CN105151073A - 一种铁路车辆及其车辆连接装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种铁路车辆及其车辆连接装置，该车辆连接装置，包括凸关节、凹关节，凸关节设置有球头，球头的球形表面向下凸起，凹关节设置有球座，球座加工有与球头配合的球窝，球窝开口向上；所述车辆连接装置还包括将所述球头限位于所述球窝内的限位部件；本文车辆连接装置拉伸载荷、压缩载荷、垂向载荷均通过球头与球窝之间的球形配合表面进行传递，即球形配合面形成的力传递表面，球形配合面的面积比较大，相应力承载面积就比较大，有利于载荷均匀传递，并且即使车辆连接装置处于比较大的转角状态下，球面接触也能够保证承载面具有比较大的接触面积，避免局部载荷过大出现承载件断裂现象，保证车辆运行安全性以及提高承载件的使用寿命。

Description

一种铁路车辆及其车辆连接装置

技术领域

本发明涉及车辆连接技术领域，特别涉及一种铁路车辆及其车辆连接装置。

背景技术

车辆连接装置为铁路货车的重要部件，其主要作用为连接前后相邻的两列车辆，并传递车辆之间的作用力。以下给出了现有技术一种典型的车辆连接装置的具体形式。

请参考图1，图1为现有技术车辆连接装置的结构示意图。

图1中的车辆连接装置能够实现相邻两辆列车共同支撑在同一转向架上，允许相互间的水平和垂向方向上具有一定的转角，车辆外端以常规方式支撑在独立的转向架上。该车辆连接装置包括凸关节1’组件、凹关节2’、固定连接装置和防尘盖5’，凸关节1’组件包括凸关节1’、球形轴承3’、轴承圈；固定连接装置包括螺栓41’、碟簧42’、楔块43’、垫圈44’、螺母45’。固定连接装置将球形轴承3’的水平轴的两端轴柄31’固定在凹关节2’上，实现凸关节1’组成与凹关节2’的连接。楔块43’能够消除凸关节1’、凹关节2’之间的间隙，当磨耗发生后，楔块43’下落时，在碟簧42’回复力的作用下，碟簧42’将推动楔块43’向下运动，使楔块43’的两侧始终挤压位于凸关节1’上的球形轴承3’和凹关节2’，从而将凸关节1’和凹关节2’之间的间隙消除。

从以上结构描述可以看出，现有技术中的车辆连接装置因采用球形轴承3’，故可以实现水平、垂向、侧向的转动，从而满足两相邻车体转动需求。

车辆连接装置在使用过程中主要承受拉伸载荷、压缩载荷、垂向载荷。当车辆连接装置承受拉伸载荷，力的传递方向为：凸关节1’→球形轴承3’→凹关节2’；当车辆连接装置承受压缩载荷时，车辆连接装置中力的传递方向为：凸关节1’→球形轴承3’→楔块43’→凹关节2’；当车辆连接装置承受垂向载荷时，车辆连接装置中力的传递方向为：凸关节1’→球形轴承3’→凹关节2’。

从以上描述可以看出，无论车辆连接装置承受哪一种载荷，凸关节1’上的力的传递均是通过球形轴承3’传递至凹关节2’的，具体而言，是通过球形轴承3’两端部的轴柄31’传递的。

然而，现有技术车辆连接装置工作过程中容易出现轴柄31’断裂的现象，严重影响了车辆行驶的安全性。

故，如何提高现有技术中车辆连接装置连接可靠性，是本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的为提供一种铁路车辆及其车辆连接装置，该车辆连接装置力传递面积比较大，可大大提高车辆连接装置在力传递过程中的可靠性，进一步提高了车辆行驶的安全性。

为解决上述技术问题，本发明提供一种车辆连接装置，一种车辆连接装置，包括凸关节、凹关节，所述凸关节设置有球头，所述球头的球形表面向下凸起，所述凹关节设置有球座，所述球座加工有与所述球头配合的球窝，所述球窝开口向上；所述车辆连接装置还包括将所述球头限位于所述球窝内的限位部件。

当使用上述结构的车辆连接装置连接两车体时，因本文中凸关节和凹关节两者通过球头和球座之间的球形配合面构成转动副，故可实现辆车体围绕通过球心的竖直线各个方向的旋转。其次，当车辆连接装置传动拉伸载荷时，拉伸力由前一车体传递至后一车体，车辆连接装置中凸关节的拉伸力通过球头和球座相互配合的球形配合面传递至凹关节，即力传递方向为：凸关节→球头、球座→凹关节；同理，当车辆连接装置传动压缩载荷、垂向载荷时，凸关节的压缩力和垂向力均通过球头和球座相互配合的球形配合面传递至凹关节，即力传递方向均为为：凸关节→球头、球座→凹关节。

与现有技术中通过轴柄传递载荷相比，本文车辆连接装置拉伸载荷、压缩载荷、垂向载荷均通过球头与球窝之间的球形配合表面进行传递，即球形配合面形成的力传递表面，球形配合面的面积比较大，相应力承载面积就比较大，有利于载荷均匀传递，并且即使车辆连接装置处于比较大的转角状态下，本文中的球面接触也能够保证承载面具有比较大的接触面积，避免局部载荷过大出现承载件断裂现象，保证车辆运行安全性以及提高承载件的使用寿命，进而提高车辆连接装置的使用寿命。

可选的，所述凹关节的连接端部设置有安装腔，所述安装腔的腔壁内表面开设有安装孔，所述球座具有与所述安装孔配合定位的安装部。

可选的，所述球头具有上端开口的中空内腔以及连通所述中空内腔与球形外表面的轴向通孔，所述中空内腔的底部为弧形面；所述限位部件包括连接轴，所述连接轴的上端部具有与所述弧形面配合的弧形结构，所述连接轴的下端部穿过所述轴向通孔固定连接所述球座，并且所述连接轴对应所述轴向通孔的轴段直径小于所述轴向通孔的孔径。

可选的，所述轴向通孔上端开口位置具有向内的凸台，所述凸台形成所述弧形面。

可选的，所述限位部件包括压块，所述压块具有向下凸起的球面，该球面形成所述连接轴的弧形结构，所述压块设有与所述轴向通孔同轴的纵向中心通孔，所述连接轴的下端部穿过所述纵向中心通孔连接所述球座；

所述限位部件还包括止挡件，所述止挡件设于所述连接轴的顶端，且位于所述压块的上方，以限定所述压块向上的位移。

可选的，所述限位部件还包括弹簧，所述弹簧轴向套装于所述连接轴，且压装于所述止挡件与所述压块之间。

可选的，所述连接轴为阶梯轴，包括下端的大径段和连接所述大径段的小径段，所述凹关节的安装腔的底壁设置有与所述轴向通孔同轴的通孔，所述大径段的直径大于所述通孔直径，所述小径段的直径小于等于所述通孔直径；装配时，所述小径段穿过所述通孔置于所述球头的中空内腔，所述大径段卡装于所述通孔外部，且至少部分伸至所述凹关节的外部。

可选的，所述凹关节的安装腔底壁和所述球座相对的两安装面其中一者设置有定位凹槽，另一者设置有与所述定位凹槽配合的定位凸起。

可选的，所述球窝与所述球头两者之一的配合表面上设置有自润滑耐磨材料层，所述自润滑耐磨材料层形成与另一者配合的球形表面。

此外，本发明还提供了一种铁路车辆，包括转向架和固定于转向架上的车辆连接装置，其特征在于，所述车辆连接装置为上述任一项所述的车辆连接装置，所述凸关节和所述凹关节的两端部分别与前后两相邻车体固定连接。

由于本发明的铁路车辆包括上述任一项所述的车辆连接装置，故上述任一项车辆连接装置所产生的技术效果均适用于本发明的铁路车辆，此处不再赘述。

附图说明

图1为现有技术车辆连接装置的结构示意图；

图2为本发明一种实施例中车辆连接装置的结构示意图；

图3为球座与球头组装后的结构示意图；

图4为本发明另一种实施例中车辆连接装置的纵向剖视图；

图5为本发明第三种实施例中车辆连接装置的纵向剖视图。

其中，图1中部件名称与附图标记之间的一一对应关系如下所示：

凸关节1’、凹关节2’、球形轴承3’、轴柄31’、螺栓41’、碟簧42’、楔块43’、垫圈44’、螺母45’、防尘盖5’

其中，图2至图5中部件名称与附图标记之间的一一对应关系如下所示：

凸关节1、连接端部11、球头2、凸台21、轴向通孔2a、凹关节3、自润滑耐磨材料层4、球座12、定位凸起121、通孔12a、连接轴7、大径段71、小径段72、第三小径段73、销轴5、螺栓6、弹簧8、垫圈9、压块10、纵向中心通孔10a

具体实施方式

本发明的核心为提供一种铁路车辆及其车辆连接装置，该车辆连接装置力传递面积比较大，可大大提高车辆连接装置在力传递过程中的可靠性，进一步提高了车辆行驶的安全性。

经过大量研究证实，现有技术中车辆连接装置出现轴柄31’断裂现象的主要原因为：凹关节2’和凸关节1’之间载荷传递均是依靠轴柄31’与凹关节2’之间的配合表面进行传递的，轴柄31’轴向水平设置，这样在力传递过程中轴柄31’与凹关节2’之间的接触面比较小，在传递比较大的力载荷时，轴柄31’局部因承受的压强过大，故容易出现断裂技术问题。

针对以上技术问题，本文提出了一种解决方案，具体方案详见以下描述。

本文以车辆连接装置在铁路货车中的应用为例，也就是说铁路车辆为铁路货车，进行介绍技术方案和技术效果，本领域内技术人员应当理解，本文技术方案在其他铁路车辆中的应用也在本文的保护范围内。

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

请参考图2至图3，图2为本发明一种实施例中车辆连接装置的结构示意图；图3为球座与球头组装后的结构示意图。

本发明提供了一种车辆连接装置，包括凸关节1、凹关节3，一般地，凸关节1的尾部连接相邻两车体中前一车体的中梁，凹关节3的尾部连接后一车体的中梁，需要说明的是，本文将靠近车头方向定义为前，相应的靠近车尾方向定义为后。其中凹关节3、凸关节1与车体可以通过焊接方式固定连接。组装后的凸关节1和凹关节3共同固定于转向架上，凸关节的连接端部可以设置有安装腔，安装腔的底壁固定连接架。

本发明中凸关节1和凹关节3两者之一设置有球头，球头的球形表面向上或向下凸起，另一者设置有球座，球座上加工有与球头配合的球窝，也就是说，球头可以设置于凹关节3，也可以设置于凸关节1。本文具体以球座12设于凹关节3，球窝开口向上，球头2设于凸关节1，球头的球形表面向下凸起为例，进一步介绍技术方案和技术效果。

需要说明的是，本文中凡是提及球形表面，可以是一个球体的表面的一部分，并非指整个球面，也可以为整个球面。换言之，本文所述的球形表面是广义上的球面，可以为整个球面，也可以仅是整个球体表面的一部分，只要球面的设置能够满足凸关节1与凹关节3在水平方向、侧向以及垂向的转动需求即可。

本文所述的水平方向即为平行车体方向，侧向即为水平面内垂直于水平方向的方向，即图3中的左右方向，垂向为垂直于水平面的方向，即图3中的上下方向。

除上述外，本文还进一步增加了限位部件，限位部件可以将球头2限位于球窝内部，从而保证力传递过程中，球头2从球窝中脱出。根据两节连接车体运动时，所允许相对运动的各个方向的相对位移均可以通过限位部件实现。

当使用上述结构的车辆连接装置连接两车体时，因本文中凸关节1和凹关节3两者通过球头2和球座12之间的球形配合面构成转动副，故可实现辆车体围绕通过球心的竖直线各个方向的旋转。其次，当车辆连接装置传动拉伸载荷时，拉伸力由前一车体传递至后一车体，车辆连接装置中凸关节1的拉伸力通过球头2和球座12相互配合的球形配合面传递至凹关节3，即力传递方向为：凸关节1→球头2、球座12→凹关节3；同理，当车辆连接装置传动压缩载荷、垂向载荷时，凸关节1的压缩力和垂向力均通过球头和球座相互配合的球形配合面传递至凹关节3，即力传递方向均为为：凸关节1→球头2、球座12→凹关节3。

与现有技术中通过轴柄传递载荷相比，本文车辆连接装置拉伸载荷、压缩载荷、垂向载荷均通过球头与球窝之间的球形配合表面进行传递，即球形配合面形成的力传递表面，球形配合面的面积比较大，相应力承载面积就比较大，有利于载荷均匀传递，并且即使车辆连接装置处于比较大的转角状态下，本文中的球面接触也能够保证承载面具有比较大的接触面积，避免局部载荷过大出现承载件断裂现象，保证车辆运行安全性以及提高承载件的使用寿命，进而提高车辆连接装置的使用寿命。

除上述外，本文中的球头2、球座12均可以采用铸造、锻造、机械加工方式成型，成本比较低、易于制作。

请再次参考图2，在一种具体实施例中，凹关节3的连接端部可以设置有安装腔，安装腔的腔壁内表面开设有安装孔，球座12具有与所述安装孔配合定位的安装部；安装孔的设置方式可以有多种方式，只要能实现球座12与凹关节3两者的可靠定位即可。图2中虽然未示出安装孔和安装部的具体结构，但这并不阻碍本领域内技术人员对本技术方案的理解和实施。

其中，球座与凹关节3、球头与凸关节1可以为一体式结构，即在凹关节3、凸关节1上直接加工球座12、球头2；球座12与凹关节3、球头2与凸关节1可以为分体结构，即单独加工球座12、球头2，将加工好的球座12、球头2安装至凹关节3和凸关节1上。

球头2和球窝长期配合使用后，两者的接触配合球面必然存在一定量的磨损量，球头2和球窝配合球面磨损可能会影响力传递的稳定性。故本文还进行了如下设置。

进一步地，上述各实施例中的球窝内表面或球头的外表面设有自润滑耐磨材料层4，自润滑耐磨材料层4形成与另一者配合的球面。也就是说，球窝的内表面可以设置一层自润滑耐磨材料层4，球头的外表面也可以设置一层自润滑耐磨材料层4，球头2和设置球窝的球座12可以使用钢材料，自润滑耐磨材料层4可以具有以下特点：附着性能好、对钢摩擦系数低、耐磨、具有一定的承载能力。

这样球窝和球头2之间设置有自润滑耐磨材料层4，自润滑耐磨材料层4不仅能够提高球头2和球窝相对运动时的灵活性，并且可以降低球头2或球窝的转动摩擦损耗，提高球头2和球窝的使用寿命。并且，因自润滑耐磨材料层4较球座、球头材料更耐磨，故可以延长检修周期，减少检修频率，有利于铁路货车长时间免维护作业。

另外，当自润滑耐磨材料层4、球头2或球窝的磨损量大于预设值时，可以仅将自润滑耐磨材料层4以及球头2或球窝中的一者更换即可，节省使用成本。

在一种具体的实施方式中，安装腔底壁和球座12二者相对的两安装面其中一者设置有定位凹槽，另一者设置有与定位凹槽相配合的定位凸起。请参考图3，图3中给出了球座的底部安装面设有定位凸起121，安装腔底壁设置定位凹槽的具体实施例，其中定位凹槽、定位凸起121可以为环形结构，当然定位凹槽、定位凸起不局限于环形结构，也可以为其他结构，只要能够实现球座12安装于安装腔内的定位，满足车辆正常行驶两车体之间力的可靠传递即可。

当球座12安装于安装腔内部时，可以通过定位凹槽和定位凸起的配合快速实现球座在安装腔位置的确定，提高安装效率。

对于球头2与凸关节1为分体结构的车辆连接装置，球头2与凸关节1的连接方式由多种形式，两者可以通过压装、螺纹连接等方式组合为一整体，例如：凸关节1向后伸出的连接端部11可以设置有安装孔，球头2具有与安装孔相配合的外表面，球头2压装于安装孔内部。

上述各实施例中球头具有上端开口的中空内腔以及连通中空内腔与球形外表面的轴向通孔2a，中空内腔的底部为弧形面；限位部件可以包括连接轴7，连接轴7的上端部具有与弧形面配合的弧形结构，连接轴7的下端部穿过所述轴向通孔2a固定连接所述球座12，并且连接轴7对应轴向通孔2a的轴段直径小于轴向通孔2a的孔径。其中连接轴7对应轴向通孔2a的轴段直径的设置依据为不影响球头2和球座12之间正常动作，保证力的可靠传递。

连接轴7通过弧形结构与中空内腔的弧形面配合，连接轴7与球头2形成转动摩擦副，这样连接轴7在对球头2进行轴向定位的同时，球头2可以相对连接轴7侧向转动，不影响球头2与球窝之间相对运动，有利于车辆的正常行驶。

为了增加球头2的使用强度，轴向通孔2a上端开口位置具有向内的凸台21，凸台21形成所述弧形面，凸台21的设置可以进一步增强球头设置轴向通孔2a位置的使用强度。

上述实施例中连接轴上弧形结构可以与连接轴7为一体结构，也可以与连接轴7为分体结构，以下实施例给出了连接轴7与弧形结构为分体结构的实施方式，具体描述如下。

在一种具体实施方式中，限位部件可以包括压块10，压块10具有向下凸起的球面，该球面形成连接轴7的弧形结构，压块10设有纵向中心通孔10a，连接轴7的下端部穿过纵向中心通孔10a连接球座12。并且限位部件还可以包括止挡件，止挡件设于连接轴7的顶端，且位于压块10的上方，以限定压块10向上的位移。止挡件可以为螺栓6，也可以为销子，只要能实现阻挡压块的上移即可。

当然，要实现对压块的止挡功能，螺栓6、销子5等止挡件的径向尺寸大于压块上纵向中心通孔的尺寸。也可以同时使用螺栓6和销子5，进一步增加固定的可靠性。当然，也可以在上述实施例的基础上，继续增加垫圈9，以配合各部件的安装。

随着球头2、压块10、球窝的长期配合使用，球头2、压块10、球窝均会出现不同程度的磨损，为了保证球头2与球窝相对位置的可靠定位，限位部件还进一步包括弹簧8，弹簧8轴向套装于连接轴7，且压装于止挡件与压块10之间。弹簧8可以为碟簧，也可以为螺旋弹簧。

止挡件、弹簧8等部件可以从中空内腔的上端开口组装至连接轴7。上端开口的尺寸满足装配需求，具体尺寸在此不做详述。

如上所述车辆连接装置固定于转向架上，为了实现车辆连接装置与转向架的快速装配，一般在车辆连接装置上设置定位销，转向架上设置定位孔。以下给出了定位销的一种设置方式。

在一种具体的实施方式中，车架连接轴7可以设计为阶梯轴，包括下端的大径段71和连接大径段71的小径段72，凹关节的安装腔的底壁设置有通孔，大径段71的直径大于通孔直径，小径段72的直径小于等于通孔直径；装配时，小径段72穿过通孔置于球头2的中空内腔，大径段71卡装于通孔外部，且至少部分伸至凹关节的外部。伸至凹关节外部的大径段71可以作为定位销实现与转向架的装配定位。

当然，凹关节3的通孔可以为阶梯通孔，如图4和图5所示，大径段71的直径大于阶梯通孔的小径孔直径，小于阶梯通孔的大径孔直径，故大径段71可以部分卡装于大径孔内部；小径段72直径小于小径孔的直径。

该实施方式将定位球头2与球座12的连接轴7、定位凹关节3与转向架的定位销合为一体，大大简化了车辆连接装置的结构，且有利于改善车辆连接装置力传递过程各部件的受力。

连接轴7的具体结构可以有多种结构，请参考4、图5，图4和图5中的连接轴7在大径段71的下部又增加一第三小径段73，即保证了大径段71与凹关节3固定强度，又避免在转向架上开设较大定位孔，提高转向架的强度。

在上述车辆连接装置的基础上，本文还提供了一种铁路车辆，包括转向架和固定于转向架上的车辆连接装置，所述车辆连接装置为上述任一实施例所述的车辆连接装置，所述凸关节1和所述凹关节3的两端部分别与前后两相邻车体固定连接。

以上对本发明所提供的一种铁路车辆及其车辆连接装置进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。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，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种车辆连接装置，包括凸关节(1)、凹关节(3)，其特征在于，所述凸关节(1)设置有球头(2)，所述球头(2)的球形表面向下凸起，所述凹关节(3)设置有球座(12)，所述球座(12)加工有与所述球头(2)配合的球窝，所述球窝开口向上；所述车辆连接装置还包括将所述球头(2)限位于所述球窝内的限位部件。

2.如权利要求1所述的车辆连接装置，其特征在于，所述凹关节(3)的连接端部设置有安装腔，所述安装腔的腔壁内表面开设有安装孔，所述球座(12)具有与所述安装孔配合定位的安装部。

3.如权利要求1所述的车辆连接装置，其特征在于，所述球头(2)具有上端开口的中空内腔以及连通所述中空内腔与球形外表面的轴向通孔(2a)，所述中空内腔的底部为弧形面；所述限位部件包括连接轴(7)，所述连接轴(7)的上端部具有与所述弧形面配合的弧形结构，所述连接轴(7)的下端部穿过所述轴向通孔(2a)固定连接所述球座(12)，并且所述连接轴(7)对应所述轴向通孔(2a)的轴段直径小于所述轴向通孔(2a)的孔径。

4.如权利要求3所述的车辆连接装置，其特征在于，所述轴向通孔(2a)上端开口位置具有向内的凸台(21)，所述凸台(21)形成所述弧形面。

5.如权利要求3所述的车辆连接装置，其特征在于，所述限位部件包括压块(10)，所述压块(10)具有向下凸起的球面，该球面形成所述连接轴(7)的弧形结构，所述压块(10)设有与所述轴向通孔(2a)同轴的纵向中心通孔(10a)，所述连接轴(7)的下端部穿过所述纵向中心通孔(10a)连接所述球座(12)；

所述限位部件还包括止挡件，所述止挡件设于所述连接轴(7)的顶端，且位于所述压块(10)的上方，以限定所述压块(10)向上的位移。

6.如权利要求5所述的车辆连接装置，其特征在于，所述限位部件还包括弹簧，所述弹簧轴向套装于所述连接轴(7)，且压装于所述止挡件与所述压块(10)之间。

7.如权利要求3至6任一项所述的车辆连接装置，其特征在于，所述连接轴(7)为阶梯轴，包括下端的大径段(71)和连接所述大径段(71)的小径段(72)，所述凹关节(3)的安装腔的底壁设置有与所述轴向通孔(2a)同轴的通孔，所述大径段(71)的直径大于所述通孔直径，所述小径段(72)的直径小于等于所述通孔直径；装配时，所述小径段(72)穿过所述通孔置于所述球头(2)的中空内腔，所述大径段(71)卡装于所述通孔外部，且至少部分伸至所述凹关节(3)的外部。

8.如权利要求2至6任一项所述的车辆连接装置，其特征在于，所述凹关节(3)的安装腔底壁和所述球座(12)相对的两安装面其中一者设置有定位凹槽，另一者设置有与所述定位凹槽配合的定位凸起。

9.如权利要求2至6任一项所述的车辆连接装置，其特征在于，所述球窝与所述球头(2)两者之一的配合表面上设置有自润滑耐磨材料层(4)，所述自润滑耐磨材料层(4)形成与另一者配合的球形表面。

10.一种铁路车辆，包括转向架和固定于转向架上的车辆连接装置，其特征在于，所述车辆连接装置为权利要求1至9任一项所述的车辆连接装置，所述凸关节(1)和所述凹关节(3)的两端部分别与前后两相邻车体固定连接。