CN107745723A - 旁承及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种旁承，包括旁承盒，旁承盒内装配有旁承封装框架和弹性组件，旁承封装框架包括底座、主体上板和主体侧耳，弹性组件装配在底座和主体上板之间，主体上板上设置有上磨耗板两端设置有向下的延伸端，主体侧耳和上磨耗板延伸端之间设置有侧磨耗块，上磨耗板延伸端与侧磨耗块以弧形曲面紧密贴合。弹性组件包括至少一个多层S形金属板，金属板拐角处通过圆弧过渡，圆弧围成一个中空槽，中空槽内装配有支辊。本发明拆装简单方便，易于后期维护，旁承弹性组件承载能力强，刚度调节范围大，应力均匀，永久变形小，扩大了旁承的适用范围，提高了旁承的寿命和稳定性，有效减小了应力集中现象，提供了稳定的摩擦阻力距，提高了车辆运行安全性。

Description

旁承及其制备方法
技术领域
本发明涉及铁道运输车辆配件，具体涉及一种弹性旁承。
背景技术
旁承的主要作用是减缓车辆蛇行运动以及保证转向架与车体间适当的回转阻力矩，旁承是保证铁路车辆运行稳定性和安全性的关键零部件之一。目前，我国现有的旁承包括间隙式弹性旁承与常接触弹性旁承。间隙式弹性旁承，即当车辆在直线运行时，通常上下旁承体不接触，而存在一定间隙。所以，间隙式旁承的缺点是当产生较小侧滚时，车体因得不到摩擦阻力矩的抑制，临界速度低，运行平稳差。现有的常接触式弹性旁承存在以下缺点：大部分弹性旁承采用橡胶与金属的复合结构，橡胶体弹性体与金属构件之间的粘接强度较低，易出现开胶、粘接牢固性不够的问题，且在后期的使用过程中，粘接面在交变载荷的作用下容易出现疲劳破坏；橡胶材料存在抗老化性能差和永久变形大的问题，直接导致现有的弹性旁承在服役一段时间后普遍出现弹性元件龟裂、刚度变大和永久变形大幅增加等现象，永久变形会导致以下后果：一是会导致旁承间隙大大降低，改变了车辆动力学参数，严重时会恶化车辆的动力学稳定性；二是在车辆维修过程中为确保旁承的工作高度，必须在旁承体下部增加调整垫，由于永久变形伴随着旁承刚度增加，调整垫的加入有可能将心盘挑空，严重时会导致空车车辆出轨。故国内现有的弹性旁承寿命均较短，通常只有4-5年，导致使用和维护成本较高，且不利于环境保护。而且在使用过程中，橡胶会产生蠕变，因蠕变不均匀，上磨耗板不能完全保持水平，上磨耗板与车厢不能完全接触，减小了回转力矩，加大了上磨耗板的磨耗，浪费资源。橡胶材料的高低温适应性较差，使得旁承体的刚度等关键参数随着温度变化差异较大，由于我国南北地区温差最大可达到70摄氏度，弹性旁承在使用过程中的性能随之发生较大改变，将降低轨道车辆的运行稳定性，甚至产生安全隐患。中国专利CN2341856Y公开的常接触弹性旁承，能够约束车体侧滚振动，但不能够提供较稳定增大转向架与车体之间的摩擦阻力矩，以有效抑制转向架与车体的摇头蛇行运动。中国专利CN2375535Y公开的常接触弹性旁承，虽能够提供较稳定的摩擦阻力矩，但是，只有两个接触点提供摩擦阻力矩，会产生应力集中现象，使旁承产生永久性变形，不能够起到提供稳定回转力矩的作用。
发明内容
发明目的：本发明的目的是提供一种旁承，解决现有旁承普遍存在摩擦力矩不稳定、弹性元件龟裂、刚度随温度变化幅度大且不稳定、永久变形大、金属与橡胶粘结面容易出现应力集中、易疲劳破坏、使用寿命较短，维护成本高，且不利于环境保护等一系列问题。
本发明的另一目的是提供一种旁承的制备方法，解决现有旁承强度不高，稳定性差，安装复杂，不易拆卸的问题。
技术方案：本发明所述的旁承，其特征在于，其包括旁承盒，所述旁承盒内装配有旁承封装框架和弹性组件，所述旁承封装框架包括底座、主体上板和主体侧耳，所述弹性组件装配在所述底座和主体上板之间，所述主体上板上设置有上磨耗板，所述上磨耗板两端设置有向下的延伸端，所述主体侧耳和所述上磨耗板延伸端之间设置有侧磨耗块，所述上磨耗板延伸端与所述侧磨耗块以弧形曲面贴合。其中，所述弹性组件包括至少一个多层S形金属板，所述金属板拐角处通过圆弧过渡，所述圆弧围成一个中空槽，所述中空槽内装配有支辊。
该设置有效避免了应力集中，减小了磨耗，有效抑制转向架与车体的摇头蛇行运动，也降低了弹性组件所需承担的扭矩，降低弹性组件的应力水平，提高弹性组件的安全系数和疲劳寿命，可以始终在弹性范围内工作而几乎不产生永久变形，并解决了因蠕变不均而减小提供的摩擦阻力矩和磨耗大的问题，且刚度稳定，弹性组件在使用过程中承载高，且不变形寿命长。
为了提高旁承的寿命和稳定性，所述S形金属板为亚稳态奥氏体不锈钢。
为了满足强度需求和成本要求，所述多层S形金属板的数量为两个，两个S形金属板的材质和层数均相同，且两个S形金属板反对称布置。该结构能在满足较大承载力要求的基础上，同时保证合适的刚度，既继承了金属——橡胶旁承弹性体的优点，又有效解决了现役旁承的问题。
为了节约空间，空间利用率高，两个金属板之间通过凸台定位，每个S形金属板的第一层的过渡圆弧与位于远离凸台的位置。
为了减轻重量及节省材料成本，所述S形金属板中间开设有若干通孔。
为了降低旁承过渡圆弧处的应力，所述支辊由高分子材料制成，通过改变高分子材料的弹性模量可以改变旁承的刚度。
为了减小了接触处的应力，有效避免了应力集中，减小了磨耗，有效抑制转向架与车体的摇头蛇行运动，也降低了弹性组件所需承担的扭矩，降低弹性组件的应力水平，提高弹性组件的安全系数和疲劳寿命，所述上磨耗板的延伸端和侧磨耗块的截面为弧形结构。
本发明所述的旁承的制备方法，包括以下步骤：
步骤一：选用厚度大于设计要求的金属板，并对其进行碾压，使得其厚度达到设计值，同时使金属板的强度因部分奥氏体转变为针状马氏体，以及形变强化而提升到设计所需强度；
步骤二：按弹性组件所需宽度对金属板进行裁剪，然后对裁剪过的金属板行成型工艺，制备弯折模具，结合自动弯板装置将金属板一层一层弯折成多层S型金属板弹性元件，在成型过程中金属板的强度得到二次强化，从而获得足够的强度；
步骤三：在每层金属板中间应力较小的位置进行钻床加工开孔减重；
步骤四：选用强度和弹性模量均满足要求的高分子材料，通过车削加工制备圆柱形高分子材料支辊，支辊的直径与S型金属板中的过渡圆弧中空槽间隙配合，支辊的长度与S型金属板的宽度相同；
步骤五：用铆钉先将主体侧耳与底座连接，再将两个S型金属板弹性元件反对称布置，并利用铆钉将其与底座连接，再同样采用铆钉将其与主体上板连接，最后将圆柱形高分子材料支辊填充进双S多层板的过渡圆弧中空槽；
步骤六：先将侧磨耗块与主体侧耳用螺钉连接，再给两个主体侧耳向内施加压力产生预位移，使得旁承两个主体侧耳的距离小于旁承盒，将旁承装入旁承盒内，即旁承底座放置在旁承盒底部，旁承底座的圆柱孔安装到旁承盒定位处，最后将上磨耗板安装到主体上板上，即上磨耗板的圆孔套在主体上板上的定位圆柱上。其中，所述步骤三中预留位置为金属板应力较小的中间区域。
本发明设计原理是：采用金属板作为弹性组件的主体，在设计载荷范围内工作时，可以始终在弹性范围内工作而几乎不产生永久变形，且刚度稳定；通过填充不同弹性模量的高分子支辊的弹性模量可以调整旁承刚度，从而使同一尺寸规格的旁承具有更宽泛的刚度适用范围且稳定可靠，这样就可以将新型旁承应用到多种轨道车辆上，旁承规格可明显减少，便于维护检修及管理，并降低轨道车辆的运营成本；旁承主要结构采用亚稳态的奥氏体不锈钢的二次成型强化工艺，首先对奥氏体不锈钢板通过碾压形变强化，将该不锈钢板的强度提升到设计所需强度，然后进行成型工艺，在成型过程中不锈钢钢板的强度得到二次强化，从而获得充足的强度富余，该方法不仅有利于旁承金属弹性元件的成型控制精度，更提高了旁承的寿命和稳定性；金属与高分子圆柱支辊之间无粘接面，不需要现有产品使用的金属——橡胶硫化工艺，有效克服现有旁承结构中金属与橡胶粘接面容易存在缺陷、粘接强度低、应力集中、疲劳破坏等问题；因双S形金属板永久性变形小，旁承在使用过程中，上磨耗板能够一直密切贴合车厢，提供稳定的扭转力矩，减小上磨耗板的损耗，节约资源。
有益效果：本发明拆装简单方便，易于后期维护，旁承弹性组件承载能力强，刚度调节范围大，应力均匀，永久变形小，扩大了旁承的适用范围，提高了旁承的寿命和稳定性，有效减小了应力集中现象，提供了稳定的摩擦阻力距，提高了车辆运行安全性。
附图说明
图1是旁承的结构示意图；
图2是旁承的俯视图；
图3为主体侧耳和侧磨耗块连接结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
如图1-2所示，弹性旁承包括旁承盒1，旁承盒1内装配有旁承封装框架3和旁承弹性组件，旁承封装框架包括底座7、主体上板6和主体侧耳9，旁承弹性组件装配在底座7和主体上板6之间，旁承弹性组件包括两个多层S形金属板8，两个S形金属板8的材质和层数均相同，且两个S形金属板8反对称布置，两个金属板8之间通过设置在底座7上的凸台定位，每个S形金属板的第一层的过渡圆弧与位于远离凸台的位置，这么设置可以有效节约空间。多层S形金属板的数量可以根据实际需求设置多个，金属板拐角处设置有过渡圆弧，圆弧围成一个中空槽，在中空槽内以可拆卸方式装配有支辊2，S形金属板8为亚稳态奥氏体不锈钢，支棍为高分子材料制成。多层S形金属板8上端跟主体上板6连接，下端跟底座7连接，多层S形金属板8每一层应力较小中间区域上开设有若干通孔。主体上板上设置有上磨耗板4，上磨耗板4两端设置有向下的延伸端，延伸端界面为弧形面，主体侧耳9和上磨耗板4延伸端之间设置有侧磨耗块5，侧磨耗块5截面也为弧形面，上磨耗板4延伸端与侧磨耗块5以弧形曲面紧密贴合。
如图3所示，主体侧耳9与侧磨耗块5用六个螺钉连接，主体侧耳9与侧磨耗块5在螺钉连接后，侧磨耗块5可在螺钉长度方向向内有一定位移，侧磨耗块5与主体侧耳上有弹簧凹槽，在侧磨耗块5与主体侧耳9的弹簧凹槽11中间填充弹簧12，这样就可以保证，旁承在使用过程中，即使侧磨耗块5与上磨耗板4有磨损，侧磨耗块5与上磨耗板4也可以一直贴合。多层S形金属板8下端跟旁承底座7，上端跟主体上板6都是通过铆钉连接的。
多层S形金属板下端跟旁承底座7，上端跟主体上板6都是通过铆钉连接的，主体侧耳9用来将旁承固定在旁承盒内，防止旁承在受力过程中在旁承盒内晃动。
其中，旁承S形金属板选用牌号为SUS301的不锈钢，弹性模量为207Gpa，泊松比为0.29，厚度为3.5mm，过渡圆弧中空槽内径为11.1mm，连接两个过渡圆弧中空槽的金属板宽度为28mm，每层距离为7.5mm，金属板中间位置所开的通孔直径均为10mm；支辊材料为增韧尼龙，弹性模量为500Mpa，泊松比为0.41，支辊直径为11.08mm，其长度与过渡圆弧中空槽的长度相同，为114mm；侧磨耗块5与上磨耗板4同样为尼龙材质；此时，旁承弹性组件的垂向刚度为2kN/mm，承载力可达33kN以上。
在准静态加载的情况下，多层双S形金属板8每层垂向位移为Δl,七层弹性金属板的整体位移为七倍的Δl,实现了利用高弹性模量的金属制备低刚度弹性元件的目的，同时可以通过调整弹性金属板的层数来实现调整双S型金属板的整体刚度，实际应用中一般会设置5-8层金属板。弹性梁通过圆弧连接，因在圆弧处应力较大，所以在圆弧内填充高分子圆柱支辊2，可大幅降低圆弧处应力，并且通过选用不同弹性模量的高分子支辊可以调整旁承刚度，从而使同一尺寸规格的旁承具有更宽泛的刚度适用范围且稳定可靠。
在制备时，选用厚度大于设计要求的亚稳态奥氏体不锈钢板，并对其进行碾压，使得其厚度达到设计值，同时使不锈钢钢板的强度因部分奥氏体转变为针状马氏体，以及形变强化而提升到设计所需强度；按弹性组件所需宽度对不锈钢板进行裁剪，然后对裁剪过的不锈钢板进行成型工艺，制备弯折模具，结合自动弯板装置一层一层弯折成多层S型金属板弹性元件，在成型过程中不锈钢钢板的强度得到二次强化，从而获得足够的强度；然后在每层金属板中间应力较小的位置进行钻床加工开孔减重；选用强度和弹性模量均满足要求的高分子材料，通过车削加工制备圆柱形高分子材料支辊，支辊的直径与S型金属板中的过渡圆弧中空槽间隙配合，支辊的长度与S型金属板的宽度相同；用铆钉先将主体侧耳与底座连接，再将两个S型金属板弹性元件反对称布置，并利用铆钉将其与底座连接，再同样采用铆钉将其与主体上板连接，最后将圆柱形高分子材料支辊填充进双S多层板的过渡圆弧中空槽；先将侧磨耗块与主体侧耳用螺钉连接，再给两个主体侧耳向内施加压力产生预位移，使得旁承两个主体侧耳的距离小于旁承盒，将旁承装入旁承盒内，即旁承底座放置在旁承盒底部，旁承底座的圆柱孔安装到旁承盒定位处。最后将上磨耗板安装到主体上板上，即上磨耗板的圆孔套在主体上板上的定位圆柱上。
在安装时，先将高分子支辊填充进多层S形金属板的过渡圆弧中空槽过渡圆弧中空槽处，再将两个侧磨耗块连接到两侧主体侧耳内侧，接着给主体侧耳加一定预位移然后将旁承放置在旁承盒中，旁承底座位于旁承盒底上，最后将上磨耗板4固定于旁承封装框架上板上，上磨耗板与主体上板的连接方式是通过主体上板的凸起与上磨耗板的通孔装配在一起的，上磨耗板两侧延伸端放置于侧磨耗块与主体侧耳之间，与侧磨耗块和主体侧耳之间以弧形曲面贴合紧密连接。
在使用时，车体落车时，S形金属板可产生较大预压缩量，由此产生垂直旁承封装框架上板上表面的支撑力。当车辆通过直道或较小侧滚振动时，因多层S形金属板在弹性范围内，永久性变形极小，能够提供稳定的旁承支撑力抑制车厢侧滚，提高了车辆运行的临界速度和平稳性。当车辆通过曲线线路时，由于主体上板、上磨耗板与侧磨耗块接触面均为弧形曲面，扩大了接触面积，减小了应力集中现象，提供了稳定的摩擦阻力距，所以弹性旁承能够提供稳定的支撑力和摩擦阻力矩，抑制转向架蛇形和提高转向架曲线通过能力。本发明采用弹性金属钢板，解决了橡胶材料的高低温适应性较差的问题；能够提供较稳定转向架与车体之间的摩擦阻力矩；使得旁承能够在垂向交变载荷、纵向滑动摩擦力，滑动摩擦阻力矩等多种载荷作用的情况下具有超长的工作寿命，并且高低温适应性强。

Claims (10)

1.一种旁承，其特征在于，其包括旁承盒(1)，所述旁承盒(1)内装配有旁承封装框架(3)和弹性组件，所述旁承封装框架(3)包括底座(7)、主体上板(6)和主体侧耳(9)，所述弹性组件装配在所述底座(3)和主体上板(6)之间，所述主体上板(6)上设置有上磨耗板(4)，所述上磨耗板(4)两端设置有向下的延伸端，所述主体侧耳(9)和所述上磨耗板(4)延伸端之间设置有侧磨耗块(5)，所述上磨耗板(4)延伸端与所述侧磨耗块(5)以弧形曲面紧密贴合；所述弹性组件包括至少一个多层S形金属板(8)，所述金属板拐角处通过圆弧过渡，所述圆弧围成一个中空槽，所述中空槽内装配有支辊(2)。
2.根据权利要求1所述的旁承，其特征在于，所述S形金属板(8)为亚稳态奥氏体不锈钢制成的金属板。
3.根据权利要求1所述的旁承，其特征在于，所述多层S形金属板(8)的数量为两个。
4.根据权利要求1所述的旁承，其特征在于，所述每层S形金属板(8)的应力较小区域中间开设有若干通孔。
5.根据权利要求3所述的旁承，其特征在于，两个S形金属板(8)的材质和层数均相同，且两个S形金属板(8)反对称布置。
6.根据权利要求5所述的旁承，其特征在于，两个金属板之间通过凸台定位，每个S形金属板的第一层的过渡圆弧与位于远离凸台的位置。
7.根据权利要求8所述的旁承，其特征在于，所述支辊(2)由高分子材料制成。
8.根据权利要求1所述的旁承，其特征在于，所述上磨耗板的延伸端和侧磨耗块的截面均为弧形结构。
9.如权利要求1所述的旁承的制备方法，其特征在于，包括：
步骤一：选用厚度大于设计要求的金属板，并对其进行碾压，使得其厚度达到设计值，同时使金属板的强度因部分奥氏体转变为针状马氏体，以及形变强化而提升到设计所需强度；
步骤二：按弹性组件所需宽度对金属板进行裁剪，然后对裁剪过的金属板进行成型工艺，制备弯折模具，结合自动弯板装置将金属板一层一层弯折成多层S型金属板弹性元件，在成型过程中金属板的强度得到二次强化，从而获得足够的强度；
步骤三：在多层金属板预留位置采用钻床钻削加工的方式开孔减重；
步骤四：选用强度和弹性模量均满足要求的高分子材料，通过车削加工制备圆柱形高分子材料支辊，支辊的直径与S型金属板中的过渡圆弧中空槽相适配；
步骤五：先将主体侧耳与底座连接，再将两个S型金属板弹性元件反对称布置，并利用铆钉将其与底座连接，再将其与主体上板连接，最后将支辊填充进双S多层板的过渡圆弧中空槽；
步骤六：先将侧磨耗块与主体侧耳连接，再给两个主体侧耳向内施加压力产生预位移，使得旁承两个主体侧耳的距离小于旁承盒，将旁承装入旁承盒内，旁承底座的圆柱孔安装到旁承盒定位处，最后将上磨耗板安装到主体上板上。
10.根据权利要求9所述的旁承的制备方法，其特征在于，所述步骤三中预留位置为金属板应力较小的中间区域。
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