CN111547095A - 一种带板式刚度调节结构的复合关节 - Google Patents

Abstract

一种带板式刚度调节结构的复合关节，复合关节包括橡胶关节和金属关节，其中，橡胶关节包括端板、中间隔板和橡胶体，中间隔板与端板通过橡胶体硫化成一个整体，中间隔板上开有贯通中间隔板的隔板通孔，金属关节安装在隔板通孔中。辅助环内壁与中间板组成存在间隙，在间隙消失前产品提供小刚度的性能，便于车辆正常运行。当车辆启动制动时，间隙消失，提供大刚度。车辆挂钩时，间隙消失，能够承受冲击载荷。垂向方向，能够承受大载荷，能够保持车体的平稳性，并且在极端时支撑整个车体的重量。采用上下对称结构，有利于产品能够两节编组上下载荷的波动。

Description

一种带板式刚度调节结构的复合关节

技术领域

本发明涉及一种缓冲装置，具体涉及一种安装在车钩中的复合关节。

背景技术

目前铁路机车制造过程中，相邻的两节车厢之间广泛采用车钩连接，车钩作为车辆的关键部件，其对车辆的动力学性能和运行品质有着重要的影响。随着铁路提速、重载战略的实施，车钩因缺少变刚度，因橡胶部件的疲劳损坏而影响机车运行性能的故障逐渐增多，机车运行的稳定性变差，给行车安全造成了隐患。

目前的车钩有的是刚性连接，缓冲性能很差。也有的车钩具有缓冲结构，但在刚度调节方面较单一，缺少变刚度，难以满足车辆在大载荷下，以较小的刚度启动具备良好的缓冲性能；而紧急刹车或转弯时能产生变刚度，从而大幅度增加车钩处的刚度，确保车辆的稳定性能。

通过国内检索发现以下专利与本发明有相似之处：申请号为201510532446.3，名称为“具有限位装置的车钩后置式压溃管”的发明涉及一种具有限位装置的车钩后置式压溃管，包括缓冲器、压溃管和车钩安装座，压溃管包括压溃装置和膨胀管，所述压溃装置包括加压座和加压锥，位于膨胀管的一端 ；所述缓冲器的一端装有关节轴承，关节轴承与加压座接触 ；所述压溃管安装在车钩安装座上，关节轴承通过钩尾销与加压座相连，沿缓冲器壳体外径的圆周设置有限位盘 ；车钩安装座朝向限位盘的一面设置有限位台。本发明结构简单，解决了后置式压溃管在走完工作行程后难实现限位的问题，当压溃装置被触发运动过程中，限位盘与限位台限制压溃管的工作行程，降低对车体的冲击性。通过调整限位盘的位置可实现对后置式压溃管工作行程的精准限制。

申请号为CN200910210737.5，名称为“用于轻轨的半永久车钩”的发明涉及一种用于轻轨的半永久车钩，包括带缓冲器端和无缓冲器端，所述的带缓冲器端包括缓冲器、与缓冲器相接的关节轴承以及安装座，关节轴承与安装座之间通过钩尾销相连；所述的无缓冲器端包括左拉环、与左拉环相接的关节轴承以及安装座，关节轴承与安装座之间通过钩尾销相连；所述的缓冲器为双作用缓冲器，包括壳体、左端盖、右拉环、弹性体、中心轴以及中隔板，其中，中心轴穿过左端盖、右拉环的中心，并与二者滑动接触，中心轴的一端伸出左端盖，中隔板固装于中心轴上，并将壳体内部分隔为两个弹性体容置腔，弹性体位于两个弹性体容置腔内；左拉环的另一端设置有凸台，中心轴伸出左端盖的一端也设置有凸台，二者通过连接环连接。

上述专利虽然也都涉及到车钩中的缓冲结构，但其结构都不是将金属关节安装在橡胶关节中，组装成复合关节，使得复合关节能灵活的大角度转动，且在径向上能通过圆环状的像胶体来调节径向方向的刚度。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：如何让复合关节提供大角度偏转的同时，还能满足车辆小刚度启动和大刚度制动的动力学性能要求。

针以上述问题，本发明提出的技术方案是：一种带板式刚度调节结构的复合关节，复合关节包括橡胶关节和金属关节，其中，橡胶关节包括端板、中间隔板和橡胶体，中间隔板与端板通过橡胶体硫化成一个整体，中间隔板上开有贯通中间隔板的隔板通孔，金属关节安装在隔板通孔中。

优选的，中间隔板包括竖隔板和横隔板，且竖隔板和横隔板一体成型，在横隔板的上方和下方都设置有端板，中间隔板与端板通过橡胶体硫化成一个整体是指：横隔板与端板之间通过橡胶体硫化成一个整体。

优选的，竖隔板与端板之间留有间隙，中间隔板上开有贯通中间隔板的隔板通孔是指：在竖隔板中间开有贯通竖隔板的隔板通孔。

优选的，横隔板的上方的端板为上端板，横隔板的下方的端板为下端板，上端板和下端板都为空心的圆环；上端板与下端板之间还设有辅助环，且辅助环还设置在横隔板的外侧。

优选的，辅助环与横隔板之间留有间隙，且辅助环为分瓣式结构，辅助环的瓣数大于或等于2。

优选的，竖隔板与端板之间留有间隙，竖隔板与橡胶体之间也留有间隙，横隔板穿过所述的间隙，且横隔板将所述的间隙分隔成上、下两个空心的圆环状间隙。

优选的，橡胶体包括上橡胶体和下橡胶体，上橡胶体和下橡胶体都为空心的圆环；横隔板与端板之间通过橡胶体硫化成一个整体是指：横隔板与上端板通过上橡胶体硫化在一起，横隔板与下端板通过下橡胶体硫化在一起。

优选的，金属关节是以过盈配合的方式安装在隔板通孔中，金属关节包括关节外圈和关节内圈，关节外圈套在关节内圈上，关节内圈的中间开有贯通关节内圈的内圈通孔，销轴安装在所述的内圈通孔中。

优选的，关节内圈的外侧表面为球面，关节外圈的内侧表面为与关节内圈的外侧表面相匹配的球面。

本发明的有益技术效果是：辅助环内壁与中间板组成存在间隙，在间隙消失前产品提供小刚度的性能，便于车辆正常运行。当车辆启动制动时，间隙消失，提供大刚度。车辆挂钩时，间隙消失，能够承受冲击载荷。垂向方向，能够承受大载荷，能够保持车体的平稳性，并且在极端时支撑整个车体的重量。采用上下对称结构，有利于产品能够两节编组上下载荷的波动。

复合关节中设置金属关节，能让车辆的径向和轴向承载能力大，偏扭刚度小，金属关节，采用过盈压装，可以提升产品过曲线的能力，适应车体的浮动，匹配更好的车辆动力学性能。既能满足径向和轴向的需求，又能提供偏扭刚度小的性能，有利于车辆过小曲线能力。

且当车体上下浮动时，由金属关节提供无障碍偏转角度，当过曲线时，金属关节能够提供无障碍的转动，当车辆启动制动和挂车时，可以提供大的载荷，当正常运行时，橡胶能够提供小的刚度，舒适性更好。垂向方向载荷可以提供很大。该复合关节可以提供更好的动力学要求，脱轨系数更低，小曲线上运行，可以减缓轮对和钢轨的磨耗。

附图说明

图1为实施例一的结构示意图；

图2为图1中去除销轴的结构示意图；

图3为图1中去除金属关节的结构示意图；

图中：1橡胶关节、11上端板、12下端板、13上橡胶体、14下橡胶体、15竖隔板、16横隔板、17隔板通孔、18辅助环、21关节外圈、22关节内圈、221内圈通孔、23销轴。

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3所示，复合关节包括橡胶关节1和金属关节，其中，橡胶关节1包括端板、中间隔板、橡胶体和辅助环18。而中间隔板包括竖隔板15和横隔板16，在竖隔板15中间开有贯通竖隔板15的隔板通孔17，使得竖隔板15为空心圆管状。横隔板16一体成型在竖隔板15的外侧，横隔板16为空心的圆环状。将中间隔板沿垂向方向剖开时，其剖面为两个横向的且相对分布的T字形剖面。

在横隔板16的上方设置有上端板11，在横隔板16与上端板11之间通过上橡胶体13硫化成一个整体。在横隔板16的下方设置有下端板12，在横隔板16与下端板12之间通过下橡胶体14硫化成一个整体。其中，上端板11、上橡胶体13、下端板12和下橡胶体14都是空心的圆环状，且上端板11、上橡胶体13、下端板12和下橡胶体14都与竖隔板15之间保留有一定间距的间隙S1，而横隔板16穿过所述的间隙S1，且横隔板16将所述的间隙分隔成上、下两个空心的圆环状间隙S1。

辅助环18设置在上端板11与下端板12之间，且辅助环18还设置在横隔板16的外侧，为了方便辅助的装配，辅助环18不宜设置成一个环状整体。本实施例中，辅助环18可以由弹性材料制成，辅助环18也可以是橡胶和金属硫化在一起，其中橡胶设置在辅助环18内侧，金属设置在辅助环18外侧。辅助环18为分瓣式结构，且辅助环18的瓣数为2瓣，所述2瓣辅助环18相顶在上端板11与下端板12之间，使得辅助环18在径向方向上总与横隔板16之间保留有一定间距的间隙S2。本实施例中，辅助环18与横隔板16之间的间隙S2要稍小于或等于上端板11和下端板12与横隔板16之间的间隙。

将端板、中间隔板和橡胶体硫化成一个整体，并装配好辅助环18后就组装成了橡胶关节1。将金属关节过盈配合安装在竖隔板15的隔板通孔17中，就能将金属关节和橡胶关节1组合成一个复合关节。然后可以将复合关节以过盈配合的方式安装在车钩内，使辅助环18、上端板11和下端板12的外侧与车钩的内侧都相顶。

如图1和图2所示，金属关节包括关节外圈21和关节内圈22，关节外圈21套在关节内圈22上，关节内圈22的中间开有贯通关节内圈22的内圈通孔221，销轴23以过盈配合的方式安装在所述的内圈通孔221中。关节内圈22的外侧表面为球面，关节外圈21的内侧表面为与关节内圈22的外侧表面相匹配的球面，使得销轴23转动时能带 动关节内圈22相对于关节外圈21转动。

如图1至图3所示，本实施例的复合关节中的金属关节主要提供轴向的大角度偏转能力和很小的偏转刚度，而复合关节中的橡胶关节1则主要提供良好的径向缓冲性能和较小的径向刚度。例如：将本实施例的复合关节安装在一个车钩内，而另一个车钩则铰接在销轴23的两端，车辆在转弯时，两个车钩会发生相对转动，由于复合关节中有金属关节，因此，车辆能很好的小半径转弯。而当车辆在大载荷下进行启动和制动的过程中，复合关节中的橡胶关节1能提供良好的缓冲性能。

具体来说，当将后面车厢的车钩铰接在销轴23上，而复合关节安装在前面车厢的车钩内，辆在大载荷下紧急制动时橡胶关节1提供的良好的缓冲性能是通过下述原理来实现的：由于惯性的作用后面车厢会通过后车钩32向前推动销轴23，使得金属关节向前推动中间隔板。而此时，由于辅助环18、上端板11和下端板12的外侧与前面车厢的前车钩31的内侧都相顶，因此，金属关节会相对于橡胶关节1在径向方向产生相对运动。相对运动时，首先会是上橡胶体13和下橡胶体14产生剪切形变提供阻尼力，起到缓冲的作用。随着金属关节相对于橡胶关节1进一步运动，横隔板16的外侧会与辅助环18相顶，由于辅助环18由弹性材料制成，因此，横隔板16向前挤压辅助环18时，辅助环18会产生形变提供阻尼力，进一步起到缓冲的作用。但由于辅助环18与前车钩31的内侧相顶，因此，辅助环18被压缩到一定程度后就难以进一步被压缩，此时，辅助环18会和前车钩31一起形成硬止档功能，使得复合关节产生变刚度，刚度大幅度提升，能阻止金属关节继续相对于橡胶关节1向前运动。

实施例二

与实施例一的不同之处在于，本实施例中没有辅助环18，中间隔板相对于端板在径向方向运动时，先是橡胶体产生形变提供线性的刚度。而当中间隔板逐渐向端板移动直至竖隔板15与端板相顶时，端板将产生阻止中间隔板移动的阻尼力，此时橡胶关节1会产生变刚变。本实施例的复合关节在径向方向上的缓冲性能会比实施例一差些，但本实施例也能应用于车辆对缓冲性能要求不高，而对车辆小曲率转弯要求高的工况中。

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 (9)

1.一种带板式刚度调节结构的复合关节，其特征在于，复合关节包括橡胶关节和金属关节，其中，橡胶关节包括端板、中间隔板和橡胶体，中间隔板与端板通过橡胶体硫化成一个整体，中间隔板上开有贯通中间隔板的隔板通孔，金属关节安装在隔板通孔中。

2.根据权利要求1所述的一种带板式刚度调节结构的复合关节，其特征在于，中间隔板包括竖隔板和横隔板，且竖隔板和横隔板一体成型，在横隔板的上方和下方都设置有端板，中间隔板与端板通过橡胶体硫化成一个整体是指：横隔板与端板之间通过橡胶体硫化成一个整体。

3.根据权利要求2所述的一种带板式刚度调节结构的复合关节，其特征在于，竖隔板与端板之间留有间隙，中间隔板上开有贯通中间隔板的隔板通孔是指：在竖隔板中间开有贯通竖隔板的隔板通孔。

4.根据权利要求3所述的一种带板式刚度调节结构的复合关节，其特征在于，横隔板的上方的端板为上端板，横隔板的下方的端板为下端板，上端板和下端板都为空心的圆环；橡胶关节还包括辅助环，辅助环设置在上端板与下端板之间，且辅助环还设置在横隔板的外侧。

5.根据权利要求4所述的一种带板式刚度调节结构的复合关节，其特征在于，辅助环与横隔板之间留有间隙，且辅助环为分瓣式结构，辅助环的瓣数大于或等于2。

6.根据权利要求3述的一种带板式刚度调节结构的复合关节，其特征在于，竖隔板与端板之间留有间隙，竖隔板与橡胶体之间也留有间隙，横隔板穿过所述的间隙，且横隔板将所述的间隙分隔成上、下两个空心的圆环状间隙。

7.根据权利要求4所述的一种带板式刚度调节结构的复合关节，其特征在于，橡胶体包括上橡胶体和下橡胶体，上橡胶体和下橡胶体都为空心的圆环；横隔板与端板之间通过橡胶体硫化成一个整体是指：横隔板与上端板通过上橡胶体硫化在一起，横隔板与下端板通过下橡胶体硫化在一起。

8.根据权利要求1所述的一种带板式刚度调节结构的复合关节，其特征在于，金属关节是以过盈配合的方式安装在隔板通孔中，金属关节包括关节外圈和关节内圈，关节外圈套在关节内圈上，关节内圈的中间开有贯通关节内圈的内圈通孔，销轴安装在所述的内圈通孔中。

9.根据权利要求8述的一种带板式刚度调节结构的复合关节，其特征在于，关节内圈的外侧表面为球面，关节外圈的内侧表面为与关节内圈的外侧表面相匹配的球面。

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