CN110509948A - 一种列车牵引关节及牵引关节中硫化体的压固方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种列车牵引关节，包括倒圆锥形的壳体、硫化体和压挡圈，壳体上顶有一圈轴向直立的翻压边，硫化体由倒圆锥形的轴套和轴套外层的橡胶层硫化固接而成，硫化体从壳体上部端口压入壳体内，所述壳体内壁上部有一圈径向向内凸出的环形承台，环形承台的台面设置有环形槽；所述压挡圈分为挡圈和在挡圈上径向向外凸出的环形压固台，所述环形压固台下面设有凸环；所述环形压固台的凸环从上向下压入环形承台的环形槽内，所述壳体上轴向直立的的翻压边向轴心内翻折压紧环形压固台，使压挡圈的挡圈将硫化体压在壳体内。本发明的优势在于，解决了翻压边容易断裂的问题；且压固压挡圈的相关构件的制作、装配、使用都变得十分简便。

Description

一种列车牵引关节及牵引关节中硫化体的压固方法

技术领域

本发明涉及一种列车牵引关节及牵引关节中硫化体的压固方法，属于轨道交通技术领域。

背景技术

列车牵引关节又叫牵引橡胶球铰，主体是由上大下小的倒锥形壳体（现有技术采用钢制）、以及从壳体上端口压入的硫化体组成，硫化体包括轴套和包绕在轴套周边的橡胶层，压入壳体的硫化体，其橡胶层位于壳体与轴套之间。装配时，牵引体与被牵引体各有一个锥形心轴分别插入牵引关节和被牵引关节中，再由牵引杆分别将牵引关节和被牵引关节连接。为了防止牵引受力过程中硫化体向上脱出，在壳体上端口放置压挡圈，再用翻压边向内翻折压住压挡圈，从而将硫化体牢牢控制在壳体内。

西门子大球铰（列车牵引关节）是机车牵引重要构件之一，产品于2002年开发，后续应用于西门子国内多型机车，累计销售超过2万件。主要在牵引和制动方面起减振降噪作用。该产品由于翻压边较薄，近年来多次发生翻边断裂、压挡圈脱落、受压硫化体橡胶鼓出、橡胶开裂等故障，也因此接到客户多次投诉。

针对上述故障，我们对该产品进行了结构优化，通过优化外套尺寸公差及粗糙度、增加铁建翻边厚度，以增加翻边处的强度来解决压挡圈的脱落问题。目前，优化后的产品总体运行良好，之前出现的各种故障显著减少。但由于机车在运行过程中还是会发生一定概率的碰撞，瞬间作用在该产品上的载荷远远超过产品的要求载荷，同时也可能超过该产品的极限载荷而使产品失效。2016年我们接到国内用户电话反馈，反映某机务段机车牵引球铰出现挡圈凸出现象。我们派员查看相关部件，发现牵引关节在牵引拉杆端部方向金属翻压边失效，压挡圈折弯凸出。

针对这类依然出现在金属翻压边失效风险，继续加厚翻压边的厚度已经很难，这样会超出金属屈服极限，导致翻压部位外表出现裂纹。同时，又不能采用焊接加固方式解决，因为焊接高温会导致接触的橡胶熔变受损。我们曾经把优化方向放在增大壳体的收口量，减小压挡圈的受力面积上。即：将瞬间增大的载荷更多的由壳体的收口处分担，尽量降低压挡圈遭受的冲击力。但这又带来了新的问题，随着壳体收口量的增大，使得壳体入口内径变小，硫化体压入时必须强力挤压硫化体的橡胶层使之缩小才能压入，使操作变得非常困难。有时还因强力压缩使橡胶层变成马鞍形，造成橡胶体弹性无法恢复，导致产品报废。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：翻压边的翻折处容易断裂及压挡圈整体强度不够，容易变形鼓出的问题。

针对上述问题，本发明提出的技术方案是：

一种列车牵引关节，包括倒圆锥形的壳体、硫化体和压挡圈，壳体上顶有一圈轴向直立的翻压边，硫化体由倒圆锥形的轴套和轴套外层的橡胶层硫化固接而成，硫化体从壳体上部端口压入壳体内，所述壳体内壁上部有一圈径向向内凸出的环形承台，环形承台的台面设置有环形槽；所述压挡圈分为挡圈和在挡圈上径向向外凸出的环形压固台，所述环形压固台下面设有凸环；所述环形压固台的凸环从上向下压入环形承台的环形槽内，所述壳体上轴向直立的的翻压边向轴心内翻折压紧环形压固台，使压挡圈的挡圈将硫化体压在壳体内。

进一步地，所述环形槽的截面为开口向上的矩形，所述凸环的截面为矩形；装配时，凸环以过盈配合的方式压入环形槽内。

进一步地，所述环形槽的槽壁上开有导气槽或所述凸环的侧面开有导气槽。

进一步地，所述翻压边的内侧面下部的弯折位在弯折后形成圆角压面。

进一步地，：所述环形压固台具有外侧面与顶面，沿外侧面与顶面相交的相交线被圆角形成受压圆角面。

进一步地，所述翻压边内侧圆角压面的上方依次向上设有压顶面和非压顶面。

进一步地，所述环形压固台的顶面按径向从外向内依次设置为受压顶面和非受压顶面，受压顶面与受压圆角面相连接。

进一步地，所述翻压边向内翻折后，其圆角压面和压顶面分别与环形压固台的受压圆角面和受压顶面紧压贴合；所述翻压边的非压顶面与环形压固台的非受压顶面之间有间隙。

进一步地，通过在压挡圈和壳体之间增设紧固连接结构来增强压挡圈的整体刚度，使壳体上的翻压边与压挡圈之间部分接触来固定压挡圈，最终利用压挡圈将硫化体压固在壳体内。

进一步地，所述压挡圈和壳体之间增设紧固连接结构，是在壳体的环形承台的台面设置环形槽，在压挡圈的环形压固台下面设置凸环，再将凸环紧密压入环形槽内；所述翻压边与压挡圈之间部分接触，是将翻压边翻折后，使翻折区域的内表面接触并紧压压挡圈。

本发明的优点是：

1、解决了翻压边容易断裂的问题。本技术方案将原来使翻压边翻折处遭受反折的强力分解，并将部分分力向壳体转移，同时将作用在翻压边的力的受力点向减少力矩翻折处转移，从而大幅降低施加给翻压边翻折处的反折力。

2、显著增强了压挡边的整体强度。

3、压固压挡边的相关构件的制作、装配、使用都变得十分方便。

附图说明

图1为列车牵引关节的剖面结构示意图；

图2为图1的局部爆炸结构示意图；

图3为图1的局部结构示意图；

图4为压挡圈与翻压边受力分析图。

图中：1、壳体；2、硫化体；3、橡胶层；31、胶压面；4、轴套；5、压挡圈；6、环形承台；61、环形槽；62、导气槽；7、挡圈；71、压胶面；8、翻压边；81、圆角压面；82、压顶面；83、非压顶面；9、环形压固台；91、受压圆角面；92、受压顶面；93、非受压顶面；94、间隙；95、凸环；10、牵引销；F、受压圆角面向圆角压面施加的力；F1、橡胶层胶压面向压挡圈的压胶面施加的力；F01、F1向上的分力；F2、圆角压面向受压圆角面施加的反作用力；F02、F2的向下分力；F3、壳体对压挡圈整体抗衡F1的反作用力；F03、F3的向下分力。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明做进一步的描述。

如图1所示，一种列车牵引关节，包括倒圆锥形的壳体1、硫化体2和压挡圈5；壳体1的强度很大，一般为钢制壳体，在承受设定的极限力时不产生形变；硫化体2由倒圆锥形的轴套4和轴套4外层的橡胶层3硫化固接而成，硫化体2从壳体1上部端口压入壳体1内，其橡胶层3位于壳体1与轴套4之间。装配时，转向架与车体各有一个锥形牵引销10分别插入各自牵引关节的轴套4中，再由牵引杆分别将这两个牵引关节连接，从而实现转向架与车体之间的牵引。

由于壳体1是上大下小的倒圆锥形，因此，从壳体1上部压入的硫化体2不会从壳体1下部脱出，但在牵引过程中，由于受力大小和受力方向的不确定性，硫化体2会从壳体1上部入口脱出。为避免出现这种情况，现有技术是在壳体1上部入口放置压挡圈5，再将预先竖直设置在壳体1顶部的翻压边8径向向内翻折后压住压挡圈，使压挡圈5固定在壳体1上部入口，从而实现对硫化体2的限位控制。

与现有技术相比，本发明在对压挡圈5的固定方式采取了若干不同措施，具体是：

如图2、3所示，在壳体1顶部竖直设置一圈翻压边8；在壳体1内接近入口处位置设置径向向内凸出的环形承台6，在环形承台6的台面开设环形槽61，作为优选，开设的环形槽61的截面为矩形；所述压挡圈5分为挡圈7和在挡圈7上径向向外凸出的环形压固台9，在环形压固台9下面设有凸环95，作为优选，所设的凸环95的截面也是矩形；所述环形压固台9的凸环95从上向下压入环形承台6的环形槽61内，作为优选，截面为矩形的凸环95以过盈配合的方式压入截面为矩形的环形槽61内。为了使凸环95能够从上向下压入环形槽61内，需要将环形槽61的槽壁上或凸环95的侧面开设导气槽62，能够在凸环95压入环形槽61时释放环形槽61内的空气。将壳体1上轴向直立的的翻压边8的内面由下向上分设为圆角压面81、压顶面82和非压顶面83。这其中，圆角压面81是翻压边8向内翻折时于翻折处内面形成的一段弯折曲面；压顶面82的宽度大于或等于零，所述压顶面82的宽度等于零是指压顶面82可以不存在，其大于零的值受限于翻压边8的宽度减去非压顶面83与圆角压面81的宽度之和；设计时,圆角压面81和压顶面82要向内凸出一些，翻压时，由凸出部位压住压挡圈5。所述环形压固台9具有外侧面与顶面，沿外侧面与顶面相交的相交线被圆角后形成受压圆角面91；环形压固台9的顶面按径向从外向内依次设置为受压顶面92和非受压顶面93，受压顶面92与受压圆角面91相连接。在利用翻压边8对压挡圈5实施紧压固定时，翻压边8向内翻折，其圆角压面81和压顶面82分别与环形压固台9的受压圆角面91和受压顶面92紧压贴合；翻压边8的非压顶面83与环形压固台9的非受压顶面93之间有间隙94。

在上述设置中，由于截面为矩形的凸环95被以过盈配合的方式紧紧压入截面为矩形的环形槽61内，这样，就使得压挡圈5与壳体1紧紧固接在一起，其整体强度增大到与壳体1强度完全一致，使得压挡圈5的局部受力同时转化为整体受力，从而大大降低了压挡圈5向翻压边8某一局部位置的传力强度。不仅如此，这样的设置，一般向上的力不能使凸环95与过盈配合的环形槽61产生相对位移，更不能从过盈配合的环形槽61内抽出。因此，在利用翻压边8对压挡圈5实施紧压固定时，仅需将圆角压面81与受压圆角面贴合紧压,就足以实现对压挡圈5的紧压固定。上述设置中，将压顶面82与受压顶面92贴合紧压只是进一步的加固措施；而非压顶面83所在的翻压边8部分，其作用仅仅是在将翻压边翻折时能够提供受力部位。翻压边8的非压顶面83与环形压固台9的非受压顶面93之间有间隙，这样设置，其一是因为非压顶面83已没有必要紧压环形压固台9的非受压顶面93，其二是，由于非压顶面83离翻折处有一定距离，如果非压顶面83受力，则必然在翻折处形成很强的反折力矩，严重时也会造成翻折处断裂。

一种列车牵引关节中的硫化体固压方法，通过在压挡圈5和壳体1之间增设紧固连接结构来增强压挡圈5的整体刚度，使壳体1上的翻压边8与压挡圈5之间部分接触来固定压挡圈5，最终利用压挡圈5将硫化体压固在壳体1内。

所述压挡圈5和壳体1之间增设紧固连接结构，是在壳体1的环形承台6的台面设置环形槽61，在压挡圈5的环形压固台9下面设置凸环95，再将凸环95紧密压入环形槽61内；所述翻压边8与压挡圈5之间部分接触，是将翻压边8翻折后，使翻折区域的内表面接触并紧压压挡圈5。

如图4所示，为更清楚的阐述上述结构及方法带来的技术效果，现对本发明中截面为矩形的凸环95以过盈配合的方式压入截面为矩形的环形槽61内、以及翻压边8的圆角压面81与压挡圈5的受压圆角面贴合紧压两项重大改进进行基本的力学分析。

F1是由牵引销10向前方向也可以是向后方向传导来的力经过挤压橡胶层3后，由橡胶层3的胶压面31斜向向上施加给压挡圈5的压胶面71的力；F01是F1的向上分力。

F是压挡圈5受到力F1后经压挡圈5的受压圆角面91传导施加给翻压边8的圆角压面81的一部分力。

F2是翻压边8的圆角压面81施加给压挡圈5的受压圆角面91反作用力；F02是F2的向下分力。

F3是壳体对压挡圈5整体抗衡F1的反作用力；F03是F3的向下分力；

从上述力学分析可以看出，通过截面为矩形的凸环95以过盈配合的方式紧紧压入截面为矩形的环形槽61内后，使得压挡圈5与壳体1紧紧固接在一起，其整体强度增大到与壳体1强度完全一致，使得压挡圈5的局部受力即时转化为整体受力，这种力作用在壳体1上，壳体1即时产生反作用力，这个反作用力就是壳体1对压挡圈5整体抗衡F1的反作用力F3，从而大大降低了压挡圈5向翻压边8所传导的力F2。由于翻折后的翻压边8断裂都是压挡圈5向翻压边8施加了过大的向上的力所造成的，而壳体1对压挡圈5整体抗衡力F1的反作用力F3就提供了向下的分力F03，因而使压挡圈5受到的力F1向上的分力F01被削减。这样，仅需将翻压边8的圆角压面81与压挡圈5的受压圆角面贴合紧压,圆角压面81只需向受压圆角面施加较小的反作用力F1和相应较小的向下分力F01就足以实现对压挡圈5的紧压固定。

上述力学分析还仅仅是考虑了压挡圈5整体强度提高后的效果，并未将凸环95在环形槽61内受力关系加以计算，而这种受力关系对固定压挡圈5显然是更加有力的，若加以计算，压挡圈5传导给翻压边8的力将更小，翻压边8对压挡圈5的压制将更加稳固。

上述实施例只用于更清楚的描述本发明，而不能视为限制本发明涵盖的保护范围，任何等价形式的修改都应视为落入本发明涵盖的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种列车牵引关节，包括倒圆锥形的壳体（1）、硫化体（2）和压挡圈（5），壳体（1）上顶有一圈轴向直立的翻压边（8），硫化体（2）由倒圆锥形的轴套（4）和轴套（4）外层的橡胶层（3）硫化固接而成，硫化体从壳体（1）上部端口压入壳体（1）内，其特征在于：所述壳体（1）内壁上部有一圈径向向内凸出的环形承台（6），环形承台（6）的台面设置有环形槽（61）；所述压挡圈（5）分为挡圈（7）和在挡圈（7）上径向向外凸出的环形压固台（9），所述环形压固台（9）下面设有凸环（95）；所述环形压固台（9）的凸环（95）从上向下压入环形承台（6）的环形槽（61）内，所述壳体（1）上轴向直立的的翻压边（8）向轴心内翻折压紧环形压固台（9）与环形压固台（9）部分接触，使压挡圈（5）的挡圈（7）将硫化体（2）压在壳体（1）内。

2.根据权利要求1所述的列车牵引关节，其特征在于：所述翻压边（8）的内侧面下部的弯折位在弯折后形成圆角压面（81）。

3.根据权利要求2所述的列车牵引关节，其特征在于：所述环形压固台（9）具有外侧面与顶面，沿外侧面与顶面相交的相交线被圆角形成受压圆角面（91）。

4.根据权利要求3所述的列车牵引关节，其特征在于：所述翻压边（8）内侧圆角压面（81）的上方依次向上设有压顶面（82）和非压顶面（83）。

5.根据权利要求4所述的列车牵引关节，其特征在于：所述环形压固台（9）的顶面按径向从外向内依次设置为受压顶面（92）和非受压顶面（93），受压顶面（92）与受压圆角面（91）相连接。

6.根据权利要求5所述的列车牵引关节，其特征在于：所述翻压边（8）向内翻折后，其圆角压面（81）和压顶面（82）分别与环形压固台（9）的受压圆角面（91）和受压顶面（92）紧压贴合；所述翻压边（8）的非压顶面（83）与环形压固台（9）的非受压顶面（93）之间有间隙（94）。

7.根据权利要求1至6中任意一项所述的列车牵引关节，其特征在于：所述环形槽（61）的截面为开口向上的矩形，所述凸环（95）的截面为矩形；装配时，凸环（95）以过盈配合的方式压入环形槽（61）内。

8.根据权利要求7所述的列车牵引关节，其特征在于：所述环形槽（61）的槽壁上开有导气槽（62）或所述凸环（95）的侧面开有导气槽（62）。

9.一种列车牵引关节中的硫化体固压方法，其特征在于：通过在压挡圈（5）和壳体（1）之间增设紧固连接结构来增强压挡圈（5）的整体刚度，使壳体（1）上的翻压边（8）与压挡圈（5）之间部分接触来固定压挡圈（5），最终利用压挡圈（5）将硫化体压固在壳体（1）内。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于:所述压挡圈（5）和壳体（1）之间增设紧固连接结构，是在壳体（1）的环形承台（6）的台面设置环形槽（61），在压挡圈（5）的环形压固台（9）下面设置凸环（95），再将凸环（95）紧密压入环形槽（61）内；所述翻压边（8）与压挡圈（5）之间部分接触，是将翻压边（8）翻折后，使翻压边（8）的翻折区域中远离牵引销（10）一侧的内表面接触并紧压压挡圈（5）上，靠近牵引销一侧的内表面与压挡圈（5）之间留有间隙。