間桿身部份是由一般曲線金屬件拼合製成。
3.根據權利要求2中所述的牽引杆，其特徵在於，上述中間桿身部份是空心的。
4.根據權利要求1中所述的牽引杆，其特徵在於，上述牽引杆端件的每一件是一個單一的鑄件。
5.根據權利要求4中所述的牽引杆，其特徵在於，上述牽引杆端件的每一件含有一個拼合及鑄造部分。
6.根據權利要求5中的所述牽引杆，其特徵在於，上述牽引杆端件的上述鑄造部分的每一件僅含有平端。
7.根據權利要求6中所述的牽引杆，其特徵在於，上述牽引杆端件的上述拼合部分的每一個含有一個幾何形狀的金屬件，它跟上述中間桿身部份的形狀互相配合。
8.根據權利要求7中所述的牽引杆，其特徵在於，上述中央軀體及上述牽引杆每一端件的上述縮頸套筒部份確定一個過渡的向下傾角的突出部。
9.根據權利要求8中所述的牽引杆，其特徵在於，上述每一聯接端件的上述縮頸套筒部份是空心的。
10.根據權利要求9中所述的牽引杆，其特徵在於，上述每一聯接端件的上述縮頸套筒部份是以雄榫方式插入上述中間桿身部份的上述每一空心端，直至上述過渡的向下傾角的突出部接觸上述平截端。
11.根據權利要求1中所述的牽引杆，其特徵在於，上述牽引杆的每端聯接到插入上述每一個鐵路車輛的車體底梁上的車鉤衝擊座中，從而聯接上述車輛。
12.一種製作改良的鐵路牽引杆的方法，此杆具有一個伸長的拼合金屬的中間桿身部份及一對附屬於上述桿身部份兩端的牽引杆的鑄造端件，上述桿身部份是由一種拼合金屬件製成，具有包括平截端的一般直線形狀，上述牽引杆端件包括一個中央軀體部份、一個附屬於一端的平端及一個附屬於上述中央軀體部份的另端的縮頸套筒部份，上述縮頸套筒部份是空心的，且其形狀跟上述中間桿身部份的上述平截端互相配合，上述縮頸套筒部份及上述牽引杆端件的上述中央軀體部份確定了一個向下傾角的突出部，製作方法包括下列步驟將上述聯結端件的上述縮頸套筒部份滑入上述中間桿身部份的上述空心端內進行接合，直至上述向下傾角的突出部接觸到上述中間桿身部份的上述平截端，由此形成一個接頭;對離開上述接頭的每邊約兩英寸的區域預熱到約250°F;相繼地對上述每個接頭的對面部份進行臨時性點焊，以使上述中間桿身部份與上述聯結端件緊固在一起，且互成直角;在上述每個接頭的整個周圍，至少兩次焊接焊件的連續焊道。
13.根據權利要求12中所述的方法，其特徵在於上述應力是由本次焊道產生的熱量來消除的，每個焊道是由空氣冷卻的。
14.根據權利要求13中所述的方法，其特徵在於，最後一個焊道是由錘尖敲擊焊件的表面進行應力消除的。
15.根據權利要求12中所述的方法，其特徵在於應用於上述牽引杆的全部焊件通過在退火爐內退火熱處理以消除應力。
16.根據權利要求12中所述的方法，其特徵在於，上述牽引杆的中間桿身部份具有一般曲線形狀。
17.根據權利要求12中所述的方法，其特徵在於，上述牽引杆的中間桿身部份是圓的。
18.根據權利要求12中所述的方法，其特徵在於，上述牽引杆的中間桿身部份是方的。
19.根據權利要求12中所述的方法，其特徵在於，上述牽引杆的每個端件是個單一鑄件。
20.根據權利要求12中所述的方法，其特徵在於，上述牽引杆的每個端件含有一個拼合及鑄造部份。
21.根據權利要求20中所述的方法，其特徵在於，上述鑄造部份含有牽引杆平端。
22.根據權利要求21中所述的方法，其特徵在於上述牽引杆端件的上述每個拼合部分包括一個幾何學成形的金屬件，它與上述中間桿身部份的形狀互相配合。
全文摘要
為單元(組)列車服務，提供一種具有無遊間牽引杆裝置等諸如此類的鐵路車輛，而且包括一種具有拼合截面的牽引杆。拼合的中間截面是將無縫管或普通管切割而成，或從板材拼合製成，而附屬於桿身兩端的聯接端件是用典型的鑄造方法製成的鑄件。聯接端件可以鑄成標準的固定式，或迴轉式牽引杆端，或甚至是它的一種具有迴轉能力的組合裝置。中間截面的幾何形狀是根據用途而變化的，以便抵抗扭轉或彎曲負載達到最高值。拼合的桿身部分，以及聯接端件的軀體的一部分，都是空心的，因而減少鐵路車輛製造的重量及成本。
文檔編號B61G5/02GK1084464SQ9310423
公開日1994年3月30日 申請日期1993年4月15日 優先權日1992年7月6日
發明者V·特裡·霍索恩, 豪斯·T·考夫霍爾德 申請人:阿姆斯泰德工業公司