CN103241257A

CN103241257A - 新型轨道车辆用抗侧滚扭杆横向弹性定位方法及其装置

Info

Publication number: CN103241257A
Application number: CN 201310207484
Authority: CN
Inventors: 罗斌; 刘文松; 杜方孟; 吕士勇; 程海涛; 高发雄
Original assignee: Zhuzhou Times New Material Technology Co Ltd
Current assignee: Zhuzhou Times New Material Technology Co Ltd
Priority date: 2013-05-30
Filing date: 2013-05-30
Publication date: 2013-08-14
Anticipated expiration: 2033-05-30
Also published as: CN103241257B

Abstract

本发明提供一种新型轨道车辆用抗侧滚扭杆横向弹性定位方法，首先在所述支承座与扭转臂的装配端分别开设一个凹槽；然后在支承座与扭转臂之间设置一个弹性推力垫，进行横向弹性定位；同时所述弹性推力垫两端分别使用螺栓或销钉固定在所述支承座和扭转臂上，实现周向定位，保证在扭转和剪切时不产生周向运动；发明实现了轨道车辆用抗侧滚扭杆在使用过程中不产生横向冲击和横向窜动；同时弹性推力垫与扭杆组件一起扭转变形，承受垂向载荷和冲击载荷，保证轨道车辆用抗侧滚扭杆的抗侧滚作用以及减震降噪作用。

Description

新型轨道车辆用抗侧滚扭杆横向弹性定位方法及其装置

技术领域

本发明涉及一种车辆定位方法和定位装置，具体涉及一种轨道车辆抗侧滚扭杆横向定位方法以及用于实现横向定位的装置。

背景技术

车辆的振动主要有六个方向的自由度：X方向的伸缩振动、Y方向的横摆振动、Z方向的浮沉振动、绕Y轴的点头振动、绕Z轴的摇头振动、绕X轴的侧滚振动。目前的轨道交通车辆转向架均为两级悬挂，抗侧滚扭杆系统起到了调节车辆侧滚刚度、控制车辆侧滚振动的作用。

抗侧滚扭杆系统的机构运动图如图1所示，图中M为车体，E、F为扭杆支承座组成，安装于构架上，A、B、C、D为橡胶球铰或金属关节轴承，可在三个方向转动。由图可见，如果不考虑相对于系统刚度小得多的支承座组成和橡胶关节的影响，当车体相对于转向架发生浮沉振动时，两根连杆同时往一个方向运动，整个装置绕支撑球铰同时转动，扭杆并不承受力或扭矩，故并不影响车体的浮沉振动，同样对除侧滚以外的其它几个运动同样不提供任何附加的力或扭矩。而当车体与构架之间发生绕X轴的相对转动即侧滚时，左右连杆向相反的方向上下运动，通过扭转臂（图中FD、EC）使扭杆发生扭转变形，扭杆由于抗扭弹性而产生抗扭反力矩，这一反力矩作用在垂向连杆上表现为一对大小相等方向相反的垂向力，而这对垂向力作用在车体上就形成了与车体侧滚方向相反的抗侧滚力矩，抗侧滚力矩的作用将阻止车体相对于转向架侧滚角度的增加，从而抑制车辆的侧滚，提高车辆的横向平稳性。

从附图1我们可看出，提供侧滚刚度的除了抗侧滚扭杆系统，二系悬挂弹簧K也起着抗侧滚的作用，故抗侧滚扭杆系统是用来调节系统整体侧滚刚度的附加组件。

现有轨道交通用抗侧滚扭杆系统的典型结构如附图2所示，主要由以下几部分组成：扭杆轴1、扭转臂2、支承座3 、垂向连接装置（用于连接车体和转向架，包括下关节轴4、垂向连杆5和上关节轴6）。

目前轨道车辆用抗侧滚扭杆一般采用的横向定位方式有：支承座与扭杆轴或弯扭杆配合，且可放置在扭转臂的内侧或外侧，支承座与扭杆组件之间存在一定的间隙，定位时通过支承座与扭转臂硬止挡定位（如附图3所示）。但该横向定位方式一般也仍然存在一定的横向窜动，导致形成冲击和噪声。

针对支承座与扭转臂硬止挡定位仍产生的横向冲击和窜动问题，设计开发一种新型轨道车辆用抗侧滚扭杆横向弹性定位方法及其装置，防止抗侧滚扭杆超限界和与车辆上其余零部件干涉，提高可靠性和舒适性。

发明内容

本发明的目的在于针对现有一般结构的抗侧滚扭杆系统无法有效进行横向定位的要求，提供一种新型轨道车辆用抗侧滚扭杆横向弹性定位方法。

我们对问题作进一步的分析，当垂向连杆AC和BD垂直放置时，且车体与构架之间发生Y方向的横摆以及绕Z轴的相对转动即摇头时，左右垂向连杆同时向相同的方向横向运动，扭杆由于连杆上下关节偏扭转刚度的影响，左右将产生同一个方向的横向力，该力作用在抗侧滚扭杆系统上将使系统产生横向窜动。

同时由于抗侧滚扭杆系统本身安装尺寸，垂向连杆角度等影响，不可避免将使垂向连杆在提供垂向力的同时提供横向运动的分力，进而导致抗侧滚扭杆系统横向窜动。该横向窜动将使抗侧滚扭杆受力不均匀，在使用过程中产生破坏，并会使车辆超限界而影响使用。

而考虑装车尺寸以及相关空间要求，垂向连杆AC和BD不垂直放置时，扭杆系统的简化受力模型见图4所示（图中φ为垂向连杆与垂直方向之间的角度，F0为垂向连杆受到的载荷，T2为扭杆轴承受的扭矩）。其中两端垂向连杆与垂直方向之间存在角度φ。

当抗侧滚扭杆产生抗侧滚作用时，车体通过橡胶关节对垂向连杆施加载荷F0，再经垂向连杆和扭杆臂的力传递作用使扭杆轴承受扭矩T2，通过扭杆轴良好的扭转变形回弹特性来调节F0的变化，从而满足车辆抗侧滚性能要求。但此时抗侧滚扭杆将承受的横向力为：

F横向=2F0×cosφ×sinφ；

该横向力的产生，如无横向定位，将使抗侧滚扭杆系统横向窜动和横向冲击，大大影响抗侧滚扭杆系统的使用。并且当车体与构架之间发生Y方向的横摆以及绕Z轴的相对转动即摇头时，以及抗侧滚扭杆系统本身安装尺寸，垂向连杆角度偏差等影响，不可避免将使垂向连杆在提供垂向力的同时提供横向运动的分力，该力作用在抗侧滚扭杆系统上将使系统产生横向窜动和横向冲击的现象加剧。

本申请人是付出创造性劳动，进行了大量的分析和试验才发现抗侧滚扭杆横向窜动与抗侧滚扭杆的结构设计存在密切的关联性，继而提出开发一种在具备原有抗侧滚扭杆功能的基础上，还能保证抗侧滚扭杆不产生横向窜动与横向冲击的新型轨道车辆用抗侧滚扭杆横向弹性定位方法及弹性定位垫。

为实现上述目的，本发明提供一种新型轨道车辆用抗侧滚扭杆横向弹性定位方法，首先在所述支承座与扭转臂的装配端分别开设一个凹槽；然后在支承座与扭转臂之间设置一个弹性推力垫，所述弹性推力垫两端分别卡在所述支承座和扭转臂上的凹槽内，进行横向弹性定位；同时所述弹性推力垫两端分别使用螺栓或销钉固定在所述支承座和扭转臂上，在实现横向弹性定位的同时实现周向定位，保证在扭转和剪切时不产生周向运动。

在本发明中，由于橡胶适于承受压应力，而不适于承受拉应力，因此在组装上述弹性推力垫时，对所述弹性推力垫施加20kN的横向预压载荷，保证弹性推力垫在使用过程中只承受压应力，满足使用要求，延长所述弹性推力垫的使用寿命。

在本发明中，所述弹性推力垫包括左端盖，右端盖，橡胶和隔板；所述隔板设置在所述左端盖与右端盖之间；所述橡胶填充在所述左端盖与隔板、右端盖与隔板之间，起横向缓冲定位的作用；所述左端盖、右端盖分别设置有安装孔，用于将所述弹性推力垫固定在所述支承座和扭转臂上，在实现横向弹性定位的同时实现周向定位。

在本发明中，所述弹性推力垫为两半式结构，方便所述弹性推力垫的装配和使用。

本发明还提供一种能够实现上述新型轨道车辆用抗侧滚扭杆横向弹性定位方法的弹性推力垫，包括左端盖，右端盖，橡胶和隔板；所述隔板设置在所述左端盖与右端盖之间；所述橡胶填充在所述左端盖与隔板、右端盖与隔板之间，起横向缓冲定位的作用；所述左端盖、右端盖分别设置有安装孔，用于将所述弹性推力垫固定在所述支承座和扭转臂上，在实现横向弹性定位的同时实现周向定位。

本发明采用增加弹性推力垫的方法为轨道车辆用抗侧滚扭杆提供横向弹性定位刚度，保证轨道车辆用抗侧滚扭杆在使用过程中不产生横向冲击和横向窜动；同时弹性推力垫与扭杆组件一起扭转变形，承受垂向载荷和冲击载荷，保证轨道车辆用抗侧滚扭杆的抗侧滚作用以及减震降噪作用。

附图说明

图1：抗侧滚扭杆系统的机构运动示意图；

图2：抗侧滚扭杆系统典型结构图；

图3：支承座与扭转臂硬止挡定位结构示意图；

图4：扭杆系统的简化受力模型；

图5：弹性推力垫的结构示意图；

图6：弹性推力垫的侧视结构示意图；

图7：弹性推力垫使用状态示意图。

图中：1. 扭杆轴，2. 扭转臂，3. 支承座，4. 下关节轴，5. 垂向连杆，6. 上关节轴，7.左端盖，8.橡胶，9.隔板，10.右端盖，11.安装孔，12.弹性推力垫。具体实施方式

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

如附图7所示，实施例一，本发明提供一种新型轨道车辆用抗侧滚扭杆横向弹性定位方法，首先在支承座3与扭转臂2相对的装配端分别开设一个凹槽；然后在支承座3与扭转臂2之间设置一个弹性推力垫12，弹性推力垫12为两半式结构，方便弹性推力垫12的装配和使用，包括左端盖7，右端盖10，橡胶8和隔板9；隔板9设置在左端盖7与右端盖10之间；橡胶8填充在左端盖7与隔板9、右端盖10与隔板9之间，起横向缓冲定位的作用；左端盖7、右端盖10分别设置有安装孔11，用于将弹性推力垫12固定在支承座3和扭转臂2上，在实现横向弹性定位的同时实现周向定位；弹性推力垫12两端分别卡在支承座3和扭转臂2上的凹槽内，左端盖7和右端盖10分别伸入凹槽，两装配配合面接触，进行横向弹性定位；同时弹性推力垫12两端分别使用螺栓或销钉固定在支承座3和扭转臂2上，在实现横向弹性定位的同时实现周向定位，保证在扭转和剪切时不产生周向运动；同时，由于橡胶8适于承受压应力，而不适于承受拉应力，因此在组装上述弹性推力垫12时，对弹性推力垫12施加20kN的横向预压载荷，保证弹性推力垫12在使用过程中只承受压应力，满足使用要求，延长弹性推力垫12的使用寿命。

如附图所示，实施例二，本发明还提供一种能够实现上述新型轨道车辆用抗侧滚扭杆横向弹性定位方法的弹性推力垫，包括左端盖7，右端盖10，橡胶8和隔板9；隔板9设置在左端盖7与右端盖10之间；橡胶8填充在左端盖7与隔板9、右端盖10与隔板9之间，起横向缓冲定位的作用；左端盖7、右端10分别设置有安装孔11，用于将弹性推力垫固定在支承座3和扭转臂2上，在实现横向弹性定位的同时实现周向定位。

如附图所示，实施例三，与实施例二的不同之处在于弹性推力垫为两半式结构，方便弹性推力垫12的装配和使用。

本发明所述弹性推力垫的产品性能参数及具有的技术效果如下表所示：

项目	性能参数	技术效果
			垂向刚度	4.5±1.2kN/mm	控制在横向受力时，能够提供横向弹性定位刚度，保证抗侧滚扭杆系统不产生横向窜动。
垂向极限	不破坏	保证弹性推力垫在承受最大的横向力时产品不产生破坏。
			剪切刚度	≤2kN/mm	保证产品在对除侧滚以外的其它几个运动时不提供大的影响产品使用的附加的力或扭矩。
扭转刚度	≤26.1N.m/°	保证产品在侧滚运动时不提供大的影响产品使用的附加的力或扭矩。
			扭转极限	扭转±18°产品不破坏	保证产品在侧滚运动时能够在扭杆组件扭转最大角度时产品不产生破坏。
疲劳试验	产品刚度变化率小于20%	保证产品在使用载荷和工况下能够达到要求的疲劳寿命。

使用时，如附图所示，将弹性推力垫12的左端盖7和右端盖10卡进支承座3和扭转臂2的凹槽内，使装配面之间紧密接触，使用螺栓或销钉通过弹性推力垫12左端盖7和右端盖10上的安装孔11将弹性推力垫12固定在支承座3与扭转臂2之间，保证轨道车辆用抗侧滚扭杆在使用过程中不产生横向冲击和横向窜动；同时弹性推力垫12与扭杆组件一起扭转变形，承受垂向载荷和冲击载荷，保证轨道车辆用抗侧滚扭杆的抗侧滚作用以及减震降噪作用。

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

1.一种新型轨道车辆用抗侧滚扭杆横向弹性定位方法，其特征在于：首先在所述支承座与扭转臂的装配端分别开设一个凹槽；然后在支承座与扭转臂之间设置一个弹性推力垫，所述弹性推力垫两端分别卡在所述支承座和扭转臂上的凹槽内，进行横向弹性定位；同时所述弹性推力垫两端分别使用螺栓或销钉固定在所述支承座和扭转臂上，在实现横向弹性定位的同时实现周向定位，保证在扭转和剪切时不产生周向运动。

2.如权利要求1所述一种新型轨道车辆用抗侧滚扭杆横向弹性定位方法，其特征在于：在组装上述弹性推力垫时，对所述弹性推力垫施加20kN的横向预压载荷，保证弹性推力垫在使用过程中只承受压应力。

3.如权利要求1所述一种新型轨道车辆用抗侧滚扭杆横向弹性定位方法，其特征在于：所述弹性推力垫包括左端盖，右端盖，橡胶和隔板；所述隔板设置在所述左端盖与右端盖之间；所述橡胶填充在所述左端盖与隔板、右端盖与隔板之间，起横向缓冲定位的作用；所述左端盖、右端盖分别设置有安装孔，用于将所述弹性推力垫固定在所述支承座和扭转臂上，在实现横向弹性定位的同时实现周向定位。

4.如权利要求1所述一种新型轨道车辆用抗侧滚扭杆横向弹性定位方法，其特征在于：所述弹性推力垫为两半式结构，方便所述弹性推力垫的装配和使用。

5.一种弹性推力垫，包括左端盖，右端盖，橡胶和隔板；所述隔板设置在所述左端盖与右端盖之间；所述橡胶填充在所述左端盖与隔板、右端盖与隔板之间，起横向缓冲定位的作用；所述左端盖、右端盖分别设置有安装孔，用于将所述弹性推力垫固定在所述支承座和扭转臂上，在实现横向弹性定位的同时实现周向定位。

6.如权利要求5所述的一种弹性推力垫，其特征在于：所述弹性推力垫为两半式结构，方便所述弹性推力垫的装配和使用。