CN110979376B - 一种一系悬挂装置的刚度调节方法及结构 - Google Patents

Abstract

一种一系悬挂装置的锥形弹簧的刚度的调节方法及结构，一系悬挂装置包括底座、锥形弹簧和限位止挡，锥形弹簧包括橡胶体和芯轴，转向架下端开有止挡孔，芯轴上端安装在转向架的止挡孔中，橡胶体和芯轴内都开有空腔；底座中沿纵向方向并排设置有两个锥形弹簧，每个锥形弹簧的空腔中都设置有限位止挡，且限位止挡的下端与底座连接；轴箱上设有轴箱座，底座安装在轴箱座中，当转向架相对于轴箱在垂向方向上产生相对移动，且芯轴下端与限位止挡相顶时，一系悬挂装置会在垂向方向上产生变刚度。本发明能显著提高车辆通过小曲率半径弯道的能力，且极大节省了一系悬挂空间，降低了转向架的重量。

Description

一种一系悬挂装置的刚度调节方法及结构

技术领域

本发明涉及轨道车辆领域，具体涉及一种一系悬挂装置的刚度调节方法及结构。

背景技术

轴箱内置式转向架是将轴箱置于轮对内侧的轨道车辆转向架，该类型转向架有效减小了构架空间尺寸，该类型转向架的最小曲线通过半径较普通转向架显著缩小，进而大幅提高该型转向架的转弯机动性和灵活性。此外，该类型转向架也最大限度满足了转向架轻量化的设计需求。为了适应欧洲一些国家多山、多弯道的地理环境，车辆行驶过程中经常需要进行较小的转弯，这就需要车辆具有很强的小曲率半径通过能力。

而现有的一系悬挂装置都是设置在轴箱的两侧，这种结构在车辆进行小曲率转弯时转向架的转动角度会受到轴箱两侧的一系悬挂装置制约，因此难以适应多山、多弯道的一些欧洲国家的地理环境。

如果直接把现有的锥形弹簧设置在轴箱的上方，虽然能很好的实现小曲率转弯，但由于轴箱上方的空间极为有限，尤其是横向方向的空间十分吃紧，一系悬挂装置实现各种复杂技术要求难度大。锥形弹簧在垂向、横向、纵向三个方向的刚度都会太小，而难以达到车辆行驶对刚度的实际要求，车辆行驶会存在安全隐患。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：如何让车辆改善通过小曲率半径的转弯性能的同时，还能确保一系悬挂装置在横向、纵向和垂向方向的刚度满足车辆行驶的要求。

针以上述问题，本发明提出的技术方案是：一种一系悬挂装置的刚度调节结构，一系悬挂装置包括锥形弹簧和限位止挡，两个锥形弹簧沿纵向方向并排设置在转向架与轴箱之间，锥形弹簧内开有空腔，所述空腔中设置有限位止挡；当转向架相对于轴箱产生大幅度的横向、纵向或垂向方向的相对移动时，锥形弹簧会与空腔中的限位止挡相顶，从而使一系悬挂装置产生变刚度。

一系悬挂装置还包括底座和顶板，限位止挡的下端与底座连接，轴箱上设有轴箱座；转向架下端开有止挡孔，锥形弹簧包括橡胶体、芯轴和外套，橡胶体内侧与芯轴连接，橡胶体外侧与外套连接；锥形弹簧内开设空腔是指：橡胶体、芯轴和外套内都开有相互连通的空腔；锥形弹簧沿纵向方向并排设置在转向架与轴箱之间是指：锥形弹簧的芯轴上端安装在转向架的止挡孔中，锥形弹簧的底座安装在轴箱座中。

优选的，橡胶体内嵌有环形的隔板，橡胶体上端内侧与芯轴的外侧连接，橡胶体下端外侧与外套的内侧连接；芯轴包括轴柄和轴体，轴柄一体成型在轴体上方；底座包括底板、外壳和桥接部，外壳和桥接部一体成型在底板的外侧，桥接部的两侧各设置有一个外壳，外壳和桥接部无缝连接在一起；锥形弹簧的外套的外侧与底座的外壳的内侧贴紧，使得锥形弹簧下端过盈配合安装在底座中，芯轴上端安装在转向架的止挡孔中是指：芯轴的轴柄穿过顶板的轴安装孔伸入到转向架的止挡孔中，轴柄与止挡孔间隙配合安装。

优选的，轴体包括轴柱体和轴锥体，轴锥体一体成型在轴柱体的下端，轴柱体为圆柱状，轴锥体为倒锥状；外套包括套管体、套锥体和套凹槽，套锥体一体成型在套管体与套凹槽之间，套管体为圆管状，套锥体的内侧上端的直径大于套锥体内侧下端的直径，套凹槽为外套下端向内侧凹陷的凹槽。

优选的，橡胶体上端内侧与芯轴的外侧连接是指：橡胶体上端内侧与轴锥体外侧连接；橡胶体下端外侧与外套的内侧连接是指：橡胶体下端外侧与外套的套管体和套锥体内侧连接；限位止挡的下端卡合在底座中，限位止挡的上端延伸到芯轴中部开的空腔内。

优选的，限位止挡包括止挡座和止挡杆，止挡杆一体成型在止挡座上方；止挡座的垂向截面为“凸”字形截面，止挡座的下端为下座阶，止挡座的上端为上座阶，底板上开有与止挡座形状和大小匹配的底安装孔；限位止挡的下端卡合在底座中是指：限位止挡的止挡座卡合在底板的底安装孔中，使得下座阶与底板在垂向方向上相顶；上座阶的外径大于芯轴的轴体下端的内径，芯轴下端与限位止挡相顶是指：轴体下表面与上座阶上表面相顶。

一种一系悬挂装置的垂向刚度调节方法，在一系悬挂装置的锥形弹簧内开设空腔，在所述的空腔内设置限位止挡，并将两个锥形弹簧沿纵向方向并排设置在转向架与轴箱之间；使得转向架相对于轴箱产生大幅度的横向、纵向或垂向方向的相对移动时，锥形弹簧会与空腔中的限位止挡相顶，从而使一系悬挂装置产生变刚度。

优选的，一系悬挂装置还包括底座和顶板，将限位止挡的下端与底座连接，在轴箱上设置轴箱座，并在转向架下端开设止挡孔；锥形弹簧包括橡胶体、芯轴和外套，将橡胶体内侧与芯轴连接，将橡胶体外侧与外套连接；锥形弹簧内开设空腔是指：橡胶体、芯轴和外套内都开有相互连通的空腔；锥形弹簧沿纵向方向并排设置在转向架与轴箱之间是指：锥形弹簧的芯轴上端安装在转向架的止挡孔中，锥形弹簧的底座安装在轴箱座中。

优选的，将芯轴下端外侧和外套上端内侧设置成倒锥状，且让橡胶体上端内侧与芯轴下端外侧连接，橡胶体下端外侧与外套的上端内侧连接；通过调节芯轴下端外侧和外套的上端内侧的锥度，以及调节橡胶体的厚度都能调节一系悬挂装置的横向、纵向和垂向方向的刚度。

优选的，在橡胶体内设置倒锥状空心的隔板，通过调节隔板与芯轴外侧的间距，或隔板与外套内侧的间距，或相邻隔板之间的间距，以及调节隔板的锥度、厚度和个数都能调节一系悬挂装置的横向、纵向和垂向方向的刚度。

本发明的有益技术效果是：本发明将由两个锥形弹簧并联组装在一起的一系悬挂装置放置在轴箱顶部，一系悬挂装置成长方形形态，而常规一系悬挂装置则放置在轴箱的两侧，均为圆形。较常规一系悬挂装置，本发明能显著提高车辆通过小曲率半径弯道的能力，且极大节省了一系悬挂空间，降低了转向架的重量。该类型车辆的转向架的最小曲线通过半径较普通转向架显著缩小，进而大幅提高该型转向架的转弯机动性和灵活性，有利于提高整车车辆载重能力和动力学性能及临界速度。

附图说明

图1为实施例一中一系悬挂装置的安装结构示意图；

图2为实施例一中一系悬挂装置的整体结构示意图；

图3为实施例一中底座的立体结构示意图；

图4为实施例一中芯轴的剖视结构示意图；

图5为实施例一中外套的剖视结构示意图；

图6为实施例一中止挡座的剖视结构示意图；

图7为实施例一中底座的结构示意图；

图8为实施例一中顶板的结构示意图；

图中：1转向架、11止挡孔、2顶板、21轴安装孔、22顶部凹槽、23顶部减重孔、3芯轴、31轴柄、32轴体、321轴柱体、322轴锥体、41橡胶体、42隔板、43外套、431套管体、432套锥体、433套凹槽、5底座、51底板、52外壳、53桥接部、54侧减重孔、55中减重孔、56底安装孔、61止挡座、611下座阶、612上座阶、62止挡杆、7空腔、8绝缘体、9轴箱座。

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：

实施例一

如图1和图2所示，一系悬挂装置包括底座5、顶板2、锥形弹簧和限位止挡，其中锥形弹簧包括橡胶体41、芯轴3和外套43。转向架1下端开有止挡孔11，单个的锥形弹簧为旋转体，底座5和顶板2之间沿纵向方向并排设置有两个锥形弹簧，锥形弹簧的芯轴3的上端以间隙配合的方式安装在止挡孔11中。在芯轴3、橡胶体41和外套43的中部都开有相互连通的空腔7，限位止挡下端的止挡座61以过盈配合的方式卡合在底座5下端的底板51中，限位止挡的上端延伸到芯轴3中部开的空腔7内。轴箱座9的上端和下端都设有凹槽，轴箱卡合在轴箱座9下端的凹槽中，锥形弹簧的底座5以过盈配合的方式嵌在轴箱座9上端的凹槽中。

如图2、图4和图5所示，橡胶体41内嵌有环形的隔板42，橡胶体41和隔板42都为空心的倒锥状，也就是说，隔板42上端的直径大于隔板42下端的直径。芯轴3包括轴柄31和轴体32，轴柄31一体成型在轴体32上方，轴体32包括轴柱体321和轴锥体322，轴锥体322一体成型在轴柱体321的下端，轴柱体321为圆柱状，轴锥体322为倒锥状。外套43包括套管体431、套锥体432和套凹槽433，套锥体432一体成型在套管体431与套凹槽433之间，套管体431为圆管状，套锥体432的内侧上端的直径大于套锥体432内侧下端的直径，套凹槽433为外套43下端向内侧凹陷的凹槽。轴柄31以间隙配合的方式安装在止挡孔11中，橡胶体41上端内侧与轴锥体322外侧连接，橡胶体41下端外侧与外套43的套管体431和套锥体432内侧连接。绝缘体8为空心的圆管状，绝缘体8过盈配合安装在芯轴3内侧。

如图2和图3所示，底座5包括底板51、外壳52和桥接部53，外壳52和桥接部53一体成型在底板51的外侧，桥接部53的两侧各设置有一个外壳52，外壳52和桥接部53无缝连接在一起，外壳52和桥接部53连接成的整体的横截面为8字形。其中，外壳52和桥接部53的中间都被挖空，每个外壳52的横截面为C字形。锥形弹簧为旋转体，两个锥形弹簧的下端过盈配合安装在外壳52中，为防止两个锥形弹簧安装时会产生相互干涉，才在两个外壳52之间设置桥接部53。而为了满足车辆轻量化设计的需要，对底板51和桥接部53都进行了挖空，底板51在桥接部53位置处开有贯通底板51的中减重孔55，且底板51在两个止挡座61外侧还开有贯通底板51的侧减重孔54。

如图2、图5和图7所示，限位止挡包括止挡座61和止挡杆62，止挡杆62一体成型在止挡座61上方，止挡座61的下端为圆柱状的下座阶611，止挡座61的上端为圆柱状的上座阶612，止挡座61的垂向截面为“凸”字形截面。底板51上开有与止挡座61形状和大小匹配的底安装孔56，底安装孔56的垂向截面也为“凸”字形截面，限位止挡的止挡座61卡合在底板51的底安装孔56中，使得下座阶611的上表面与底板51的下表面在垂向方向上相顶。

如图1、图2和图8所示，顶板2两侧开有贯通的轴安装孔21，为了满足车辆轻量化设计的需要，顶板2中间开有贯通的顶部减重孔23，顶板2中部边缘还设有向内部凹陷的顶部凹槽22。顶板2的两个轴安装孔21的位置与转向架1下端开的两个止挡孔11的位置相对应，两个锥形弹簧的芯轴3的轴柄31以间隙配合的方式安装在止挡孔11中。使得两个锥形弹簧的下端都卡合在底座5中，两个锥形弹簧的上端都卡合在转向架1中。

如图1-8所示，本发明在车辆进行小曲率转弯时，一系悬挂装置的刚度变化为：当车辆进行加速、减速或转弯时，转向架1会相对于轴箱座9移动或转动，因此，转向架1会通过芯轴3带动橡胶体41在横向方向或纵向方向上产生形变。两个锥形弹簧在产生形变时，橡胶体41首先会受到隔板42、外套43和外壳52的阻挡，使锥形弹簧的变刚度小幅度提高，此时，锥形弹簧的刚度曲线呈小幅度非线性增长。然后橡胶体41进一步产生形变，使止挡杆62与绝缘体8内侧相顶，由于止挡杆62能提供很大的阻挡力，此时，一系悬挂装置会产生大幅度变刚度，使一系悬挂装置的刚度曲线呈现显著的非线性增长。

当车辆的载荷大，行驶速度快，轨道的转弯半径较小时，转向架1会相对于轴箱座9产生较大的位移和转动角度。车辆在转弯的过程中，橡胶体41产生的形变会逐渐增大，止挡杆62外侧与绝缘体8内侧的间距W会逐渐缩小，直到止挡杆62与绝缘体8相顶。

如果车辆不行驶时，止挡杆62外侧与绝缘体8内侧的间距W太小，则车辆满载荷下转弯、刹车、提速都容易出现止挡杆62与绝缘体8相顶，使而使得一系悬挂装置在横向方向或纵向方向上频繁出现大幅度的变刚度，会让车辆的垂向缓冲和减震性能显著降低，旅客乘车的舒适度和乘车体验会很差。因此，需要根据车辆的车型，运行时的速度和小曲率转弯时轨道的曲率半径等因素，来确定锥形弹簧的刚度小幅度非线性增长达到多大值时再进行大幅度的刚度大幅度非线性增长，以确保车辆的缓冲、减震性能和安全、稳定的运行都能兼顾到。

本发明在车辆载重大的情况下运行时，车厢会通过转向架1向锥形弹簧施加很大的压力，使得锥形弹簧的橡胶体41在垂向方向上产生大幅度的形变，从而使得芯轴3的轴体32下表面与止挡座61的上座阶612的上表面的间距H较小。此时，一系悬挂装置的刚度变化为：当车辆进行爬坡、下坡和通过钢轨间隙处震动时都会产生的垂向方向的载荷变化，尤其是下坡的同时出现紧急刹车时，转向架1上方的载荷在垂向方向的变化是较大的。因此，转向架1会通过芯轴3带动橡胶体41在垂向上再次产生弹性形变。两个锥形弹簧在产生形变时，橡胶体41首先会受到隔板42、外套43和外壳52的阻挡，使锥形弹簧的垂向变刚度较大幅度提高，此时，锥形弹簧的刚度曲线呈较大幅度非线性增长。然后橡胶体41进一步产生形变，使芯轴3的轴体32下表面与止挡座61的上座阶612的上表面相顶，由于芯轴3与止挡座61相顶是刚性接触，止挡座61能提供很大的阻挡力，此时，一系悬挂装置会产生大幅度的垂向变刚度，使一系悬挂装置的垂向刚度曲线呈现显著的非线性增长。

但如果车辆满载荷下且未运行时，芯轴3的轴体32下表面与止挡座61的上座阶612的上表面的间距H就很小，会使得车辆运行过程中，垂向载荷较小的变化也会使芯轴3与止挡座61刚性相顶，从而使得一系悬挂装置在垂向方向频繁出现大幅度的变刚度，会让车辆的垂向缓冲和减震性能显著降低，旅客乘车的舒适度和乘车体验会很差。因此，需要根据车辆的车型，车辆的最大运载量，路途中轨道的坡度等因素，来确定锥形弹簧的刚度较大幅度非线性增长达到多大值时再进行大幅度的刚度大幅度非线性增长，以确保车辆的缓冲、减震性能和安全、稳定的运行都能兼顾到。

如图2所示，本实施例中可以通过调节止挡杆62外侧与绝缘体8内侧的间距W，可以调节一系悬挂装置在横向方向和纵向方向进行大幅度变刚度的初始刚度值，所述间距W的值越大，在横向方向和纵向方向上的初始刚度值就越高。所述初始刚度值即：锥形弹簧的刚度小幅度非线性增长达到多大值时再进行大幅度的变刚度。本实施例中本实施例中可以通过调节上座阶612上表面与绝缘体8下表面的间距H，可以调节一系悬挂装置在垂向方向进行大幅度变刚度的初始刚度值。所述间距H的值越大，在垂向方向上的初始刚度值就越高。

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)

1.一种一系悬挂装置的刚度调节结构，其特征在于，一系悬挂装置包括锥形弹簧和限位止挡，两个锥形弹簧沿纵向方向并排设置在转向架与轴箱之间，锥形弹簧内开有空腔，所述空腔中设置有限位止挡；当转向架相对于轴箱产生大幅度的横向、纵向或垂向方向的相对移动时，锥形弹簧会与空腔中的限位止挡相顶，从而使一系悬挂装置产生变刚度。

2.根据权利要求1所述的一种一系悬挂装置的刚度调节结构，其特征在于，一系悬挂装置还包括底座和顶板，限位止挡的下端与底座连接，轴箱上设有轴箱座；转向架下端开有止挡孔，锥形弹簧包括橡胶体、芯轴和外套，橡胶体内侧与芯轴连接，橡胶体外侧与外套连接；锥形弹簧内开设空腔是指：橡胶体、芯轴和外套内都开有相互连通的空腔；锥形弹簧沿纵向方向并排设置在转向架与轴箱之间是指：锥形弹簧的芯轴上端安装在转向架的止挡孔中，锥形弹簧的底座安装在轴箱座中。

3.根据权利要求2所述的一种一系悬挂装置的刚度调节结构，其特征在于，橡胶体内嵌有环形的隔板，橡胶体上端内侧与芯轴的外侧连接，橡胶体下端外侧与外套的内侧连接；芯轴包括轴柄和轴体，轴柄一体成型在轴体上方；底座包括底板、外壳和桥接部，外壳和桥接部一体成型在底板的外侧，桥接部的两侧各设置有一个外壳，外壳和桥接部无缝连接在一起；锥形弹簧的外套的外侧与底座的外壳的内侧贴紧，使得锥形弹簧下端过盈配合安装在底座中，芯轴上端安装在转向架的止挡孔中是指：芯轴的轴柄穿过顶板的轴安装孔伸入到转向架的止挡孔中，轴柄与止挡孔间隙配合安装。

4.根据权利要求3所述的一种一系悬挂装置的刚度调节结构，其特征在于，轴体包括轴柱体和轴锥体，轴锥体一体成型在轴柱体的下端，轴柱体为圆柱状，轴锥体为倒锥状；外套包括套管体、套锥体和套凹槽，套锥体一体成型在套管体与套凹槽之间，套管体为圆管状，套锥体的内侧上端的直径大于套锥体内侧下端的直径，套凹槽为外套下端向内侧凹陷的凹槽。

5.根据权利要求4所述的一种一系悬挂装置的刚度调节结构，其特征在于，橡胶体上端内侧与芯轴的外侧连接是指：橡胶体上端内侧与轴锥体外侧连接；橡胶体下端外侧与外套的内侧连接是指：橡胶体下端外侧与外套的套管体和套锥体内侧连接；限位止挡的下端卡合在底座中，限位止挡的上端延伸到芯轴中部开的空腔内。

6.根据权利要求5所述的一种一系悬挂装置的刚度调节结构，其特征在于，限位止挡包括止挡座和止挡杆，止挡杆一体成型在止挡座上方；止挡座的垂向截面为“凸”字形截面，止挡座的下端为下座阶，止挡座的上端为上座阶，底板上开有与止挡座形状和大小匹配的底安装孔；限位止挡的下端卡合在底座中是指：限位止挡的止挡座卡合在底板的底安装孔中，使得下座阶与底板在垂向方向上相顶；上座阶的外径大于芯轴的轴体下端的内径，芯轴下端与限位止挡相顶是指：轴体下表面与上座阶上表面相顶。

7.一种一系悬挂装置的垂向刚度调节方法，其特征在于，在一系悬挂装置的锥形弹簧内开设空腔，在所述的空腔内设置限位止挡，并将两个锥形弹簧沿纵向方向并排设置在转向架与轴箱之间；使得转向架相对于轴箱产生大幅度的横向、纵向或垂向方向的相对移动时，锥形弹簧会与空腔中的限位止挡相顶，从而使一系悬挂装置产生变刚度。

8.根据权利要求7所述的一种一系悬挂装置的垂向刚度调节方法，其特征在于，一系悬挂装置还包括底座和顶板，将限位止挡的下端与底座连接，在轴箱上设置轴箱座，并在转向架下端开设止挡孔；锥形弹簧包括橡胶体、芯轴和外套，将橡胶体内侧与芯轴连接，将橡胶体外侧与外套连接；锥形弹簧内开设空腔是指：橡胶体、芯轴和外套内都开有相互连通的空腔；锥形弹簧沿纵向方向并排设置在转向架与轴箱之间是指：锥形弹簧的芯轴上端安装在转向架的止挡孔中，锥形弹簧的底座安装在轴箱座中。

9.根据权利要求8所述的一种一系悬挂装置的垂向刚度调节方法，其特征在于，将芯轴下端外侧和外套上端内侧设置成倒锥状，且让橡胶体上端内侧与芯轴下端外侧连接，橡胶体下端外侧与外套的上端内侧连接；通过调节芯轴下端外侧和外套的上端内侧的锥度，以及调节橡胶体的厚度都能调节一系悬挂装置的横向、纵向和垂向方向的刚度。

10.根据权利要求9所述的一种一系悬挂装置的垂向刚度调节方法，其特征在于，在橡胶体内设置倒锥状空心的隔板，通过调节隔板与芯轴外侧的间距，或隔板与外套内侧的间距，或相邻隔板之间的间距，以及调节隔板的锥度、厚度和个数都能调节一系悬挂装置的横向、纵向和垂向方向的刚度。

Images