CN108749847A - 一种机车橡胶堆变直径改善抗疲劳性能方法及机车橡胶堆 - Google Patents

Abstract

一种提高机车橡胶堆抗疲劳性能的方法及机车橡胶堆，通过改变橡胶堆橡胶金属的结构，调整橡胶金属之间的形状及位置关系，提高橡胶堆的抗疲劳性，防止橡胶金属在运行过程中出现撕裂现象；所述的调整橡胶金属之间的形状及位置关系是通过调整橡胶堆的橡胶与金属之间的橡胶层直径大小，使得每一层的橡胶层直径为变直径；通过调整橡胶层的直径来提高橡胶堆的抗疲劳性能。本发明采用直径为不等直径的橡胶层，这样可以有效改变各层橡胶的应力情况，使得每一层的橡胶层应力基本均匀，从而改善端部层的应变情况，使橡胶在横向运动时，端部层强度更高，变形更小，将应变转移至中间层，减少端部层的应力，从而提高整体的抗疲劳性能。

Description

一种机车橡胶堆变直径改善抗疲劳性能方法及机车橡胶堆

技术领域

本发明涉及到一种机车的二系的弹性减振方法及装置，尤其是指一种提高机车橡胶堆抗疲劳性能，防止橡胶堆橡胶撕裂的弹性减振方法及装置，该种机车的橡胶堆弹性减振方法及装置可以大幅提高机车橡胶堆抗疲劳性、耐用性，防止橡胶堆橡胶层出现撕裂现象；属于机车弹性减振技术领域。

背景技术

橡胶堆旁承广泛应用于机车的二系悬挂，是机车车体与转向架间的连接装置，其作用是使机车上部质量均匀分配到转向架上以保证轴重的均匀分配、横向力的正常传递，并使转向架在机车过曲线时能相对于车体回转，缓和线路不平顺对机车的冲击以及保证机车具有较好的运行平稳性和稳定性。因此，其刚度性能及疲劳性能对机车的动力学性能及可靠性有重要影响。

橡胶堆按其外形分主要有2 种，矩形橡胶堆（如用于DF8B二系旁承橡胶堆）和圆形橡胶堆，最近又出来一种在圆形橡胶堆上改进的球面结构圆形橡胶堆；圆形橡胶堆是应用最广的形式，其结构见图1所示；从应用的实际情况可以得知橡胶堆旁承的疲劳条件非常恶劣，垂向载荷大（最大载荷达到了184 k N），剪切位移大（最大位移达到了±65 mm），在压剪复合载荷下，橡胶层的应力远远超过了橡胶可承受范围，因此橡胶堆在使用过程中很容易出现疲劳现象；尤其是在运行过程中，容易出现橡胶金属层撕裂的现象，很有必要对此加以改进。

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CN201710454346.2，名称为“一种锥形橡胶堆与永磁弹簧组合的二系弹性悬挂减振装置”，申请人为：西南交通大学的发明专利申请，该专利申请公开了一种锥形橡胶堆与永磁弹簧组合的二系弹性悬挂减振装置，设置在轨道车辆转向架构架与车体(或摇枕)之间，用于传递车体(或摇枕)与构架间的三向载荷以及衰减车辆系统的振动。该装置包括永磁弹簧和锥形橡胶堆。本发明永磁弹簧上端垂直串联锥形橡胶堆结构，使系统获得所需的纵向、横向以及垂向刚度。其中纵向及横向刚度主要由锥形橡胶堆提供，垂向刚度则主要由永磁弹簧提供。永磁弹簧具体的磁路设计可以提供隔振性能优良的非线性垂向刚度。

2、专利号为CN201420455519.4，名称为“轨道车辆用橡胶堆”，申请人为：株洲时代新材料科技股份有限公司的实用新型专利，该专利公开了一种轨道车辆用橡胶堆，包括：顶板、隔板、橡胶层和底板，橡胶堆由顶板、隔板、底板和橡胶层硫化而成，顶板、隔板和底板之间均为橡胶层，其特征在于所述的橡胶层与所述的顶板、所述的隔板和所述的底板的接触面的纵截面的形状均为向上凸起的梯形。

通过对上述这些专利的仔细分析，这些专利虽然都涉及到橡胶堆，也提出了一些改进技术方案，但通过仔细分析，所提出的这些橡胶堆及其制作方法，都仍没有改善现有橡胶堆的抗疲劳性，所以在使用过程中出现撕裂的现象仍然会出现，仍有待进一步加以研究。

发明内容

本发明的目的在于针对轨道交通二系用的橡胶堆容易出现橡胶撕裂的问题，提出一种能有效提高橡胶堆抗疲劳性的方法及其制品，防止橡胶堆的橡胶层在使用过程中出现撕裂的现象，满足机车现场使用的需求。

为了达到这一目的，本发明提供了一种机车橡胶堆变直径改善抗疲劳性能方法，通过改变橡胶堆橡胶金属的结构，调整橡胶金属之间的形状及位置关系，提高橡胶堆的抗疲劳性，防止橡胶金属在运行过程中出现撕裂现象；所述的调整橡胶金属之间的形状及位置关系是通过调整橡胶堆的橡胶与金属之间的橡胶层直径大小，使得每一层的橡胶层直径为变直径；通过调整橡胶层的直径来提高橡胶堆的抗疲劳性能。

进一步地，所述的调整橡胶堆的橡胶与金属之间的橡胶层直径大小是采用不等直径的橡胶层，且中间层的橡胶层直径最小，越往外的橡胶层直径越大。

进一步地，所述的采用不等直径的橡胶层是以中间层橡胶层的直径为基准，越往外或上下的橡胶层的直径越大，使得整个橡胶堆橡胶层内弧顶的连线形成一条向内凹的弧线，通过调整弧线的曲率提高橡胶堆的抗疲劳性能。

一种机车橡胶堆，包括上垫板、下垫板、金属隔板和橡胶层；金属隔板和橡胶层在上垫板和下垫板之间，按照一层橡胶层，一层金属层错开排列，形成多层橡胶与金属复合的橡胶金属橡胶堆；其特点在于，所述的橡胶层的直径为为不等直径的橡胶层。

进一步地，所述的不等直径的橡胶层是采用不等直径的橡胶层，且中间层的橡胶层直径最小，越往外的橡胶层直径越大。

进一步地，所述的所述的采用不等直径的橡胶层是以中间层橡胶层的直径为基准，越往外或上下的橡胶层的直径越大，使得整个橡胶堆橡胶层内弧顶的连线形成一条向内凹的弧线，通过调整弧线的曲率提高橡胶堆的抗疲劳性能。

本发明的优点在于：

根据申请人对现有机车用橡胶堆发生橡胶层撕裂现象的有限元分析，实际上机车用橡胶堆放置于转向架上，承载车体重量。同时为机车运动时提供水平方向位移，如车体过弯道时，车体与转向架的水平运动由该橡胶堆提供，此外，机车刹车、加速等其它运动时均会对橡胶堆产生水平作用力。这些作用力对橡胶堆产品主要表现为垂向、水平、扭转等作用。由于机车使用工况较为恶劣，对于目前产品在使用1-3年情况下，均出现了顶端及底端橡胶层开裂的情况；对此经过有限元分析，发现机车用橡胶堆存在不同层之间应力应变不均匀的问题，而且是靠近端面的应力应变最大，因此主要改进方向在于改善端部层层的橡胶受力情况。

本发明采用厚度为不等厚，且直径为也为不等直径的橡胶层，使得橡胶堆整体结构整体成为类似沙漏状，通过增大上下层直径，减薄端部层厚度的方式，提高该层刚度，从而改善该层应力应变情况。这样可以有效改变各层橡胶的应力情况，使得每一层的橡胶层应力基本均匀，从而改善端部层的应变情况。这样可以极大提高整个橡胶堆的疲劳性能，使橡胶在横向运动时，端部层强度更高，变形更小，将应变转移至中间层，减少端部层的应力，从而提高整体的抗疲劳性能，有效防止端边橡胶层出现撕裂的现象发生。

附图说明

图1是现有机车橡胶堆结构示意图；

图2是本发明的一个实施例结构示意图；

图3是本发明的橡胶层型面结构示意图。

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

通过附图2和3可以看出，本发明涉及一种机车橡胶堆，包括上垫板1、下垫板2、金属隔板3和橡胶层4；金属隔板3和橡胶层4在上垫板1和下垫板2之间，按照一层橡胶层4，一层金属隔板3错开排列，形成多层橡胶与金属复合的橡胶金属橡胶堆；其特点在于，所述的橡胶层4的厚度为不等厚，且橡胶层4的直径为也为不等直径的橡胶层。

所述的橡胶层4的厚度是以中间层5为基准层，中间层5厚度最厚，由中间层5往上或下分别逐渐减薄橡胶层的厚度，最靠边上或上下的橡胶层6厚度最薄。

所述的由中间层5往上或下分别逐渐减薄橡胶层的厚度是按照中间层橡胶层为1，紧邻中间层6的紧邻橡胶层7相对中间层5缩减厚度0.1-0.2厚度，再外一层的橡胶层8相对内层橡胶层又缩减0.1-0.2厚度，以此类推，直至最外层橡胶层以此递减，缩减橡胶层厚度，以改善端部层的应变情况。

所述的不等直径的橡胶层是采用不等直径的橡胶层，且中间层5的橡胶层直径最小，越往外的橡胶层直径越大；所述的采用不等直径的橡胶层是以中间层橡胶层的直径为基准，越往外或上下的橡胶层的直径越大，使得整个橡胶堆橡胶层内弧顶点9的连线形成一条向内凹的弧线10，且为上下对称内凹圆弧，通过调整弧线的曲率提高橡胶堆的抗疲劳性能。所述的弧线为二次曲线弧线。

实施例二

实施例二的基本结构与实施例一一样，只是制作的方式有所不同，为一种机车橡胶堆，包括上垫板、下垫板、金属隔板和橡胶层；金属隔板和橡胶层在上垫板和下垫板之间，按照一层橡胶层，一层金属层错开排列，形成多层橡胶与金属复合的橡胶金属橡胶堆；其特点在于，所述的橡胶层的厚度为不等厚，且橡胶层的直径为也为不等直径的橡胶层。

进一步地，所述的橡胶层的厚度是以中间层为基准层，中间层厚度最厚，由中间层往上或下分别逐渐减薄橡胶层的厚度，最靠边上或上下的橡胶层厚度最薄。

进一步地，所述的由中间层往上或下分别逐渐减薄橡胶层的厚度是按照中间层橡胶层为1，紧邻中间层的橡胶层相对中间层缩减厚度0.2-0.3厚度，再外一层的橡胶层相对内层橡胶层又缩减0.2-0.3厚度，以此类推，直至最外层橡胶层以此递减，缩减橡胶层厚度，以改善端部层的应变情况。

进一步地，所述的不等直径的橡胶层是采用不等直径的橡胶层，且中间层的橡胶层直径最小，越往外的橡胶层直径越大；所述的采用不等直径的橡胶层是以中间层橡胶层的直径为基准，越往外或上下的橡胶层的直径越大，使得整个橡胶堆橡胶层内弧顶的连线形成一条向内凹的弧线，且为上下不对称内凹圆弧，通过调整弧线的曲率提高橡胶堆的抗疲劳性能。

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。

通过上述实施例可以看出本发明还涉及一种机车橡胶堆变直径改善抗疲劳性能方法，通过改变橡胶堆橡胶金属的结构，调整橡胶金属之间的形状及位置关系，提高橡胶堆的抗疲劳性，防止橡胶金属在运行过程中出现撕裂现象；所述的调整橡胶金属之间的形状及位置关系是通过调整橡胶堆的橡胶与金属之间的橡胶层直径大小，使得每一层的橡胶层直径为变直径；通过调整橡胶层的直径来提高橡胶堆的抗疲劳性能。

进一步地，所述的调整橡胶堆的橡胶与金属之间的橡胶层直径大小是采用不等直径的橡胶层，且中间层的橡胶层直径最小，越往外的橡胶层直径越大。

进一步地，所述的采用不等直径的橡胶层是以中间层橡胶层的直径为基准，越往外或上下的橡胶层的直径越大，使得整个橡胶堆橡胶层内弧顶的连线形成一条向内凹的弧线，通过调整弧线的曲率提高橡胶堆的抗疲劳性能。

本发明的优点在于：

根据申请人对现有机车用橡胶堆发生橡胶层撕裂现象的有限元分析，实际上机车用橡胶堆放置于转向架上，承载车体重量。同时为机车运动时提供水平方向位移，如车体过弯道时，车体与转向架的水平运动由该橡胶堆提供，此外，机车刹车、加速等其它运动时均会对橡胶堆产生水平作用力。这些作用力对橡胶堆产品主要表现为垂向、水平、扭转等作用。由于机车使用工况较为恶劣，对于目前产品在使用1-3年情况下，均出现了顶端及底端橡胶层开裂的情况；对此经过有限元分析，发现机车用橡胶堆存在不同层之间应力应变不均匀的问题，而且是靠近端面的应力应变最大，因此主要改进方向在于改善端部层层的橡胶受力情况。

本发明采用厚度为不等厚，且直径为也为不等直径的橡胶层，使得橡胶堆整体结构整体成为类似沙漏状，通过增大上下层直径，减薄端部层厚度的方式，提高该层刚度，从而改善该层应力应变情况。这样可以有效改变各层橡胶的应力情况，使得每一层的橡胶层应力基本均匀，从而改善端部层的应变情况。这样可以极大提高整个橡胶堆的疲劳性能，使橡胶在横向运动时，端部层强度更高，变形更小，将应变转移至中间层，减少端部层的应力，从而提高整体的抗疲劳性能，有效防止端边橡胶层出现撕裂的现象发生。

Claims (6)

1.一种机车橡胶堆变直径改善抗疲劳性能方法，其特征在于：通过改变橡胶堆橡胶金属的结构，调整橡胶金属之间的形状及位置关系，提高橡胶堆的抗疲劳性，防止橡胶金属在运行过程中出现撕裂现象；所述的调整橡胶金属之间的形状及位置关系是通过调整橡胶堆的橡胶层直径大小，使得每一层的橡胶层直径为变直径；通过调整橡胶层的厚度和直径来提高橡胶堆的抗疲劳性能。

2.如权利要求1所述的机车橡胶堆变直径改善抗疲劳性能方法，其特征在于：所述的调整橡胶堆的橡胶与金属之间的橡胶层直径大小是采用不等直径的橡胶层，且中间层的橡胶层直径最小，越往外的橡胶层直径越大。

3.如权利要求2所述的机车橡胶堆变直径改善抗疲劳性能方法，其特征在于：所述的采用不等直径的橡胶层是以中间层橡胶层的直径为基准，越往外或上下的橡胶层的直径越大，使得整个橡胶堆橡胶层内弧顶的连线形成一条向内凹的弧线，通过调整弧线的曲率提高橡胶堆的抗疲劳性能。

4.一种机车橡胶堆，包括上垫板、下垫板、金属隔板和橡胶层；金属隔板和橡胶层在上垫板和下垫板之间，按照一层橡胶层，一层金属层错开排列，形成多层橡胶与金属复合的橡胶金属橡胶堆；其特点在于，所述的橡胶层的厚度为不等厚，且橡胶层的直径为也为不等直径的橡胶层。

5.如权利要求4所述的机车橡胶堆，其特征在于：所述的不等直径的橡胶层是采用不等直径的橡胶层，且中间层的橡胶层直径最小，越往外的橡胶层直径越大。

6.如权利要求5所述的机车橡胶堆，其特征在于：所述的采用不等直径的橡胶层是以中间层橡胶层的直径为基准，越往外或上下的橡胶层的直径越大，使得整个橡胶堆橡胶层内弧顶的连线形成一条向内凹的弧线，通过调整弧线的曲率提高橡胶堆的抗疲劳性能。