CN102874271B - 一种轨道车辆用抗侧滚扭杆组成装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种轨道车辆用抗侧滚扭杆组成装置。本发明要解决的技术问题是，提供一种能降低抗侧滚扭杆轴的应力、提高其使用寿命及可靠性的抗侧滚扭杆组成装置。所述轨道车辆用抗侧滚扭杆组成装置包括支撑座、连杆和扭杆轴，支撑座固定在转向架或车体上，扭杆轴的两端装入支撑座并连接连杆，通过连杆与车体或转向架连接，所述支撑座为外置悬臂式结构的悬臂式支撑座6。所述悬臂式支撑座优选为L型或 型，采用上述悬臂式支撑座结构，优化了抗侧滚扭杆组成装置各零部件之间的受力分布，降低抗侧滚扭杆轴的应力，提高其使用寿命及可靠性，特别适用于车体构架安装空间局限，支撑座与连杆跨距较大的场合。<b/>

Description

一种轨道车辆用抗侧滚扭杆组成装置

技术领域

本发明涉及一种轨道车辆用抗侧滚扭杆组成装置。

背景技术

轨道交通车辆在运行过程中，具有六个方向的运动自由度：X轴方向的伸缩振动、Y轴方向的横摆运动、Z轴方向的浮沉运动、绕Y轴的点头运动、绕Z轴的摇头运动、绕X轴的侧滚运动。如图1和图2所示，目前的轨道交通车辆转向架均为两级悬挂，抗侧滚扭杆弹簧起到了调节车辆侧滚刚度、即抑制绕X轴的侧滚运动的作用。

如图3所示，抗侧滚扭杆组成装置通常包括扭杆组件1、连杆组件2和支撑座组件3三部分，其中扭杆组件中扭杆轴在车体侧滚时通过扭转反作用力，并通过连杆反馈到车体上，提供侧滚刚度，因此扭杆轴是抗侧滚扭杆组成装置的核心部件。抗侧滚扭杆组成装置安装在轨道交通车辆上，提供车辆安全运行所需的侧滚刚度，确保车辆的安全运行。

在车辆侧滚时，扭杆轴承受扭转和弯曲的复合载荷，工况恶劣。扭杆轴在使用过程中因载荷过大，造成疲劳破坏是抗侧滚扭杆组成装置的最主要失效模式。因此在抗侧滚扭杆组成装置中通常通过优化扭杆轴和其它零部件的结构，来降低扭杆轴的应力，提高其疲劳寿命。

抗侧滚扭杆组成装置通过支撑座组件固定在转向架上，通过连杆组件固定在车体上(反装时相反)。根据左右两端支撑座中心距L1和连杆中心距L2的大小，可将抗侧滚扭杆组成装置分为内置式和外置式两种，内置式的支撑座组件通常由两瓣式的金属支撑座，加两瓣式的金属橡胶支撑球铰或高分子耐磨衬套组成，其中金属橡胶支撑球铰在扭转时通过层状橡胶变形与扭杆轴一起扭转，高分子耐磨衬套在扭转时，其与扭杆轴连接的圆柱面相对滑动以适应扭杆轴运动；外置式的支撑座组件通常由整体式的支撑座，通过多层耐磨的金属或高分子衬套与扭杆轴连接，在扭杆轴扭转时，通过衬套之间的相对滑动适应扭杆轴运动。

扭杆轴的结构与L1和L2的关系密切，扭杆轴的弯矩图和扭矩图如图4所示，

扭杆轴所受的扭矩纯剪应力为，

$\mathrm{\&tau;}=\frac{T}{W}=\frac{{16\mathrm{FL}}_3}{\mathrm{\&pi;}{d}^3}$

所受弯应力为，

$\mathrm{\&sigma;}=\frac{M}{W}=\frac{16M}{\mathrm{\&pi;}{d}^3}$

其中T为扭杆轴所受扭矩，M为弯矩，W为扭杆的抗弯截面系数，L3为力矩即扭转臂中心孔距。扭杆轴所受的弯扭结合的载荷，适用于第四强度理论校核材料的强度，根据该理论的定义，则扭杆轴所受的应力为，

通过图4对扭杆轴的受力进行分析后可知，扭杆轴的最大应力出现在向中间部位过渡的圆弧区域，此处的弯应力较大，且扭杆轴的直径急剧减小。假设此处距离扭杆支撑座中心的距离为a，则扭杆轴的最大第四强度应力为，

${\mathrm{\&sigma;}}_{\max }=\sqrt{{{\mathrm{\&sigma;}}_a}^2+{{3\mathrm{\&tau;}}_a}^2}=\sqrt{\frac{M^2+0.75T^2}{W}}=\sqrt{\frac{{\left(\frac{2\mathrm{Fa}\&times;(L1-L2)}{2L2}\right)}^2+0.75T^2}{W}}$

因此减小L1-L2的绝对值，即两端支撑座组件跨距和两端连杆组件跨距可降低扭杆轴的应力。

现有技术中，授权公告号为CN201863861 U的中国实用新型专利一种轨道车辆用抗侧滚扭杆系统，包含扭杆轴、扭转臂、支撑座组成、垂向连接装置，垂向连杆上下关节分别采用不同结构的关节，其中，垂向连杆上关节轴采用橡胶球铰，垂向连杆下关节轴采用金属关节轴承。授权公告号为CN201334025Y的中国实用新型专利一种轨道车辆用抗侧滚扭杆包含扭杆轴、扭转臂、支撑座组成、垂向连杆下关节轴、垂向连杆、垂向连杆上关节轴，扭杆轴与左右扭转臂分别采用不同的连接方式，其中一端为活动连接、另一端为固定连接。授权公告号为CN100402358C的中国发明专利一种轨道车辆用抗侧滚扭杆弹簧制作方法及产品，其中轨道车辆用抗侧滚扭杆弹簧包括扭杆轴、扭转臂，扭杆轴和扭转臂是由一根整体材料两端折弯一定角度形成的一体式扭杆组成。其目的在于提供一种重量轻空间结构小的新型抗侧滚扭杆弹簧制作方法及产品。上述现有技术，均可通过进一步改进，优化抗侧滚扭杆组成装置各零部件之间的受力分布，降低抗侧滚扭杆轴的应力、提高其使用寿命及可靠性。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，提供一种能降低抗侧滚扭杆轴的应力、提高其使用寿命及可靠性的抗侧滚扭杆组成装置。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

所述轨道车辆用抗侧滚扭杆组成装置包括位于扭杆轴两端的支撑座，所述支撑座固定安装在转向架或车体上，扭杆轴的两端连接有连杆且通过连杆与车体或转向架连接，所述支撑座为外置悬臂式结构的悬臂式支撑座。

所述悬臂式支撑座优选为L型，其与车体构架连接部位采用螺栓自下而上连接，固定在车体构架腹板上。所述L型悬臂式支撑座包括L型筒状结构部分和连接车体构架的板状结构部分，所述板状结构部分连接在L型筒状结构部分的一端。所述悬臂式支撑座还可以是型，其与车体构架连接部位采用螺栓自内向外与车体构架连接，固定在车体构架侧梁上。所述型悬臂式支撑座包括圆柱形筒状结构部分和连接车体构架的板结构部分，圆柱形筒状结构部分的一端连接在板结构部分的中部位置。所述悬臂式支撑座与车体构架连接部位与扭杆轴支撑部位采用工字型或十字型结构连接过渡，并根据受力情况采用筋板加强。位于扭杆轴两端的悬臂式支撑座中心距L1和连杆中心距L2跨距在50-200mm。在所述悬臂式支撑座中加入高性能的单层高分子耐磨衬套和耐磨端面顶板。

本发明的主要创新点是：

1)大跨距的抗侧滚扭杆组成装置

通常的抗侧滚扭杆组成装置为了降低扭杆轴的复合应力，将L1-L2的跨距控制在50-100mm以内，本发明通过优化支撑座结构，在不增加扭杆轴应力的情况下，可根据车体安装空间需要，大幅增加L1-L2跨距，可达200mm以上。

2)悬臂式支撑座结构

支撑座整体结构采用外置悬臂式结构，将因支撑座与连杆跨距大带来的附加弯矩，主要由悬臂式的支撑座来承受，从而降低扭杆轴的弯矩达80％，降低其复合第四强度应力约50％。

悬臂式支撑座结构包括L型，与车体构架连接部位采用螺栓自下而上连接，固定在车体构架腹板上；型，与车体构架连接部位采用螺栓自内向外与车体构架连接，固定车体构架侧梁上，如图6所示。支撑座结构不限于L型和型的悬臂式结构。

3)单层高分子耐磨衬套

通常支撑座组件采用多层耐磨金属或耐磨衬套，本发明采用高性能的单层高分子耐磨衬套，采用优质的单层高耐磨衬套和端面顶板取代以往的多层支撑，在满足使用性能要求的前提下，简化产品结构和安装工艺，降低成本，减小安装空间。

采用上述悬臂式支撑座结构，优化了抗侧滚扭杆组成装置各零部件之间的受力分布，降低抗侧滚扭杆轴的应力，提高其使用寿命及可靠性，特别适用于车体构架安装空间局限，支撑座与连杆跨距较大的场合。

附图说明

图1(a)和(b)分别是车辆转向架均为两级悬挂结构及振动主视图和侧向示意图；

图2是抗侧滚扭杆的机构运动示意图；

图3是现有抗侧滚扭杆组成装置的示意图；

图4是扭杆轴应力计算示意图；

图5是本发明的抗侧滚扭杆组成装置示意图；

图6(a)和(b)是L型悬臂式支撑座结构示意图；

图7(a)和(b)是型悬臂式支撑座结构示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的安装作进一步的描述。

如图5至图7所述轨道车辆用抗侧滚扭杆组成装置包括外置悬臂式结构的悬臂式支撑座6、连杆4和扭杆轴5，悬臂式支撑座6固定安装在转向架或车体构架上，扭杆轴5的两端装入悬臂式支撑座6并连接连杆4，通过连杆4与车体构架或转向架连接。

所述悬臂式支撑座6优选为L型，其与车体构架连接部位采用螺栓自下而上连接，固定在车体构架腹板上。所述悬臂式支撑座6还可以是型，其与车体构架连接部位采用螺栓自内向外与车体构架连接，固定在车体构架侧梁上。所述悬臂式支撑座6与车体构架连接部位与扭杆轴5支撑部位采用工字型或十字型结构连接过渡，并根据受力情况采用筋板加强。位于扭杆轴5两端的悬臂式支撑座6中心距L1和连杆中心距L2跨距在50-200mm。在所述悬臂式支撑座6中加入高性能的单层高分子耐磨衬套和耐磨端面顶板。

下面给出了本发明抗侧滚扭杆组成装置的一个安装实施例，安装具体步骤如下：

(1)通过螺栓将一个悬臂式支撑座固定在转向架上；

(2)在悬臂式支撑座中加入耐磨端面顶板、衬套和防尘圈，组装成悬臂式支撑座组件；

(3)把扭杆轴和扭转臂组装成扭杆组件，将已组装好的扭杆组件中的扭杆轴的一端装入上述悬臂式支撑座组件；

(4)组装好另一个悬臂式支撑座组件，将其装入上述扭杆组件中的扭杆轴的另一端；

(5)将(4)中的悬臂式支撑座组件与转向架对准位置后，通过螺栓进行固定，此时扭杆组件通过两端的悬臂式支撑座组件固定在转向架上；

(6)通过两端的连杆组件，将扭杆组件与车体构架连接，并固定上下左右的连接螺栓。

采用上述悬臂式支撑座结构，优化了抗侧滚扭杆组成装置各零部件之间的受力分布，降低抗侧滚扭杆轴的应力，提高其使用寿命及可靠性，特别适用于车体构架安装空间局限，支撑座与连杆跨距较大的场合。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理和宗旨的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种轨道车辆用抗侧滚扭杆组成装置，包括位于扭杆轴(5)两端的支撑座，所述支撑座固定安装在转向架或车体构架上，扭杆轴(5)的两端还连接有连杆(4)且通过连杆(4)与车体构架或转向架连接，其特征在于：所述支撑座为外置悬臂式结构的悬臂式支撑座(6)；所述悬臂式支撑座(6)为L型，其与车体构架连接部位采用螺栓自下而上连接，固定在车体构架腹板上，所述L型悬臂式支撑座包括L型筒状结构部分和连接车体构架的板状结构部分，所述板状结构部分连接在L型筒状结构部分的一端，或者，所述悬臂式支撑座(6)为                                                型，其与车体构架连接部位采用螺栓自内向外与车体构架连接，固定在车体构架侧梁上，所述型悬臂式支撑座包括圆柱形筒状结构部分和连接车体构架的板结构部分，圆柱形筒状结构部分的一端连接板结构部分；在所述悬臂式支撑座(6)中加入高性能的单层高分子耐磨衬套和耐磨端面顶板。

2.如权利要求1所述的轨道车辆用抗侧滚扭杆组成装置，其特征在于：所述悬臂式支撑座(6)与车体构架连接部位与扭杆轴支撑部位采用工字型或十字型结构连接过渡，并根据受力情况采用筋板加强。

3.如权利要求1所述的轨道车辆用抗侧滚扭杆组成装置，其特征在于：位于扭杆轴(5)两端的悬臂式支撑座(6)中心距（L1）和连杆中心距（L2）跨距在50-200mm。