CN104960540A - 一种铁路车辆及其关节连接器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种铁路车辆及其关节连接器，该关节连接器包括相适配的凸关节和凹关节，两者间通过牵引销连接，牵引销的轴线沿横向延伸，牵引销与凸关节通过关节轴承可转动连接。与传统关节连接器相比，本发明所提供的关节连接器采用标准件-关节轴承实现了凸关节和凹关节的转动连接关系，降低了加工难度和制造成本。另外，牵引销和关节轴承通过轴套连接，且牵引销与轴套通过楔形结构配合，还有在牵引销与凹关节的纵向间隙间插入楔块，如此，当车辆运行时，牵引销始终受到垂向载荷，使得牵引销与轴套和凹关节两者间发生垂向相对位移，从而分别通过楔形结构及楔块消除牵引销与轴套和凹关节两者间的纵向间隙，进而保证车辆运行的平稳性。

Description

一种铁路车辆及其关节连接器

技术领域

本发明涉及铁路车辆的相邻两个车体连接技术领域，特别涉及一种铁路车辆及其关节连接器。

背景技术

关节连接器作为一种车辆连接装置，其主要作用是连接前后相邻的两列车辆并传递车辆之间的纵向作用力。

请参考图1，该图为现有技术中一种典型的关节连接器结构。

这种关节连接器，包括凸关节10′、凹关节20′、主销30′、中心销40′、牵引销块50′、从板60′、楔块70′、球环80′和球座90′。

凸关节10′朝向凹关节20′的一端形成连接端，凹关节20′具有用于容置所述连接端的安装腔201′；当凸关节10′的连接端置入凹关节20′的安装腔201′后，能够通过主销30′贯穿所述凸关节10′和凹关节20′，以实现两者的连接；主销30′在垂向上延伸，以使得凸关节10′和凹关节20′能够绕主销30′在转动。同时，在凸关节10′的连接端还设有安装孔，安装孔为半球形的孔状结构，主销30′能够贯穿所述安装孔，并通过挤压安装的牵引销块50′实现主销30′与安装孔的紧密配合；主销30′的下端还连接有中心销40′，中心销40′与主销30′同轴设置，且直径小于主销30′，通过中心销40′可以贯穿凹关节20′的下端面。

详细地，牵引销块50′上带有牵引销块弹簧，使得牵引销块50′能够挤压安装在凸关节10′的安装孔内，与主销30′配合实现拉伸载荷的传递；此时，凸关节10′的安装孔与牵引销块50′的配合面构成第一转动副。凹关节20′在其安装腔201′的底部还设有球环80′和球座90′，在垂向上，球环80′与球座90′夹装在凸关节10′与凹关节20′之间，用于传递车辆的垂向载荷；球环80′与球座90′的配合面形成第二转动副。凸关节10′与凹关节20′之间 还设有从板60′和楔块70′，从板60′与凸关节10′的连接端配合，楔块70′插装在从板60′与凹关节20′之间，楔块70′的作用是在纵向磨耗发生后自动下落，以消除凸关节10′与凹关节20′之间的纵向间隙，从板60′和楔块70′用于传递压缩载荷；凸关节10′与从板60′之间的配合面构成第三转动副。

组装时，可以首先将牵引销块50′挤压安装在凸关节10′的安装孔内；然后，将球环80′和球座90′放置在凹关节20′的安装腔201′的底部；接着，放入楔块70′，并用专用的撬棍将楔块70′向上顶起；再放入从板60′，将凸关节10′推入凹关节20′的安装腔201′内，并顶紧从板60′和楔块70′；最后，可以安装中心销40′、主销30′和固定销，抽出撬棍。

上述关节连接器的工作原理如下：

1、转动功能：如上所述，凸关节10′与从板60′之间、凸关节10′与牵引销块50′之间、球环80′与球座90′之间的三对配合面构成了三个转动副，实现了关节连接器的水平、侧向和垂向转动。

2、力的传递：关节连接器主要传递车辆之间的拉伸载荷、压缩载荷和垂向载荷，传递路径如下：

拉伸载荷：凸关节10′→牵引销块50′→主销30′→凹关节20′；

压缩载荷：凸关节10′→从板60′→楔块70′→凹关节20′；

垂向载荷：凸关节10′→球环80′→球座90′→凹关节20′。

在实际应用中，这种关节连接器存在以下缺陷：

(1)所有组件均为非标产品，加工难度大、成本高；

(2)结构复杂，不便于拆装、检修维护。

有鉴于此，本领域技术人员亟待改进传统关节连接器结构，以简化结构，降低加工难度及制造成本，并便于拆装、维修。

发明内容

本发明的核心目的在于，提供一种铁路车辆的关节连接器，以简化结构，降低加工难度及制造成本，并便于拆装、维修。在此基础上，本发明 还提供一种包括关节连接器的铁路车辆。

本发明所提供的铁路车辆的关节连接器，包括相适配的凸关节和凹关节，所述凸关节和凹关节所述通过牵引销连接，所述牵引销的轴线沿横向延伸，所述牵引销与所述凸关节通过关节轴承可转动连接。

与传统关节连接器相比，本发明所提供的关节连接器采用标准件-关节轴承实现了凸关节和凹关节的转动连接关系，降低了加工难度和制造成本

可选地，所述关节轴承具体为自润滑关节轴承。

可选地，所述关节轴承具体为向心关节轴承。

可选地，所述牵引销和所述关节轴承通过轴套连接，所述牵引销和所述轴套间具有垂向间隙；

所述牵引销和所述轴套两者间的前纵向配合面和后纵向配合面中一者为垂向平面，另一者则为向下倾斜的斜面，或者是，所述牵引销和所述轴套两者的前纵向配合面和后纵向配合面为相向向下倾斜的斜面。

可选地，所述轴套开设有沿横向延伸且槽口朝上的第一牵引销安装槽，所述第一牵引销安装槽的两侧壁分别为所述轴套的前纵向配合面和后纵向配合面。

可选地，所述凹关节具有相对于所述凸关节左右对称设置的两个连接臂，每个所述连接臂开设有沿横向延伸且槽口朝上的第二牵引销安装槽，所述牵引销安装于所述第二牵引销安装槽内，且，两者间的纵向间隙内插装有楔块，所述牵引销与所述连接臂和所述楔块两者间的纵向配合面为相向向下倾斜的斜面。

可选地，所述楔块与所述连接臂的纵向配合面为垂向平面。

可选地，所述轴套和所述牵引销均具有沿纵向延伸的限位凸台，所述关节轴承的内圈左端面与所述轴套的所述限位凸台相抵，其内圈的右端面与所述牵引销的右端面相抵，以限定所述关节轴承和所述牵引销的相对横向位移。

除上述关节连接器外，本发明还提供一种铁路车辆，包括多节车体， 相邻的所述车体之间通过关节连接器连接，所述关节连接器为如上所述的关节连接器。

由于关节连接器具有上述技术效果，因此，包括该关节连接器的铁路车辆同样具有上述技术效果，故而本文在此不再赘述。

附图说明

图1示出了传统关节连接器的轴向剖视结构示意图；

图2示出了本发明所提供的关节连接器具体实施方式的结构示意图；

图3示出了图2中所示关节连接器的轴向剖视结构示意图；

图4示出了图2中所示关节连接器的径向剖视结构示意图；

图5示出了轴套和牵引销的装配体的第一具体实施方式的径向剖视结构示意图；

图6示出了轴套和牵引销的装配体的第二具体实施方式的径向剖视结构示意图。

图1中附图标记与各个部件名称之间的对应关系：

10′凸关节、20′凹关节、201′安装腔、30′主销、40′中心销、50′牵引销块、60′从板、70′楔块、80′球环、90′球座；

图2至6中附图标记与各个部件名称之间的对应关系：

10凸关节、20凹关节、30牵引销、31第一限位凸台、40关节轴承、41内圈、42外圈、50轴套、51第二限位凸台、60楔块。

具体实施方式

本发明的核心在于，提供一种铁路车辆的关节连接器，以简化传统关节连接器的结构及拆装工艺。在此基础上，本发明还提供一种包括该关节连接器的铁路车辆。

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

铁路车辆，包括多节车体，相邻的车体之间通过关节连接器连接，由于车体的具体结构为成熟的现有技术，本领域基于现有技术完全可以实现，故而本文在此仅对其发明点—关节连接器的具体结构及工作原理加以详细。

请参见图2至图4，其中，图2示出了本发明所提供的关节连接器具体实施方式的结构示意图，图3示出了图2中所示关节连接器的轴向剖视结构示意图，图4示出了图2中所示关节连接器的径向剖视结构示意图。

本文所述的前后、上下、左右等方位均以铁路车辆为参照，以与铁路车辆行驶方向平行的方向为纵向，在纵向上，行驶方向所指向的方向为前，与行驶方向相背的方向为后；在平行于铁路车辆运行轨道面的平面内，垂直于纵向的方向为横向，在横向上，沿行驶方向看，处于左手边的方向为左，处于右手边的方向为右；以垂直于铁路车辆运行轨道面的方向为垂向，在垂向上，靠近轨道面的方向为下，远离轨道面的方向为上。

关节连接器包括凸关节10、凹关节20、牵引销30和关节轴承40，其中，牵引销30的中部通过关节轴承40与凸关节10可转动连接，其两端部与凹关节20固定连接，以使凸关节10和凹关节20两者绕关节轴承40的球面摩擦副相对转动，继而实现车体间在各个方向上力的传递。

具体地，关节轴承40包括内圈41和外圈42，其中，内圈41和外圈42通过相适配的内球面和外球面配合形成滚动摩擦副。

需要说明的是，在满足关节轴承40的内圈41和外圈42间形成球面摩擦转动副的基础上，该关节轴承40可以为向心关节轴承40或推力关节轴承40等。

进一步地，为了简化关节连接器的维护过程，关节轴承40具体为自润滑关节轴承40，例如：关节轴承40外圈42为轴承钢，滑动表面为烧结青铜复合材料，其内圈41为淬硬轴承钢，滑动表面镀硬铬；或者，外圈42为轴承钢，滑动表面为一层聚四氟乙烯织物，内圈41为淬硬轴承钢，滑动表面镀硬铬；再比如，外圈42为玻璃纤维增强塑料，滑动表面为以聚四氟 乙烯为添加剂的玻璃纤维增强塑料，内圈41为淬硬轴承钢，滑动表面镀硬铬。

自润滑关节轴承40并不仅限于上述三种结构，鉴于篇幅受限在此无法穷举，可以理解，只要具备自润滑功能的关节轴承40均落入本发明的保护范围。

凸关节10开设有沿横向延伸的轴承孔，关节轴承40安装于凸关节10的轴承孔内且其外圈42采取分段焊方式固连于轴承孔的内壁上，牵引销30贯穿并压装于关节轴承40的内圈41，也就是说，牵引销30的轴线沿横向延伸，牵引销30的两端部均与凹关节20固定连接。 

继续参见图3和图4可知，关节轴承40和牵引销30通过轴套50连接，轴套50压装于关节轴承40的内圈41并与牵引销30通过相适配的垂向楔形结构连接，以利用车体间的垂向载荷使牵引销30和关节轴承40两者移动，继而自动补偿牵引销30和轴套50两者间的纵向间隙，实现自锁，进而保证车辆运行的平稳性。为了便于更好地理解轴套和牵引销的配合关系请一并参见图5。

详细地，牵引销30插装于轴套50内，两者间的前纵向配合面和后纵向配合面为相向向下倾斜的斜面，且，牵引销30受到车体的垂向载荷前，牵引销30和轴套50间具有垂向间隙。

关节连接器在正常运用时，凸关节10将车体的垂向载荷通过牵引销30转递给凹关节20，凹关节20再将凸关节10的车体载荷和凹关节20接的车体载荷传递给转向架。

在车辆运行时，列车的垂直加速度不超过0.7g，即牵引销30一直受垂向载荷作用，在该垂向载荷作用下，牵引销30和轴套50发生垂向相对位移继而形成自锁，从而巧妙地消除了两者间的纵向间隙，继而保证了车辆运行的平稳性。

可以理解，牵引销30和轴套50在垂向载荷作用下形成自锁，进而消除两者间纵向间隙功能的基础上，两者配合的楔形结构并不仅限于上述结 构。连接轴套50和牵引销30的楔形结构还可以为图6中所示结构。 

具体地，牵引销30和轴套50两者间的前纵向配合面为向下倾斜的斜面，两者的后纵向配合面中一者为垂向平面，当然，也可以为，牵引销30和轴套50两者间的后纵向配合面为向下倾斜的斜面，两者的前纵向配合面中一者为垂向平面。

显然，与后两种具体实施方式相比，牵引销30和轴套50两者间的前纵向配合面和后纵向配合面为相向向下倾斜的斜面时，牵引销30受到的垂向载荷更为均衡，继而可延长其使用寿命。

需要说明的是，本具体实施方式中，轴套50开设有沿横向延伸且槽口朝上的第一牵引销安装槽，且牵引销30插装于该第一牵引销安装槽内，且其前纵向端面和后纵向端面分别与第一牵引销安装槽的两个槽壁相抵配合，也就是说，对轴套50来说，它与牵引销30的前纵向端面和后纵向端面分别相抵配合的前纵向端面和后纵向端面为其两个侧壁。

可以理解，轴套50亦可以开设于牵引销30相适配的异型通孔，来达到利用垂向位移补偿纵向间隙的目的，但异型通孔加工成本高。因此，采用第一牵引销安装槽来连接牵引销30一方面可降低加工难度；另一方面，在槽口位置处，牵引销30和关节轴承40间始终具有垂向间隙，以便于检修关节周期的磨损情况。

凹关节20具有相对于纵向左右对称设置的两个连接臂，两个连接臂和凹关节20主体配合构成用于容置凸关节10连接端的安装腔，每个连接臂具有槽口朝上且沿横向延伸的第二牵引销安装槽，牵引销30的两端部分别安装于两个连接臂的第二牵引销安装槽内，并，两者间纵向间隙内插装有两个楔块60，牵引销30与连接臂和楔块60两者间的纵向配合面为相向向下倾斜的斜面。

关节连接器在正常运用时，凸关节10将车体的垂向载荷通过牵引销30转递给凹关节20，凹关节20再将凸关节10的车体载荷和凹关节20接的车体载荷传递给转向架。

在车辆运行时，列车的垂直加速度不超过0.7g，即牵引销30一直受垂向载荷作用，在该垂向载荷作用下，牵引销30和凹关节20两者间发生垂向相对位移，使楔块60在自重下垂向下移至消除牵引销30和牵引销30安装槽间的纵向间隙继而形成自锁，保证了车辆运行的平稳性。

更进一步地，继续参见图2可知，楔块60与连接臂的纵向配合面为垂向平面。如此，当牵引销30受到垂向载荷，凹关节20基本上楔块60不产生阻力，使其较为灵敏地感知牵引销30和凹关节20两者的垂向相对位移，从而及时地补偿牵引销30和凹关节20两者间的纵向间隙。

为了限定凸关节10和牵引销的横向相对位移，保证车辆的运行平稳性，本具体实施方式中，轴套50具有纵向延伸的第二限位凸台51，牵引销30的后端面形成纵向向后延伸的第一限位凸台31，关节轴承40的内圈41左端面与轴套50的第二限位凸台51相抵，关节轴承40的内圈41和轴套50的右端面与牵引销30的第一限位凸台31相抵。

上述关节连接器的组装过程包括如下步骤：

首先，将关节轴承40压装于凸关节10的轴承孔内，并将其外圈42和轴承孔孔壁焊接固定连接；

其次，在将轴套50压装于关节轴承40的内圈41内；

再次，将牵引销30插装于轴套50的安装槽内，并使其两端部由安装槽伸出；

然后，将凸关节10组件顶起并使其位于凸关节10上方，再控制凸关节10组件垂向下降至牵引销30的两端部嵌入凹关节20的左右连接臂的安装槽内，并使牵引销30与安装槽的一侧壁相抵； 

最后，再将两个楔块60插入安装槽和牵引销30的纵向间隙内。

这种关节连接器的载荷的传递路径如下：

拉伸载荷：凸关节10→关节轴承40→轴套50→牵引销30→凹关节20；

压缩载荷：凸关节10→关节轴承40→轴套50→牵引销30→凹关节20；

垂向载荷：凸关节10→关节轴承40→轴套50→牵引销30→楔块60→ 凹关节20。

需要强调的是，与传统关节连接器相比，上述关节连接器具有以下几点优点：

a、采用标准件-关节轴承40实现了凸关节10和凹关节20的转动连接关系，降低了加工难度和制造成本；

b、利用关节连接器的垂向受力特性，采用楔形结构自动补偿凸关节10和凹关节20纵向间歇，达到了纵向无间隙，提高了车辆运行平稳性；

c、利用自润滑关节轴承40，免除了润滑维护过程；

d、安装过程无需任何专用工具，易于组装分解、检修维护，极大地降低了组装难度。

以上所述仅为本发明的优选实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (9)

1.一种铁路车辆的关节连接器，包括相适配的凸关节(10)和凹关节(20)，所述凸关节(10)和所述凹关节(20)通过牵引销(30)连接，其特征在于，所述牵引销(30)的轴线沿横向延伸，所述牵引销(30)与所述凸关节(10)通过关节轴承(40)可转动连接。

2.如权利要求1所述的关节连接器，其特征在于，所述关节轴承(40)具体为自润滑关节轴承(40)。

3.如权利要求1所述的关节连接器，其特征在于，所述关节轴承(40)具体为向心关节轴承(40)。

4.如权利要求1所述的关节连接器，其特征在于，所述牵引销(30)和所述关节轴承(40)通过轴套(50)连接，所述牵引销(30)和所述轴套(50)间具有垂向间隙；

所述牵引销(30)和所述轴套(50)两者间的前纵向配合面和后纵向配合面中一者为垂向平面，另一者则为向下倾斜的斜面，或者是，所述牵引销(30)和所述轴套(50)两者的前纵向配合面和后纵向配合面为相向向下倾斜的斜面。

5.如权利要求4所述的关节连接器，其特征在于，所述轴套(50)开设有沿横向延伸且槽口朝上的第一牵引销安装槽，所述第一牵引销安装槽的两侧壁分别为所述轴套(50)的前纵向配合面和后纵向配合面。

6.如权利要求1至5任一项所述的关节连接器，其特征在于，所述凹关节(20)具有相对于所述凸关节(10)左右对称设置的两个连接臂(21)，每个所述连接臂(21)开设有沿横向延伸且槽口朝上的第二牵引销安装槽，所述牵引销(30)安装于所述第二牵引销安装槽内，且，两者间的纵向间隙内插装有楔块(60)，所述牵引销(30)与所述连接臂(21)和所述楔块(60)两者间的纵向配合面为相向向下倾斜的斜面。

7.如权利要求6所述的关节连接器，其特征在于，所述楔块(60)与所述连接臂(21)的纵向配合面为垂向平面。

8.如权利要求4或5所述的关节连接器，其特征在于，所述轴套(50)和所述牵引销(30)均具有沿纵向延伸的限位凸台，所述关节轴承(40)的内圈(41)左端面与所述轴套(50)的所述限位凸台相抵，其内圈(41)的右端面与所述牵引销(30)的右端面相抵，以限定所述关节轴承(40)和所述牵引销(30)的相对横向位移。

9.一种铁路车辆，包括多节车体，相邻的所述车体之间通过关节连接器连接，其特征在于，所述关节连接器为上述权利要求1-8任一项所述的关节连接器。