CN105584497A - 一种变刚度牵引橡胶堆的制作组装方法及变刚度方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种变刚度牵引橡胶堆的制作组装方法及变刚度方法，制作组装方法包括如下步骤：将金属底板、底部弹性橡胶体、金属隔板、金属外套、底部弹性橡胶体通过胶黏剂以及高温硫化粘结在一起；将金属内套安放在金属外套内，使内套顶部伸出外套上端面预定高度，将金属外套与金属内套通过上部弹性橡胶体硫化粘结在一起；将金属顶板通过过盈配合与金属内套顶部连接在一起，使顶板与外套上端面之间保留间距；将耐磨板通过紧固螺钉安装在金属顶板上。本发明简洁方便，其产品能实现产品在前期趋于线性的柔性减振作用，后期满足变形增大时刚度急剧增加的变刚度要求。在产品受力面增加了耐磨材料，减少工况对产品的磨损，能满足车辆动力学性能。

Description

一种变刚度牵引橡胶堆的制作组装方法及变刚度方法

技术领域

本发明涉及机车车辆减振技术领域。

背景技术

牵引橡胶堆是常用的一种橡胶金属复合的减振元件，用于转向架中心浮动牵引装置，广泛应用于机车车辆的二系牵引系统，是二系牵引的主要部件，主要功能为传递转向架与车体之间的牵引以及制动载荷，缓冲纵向冲击。牵引橡胶堆应具备以下性能：具备足够的强度，保证牵引及制动载荷的有效传递；合理的弹性参数，以改善车辆运行的舒适性。牵引橡胶堆应用结构最为普遍的是金属件与橡胶复合叠层结构，叠层橡胶堆结构的性能能基本满足某类工况的使用，缺点是，由于橡胶堆只能通过增加橡胶层数和橡胶截面大小调整刚度，无法实现变刚度要求。

随着机车车辆技术的发展，特别是高铁动车组、城轨、地铁和低地板车技术的发展，牵引橡胶堆需要更好地满足车辆的动力学要求，此时就需要一种新型的结构的产品和方法，能实现小变形时起柔性减振作用，预压变形增大时刚度急剧增加，同时成对产品安装时具有耐磨特性。

现有应用的牵引橡胶堆普遍采用叠层结构，见图1常用结构所示，现有方案结构主要为橡胶金属相结合的弹性减振件。由底板和顶板，以及中间根据刚度需求设计多层隔板，与橡胶通过胶黏剂以及高温硫化在一起，形成的复合金属橡胶锥，包括底板10、橡胶11、隔板12（四层）、顶板13。

现有应用的牵引橡胶堆的结构因普遍为金属与橡胶叠层复合结构，存在如下缺点：

1、橡胶堆的橡胶截面大小是一定的，通过调整橡胶截面能够调整刚度，但无法实现变刚度要求。

2、通过调整橡胶堆的层数能够调整刚度，但也无法实现变刚度要求。

3、由于前期刚度小，后期刚度急剧增加，在中间部位开设盲孔，虽然能实现变刚度，但变刚度梯度不明显。

以下检索到的部分相关现有专利技术：

1、整体式牵引橡胶堆，申请号为201020662918.X。

2、空气弹簧橡胶堆的制作工艺，申请号为201010581593.7。

3、铁路货车转向架橡胶堆，申请号为200720082403.0。

4、轨道工程车转向架二系悬挂装置，申请号为201020634090.7。

5、橡胶缓冲器，申请号为200620035174.2。

发明内容

本发明的目的在于针对现有牵引橡胶堆的不足，提供一种变刚度牵引橡胶堆的制作组装方法及变刚度方法，依此方法组装的变刚度牵引橡胶堆前期刚度小、后期刚度急剧增加，采用此变刚度牵引橡胶堆能实现变刚度。

本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案为：所述变刚度牵引橡胶堆包括金属底板、弹性橡胶体、金属隔板、金属顶板、金属外套、金属内套、耐磨板，所述弹性橡胶体包括上部弹性橡胶体和底部弹性橡胶体，所述金属隔板通过底部弹性橡胶体连接在金属底板上，所述金属外套通过底部弹性橡胶体连接在金属隔板上；所述金属外套中部为空，金属内套位于金属外套内且金属内套顶部伸出金属外套上端面，金属内套通过上部弹性橡胶体与金属外套连接在一起；所述金属顶板连接在金属内套顶部，金属顶板与金属外套上端面之间留有间距；所述耐磨板通过紧固螺钉或螺栓连接顶板。

所述金属隔板设有二层以上，上下相邻的二块金属隔板通过底部弹性橡胶体硫化粘结在一起。

所述变刚度牵引橡胶堆还包括耐磨板，所述耐磨板通过紧固螺钉或螺栓连接金属顶板。

所述金属外套、上部弹性橡胶体和底部弹性橡胶体均为圆筒形，所述金属内套为圆柱形，所述金属隔板中部开有圆形孔。

所述金属底板、底部弹性橡胶体、金属隔板、金属外套、上部弹性橡胶体和金属内套通过胶黏剂以及高温硫化粘结在一起，形成整体结构。

金属顶板与金属外套上端面之间留有间距，形成空隙段，所述空隙段能被压缩变小。

所述金属顶板通过过盈配合与金属内套顶部连接在一起。

所述变刚度牵引橡胶堆的制作组装方法包括如下步骤：

A、根据预定设计规格和要求，分别制作出金属底板、金属隔板、金属内套、金属外套、金属顶板、耐磨板，准备好底部弹性橡胶体和上部弹性橡胶体；

B、将金属底板、底部弹性橡胶体、金属隔板通过胶黏剂以及高温硫化粘结在一起；

C、将金属外套、底部弹性橡胶体、金属隔板通过胶黏剂以及高温硫化粘结在一起；

D、将金属内套安放在金属外套内，使内套顶部伸出外套上端面预定高度，将金属外套与金属内套通过上部弹性橡胶体硫化粘结在一起；

E、将金属顶板通过过盈配合与金属内套顶部连接在一起，使顶板与外套上端面之间保留间距，并根据变刚度所需拐点要求，调整好金属顶板与金属外套上端之间的间距，使间距达到预定值；

F、将耐磨板通过紧固螺钉或螺栓安装在金属顶板上。

制作金属内套和金属外套时，根据小位移下的刚度的需求来确定金属外套内径和金属内套外径的大小：需要增大小位移下的刚度时，减小金属外套内径和/或增大金属内套外径；需要减小小位移下的刚度时，则增大金属外套内径和/或增减小金属内套外径。

安装金属顶板时，根据变刚度拐点的要求来确定金属顶板和金属外套之间的距离：需要使变刚度的拐点提前时，减小金属底板与金属外套之间的距离；需要使变刚度的拐点推后时，则加大金属底板与金属外套之间的距离。

制作金属隔板时，根据大位移下的刚度的需求来确定金属隔板外径和金属隔板中部开孔内径的大小：需要增加大位移下的刚度时，增大金属隔板的外径和/或减小开孔内径；需要减小大位移下的刚度时，减小金属隔板的外径和/或增大开孔内径。

所述金属隔板设有二层以上，上下相邻的二块金属隔板通过底部弹性橡胶体硫化粘结在一起。

根据大位移下的刚度的需求来确定金属隔板层数：需要增加大位移刚度时，增加金属隔板的层数；需要减小大位移刚度时，减少金属隔板的层数。

将金属底板、底部弹性橡胶体、金属隔板、金属外套、上部弹性橡胶体和金属内套通过胶黏剂以及高温硫化粘结成整体结构。

一种变刚度方法，所述变刚度是指前期刚度小、后期刚度急剧增加，所述变刚度方法采用变刚度牵引橡胶堆来实现变刚度，所述变刚度牵引橡胶堆包括金属底板、弹性橡胶体、金属隔板、金属顶板、金属外套、金属内套、耐磨板，所述弹性橡胶体包括上部弹性橡胶体和底部弹性橡胶体，所述金属隔板通过底部弹性橡胶体连接在金属底板上，所述金属外套通过底部弹性橡胶体连接在金属隔板上；所述金属外套中部为空，金属内套位于金属外套内且金属内套顶部伸出金属外套上端面，金属内套通过上部弹性橡胶体与金属外套连接在一起；所述金属顶板连接在金属内套顶部，金属顶板与金属外套上端面之间留有间距；所述耐磨板通过紧固螺钉或螺栓连接顶板；

所述变刚度方法包括如下步骤：

A、前期阶段：变刚度牵引橡胶堆开始止挡受载，上部弹性橡胶体开始变形，金属顶板与金属外套上端面之间的间距逐渐缩小，实现小变形时的柔性减振，满足小位移下的刚度要求；

B、后期阶段：金属顶板与金属外套接触，变刚度牵引橡胶堆继续受载、负荷增大，底部弹性橡胶体开始变形，金属隔板和底部弹性橡胶体开始起主要作用，使变刚度牵引橡胶堆变形增大时刚度急剧增加，满足大位移下的刚度要求，从而实现刚度突变。

可以通过调整金属外套内径和金属内套外径来调整小位移下的刚度：需要增大小位移下的刚度时，减小金属外套内径和/或增大金属内套外径；需要减小小位移下的刚度时，则增大金属外套内径和/或增减小金属内套外径；

可以通过调整金属顶板和金属外套之间的距离来调整变刚度拐点的位置：需要使变刚度的拐点提前时，减小金属底板与金属外套之间的距离；需要使变刚度的拐点推后时，则加大金属底板与金属外套之间的距离；

可以通过调整金属隔板外径和金属隔板中部开孔内径来调整大位移下的刚度：需要增加大位移刚度时，增大金属隔板的外径和/或减小开孔内径；需要减小大位移刚度时，减小金属隔板的外径和/或增大开孔内径。

所述金属隔板设有二层以上，上下相邻的二块金属隔板通过底部弹性橡胶体硫化粘结在一起；通过调整金属隔板层数来调整大位移下的刚度：需要增加大位移刚度时，增加金属隔板的层数；需要减小大位移刚度时，减少金属隔板的层数。

本发明针对现有牵引橡胶堆的不足，提供了一种能够实现变刚度且刚度大小可大幅调整的橡胶弹性元件制作组装方法及其产品。本发明变刚度牵引橡胶堆结构简单，制作组装简洁方便，能实现产品在前期趋于线性的柔性减振作用，后期满足变形增大时刚度急剧增加的变刚度要求（前期刚度小、后期刚度急剧增加）。同时在产品受力面增加了耐磨材料，减少工况对产品的磨损，能满足车辆动力学性能。该耐磨材料通过紧固螺钉或螺栓与产品部件连接，维护更换过程中通过更换耐磨材料来降低维护工作量及维护成本。

变刚度牵引橡胶堆结构灵活多变，可以通过调整金属外套和金属内套之间的距离，可以设计出不同刚度大小的小位移刚度；同时通过调整金属顶板与金属外套的间距，改变变刚度拐点的位置；调整金属隔板的层数、金属隔板的承载面积，可设计不同刚度大小的大位移刚度。因此可以实现在小位移不同刚度、不同位置拐点、大位移不同刚度设计的要求。

本发明的优点还在于：由金属件与橡胶通过胶黏剂以及高温硫化后形成复合橡胶堆整体结构，与顶板、尼龙材料（耐磨板）组装在一起。在承受垂向载荷时，当顶板未与复合橡胶接触时，通过圆柱形结构段的金属和橡胶，属于纯剪切状态，可降低垂向刚度，当顶板与复合橡胶接触时，圆柱形和橡胶堆一起提供垂向刚度。同时如果要求水平方向刚度，可在橡胶堆中间开设通孔，以适当降低水平刚度。

附图说明

图1是现有技术中的复合金属橡胶堆的结构示意图。

图2是实施例一中本发明中的变刚度牵引橡胶堆的结构示意图。

图3是实施例二中本发明中的变刚度牵引橡胶堆的结构示意图。

图中：1、金属底板，2、金属隔板，3、底部弹性橡胶体，4、金属外套，5、上部弹性橡胶体，6、金属内套，7、金属顶板，8、耐磨板，9、紧固螺钉、10、底板；11、橡胶；12、隔板；13、顶板。

具体实施方式

如图2、图3所示，一种变刚度牵引橡胶堆，包括金属底板1、弹性橡胶体（包括底部弹性橡胶体3和上部弹性橡胶体5）、金属外套4、金属内套6、顶板7、耐磨板8以及中间根据刚度需求设计的多层金属隔板2。金属顶板与金属外套上端面之间保留一定的间距（H1），形成空隙段。通过圆柱形结构段的金属和橡胶，在承受垂向载荷时，橡胶属于纯剪切状态，可降低垂向刚度，橡胶堆结构段的金属和橡胶可提供大垂向刚度。耐磨板（采用尼龙板）通过紧固螺钉9固定在顶板上，可实现耐磨特性。通过调整顶板和复合金属橡胶堆之间距离实现变刚度的拐点。金属外套、金属内套、弹性橡胶体、金属隔板、金属底板整体硫化在一起，通过胶黏剂以及高温硫化后形成整体结构。变刚度牵引橡胶堆的整体为圆柱形结构。

实施例一

如图2所示，一种变刚度牵引橡胶堆制作组装方法，采用专用模具，将金属底板1与金属隔板2通过底部弹性橡胶体3硫化粘结在一起，金属隔板2与金属外套4通过底部弹性橡胶体3粘结在一起，金属外套4与金属内套6通过上部弹性橡胶体5硫化粘结在一起，耐磨板8与金属顶板7通过紧固螺钉9连接在一起，金属顶板7通过过盈配合与金属内套6顶部连接在一起。当橡胶止挡受载时，弹性橡胶体5变形，空隙段的间距H1逐渐缩小至0，金属顶板7与金属外套4接触，实现刚度突变。通过调整金属顶板7与金属外套4的距离H1可以调节变刚度所要求的拐点。

所述变刚度方法包括如下步骤：

A、前期小位移阶段：变刚度牵引橡胶堆开始止挡受载，上部弹性橡胶体开始变形，金属顶板与金属外套上端面之间的间距逐渐缩小，实现小变形时的柔性减振，满足小位移下的刚度要求；

B、后期大位移阶段：金属顶板与金属外套接触，变刚度牵引橡胶堆继续受载、负荷增大，底部弹性橡胶体开始变形，金属隔板和底部弹性橡胶体开始起主要作用，使变刚度牵引橡胶堆变形增大时刚度急剧增加，满足大位移下的刚度要求，从而实现刚度突变。

实施例二

如图3所示，在实施例一的基础上，为增大第一段刚度（小位移下的刚度），减小金属外套内径Φ2、增大金属内套外径Φ1，缩小金属外套内表面与金属内套外表面之间的距离。为了使变刚度的拐点提前，减小金属底板7与金属外套4之间的距离H1。为了增加大位移刚度，可增加金属隔板2的层数N，同时可增大金属隔板2（金属隔板为圆筒形）的外径Φ4，减小开孔内径Φ3。通过调整参数Φ1、Φ2、Φ3、Φ4、H1、N，可以实现多种刚度、多位置拐点的组合，从而满足系统不同的动力学性能。

综上所述，本发明变刚度牵引橡胶堆，能满足常用载荷时前期小刚度性能及后期刚度刚度急剧增大的变刚度要求。通过调整金属顶板和金属外套之间的距离H1可调整变刚度拐点的位置。可以调整金属内径Φ2和金属内套外径Φ1来调整小位移下的刚度。可以调整金属隔板外径Φ4和金属隔板开孔内径Φ来调整大位移下的刚度。可以调整隔板层数N来调整大位移下的刚度。顶板上面连接有耐磨材料，耐磨材料通过滑动，继而保证变刚度牵引橡胶堆在承受大剪切变形位移时产品不被破坏。耐磨材料通过螺栓连接在金属顶板上，维护修理时可以通过更换耐磨材料来减少维护工作量和降低成本。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种变刚度牵引橡胶堆的制作组装方法，其特征是，

所述变刚度牵引橡胶堆包括金属底板、弹性橡胶体、金属隔板、金属顶板、金属外套、金属内套、耐磨板，所述弹性橡胶体包括上部弹性橡胶体和底部弹性橡胶体，所述金属隔板通过底部弹性橡胶体连接在金属底板上，所述金属外套通过底部弹性橡胶体连接在金属隔板上；所述金属外套中部为空，金属内套位于金属外套内且金属内套顶部伸出金属外套上端面，金属内套通过上部弹性橡胶体与金属外套连接在一起；所述金属顶板连接在金属内套顶部，金属顶板与金属外套上端面之间留有间距；所述耐磨板通过紧固螺钉或螺栓连接顶板；

所述变刚度牵引橡胶堆的制作组装方法包括如下步骤：

根据预定设计规格和要求，分别制作出金属底板、金属隔板、金属内套、金属外套、金属顶板、耐磨板，准备好底部弹性橡胶体和上部弹性橡胶体；

将金属底板、底部弹性橡胶体、金属隔板通过胶黏剂以及高温硫化粘结在一起；

将金属外套、底部弹性橡胶体、金属隔板通过胶黏剂以及高温硫化粘结在一起；

将金属内套安放在金属外套内，使内套顶部伸出外套上端面预定高度，将金属外套与金属内套通过上部弹性橡胶体硫化粘结在一起；

将金属顶板通过过盈配合与金属内套顶部连接在一起，使顶板与外套上端面之间保留间距，并根据变刚度所需拐点要求，调整好金属顶板与金属外套上端之间的间距，使间距达到预定值；

将耐磨板通过紧固螺钉或螺栓安装在金属顶板上。

2.根据权利要求1所述的变刚度牵引橡胶堆的制作组装方法，其特征是，制作金属内套和金属外套时，根据小位移下的刚度的需求来确定金属外套内径和金属内套外径的大小：需要增大小位移下的刚度时，减小金属外套内径和/或增大金属内套外径；需要减小小位移下的刚度时，则增大金属外套内径和/或增减小金属内套外径。

3.根据权利要求1所述的变刚度牵引橡胶堆的制作组装方法，其特征是，安装金属顶板时，根据变刚度拐点的要求来确定金属顶板和金属外套之间的距离：需要使变刚度的拐点提前时，减小金属底板与金属外套之间的距离；需要使变刚度的拐点推后时，则加大金属底板与金属外套之间的距离。

4.根据权利要求1所述的变刚度牵引橡胶堆的制作组装方法，其特征是，制作金属隔板时，根据大位移下的刚度的需求来确定金属隔板外径和金属隔板中部开孔内径的大小：需要增加大位移下的刚度时，增大金属隔板的外径和/或减小开孔内径；需要减小大位移下的刚度时，减小金属隔板的外径和/或增大开孔内径。

5.根据权利要求1所述的变刚度牵引橡胶堆的制作组装方法，其特征是，所述金属隔板设有二层以上，上下相邻的二块金属隔板通过底部弹性橡胶体硫化粘结在一起。

6.根据权利要求5所述的变刚度牵引橡胶堆的制作组装方法，其特征是，根据大位移下的刚度的需求来确定金属隔板层数：需要增加大位移刚度时，增加金属隔板的层数；需要减小大位移刚度时，减少金属隔板的层数。

7.根据权利要求1所述的变刚度牵引橡胶堆的制作组装方法，其特征是，

将金属底板、底部弹性橡胶体、金属隔板、金属外套、上部弹性橡胶体和金属内套通过胶黏剂以及高温硫化粘结成整体结构。

8.一种变刚度方法，所述变刚度是指前期刚度小、后期刚度急剧增加，其特征是，

采用变刚度牵引橡胶堆来实现变刚度，所述变刚度牵引橡胶堆包括金属底板、弹性橡胶体、金属隔板、金属顶板、金属外套、金属内套、耐磨板，所述弹性橡胶体包括上部弹性橡胶体和底部弹性橡胶体，所述金属隔板通过底部弹性橡胶体连接在金属底板上，所述金属外套通过底部弹性橡胶体连接在金属隔板上；所述金属外套中部为空，金属内套位于金属外套内且金属内套顶部伸出金属外套上端面，金属内套通过上部弹性橡胶体与金属外套连接在一起；所述金属顶板连接在金属内套顶部，金属顶板与金属外套上端面之间留有间距；所述耐磨板通过紧固螺钉或螺栓连接顶板；

所述变刚度方法包括如下步骤：

A、前期阶段：变刚度牵引橡胶堆开始止挡受载，上部弹性橡胶体开始变形，金属顶板与金属外套上端面之间的间距逐渐缩小，实现小变形时的柔性减振，满足小位移下的刚度要求；

B、后期阶段：金属顶板与金属外套接触，变刚度牵引橡胶堆继续受载、负荷增大，底部弹性橡胶体开始变形，金属隔板和底部弹性橡胶体开始起主要作用，使变刚度牵引橡胶堆变形增大时刚度急剧增加，满足大位移下的刚度要求，从而实现刚度突变。

9.根据权利要求8所述的变刚度方法，其特征是，

通过调整金属外套内径和金属内套外径来调整小位移下的刚度：需要增大小位移下的刚度时，减小金属外套内径和/或增大金属内套外径；需要减小小位移下的刚度时，则增大金属外套内径和/或增减小金属内套外径；

通过调整金属顶板和金属外套之间的距离来调整变刚度拐点的位置：需要使变刚度的拐点提前时，减小金属底板与金属外套之间的距离；需要使变刚度的拐点推后时，则加大金属底板与金属外套之间的距离；

通过调整金属隔板外径和金属隔板中部开孔内径来调整大位移下的刚度：需要增加大位移刚度时，增大金属隔板的外径和/或减小开孔内径；需要减小大位移刚度时，减小金属隔板的外径和/或增大开孔内径。

10.根据权利要求8所述的变刚度方法，其特征是，所述金属隔板设有二层以上，上下相邻的二块金属隔板通过底部弹性橡胶体硫化粘结在一起；通过调整金属隔板层数来调整大位移下的刚度：需要增加大位移刚度时，增加金属隔板的层数；需要减小大位移刚度时，减少金属隔板的层数。