CN108438010B - 一种防止高速动车组转臂节点轴向窜动的方法 - Google Patents

Abstract

一种防止转臂节点轴向窜动的方法，根据转臂节点所处位置，将转臂节点分成两个硫化体与芯轴压装组合式结构，其中两个硫化体的相互对装在芯轴上，且通过外套与内套的相对位置实现转臂节点硫化体橡胶件预压缩，在转臂节点内设置轴向限位装置，通过轴向限位装置防止转臂节点运行过程中的轴向窜动。所述的轴向限位包括转臂节点外套限定、硫化体橡胶件限定、内套限定和/或芯轴限定四个方面的组合限定，通过转臂节点外套限定、硫化体橡胶件限定、内套限定和/或芯轴限定四个方面的组合限定实现防止转臂节点运行过程中的轴向窜动。

Description

一种防止高速动车组转臂节点轴向窜动的方法

技术领域

本发明涉及到一种车辆的系统部件的减振方法，具体涉及到一种防止高速动车组转臂节点在运行中轴向蹿动方法，主要用于我国标准动车组的转向架一系和二系减振系统。属轨道交通车辆关键部件制造技术领域。

背景技术

为了真正形成我们国家自主的统一高铁标准技术，我国在2012年开始就提出了要建立中国自己的标准动车组。所谓中国标准动车组：简称标动，指中国标准体系占主导地位的动车组（在254项重要标准中，各种中国标准占84%），其功能标准和配套轨道的施工标准都高于欧洲标准和日本标准，具有鲜明而全面的中国特征；这也指在面对多样化CRH的环境里（包括四大引进类型和中国自主设计的CRH6），对中国动车组实行标准化（统一化）设计以互联互通。这种新研制的新型动车组又增加兼容性、不脱轨等大批特点，因此形成了鲜明而全面的中国特征，被冠名动车组中国标准（华标），代表目前世界动车组技术的先进标准体系。

研制中国标准动车组的主要目的在于：

1、科研创新、技术攻关的需要。加强高速铁路关键技术的科学研究和技术攻关，使中国高铁技术保持世界领先水平。

2、统一标准，降低成本的需要。针对不同型号的动车组，建立统一的技术标准体系，实现动车组在服务功能、运用维护上的统一，提高效率，降低成本。

为了适应中国标准动车组的要求，对包括转向架及转向架整体减振系统在内的许多重要部件都需要重新进行设计和研究；其中，安装于一系转臂之中，用于转臂定位柔性连接，传递纵向力的转臂节点就是其中之一。转臂节点也称轴箱定位节点，为列车A类关键部件，其性能直接影响车辆运动稳定性，转臂节点因纵向刚度和偏转刚度过大很容易导致轮对磨损。根据轴箱弹簧的位置，转臂式定位又可以分为轴顶弹簧式和跨坐弹簧式定位两种。标准动车组转向架采用的就是轴顶弹簧式定位，该轴箱弹簧座在轴箱体的顶部，其中心线与轮对中心线在一个平面中，起主要的垂向承载作用。转臂节点安装于一系转臂之中时，定位转臂一端与圆筒形的轴箱体固接，另一端通过橡胶弹性制作的转臂节点与焊在构架上的安装座相连接。转臂节点容许轴箱相对构架有较大的垂向位移，但转臂节点中的橡胶可以提供给轴箱定位系统不同的横向和纵向定位刚度，以适应铁道车辆对于一系定位的纵、横两个方向的不同弹性定位刚度的要求。但是现有动车组在高速行驶中会产生很大的轴向冲击，而现有的转臂节点存在纵向刚度和偏转刚度过大，转臂节点在正常工作状态下容易出现松动，导致轴向蹿动，这样将很容易使得轮对磨损，因此急有待加以解决。

通过专利检索没发现有与本发明相同技术的专利文献报道，与本发明有一定关系的专利主要有以下几个：

1、专利号为CN200510031727.7，名称为“一种组合式球铰类橡胶弹性元件轴向预压缩方法及产品” 的发明专利，该专利公开了一种组合式球铰类橡胶弹性元件轴向预压缩方法及产品，属于一种球铰类橡胶弹性元件，包括金属外套、弹性橡胶体、金属内套和芯轴，其特点在于球铰类橡胶弹性元件的金属外套、弹性橡胶体和金属内套为相互独立的二段式组合结构，整个球铰类橡胶弹性元件是由两个独立的金属外套、弹性橡胶体、金属内套组合构成的弹性体在芯轴上轴向组合起来的，球铰类橡胶弹性元件的弹性橡胶体预压缩应力是通过调整金属外套与金属内套相互间轴向位置实现的。弹性橡胶体预压缩应力可以是金属内套为轴向分离的二段，通过轴向压缩金属内套，调整金属内套在芯轴上的轴向位置产生弹性橡胶体预压缩应力。

2、专利申请号为CN200520051167.7，名称为“ 一种组合式球铰类橡胶弹性元件”实用新型专利，该专利公开了一种组合式球铰类橡胶弹性元件，属于一种球铰类橡胶弹性元件，包括金属外套、弹性橡胶体、金属内套和芯轴，其特点在于球铰类橡胶弹性元件的金属外套、弹性橡胶体和金属内套为相互独立的二段式组合结构，整个球铰类橡胶弹性元件是由两个独立的金属外套、弹性橡胶体、金属内套组合体在芯轴上轴向组合起来的，球铰类橡胶弹性元件的弹性橡胶体预压缩应力是通过调整金属外套与金属内套相互间轴向位置实现的。弹性橡胶体预压缩应力可以是金属内套为轴向分离的二段，通过轴向压缩金属内套，调整金属内套在芯轴上的轴向位置产生弹性橡胶体预压缩应力。

3、专利号为CN201510707088.5， 名称为“调整橡胶层预压缩量改变转臂节点刚度的方法及转臂节点”的发明专利，该专利公开了一种调整橡胶层预压缩量改变转臂节点刚度的方法，为通过调整转臂节点橡胶层预压缩量防止轴箱轴承磨损的方法，采用两节锥形内孔转臂节点组合结构，通过增加转臂节点橡胶层预压缩量来改变转臂节点不同的轴向刚度性能，并通过增加转臂节点橡胶层预压缩量来提高转臂节点轴向刚度，使得轴向刚度控制在6-8KN.mm-1，避免偏转刚度和扭转刚度下降，有效降低车轴轴承磨损。

4、专利号为CN201510706982.0， 名称为“通过改变转臂节点结构尺寸调整刚度的方法及转臂节点”的发明专利，该专利公开了一种通过改变转臂节点结构尺寸调整刚度的方法，为通过调整转臂节点结构尺寸改善转臂节点刚度匹配性能的方法，采用两节锥形内孔转臂节点组合结构，并通过改变转臂节点橡胶型面尺寸和转臂节点内套和外套的直径尺寸来改变转臂节点的刚度性能，使得转臂节点的纵向刚度和偏转刚度下降。通过橡胶型面尺寸和转臂节点内套和外套的直径尺寸的匹配调整转臂节点的刚度，使得转臂节点的纵向刚度和偏转刚度下降，保证转臂节点的纵向刚度控制在11-13KN.mm-1，并通过控制纵向刚度降低偏转刚度，同时通过增加轴向刚度，保证转臂节点的轴向刚度控制在6-8KN.mm-1范围之内，保证扭转刚度不下降。

上述这些专利虽然都涉及到了转臂节点，其中还有的专门提出了改进转臂节点预压缩量改变转臂节点刚度的技术方案，但所提出技术改进方案未提出如何针对中国动车组的要求改进转臂节点，因此转臂节点纵向刚度和偏转刚度过大，转臂节点在正常工作状态下容易出现松动，导致轴向蹿动，使得轮对磨损的问题仍然存在，有待进一步加以研究。

发明内容

本发明的目的在于针对现有转臂节点不能很好适用于高速动车组动力转向架的需求，产品在正常工作状态下存在纵向刚度和偏转刚度过大，容易出现松动，导致轴向蹿动，使得轮对磨损的问题，提出一种新的防止转臂节点轴向窜动的方法，该新的防止转臂节点轴向窜动的方法通过改变转臂节点的结构来改善转臂节点的轴向性能，在保证转臂节点的变刚度情况下，有效防止转臂节点轴向窜动，从而使得转臂节点达到标准动车组转向架动力学性能的要求。

为了达到这一目的，本发明提供了一种防止转臂节点轴向窜动的方法，根据转臂节点所处位置，将转臂节点分成两个硫化体与芯轴压装组合式结构，其中两个硫化体的相互对装在芯轴上，且通过外套与内套的相对位置实现转臂节点硫化体橡胶体预压缩，其特点在于，在转臂节点内设置轴向限位装置，通过轴向限位装置防止转臂节点运行过程中的轴向窜动。

进一步地，所述的轴向限位包括转臂节点外套限定、硫化体橡胶件限定、内套限定和/或芯轴限定四个方面的组合限定，通过转臂节点外套限定、硫化体橡胶件限定、内套限定和/或芯轴限定四个方面的组合限定实现防止转臂节点运行过程中的轴向窜动。

进一步地，所述的转臂节点外套限定是将两个硫化体的外套对装，且两个外套相连接的端面为三段式凸凹子口相配的台阶结构；其中一硫化体外套为凹式结构，另一硫化体外套为外凸结构，通过三段式凸凹子口过盈的配合组装连接在一起。

进一步地，所述的三段式凸凹子口相配的三段式台阶结构中的转臂节点两外套相配端面的靠外套外的外配合面部分组装后相互接触在一起，而靠外套内的内配合面部分组装后相互端面不接触，留有间隙，且将子口位置设置在靠近芯轴的整个结合面的下三分之一位置，以保证外套相配在一起的时候，外套的三段式外配合面部分没有间隙，且具有比内配合面部分更长的接触面，方便控制外套的长度和防止脏污物存留在外套的缝隙中。

进一步地，所述的内套限定包括在组装前，硫化体外套与内套在轴向存在高度差，内套在轴向方向高出外套一段；组装后，内套与芯轴压装使得硫化体内套端面与芯轴的台阶面平齐，实现轴向预压缩后永久保持内套与芯轴台阶面平齐，有效防止两个硫化体轴向预压缩量不一致带来的轴向蹿动。

进一步地，所述的硫化体橡胶件限定是通过调整可调式L型两段式橡胶结构，实现在内外套分别压入到转臂和车架后，在保证转臂节点刚度匹配需求的情况下，内套和外套的外端面轴向平齐。

进一步地，所述的调整可调式L型两段式橡胶结构是调节L型橡胶体Lr部分长度主要提供径向方向刚度，La部分长度主要提供轴向方向刚度，通过调节Lr和La长度的比例及其角度A1，A2可有效调节产品径轴向刚度匹配关系，实现小径轴比匹配关系，且该匹配关系大范围内可控。

进一步地，所述的转臂节点的径轴刚度比例能实现40：12及17.5：10。

进一步地，所述的芯轴限定包括在芯轴上设置轴向限位硬止挡，控制内套的轴向压缩距离，保证内套轴向预压缩后，不会出现两个硫化体轴向压缩不一致及过度压缩；同时保证内套轴向预压缩后，芯轴台阶面与内套轴向外端面平齐。

进一步地，所述的芯轴为阶梯轴，阶梯轴与内套相配的一段的长度为内套的长度，使得内套轴向预压缩后内套外端面与芯轴阶梯端面平齐，控制内套的蹿动。

本发明的优点在于：

本发明是在经过对转臂节点外套限定、硫化体橡胶件限定、内套限定和/或芯轴限定四个方面的组合限定，通过转臂节点外套限定、硫化体橡胶件限定、内套限定和/或芯轴限定四个方面的组合限定实现防止转臂节点运行过程中的轴向窜动。这样具有如下一些优点：

1、能有效控制转臂节点运行中的轴线窜动，从而减少轮对与轨道的磨耗，提高轮对的使用寿命；

2、芯轴与内套之间采用过盈配合设计，并设计限位台阶，具有轴向防松、防窜功能；

3、转臂节点通过径向和轴向双向预压缩，使得转臂节点在径向、轴向承载时，具有可调整余量，有效防止橡胶出现拉伸状态，从而提高产品疲劳性能；

4、通过三段式接触与非接触组合的台阶结构使得外套装配后能有效控制外套的长度，同时避免出现干涉现象，防止外套产生缝隙。

附图说明

图1是本发明一个实施例的转臂节点总体结构示意图；

图2是本发明一个实施例的硫化体结构示意图；

图3是本发明一个实施例转臂节点安装示意图；

图4是本发明一个实施例转臂节点安装俯视剖面示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例来进一步阐述本发明。

实施例一

附图给出了本发明一个实施例，从附图中可以看出，本发明涉及一种防止转臂节点轴向窜动的方法，根据转臂节点所处位置，将转臂节点分成两个硫化体橡胶体与芯轴压装组合式结构，其中两个硫化体橡胶体相互对装在芯轴上，且通过外套与内套的相对位置实现转臂节点硫化体橡胶体预压缩，在转臂节点内设置轴向限位装置，通过轴向限位装置防止转臂节点运行过程中的轴向窜动。所述转臂节点包括转臂节点外套1，转臂节点内套2，硫化体橡胶体3和芯轴4，其中转臂节点的转臂节点外套1，转臂节点内套2，硫化体橡胶体3分成两个硫化体组合体5和6，再与芯轴4压装组合在一起，两个硫化组合体5和6相互对装在芯轴4上，且通过转臂节点外套1与转臂节点内套2的相对位置实现转臂节点硫化体橡胶体预压缩，其特点在于，在转臂节点内设置轴向限位装置7，通过轴向限位装置7防止转臂节点运行过程中的轴向窜动。

所述的轴向限位装置7的轴向限位包括转臂节点外套限定8、硫化体橡胶体限定9、内套限定10和/或芯轴限定11四个方面的组合限定，通过转臂节点外套限定8、硫化体橡胶体限定9、内套限定10和/或芯轴限定11四个方面的组合限定实现防止转臂节点运行过程中的轴向窜动。

所述的转臂节点外套限定8是将两个硫化体的外套对装，且两个外套相连接的端面12为三段式凸凹子口相配的台阶结构；其中一硫化体外套为凹式结构，另一硫化体外套为外凸结构，通过三段式凸凹子口过盈的配合组装连接在一起。

所述的三段式凸凹子口相配的三段式台阶结构中的转臂节点两外套相配端面的靠外套的外配合面部分15组装后相互接触在一起，而靠外套内的内配合面部分16组装后相互端面不接触，留有间隙，且将子口位置设置在靠近芯轴的整个结合面的下三分之一位置以内，以保证外套相配在一起的时候，外套的三段式外配合面部分没有间隙，且三段式外配合面部分具有比内配合面部分更长的接触面，方便控制外套的长度和防止相互之间的干涉，并避免脏污物存留在外套的缝隙中。转臂节点的外套压装在转臂内，转臂节点的外套先相互通过子口配装在一起，再通过压机压入转臂内，使得转臂节点整体形成径向压缩；径向压缩的范围为硫化体橡胶层厚度的5%-15%。

所述的内套限定10包括在组装前，硫化体外套与内套在轴向存在高度差，内套在轴向方向要伸出一段；组装后，内套压缩后使得硫化体内套靠外面的端面与芯轴台阶面平齐，实现轴向预压缩后永久保持内套的外端面与芯轴台阶面平齐，有效防止硫化体轴向预压缩量不一致带来的轴向蹿动。内套的轴向压缩量为硫化体橡胶层轴向厚度的5%-15%。

所述的硫化体橡胶体限定9是通过调整可调式L型两段式橡胶结构，实现在内外套分别压入到转臂和车架后，在保证转臂节点刚度匹配需求的情况下，内套的外端面与芯轴台阶面轴向平齐。

所述的调整可调式L型两段式橡胶结构是调节L型橡胶体Lr部分长度主要提供径向方向刚度，La部分长度主要提供轴向方向刚度，通过调节Lr和La长度的比例及其角度A1，A2可有效调节产品径轴向刚度匹配关系，实现小径轴比匹配关系，且该匹配关系大范围内可控。

所述的转臂节点的径轴刚度比例控制在40：12。

所述的芯轴限定10包括在芯轴上设置轴向限位硬止挡13，控制内套2的轴向压缩距离，保证内套2轴向预压缩后，不会出现过度压缩；同时保证内套2轴向预压缩后，轴向外端面与芯轴台阶面14平齐。

所述的芯轴4为阶梯轴，阶梯轴与内套相配的一段的长度为内套的长度，使得内套2轴向预压缩后内套外端面与芯轴台阶面14平齐，控制内套2的蹿动；阶梯轴整体长度为转臂节点卡在车体内的转臂的宽度，并保证转臂的转动留有间隙。

通过上述设计，使得本实施例的转臂节点17在运行时能够通过多个限定有效防止转臂节点在转臂18中的轴向蹿动，保证产品在正常工作状态下不出现松动，并确保产品在轴向冲击时亦不出现窜动。

实施例二

实施例二与实施例一的结构基本一样，只是所控制的径轴向刚度比有所不同，一种防止转臂节点轴向窜动的方法，根据转臂节点所处位置，将转臂节点分成两个硫化体与芯轴压装组合式结构，其中两个硫化体的相互对装在芯轴上，且通过外套与内套的相对位置实现转臂节点硫化体橡胶件预压缩，在转臂节点内设置轴向限位装置，通过轴向限位装置防止转臂节点运行过程中的轴向窜动。

所述的轴向限位包括转臂节点外套限定、硫化体橡胶体限定、内套限定和/或芯轴限定四个方面的组合限定，通过转臂节点外套限定、硫化体橡胶体限定、内套限定和/或芯轴限定四个方面的组合限定实现防止转臂节点运行过程中的轴向窜动。

所述的转臂节点外套限定是将两个硫化体的外套对装，且两个外套相连接的端面为三段式凸凹子口相配的台阶结构；其中一硫化体外套为凹式结构，另一硫化体外套为外凸结构，通过三段式凸凹子口过盈的配合组装连接在一起。

所述的三段式凸凹子口相配的三段式台阶结构中的转臂节点两外套相配端面的靠外套外的外配合面部分组装后相互接触在一起，而靠外套内的内配合面部分组装后相互端面不接触，留有间隙，且将子口位置设置在靠近芯轴的整个结合面的下四分之一位置，以保证外套相配在一起的时候，外套的三段式外配合面部分没有间隙，且具有比内配合面部分更长的接触面，方便控制外套的长度和防止脏污物存留在外套的缝隙中。

所述的内套限定包括在组装前，硫化体外套与内套在轴向存在高度差，内套在轴向方向要伸出一段；组装后，内套压缩后使得硫化体外套与内套靠外面的端面与芯轴台阶面平齐，实现轴向预压缩后永久保持内套的外端面与芯轴台阶面平齐，有效防止硫化体预压缩量不一致带来的轴向蹿动。

所述的硫化体橡胶体限定是通过调整可调式L型两段式橡胶结构，实现在转臂节点压入到转臂和车体后，在保证转臂节点刚度匹配需求的情况下，内套的外端面与芯轴台阶面轴向平齐。

所述的调整可调式L型两段式橡胶结构是调节L型橡胶体Lr部分长度主要提供径向方向刚度，La部分长度主要提供轴向方向刚度，通过调节Lr和La长度的比例及其角度A1，A2可有效调节产品径轴向刚度匹配关系，实现小径轴比匹配关系，且该匹配关系大范围内可控。

所述的转臂节点的径轴刚度比例控制在17.5：10。

所述的芯轴限定包括在芯轴上设置轴向限位硬止挡，控制内套的轴向压缩距离，保证内套轴向预压缩后，不会出现过度压缩；同时保证内套轴向预压缩后，轴向外端面与外套轴向外端面平齐。

所述的芯轴为阶梯轴，阶梯轴与内套相配的一段的长度为内套的长度，使得内套轴向预压缩后内套外端面与芯轴阶梯端面平齐，控制内套的蹿动。

上述所列实施例，只是结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述；显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的优点在于：

本发明是在经过对转臂节点外套限定、硫化体橡胶体限定、内套限定和/或芯轴限定四个方面的组合限定，通过转臂节点外套限定、硫化体橡胶体限定、内套限定和/或芯轴限定四个方面的组合限定实现防止转臂节点运行过程中的轴向窜动。这样具有如下一些优点：

1、能有效控制转臂节点运行中的轴线窜动，从而减少轮对与轨道的磨耗，提高轮对的使用寿命；

2、芯轴与内套之间采用过盈配合设计，并设计限位台阶，具有轴向防松、防窜功能；

3、转臂节点通过径向和轴向双向预压缩，使得转臂节点在径向、轴向承载时，具有可调整余量，有效防止橡胶出现拉伸状态，从而提高产品疲劳性能

4、通过三段式接触与非接触组合的台阶结构使得外套装配后能有效控制外套的长度，同时避免出现干涉现象，防止外套产生缝隙。

Claims (7)

1.一种防止转臂节点轴向窜动的方法，根据转臂节点所处位置，将转臂节点分成两个硫化体与芯轴压装组合式结构，其中两个硫化体相互对装在芯轴上，且通过实现对转臂节点硫化体橡胶体同时实施径向、轴向预压缩，其特征在于：在转臂节点内设置轴向限位装置，通过轴向限位装置防止转臂节点运行过程中的轴向窜动；所述的轴向限位包括转臂节点外套限定、硫化体橡胶体限定、内套限定和芯轴限定四个方面的组合限定，通过转臂节点外套限定、硫化体橡胶体限定、内套限定和/或芯轴限定四个方面的组合限定实现防止转臂节点运行过程中的轴向窜动；所述的芯轴限定包括在芯轴上设置轴向限位硬止挡，控制内套的轴向压缩距离，保证内套轴向预压缩后，不会出现过度压缩；同时保证内套轴向预压缩后，内套的外端面与芯轴台阶面平齐。

2.如权利要求1所述的防止转臂节点轴向窜动的方法，其特征在于：所述的转臂节点外套限定是将两个硫化体的外套对装，且两个外套相连接的端面为三段式凸凹子口相配的台阶结构；其中一硫化体外套为凹式结构，另一硫化体外套为外凸结构，通过三段式凸凹子口过盈的配合组装连接在一起。

3.如权利要求2所述的防止转臂节点轴向窜动的方法，其特征在于：所述的三段式凸凹子口相配的三段式凸凹子口结构中的转臂节点两外套相配端面的靠外套外的外配合面部分组装后相互接触在一起，而靠外套内的内配合面部分组装后相互端面不接触，留有间隙，且将子口位置设置在靠近芯轴的整个结合面的下三分之一位置，以保证外套相配在一起的时候，外套的三段式外配合面部分没有间隙，且具有比内配合面部分更长的接触面，方便控制外套的长度和防止脏污物存留在外套的缝隙中。

4.如权利要求1所述的防止转臂节点轴向窜动的方法，其特征在于：所述的内套限定包括在组装前，硫化体外套与内套在轴向存在高度差，内套在轴向方向要伸出一段；组装后，内套压缩后使得硫化体外套与内套靠外面的端面与芯轴台阶面平齐，实现轴向预压缩后永久保持内套的外端面与芯轴台阶面平齐，有效防止硫化体预压缩量不一致带来的轴向蹿动。

5.如权利要求1所述的防止转臂节点轴向窜动的方法，其特征在于：所述的硫化体橡胶体限定是通过调整可调式L型两段式橡胶结构，实现在内外套分别压入到车架和转臂后，在保证转臂节点刚度匹配需求的情况下，内套的外端面与芯轴台阶面平齐。

6.如权利要求5所述的防止转臂节点轴向窜动的方法，其特征在于：所述的转臂节点的径轴刚度比例为40：12及17.5：10。

7.如权利要求1所述的防止转臂节点轴向窜动的方法，其特征在于：所述的芯轴为阶梯轴，阶梯轴与内套相配的一段的长度为内套的长度，使得内套轴向预压缩后内套外端面与芯轴阶梯端面平齐，控制内套的蹿动。

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