CN106476834B - 一种防止钢弹簧断裂的方法及波浪形垂向止挡 - Google Patents

Abstract

一种防止钢弹簧断裂的方法及波浪形垂向止挡，在橡胶主体上设橡胶凸台，在机车空载时橡胶凸台就与构架导筒接触；调节橡胶凸台和橡胶主体的直径或高度能调节垂向止挡的刚度；在橡胶主体上端设环形平直段，在环形平直段的下方设交替分布的向内侧凹陷的环形圆弧段和向外侧凸起的环形圆弧段；底座嵌在垂向止挡的橡胶主体中，使底座能对垂向止挡进行限位，调节底座的高度能调节垂向止挡限位的位置和垂向止挡的刚度；通过调节垂向止挡的刚度、变刚度和限位的位置来减小钢弹簧承受的垂向载荷，降低机车运行过程中钢弹簧产生的金属疲劳，从而防止钢弹簧断裂。本发明具有很好的减振效果，能防止机车脱轨和增加旅客的舒适度。

Description

一种防止钢弹簧断裂的方法及波浪形垂向止挡

技术领域

本发明涉及一种机车上用的缓冲装置，具体涉及一种缓冲机车一系悬挂系统的垂向止挡。

背景技术

目前，铁路机车制造过程中，广泛采用了弹簧装置进行承载和减振，弹簧作为机车的关键部件，其对车辆的动力学性能和运行品质有着重要的影响。随着铁路提速、重载战略的实施，因弹簧断裂而影响机车运行性能的故障逐渐增多，机车运行的稳定性变差，给行车安全造成了隐患。

机车轴箱正上方的钢弹簧是转向架的主要零部件之一，钢弹簧承受转向架构架以上的机车重量。钢弹簧传递垂向力的刚度称为一系悬挂的垂向刚度，另外，一系悬挂中还有纵向刚度和横向刚度传递到转向架构架。一系悬挂的垂向刚度、纵向刚度和横向刚度要选择恰当，机车才能具有良好的动力学性能。

钢弹簧是在复杂且载荷不断变化的环境下工作，在一系悬挂的垂向、纵向和横向的力中，不断变化的垂向的压力是让钢弹簧产生金属疲劳的主要原因。机车运行时的振动以及载荷的变化等都会使钢弹簧承受变化的垂向的压力，这种变化的垂向的压力经过长时间累积会使钢弹簧局部产生金属疲劳，从而使得钢弹簧局部产生微小裂纹，再由微小裂纹逐渐扩展，最终导致钢弹簧局部断裂失效。

为防止钢弹簧断裂，除了改善制造钢弹簧本身的工艺和材料外，还可以在一系悬挂系统中增加弹性缓冲装置，来减小钢弹簧承受的垂向载荷，降低机车运行过程中钢弹簧产生的金属疲劳，从而防止钢弹簧断裂。

虽然现在有的机车上增加了橡胶块作为垂向止挡来缓冲一系悬挂的垂向压力，但其形状和材料都单一，因此缺少变刚度且对于刚度的调节很有限。而变刚度对于防止钢弹簧断裂和机车上旅客的舒适度都是有很大影响的：垂向止挡的变刚度的幅度过大，则机车的抗振性能差，旅客的舒适度也就差；垂向止挡的变刚度的幅度过小，虽然抗振性能更好但不能很好的分担钢弹簧承受的垂向载荷，也就难以防止钢弹簧断裂。

因此如何使垂向止挡具有合适的变刚度和刚度，让机车在不降低旅客舒适度的前提下能有效的防止钢弹簧断裂，从而满足人们对机车越来越高的要求，同时也让铁路提速、重载战略能更顺利的实施，还需进一步研究。

通过国内检索发现以下专利与本发明有相似之处：

申请号为201420559352.6，名称为“一种轨道车辆转向架及其单拉杆式一系悬挂结构”的实用新型公开了一种轨道车辆转向架及其单拉杆式一系悬挂结构，单拉杆式一系悬挂结构包括构架、轴箱、一系弹簧和一系垂向止挡，构架上设置有导槽及第一定位孔；轴箱上设有止挡安装台；一系弹簧包括一系弹簧座和钢弹簧组，一系弹簧座的一端具有限位于第一定位孔内的限位凸起，另一端具有止挡导柱；还包括设置在上盖板和一系弹簧座之间的第一缓冲垫，其外套于限位凸起；第二缓冲垫，轴箱靠近上盖板的端面上设置有安装槽，第二缓冲垫设置在安装槽内，钢弹簧组的一端与一系弹簧座相抵，另一端与第二缓冲垫相抵。此实用新型通过第一缓冲垫和第二缓冲垫能够缓冲一系弹簧受到的冲击力，从而缓冲一系弹簧发生的垂向振动，进而提高了一系弹簧的使用寿命。

申请号为201020542266.6，名称为“轨道车辆一系弹性定位装置”的实用新型公开了一种轨道车辆一系弹性定位装置，采取轴箱弹性定位结合一系垂向止挡的复合型结构，以优化轴箱定位刚度和保证转向架具有高临界失稳速度。在一系垂向弹簧装置中增加弹性缓冲止挡，以避免一系垂向载荷过大时、或是一系减振部件失效时针对轮对、轴箱等部位形成较大的刚性冲击。一系弹性定位装置设置在转向架构架与车轮轴垂向之间，包括有转臂式轴箱体、以及设置于轴箱体顶端的一系弹簧装置。轴箱体的一端通过橡胶弹性节点安装于构架，其另一端通过一垂向减振器与构架连接。所述的一系弹簧装置，具有上夹板和下夹板，以及在上夹板和下夹板之间压紧安装的双卷螺旋弹簧。在双卷螺旋弹簧的内圈、上夹板底部通过整体硫化工艺而连接一橡胶止挡。

申请号为200820186834.6，名称为“轨道车辆转向架一系悬挂弹簧机构”的实用新型公开了一种轨道车辆转向架一系悬挂弹簧机构，包括同心相套的内、外弹簧以及弹簧上、下定位座，弹簧上定位座与转向架构架相连，弹簧下定位座与转向架定位转臂相连，具有一个固定在弹簧下定位座上且与弹簧同轴安装的弹性挡块，未加载荷时该弹性挡块到弹簧上定位座的距离与该弹性挡块最大压缩变形的距离之和小于弹簧最大压缩变形的距离。当车辆超载或动载荷过大时，弹性挡块可缓冲垂向压力，避免弹簧压死或碰撞而导致弹簧断裂，从而提高弹簧的垂向刚度和延长弹簧的使用寿命。当弹簧意外断裂时，该弹性挡块可以作为安全支撑，保证轨道车辆的行驶安全。

上述专利虽然都有装在钢弹簧内的弹性缓冲装置，但上述弹性缓冲装置的结构简单不能实现变刚度，且刚度的调节也会受到其本身结构的限制。在申请号为201420559352.6的专利中提到“通过第一缓冲垫和第二缓冲垫能够缓冲一系弹簧受到的冲击力，从而缓冲一系弹簧发生的垂向振动，进而提高了一系弹簧的使用寿命”。在申请号为201020542266.6的专利中提到“在一系垂向弹簧装置中增加弹性缓冲止挡，以避免一系垂向载荷过大时、或是一系减振部件失效时针对轮对、轴箱等部位形成较大的刚性冲击”。而在申请号为200820186834.6的专利中提到“当弹簧意外断裂时，该弹性挡块可以作为安全支撑，保证轨道车辆的行驶安全”。由此可见，上述专利中的各种弹性缓冲装置由于没有调节变刚度的结构，且其结构简单使得刚度的调节也受限制，因此难以有效的降低钢弹簧的金属疲劳，仍难以大幅度提高钢弹簧的抗断裂的能力，所以如何更为有效的防止钢弹簧断裂还需进一步探究。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：针对机车运行时的载荷的变化以及振动等都会使钢弹簧承受变化的垂向的压力，而变化的垂向的压力经过长时间累积会使钢弹簧局部产生金属疲劳，从而使得钢弹簧局部产生微小裂纹，再由微小裂纹逐渐扩展，最终导致钢弹簧局部断裂，而提出在钢弹簧中安装垂向止挡来防止钢弹簧断裂。

针对上述问题，本发明提出的技术方案是：一种防止钢弹簧断裂的方法，在橡胶主体上方设回转体状的橡胶凸台，在机车空载时橡胶凸台就与构架导筒接触；调节橡胶凸台的直径或高度能调节垂向止挡的刚度，调节橡胶主体的直径或高度也能调节垂向止挡的刚度；在橡胶主体上端设环形平直段，调节环形平直段与水平面之间的夹角，能调节垂向止挡的变刚度；在环形平直段的下方设环形圆弧段，环形圆弧段包括向内侧凹陷的环形圆弧段和向外侧凸起的环形圆弧段，向内侧凹陷的环形圆弧段与向外侧凸起的环形圆弧段交替分布，调节垂向止挡的环形圆弧段的段数能调节垂向止挡变刚度的次数；底座嵌在垂向止挡的橡胶主体中，使底座能对垂向止挡进行限位，调节底座的高度能调节垂向止挡限位的位置和垂向止挡的刚度；通过调节垂向止挡的刚度、变刚度和限位的位置来减小钢弹簧承受的垂向载荷，降低机车运行过程中钢弹簧产生的金属疲劳，从而防止钢弹簧断裂。

进一步地，在橡胶主体上方设回转体状的橡胶凸台是：回转体状的橡胶凸台为圆台状的橡胶凸台，橡胶凸台包括凸台顶部和凸台外侧；增大橡胶凸台的直径能增大垂向止挡的刚度，增大橡胶凸台的高度能减小垂向止挡的刚度；凸台顶部的直径为15mm-50mm，橡胶凸台的高度为6mm-30mm；凸台顶部与凸台外侧之间的夹角大于90度，减小凸台顶部与凸台外侧之间的夹角，能增大垂向止挡的变刚度的幅度，凸台顶部与凸台外侧之间的夹角为100度-150度。

进一步地，在橡胶主体上方设回转体状的橡胶凸台是：回转体状的橡胶凸台为母线是向外凸出的平滑曲线的橡胶凸台；增大橡胶凸台的直径能增大垂向止挡的刚度，增大橡胶凸台的高度能减小垂向止挡的刚度；橡胶凸台的直径为20mm-60mm，橡胶凸台的高度为6mm-30mm。

进一步地，增大橡胶主体的直径能增大垂向止挡的刚度，增大橡胶主体的高度能减小垂向止挡的刚度，橡胶主体的直径为80mm-95mm；在橡胶主体上端设1段以上的环形平直段，第一环形平直段与水平面之间的夹角大于90度，减小环形平直段与水平面之间的夹角，能增大垂向止挡的变刚度的幅度。

进一步地，橡胶凸台与橡胶主体是通过1段环形圆弧段连接，在橡胶主体的上端的环形平直段下方设2段以上的环形圆弧段，增加橡胶主体上的环形圆弧段的段数能增加垂向止挡变刚度的次数。

进一步地，将金属的底座嵌在橡胶主体的下端，当橡胶主体上端受到垂向载荷的压力产生形变而向下移动时，底座能限制橡胶主体上端进一步向下移动，从而起到垂向限位的作用；调节底座的高度，能调节垂向止挡进行限位的位置；且增加底座的高度，能增加垂向止挡的刚度，底座的高度为30mm-70mm。

一种防止钢弹簧断裂的垂向止挡，垂向止挡位于钢弹簧中，垂向止挡包括橡胶主体、橡胶凸台和底座；橡胶主体上方设有橡胶凸台，橡胶主体上设有环形平直段和环形圆弧段；在环形平直段的下方设有环形圆弧段，环形圆弧段包括向内侧凹陷的环形圆弧段和向外侧凸起的环形圆弧段，向内侧凹陷的环形圆弧段与向外侧凸起的环形圆弧段交替分布；橡胶凸台与橡胶主体通过环形圆弧段连接，橡胶主体的下端设有底座，橡胶主体的底部设有凹孔；橡胶主体、橡胶凸台和底座是一个整体。

进一步地，橡胶主体上方设有回转体状的橡胶凸台是：回转体状的橡胶凸台为圆台状的橡胶凸台，橡胶凸台包括凸台顶部和凸台外侧，凸台顶部的直径为15mm-50mm，橡胶凸台的高度为6mm-30mm，凸台顶部与凸台外侧之间的夹角大于90度。

进一步地，橡胶主体上方设有回转体状的橡胶凸台是：回转体状的橡胶凸台为母线是向外凸出的平滑曲线的橡胶凸台，橡胶凸台的直径为20mm-60mm，橡胶凸台的高度为6mm-30mm。

进一步地，底座为回转体，底座包括底座主体和底座凸边；底座主体上端的厚度小于底座主体下端的厚度，底座主体的外侧的中间部位设有底座凸边，底座凸边向外侧凸出；底座的高度为30mm-70mm，且嵌在橡胶主体中的底座的边角都是平滑的圆弧倒角。

本发明的优点是：

1.在橡胶主体上增加了橡胶凸台，也就增加了垂向止挡的高度，使得垂向止挡在空载时就与构架导筒接触，从而使得垂向止挡能从机车空载到机车最大载荷的过程中都承担部分垂向载荷，能更好的降低机车运行过程中钢弹簧产生的金属疲劳，从而防止钢弹簧断裂。

2.垂向止挡装在钢弹簧中，且垂向止挡的橡胶凸台在空载时就与构架导筒接触，使得垂向止挡与构架导筒之间减少相对滑动，能减少橡胶凸台因与构架导筒相对滑动而产生磨损，能延长垂向止挡的使用期限。

3.垂向止挡由橡胶主体、橡胶凸台和底座组成，橡胶主体和橡胶凸台是一整块橡胶，橡胶主体与底座通过胶黏剂在一定的温度和压力下硫化成一个整体，使得整个垂向止挡结构紧密、坚固。

4.橡胶主体上的多段环形圆弧段的纵截面为波浪形，这种橡胶主体为波浪形的垂向止挡的变刚度次数更多，减振效果更好，能更大程度上增加旅客的舒适度。

5.通过调节橡胶凸台的刚度和变刚度，能使得垂向止挡在小载荷下有较小幅度的变刚度和较小的刚度，从而能防止机车脱轨和增加旅客的舒适度；通过调节橡胶主体上的多段环形圆弧段的段数和直径，能使得垂向止挡在载荷增加时，让垂向止挡的刚度和变刚度合理的变化，从而在确保旅客的舒适度的前提下，让垂向止挡承受更多的垂向载荷，降低钢弹簧产生的金属疲劳，有效的防止钢弹簧断裂。

6.在橡胶主体中嵌有金属制成的底座，且能通过调节底座的高度，来调节垂向止挡进行限位的位置，从而使得即使出现钢弹簧断裂的情况，垂向止挡也能作为安全支撑，保证轨道车辆的行驶安全。

7.在垂向止挡中：能通过调节橡胶主体和橡胶凸台的直径与高度，以及调节底座的高度，来调节垂向止挡的刚度；能通过调节橡胶主体上的每段环形平直段与水平面之间的夹角，来调节垂向止挡的变刚度；能通过调节环形圆弧段的段数，来调节垂向止挡的变刚度的次数；能通过调节底座的高度，来调节垂向止挡进行限位的位置；从而使得通过调节垂向止挡的变刚度、刚度和限位的位置，让垂向止挡能适应不同型号、不同载荷的机车，所以此垂向止挡的适用范围广、通用性强。

附图说明

图1为实施例一的立体剖视示意图一；

图2为实施例一的立体剖视示意图二；

图3为实施例一的刚度曲线图；

图4为实施例一应用在钢弹簧中的结构示意图；

图5为实施例二的立体剖视示意图一；

图6为实施例二的立体剖视示意图二；

图中：1垂向止挡、11橡胶主体、111第一环形平直段、112环形圆弧段、113凹孔、12橡胶凸台、121凸台顶部、122凸台外侧、123母线、13底座、131底座主体、132底座凸边、2钢弹簧、3构架导筒、4定位底座、5轴箱、6转向架构架。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明做一步的描述：

实施例一

如图4所示，轴箱5上方固定有定位底座4，定位底座4上方设有双卷螺旋状的钢弹簧2，钢弹簧2支撑着转向架构架6以上的机车重量。为了减小钢弹簧2承受的垂向载荷，降低机车运行过程中钢弹簧2产生的金属疲劳，从而防止钢弹簧2断裂，在钢弹簧2中设有垂向止挡1。垂向止挡1的底座凸边132与定位底座4相顶，由于垂向止挡1和定位底座4都是回转体，使得垂向止挡1能卡在定位底座4中。在垂向止挡1的正上方设有构架导筒3，机车在空载时，垂向止挡1的橡胶凸台12就与构架导筒3相接触，且机车从空载到最大载荷的整个过程中，一系悬挂系统的载荷都由钢弹簧2和垂向止挡1共同支撑，从而使得垂向止挡1能更好的减小钢弹簧2承受的垂向载荷。

虽然增大垂向止挡1的刚度能更好的减小钢弹簧2承受的垂向载荷，但是垂向止挡1刚度过大，机车会有脱轨的风险，也会降低机车的减振、降噪效果，还会降低旅客的舒适度。因此为了让垂向止挡1既能避免机车脱轨，提高机车的减振、降噪性能和旅客的舒适度，又能很好的减小钢弹簧2承受的垂向载荷，有效的防止钢弹簧2断裂，就需要满足以下要求：首先垂向止挡1的起始刚度要小，且起始时，变刚度的幅度要较小，使得垂向止挡1在起始时就能有很好的减振效果；然后随着构架导筒3进一步下压时，垂向止挡1的刚度要能不断增大，且此时刚度的增加的速度要较快，变刚度的幅度要逐渐增大，使得构架导筒3下压一定距离后，垂向止挡1能分担较大的垂向载荷，从而减小钢弹簧2承受的垂向载荷，且保证超载工况下驱动机构与轮对之间的位置关系不致恶化。

这种机车从空载到最大载荷的整个过程中，一系悬挂系统的载荷都由钢弹簧2和垂向止挡1共同支撑的结构，能使得垂向止挡1能更好的分担一系悬挂系统的载荷，从而更好的降低机车运行过程中钢弹簧2产生的金属疲劳，更好的防止钢弹簧2断裂。本实施例的垂向止挡1的刚度就是垂向止挡1承受的载荷与垂向止挡1的凸台顶部121下移的距离的比值。垂向止挡1的刚度曲线如图3所示，图3中的垂向止挡1变形是指垂向止挡1的凸台顶部121下移的距离。

如图3所示，垂向止挡1承受的载荷从0开始增大时，刚度曲线是很平缓的，且起始的刚度曲线接近线性。也就是说，垂向止挡1的起始刚度较小，且刚度增加的速度很慢。这样的特性能让垂向止挡1有很好的减振效果，能防止机车出现脱轨，且旅客会有很好的舒适度。

在本实施例中，随着垂向止挡1承受的载荷的增大，载荷超过2KN时，刚度逐渐呈现非线性增大，也就是说，逐渐呈现变刚度。且载荷刚超过2KN时，凸台顶部121下移的距离每增加一定的量，例如每增加1mm，对应的载荷增加较小。也就是说，此时向止挡的变刚度的幅度较小，刚度增加的速度较慢。这样的特性能让垂向止挡1有较好的减振效果，能让旅客有良好的舒适度，同时能有效的防止钢弹簧2断裂。

而当垂向止挡1承受大的载荷时，例如超过8KN时，凸台顶部121下移的距离每增加一定的量，例如每增加1mm，对应的载荷增加较大。也就是说，此时垂向止挡1的变刚度的幅度较大，刚度增加的速度较快。这样的特性能让垂向止挡1分担更多的载荷，更好的减小钢弹簧2承受的垂向载荷，从而更有效的防止钢弹簧2断裂。

另外，由于机车不同车型空载时的载荷是不同的，且不同车型最大载荷也是不同的，因此不同的机车上对于垂向止挡1的起始刚度和变刚度的要求是不同的，且不同机车对刚度随载荷的增加而变化的要求也是不同的。所以垂向止挡1的变刚度和刚度需要能灵活的进行调节，以满足不同类型的机车的具体要求。

如图1和图2所示，垂向止挡1为轴对称的回转体，垂向止挡1包括橡胶主体11、橡胶凸台12和底座13，而橡胶凸台12包括凸台顶部121与凸台外侧122，橡胶凸台12为圆台状。垂向止挡1的橡胶凸台12和橡胶主体11是一整块橡胶，而橡胶主体11与金属制成的底座13是通过胶黏剂在一定的温度和压力下硫化成一个整体。

每段环形平直段与水平面之间呈一定夹角能使得橡胶主体11被构架导筒3下压时的刚度呈非线性变化，也就是说能让橡胶主体11产生变刚度。在橡胶主体11上设1段以上的环形平直段，优选的段数为1段。当橡胶主体11上的环形平直段的段数在2以上时，位于最上方的环形平直段为第一环形平直段111，第一环形平直段111与水平面之间的夹角为角B，角B大于90度。而位于第一环形平直段111下方的各段环形平直段与水平面之间的夹角则大于或等于90度。

凸台顶部121与凸台外侧122之间的夹角为角A，减小角A和角B的角度，能增大垂向止挡1的变刚度的幅度；反之，增大角A和角B的角度，能减小垂向止挡1的变刚度的幅度。

橡胶凸台12的直径为D1，橡胶凸台12的高度为H1。在橡胶主体11的第一环形平直段111下方设2段以上的环形圆弧段112，橡胶主体11的环形圆弧段112包括向内侧凹陷的环形圆弧段112和向外侧凸起的环形圆弧段112。其中向外侧凸起的环形圆弧段112的最大直径为D2，向内侧凹陷的环形圆弧段112的最小直径为D3。橡胶主体11的第一环形平直段111的顶部与底座13的顶部之间的距离为H2。

由于橡胶凸台12的直径要比橡胶主体11的直径小得多，且在构架导筒3下压时橡胶凸台12是垂向止挡1中最先发生形变而产生刚度的部位。因此橡胶凸台12对垂向止挡1的刚度和变刚度的影响主要是机车在初始时的小载荷下。而在大载荷下向止挡1的刚度和变刚度主要由底座13上方的橡胶主体11提供，也就是图2中H2这一段橡胶主体11提供。

增大D1、D2和D3能增大垂向止挡1的刚度，增大橡胶主体11中的H2和橡胶凸台12中的H1能减小垂向止挡1的刚度；反之，减小D1、D2和D3能减小垂向止挡1的刚度，减小橡胶主体11中的H2和橡胶凸台12中的H1能增大垂向止挡1的刚度。

垂向止挡1应满足上述内容提到的“首先垂向止挡1的起始刚度要小，且起始时，变刚度的幅度要较小”而起始时，构架导筒3下压会让橡胶凸台12先发生形变，来为垂向止挡1提供刚度和变刚度。因此橡胶凸台12要合理分配D1和H1的值，使得垂向止挡1的起始刚度较小；且角A和角B的值应较大，使得垂向止挡1的起始变刚度的幅度较小。D1的优选值为15mm-50mm，D2的优选值为80mm-100mm，D3的优选值为60mm-80mm；H1的优选值为6mm-30mm，H2的优选值为40mm-80mm；角A的优选值为100度-150度，角B的优选值为135度-165度。

如图1和图2所示，向内侧凹陷的环形圆弧段112与向外侧凸起的环形圆弧段112交替分布，使得橡胶主体11的环形圆弧段112呈波浪状分布。由于波浪状的橡胶主体11的环形圆弧段112形成了多个弧形的夹角，而变刚度产生的位置是在橡胶主体11和橡胶凸台12的夹角处，垂向止挡1变刚度的次数与橡胶主体11和橡胶凸台12上夹角的个数相等。

而本实施例中的橡胶主体11上有3段向内侧凹陷的环形圆弧段112和3段向外侧凸起的环形圆弧，因此橡胶主体11上有6段环形圆弧段112，形成了6个夹角。而橡胶凸台12与橡胶主体11也是通过1段环形圆弧段112连接的，此处也形成了1个夹角。另外凸台顶部121与凸台外侧122之间的角A也是1个夹角。所以垂向止挡1的橡胶主体11和橡胶凸台12上共有8个夹角，因此本实施例中垂向止挡1的变刚度的次数为8。

由于上述的8个夹角中，橡胶主体11上的6段环形圆弧段112的段数，在制造垂向止挡1时较好调节。且增加橡胶主体11上的环形圆弧段112的段数能增加垂向止挡1变刚度的次数，反之，减少橡胶主体11上的环形圆弧段112的段数能减少垂向止挡1变刚度的次数。而向外侧凸起的环形圆弧段112的最大直径D2与向内侧凹陷的环形圆弧段112的最小直径D3的值也能较方便的调节。因此波浪状的橡胶主体11，使得垂向止挡1的刚度大小和变刚度的次数都能较方便的调节。

波浪状的橡胶主体11能在机车的载荷增加，构架导筒3下压的过程中，使得垂向止挡1的刚度的增加更为平缓，从而使得垂向止挡1的减振效果更好，以及更好的提高旅客的舒适感。而随着载荷的不断增加，各个环形圆弧段112的垂向间距越来越小时，垂向止挡1的刚度会增加得越来越快，使得垂向止挡1能承受更多的垂向载荷，从而更多的减小钢弹簧2承受的垂向载荷，更好的降低机车运行过程中钢弹簧2产生的金属疲劳，更有效的防止钢弹簧2断裂。

如图1和图2所示，底座13为回转体，底座13包括底座主体131和底座凸边132；底座主体131上端的厚度小于底座主体131下端的厚度，底座主体131的外侧的中间部位设有底座凸边132，底座凸边132向外侧凸出。底座13嵌在橡胶主体11中，且与橡胶主体11硫化成一个整体，为减小底座13与橡胶主体11结合处的应力集中，防止底座13与橡胶主体11之间在长期的使用过程中产生间隙，嵌在橡胶主体11中的底座13的边角都加工成了平滑的圆弧倒角。

将金属的底座13设置在橡胶主体11的下端，当橡胶主体11上端受到垂向载荷的压力产生形变而向下移动时，底座13能限制橡胶主体11上端进一步向下移动，从而起到垂向限位的作用。因此调节底座13的高度，能调节垂向止挡1进行限位的位置，底座13的高度H5的优选值为30mm-70mm。

底座13是嵌在橡胶主体11中的，尤其是底座凸边132上方的底座主体131伸入到了橡胶主体11中，底座主体131的顶端到底座凸边132的顶端的距离为H3。H3的值越大，垂向止挡1的刚度越大，也就是说，增加底座13的高度，尤其是增加H3的高度，会增加垂向止挡1的刚度。反之，降低底座13的高度，尤其是降低H3的高度，会减小垂向止挡1的刚度，H3的优选值为10mm-45mm。

由于底座13是由硬度大的金属制成，能起到垂向限位的作用，因此底座主体131的顶端以下的橡胶主体11对垂向止挡1的刚度和变刚度几乎不会产生影响。所以为了方便制造垂向止挡1时将热的橡胶进行注入，也为了减少橡胶的耗材，在橡胶主体11底部的中间位置设有一个凹孔113。虽然凹孔113的高度H4几乎不会对垂向止挡1的刚度和变刚度产生影响，但H4的值太大会影响橡胶主体11与底座13结合的牢固程度，因此H4不能与H5等高，H4的优选值为10mm-30mm。

综上所述，垂向止挡1是通过调节橡胶主体11和橡胶凸台12的直径与高度，以及调节底座13的高度，来调节垂向止挡1的刚度；通过调节橡胶主体11上的环形平直段与水平面之间的夹角，以及凸台外侧122与凸台顶部121的夹角，来调节垂向止挡1的变刚度；通过调节环形平直段的段数，来调节垂向止挡1的变刚度的次数；通过调节底座13的高度，来调节垂向止挡1进行限位的位置；通过调节垂向止挡1的刚度、变刚度、以及变刚度的次数，变刚度的位置和垂向止挡1限位的位置来减小钢弹簧2承受的垂向载荷，从而更好的降低机车运行过程中钢弹簧2产生的金属疲劳，更有效的防止钢弹簧2断裂。

实施例二

如图5所示，与实施例一不同之处在于：在橡胶主体11的上方的回转体状的橡胶凸台12不再是圆台状的，而是回转体状的橡胶凸台12的母线123为向外凸出的平滑曲线。如图6所示，橡胶凸台12的直径D4是指橡胶凸台12底部的直径，与实施例一中橡胶凸台12的直径D1是指橡胶凸台12顶部的直径不同。本实施例中橡胶凸台12的直径D4的优选值为20mm-60mm。

母线123为向外凸出的平滑曲线的回转体状的橡胶凸台12，在机车载荷增加，构架导筒3下压的过程中，能使得垂向止挡1的刚度曲线更为平滑，从而更有效的防止垂向止挡1的刚度突然增加，能更好的减震。同时，本实施例中的橡胶凸台12不会有实施例一中凸台顶部121与凸台外侧122交界处那样尖锐的边角，因此本实施例中的橡胶凸台12受到构架导筒3挤压产生形变时不易出现应力集中，所以能延长橡胶凸台12的使用寿命。

如图6所示，本实施例中的垂向止挡1与实施例一中的垂向止挡1，除了橡胶凸台12的形状结构不同外，其余部分的结构和参数都是一样的，因此本实施例中的各种相应的角度和高度的值与实施例一中的相同。

本实施例的刚度曲线可参考图3，这是因为橡胶凸台12对垂向止挡1的刚度和变刚度的影响主要是机车在初始时的小载荷下，而在大载荷下向止挡1的刚度和变刚度主要由橡胶主体11决定。因此本实施例的刚度曲线与实施例一的刚度曲线，仅在初始时的小载荷处有略微的不同，大载荷时刚度曲线是一致的。

很显然，在不脱离本发明所述原理的前提下，作出的若干改进或修饰都应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种防止钢弹簧断裂的方法，其特征在于，在橡胶主体（11）上方设回转体状的橡胶凸台（12），在机车空载时橡胶凸台（12）就与构架导筒（3）接触；

调节橡胶凸台（12）的直径或高度能调节垂向止挡（1）的刚度，调节橡胶主体（11）的直径或高度也能调节垂向止挡（1）的刚度；

在橡胶主体（11）上端设环形平直段，调节环形平直段与水平面之间的夹角，能调节垂向止挡（1）的变刚度；

在环形平直段的下方设环形圆弧段（112），环形圆弧段（112）包括向内侧凹陷的环形圆弧段（112）和向外侧凸起的环形圆弧段（112），向内侧凹陷的环形圆弧段（112）与向外侧凸起的环形圆弧段（112）交替分布，调节垂向止挡（1）的环形圆弧段（112）的段数能调节垂向止挡（1）变刚度的次数；

底座（13）嵌在垂向止挡（1）的橡胶主体（11）中，使底座（13）能对垂向止挡（1）进行限位，调节底座（13）的高度能调节垂向止挡（1）限位的位置和垂向止挡（1）的刚度；

通过调节垂向止挡（1）的刚度、变刚度和限位的位置来减小钢弹簧（2）承受的垂向载荷，降低机车运行过程中钢弹簧（2）产生的金属疲劳，从而防止钢弹簧（2）断裂。

2.根据权利要求1所述的一种防止钢弹簧断裂的方法，其特征在于，在橡胶主体（11）上方设回转体状的橡胶凸台（12）是：回转体状的橡胶凸台（12）为圆台状的橡胶凸台（12），橡胶凸台（12）包括凸台顶部（121）和凸台外侧（122）；

增大橡胶凸台（12）的直径能增大垂向止挡（1）的刚度，增大橡胶凸台（12）的高度能减小垂向止挡（1）的刚度；凸台顶部（121）的直径为15mm-50mm，橡胶凸台（12）的高度为6mm-30mm；

凸台顶部（121）与凸台外侧（122）之间的夹角大于90度，减小凸台顶部（121）与凸台外侧（122）之间的夹角，能增大垂向止挡（1）的变刚度的幅度，凸台顶部（121）与凸台外侧（122）之间的夹角为100度-150度。

3.根据权利要求1所述的一种防止钢弹簧断裂的方法，其特征在于，在橡胶主体（11）上方设回转体状的橡胶凸台（12）是：回转体状的橡胶凸台（12）为母线（123）是向外凸出的平滑曲线的橡胶凸台（12）；

增大橡胶凸台（12）的直径能增大垂向止挡（1）的刚度，增大橡胶凸台（12）的高度能减小垂向止挡（1）的刚度；

橡胶凸台（12）的直径为20mm-60mm，橡胶凸台（12）的高度为6mm-30mm。

4.根据权利要求1所述的一种防止钢弹簧断裂的方法，其特征在于，增大橡胶主体（11）的直径能增大垂向止挡（1）的刚度，增大橡胶主体（11）的高度能减小垂向止挡（1）的刚度，橡胶主体（11）的直径为80mm-95mm；

在橡胶主体（11）上端设1段以上的环形平直段，第一环形平直段（111）与水平面之间的夹角大于90度，减小环形平直段与水平面之间的夹角，能增大垂向止挡（1）的变刚度的幅度。

5.根据权利要求1所述的一种防止钢弹簧断裂的方法，其特征在于，橡胶凸台（12）与橡胶主体（11）是通过1段环形圆弧段（112）连接，在橡胶主体（11）的上端的环形平直段下方设2段以上的环形圆弧段（112），增加橡胶主体（11）上的环形圆弧段（112）的段数能增加垂向止挡（1）变刚度的次数。

6.根据权利要求1所述的一种防止钢弹簧断裂的方法，其特征在于，将金属的底座（13）嵌在橡胶主体（11）的下端，当橡胶主体（11）上端受到垂向载荷的压力产生形变而向下移动时，底座（13）能限制橡胶主体（11）上端进一步向下移动，从而起到垂向限位的作用；

调节底座（13）的高度，能调节垂向止挡（1）进行限位的位置；且增加底座（13）的高度，能增加垂向止挡（1）的刚度，底座（13）的高度为30mm-70mm。

7.一种防止钢弹簧断裂的垂向止挡，垂向止挡（1）位于钢弹簧（2）中，其特征在于，垂向止挡（1）包括橡胶主体（11）、橡胶凸台（12）和底座（13）；橡胶主体（11）上方设有橡胶凸台（12），橡胶主体（11）上设有环形平直段和环形圆弧段（112）；

在环形平直段的下方设有环形圆弧段（112），环形圆弧段（112）包括向内侧凹陷的环形圆弧段（112）和向外侧凸起的环形圆弧段（112），向内侧凹陷的环形圆弧段（112）与向外侧凸起的环形圆弧段（112）交替分布；

橡胶凸台（12）与橡胶主体（11）通过环形圆弧段（112）连接，橡胶主体（11）的下端设有底座（13），橡胶主体（11）的底部设有凹孔（113）；橡胶主体（11）、橡胶凸台（12）和底座（13）是一个整体。

8.根据权利要求7所述的一种防止钢弹簧断裂的垂向止挡，其特征在于，橡胶主体（11）上方设有回转体状的橡胶凸台（12），回转体状的橡胶凸台（12）为圆台状的橡胶凸台（12），橡胶凸台（12）包括凸台顶部（121）和凸台外侧（122），凸台顶部（121）的直径为15mm-50mm，橡胶凸台（12）的高度为6mm-30mm，凸台顶部（121）与凸台外侧（122）之间的夹角大于90度。

9.根据权利要求7所述的一种防止钢弹簧断裂的垂向止挡，其特征在于，橡胶主体（11）上方设有回转体状的橡胶凸台（12），回转体状的橡胶凸台（12）为母线（123）是向外凸出的平滑曲线的橡胶凸台（12），橡胶凸台（12）的直径为20mm-60mm，橡胶凸台（12）的高度为6mm-30mm。

10.根据权利要求7所述的一种防止钢弹簧断裂的垂向止挡，其特征在于，底座（13）为回转体，底座（13）包括底座主体（131）和底座凸边（132）；底座主体（131）上端的厚度小于底座主体（131）下端的厚度，底座主体（131）的外侧的中间部位设有底座凸边（132），底座凸边（132）向外侧凸出；底座（13）的高度为30mm-70mm，且嵌在橡胶主体（11）中的底座（13）的边角都是平滑的圆弧倒角。