CN113788041A - 一种降低一系悬挂振动与噪声的方法及一系悬挂减振系统 - Google Patents

Abstract

一种降低一系悬挂振动与噪声的方法及一系悬挂减振系统，通过对一系簧的轴箱拉杆橡胶关节刚度调整降低一系悬挂振动与噪声；将安装在机车转向架一系悬挂轴箱的左上角与右下角的两根拉杆两端的轴箱拉杆橡胶关节的径向刚度降低，并提高轴箱拉杆橡胶关节的轴向刚度和偏转刚度，从而使得产品能在解决轮缘磨耗大的问题和改善车子过曲线能力的基础上同时保证机车横向的稳定性，以此调整降低一系悬挂振动与噪声。本发明通过调整一系悬挂轴箱的的刚度匹配，提高机车运行的稳定性，能在降低橡胶节点径向刚度的同时，提高轴向刚度和偏转刚度，在解决轮缘磨耗大的问题和改善车子过曲线能力的基础上同时保证机车横向的稳定性，降低一系悬挂振动与噪声。

Description

一种降低一系悬挂振动与噪声的方法及一系悬挂减振系统

技术领域

本发明涉及一种受力部件的仿真分析方法，尤其是指一种降低一系悬挂振动与噪声的方法及一系悬挂减振系统，该种降低一系悬挂振动与噪声的方法及一系悬挂减振系统应用于机车转向架一系悬挂系统中，主要用于调整降低一系悬挂振动与噪声。

背景技术

轴箱拉杆橡胶关节主要安装在机车转向架一系悬挂轴箱的左上角与右下角的两根拉杆两端，主要为机车传递牵引力和制动力，并提供一定的横向刚度，同时降低一系悬挂提供振动与噪声。

经过研究分析，橡胶关节产品的径向是主要承载方向，对应机车的前进方向，即一系悬挂的纵向，以往的设计中径向刚度比较大。但是在实际使用中，橡胶关节较大的径向刚度，意味着机车的纵向刚度也很大。这使得机车一系悬挂的纵向很硬，在转弯过曲线的时候不能够快速地适应转向带来的离心力，需要依赖轮缘从轨道上受力抵抗离心力的时间较长，导致轮缘受到的磨耗十分严重。

橡胶关节产品的轴向，对应机车一系悬挂的横向。通常橡胶关节的轴向刚度和偏转刚度都比较小，但是在该类型转向架中，机车的横向稳定性依赖与橡胶关节吸收冲击和振动的能力，因此轴箱拉杆橡胶关节的轴向刚度和偏转刚度需要保持一个相对较高的水平，以提供给机车足够的横向刚度，提升行车的稳定性和舒适性。

根据以上实际工况分析，橡胶关节刚度参数的一个调整优化方向是尽可能降低径向刚度，并且保证较高的轴向刚度和偏转刚度，可以达到增强机车的过曲线能力，减轻轮缘磨耗的目的，并且保证行车稳定性。

以一组原有的轴箱拉杆橡胶关节性能参数为例：径向刚度195kN/mm，轴向刚度57kN/mm，偏转刚度＞1670N.m/deg。该组参数在实际应用的过程中车辆过曲线能力很差。申请人发现上述这些原性能参数的橡胶关节在使用过程中有较大的问题，轴箱拉杆橡胶关节径向刚度大，使得一系悬挂的纵向刚度太硬，导致机车轮缘磨耗比较大，车子通过曲线的能力非常差。因此，需要将橡胶关节的径向刚度降低，解决轮缘磨耗大的问题和改善车子过曲线能力。但是，申请人在降低橡胶节点径向刚度的过程中，又发现降低橡胶节点径向刚度会对橡胶节点的轴向刚度和偏转刚度造成影响，使得轴向刚度和偏转刚度也会降低，这种情况的出现也是不好的，因为为了保证机车横向的稳定性，橡胶关节的轴向刚度和偏转刚度需要尽量高。为了降低橡胶节点径向刚度，而使得橡胶节点的轴向刚度和偏转刚度同时降低的这种做法得不偿失，这是一种在牺牲机车横向的稳定性基础上，解决轮缘磨耗大的问题和改善车子过曲线能力的方法，因此是不可取的，通过研究分析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、申请号为CN202010689915.3，名称为“一种悬挂式货运空铁的一系悬挂装置”，申请人为中车资阳机车有限公司的中国发明专利，该专利公开了一种悬挂式货运空铁的一系悬挂装置，设置在构架和集成传动箱之间，所述集成传动箱为传动箱和轴箱集成为一体，且与轮对传动连接；所述集成传动箱上部位于轮对两侧对称布置有四个螺旋钢弹簧，四个所述螺旋钢弹簧与所述构架连接，所述集成传动箱中部位于轮对一侧设置有沿轮对径向对称的两个轴箱拉杆，两个所述轴箱拉杆与所述构架连接，所述螺旋钢弹簧和轴箱拉杆内置于轮对内侧。

2、申请号为CN201910793003.8，名称为“轴箱拉杆球铰的纵向刚度调节结构及纵向刚度调节方法”，申请人为株洲时代新材料科技股份有限公司的中国发明专利，该专利公开了一种轴箱拉杆球铰的纵向刚度调节结构，轴箱拉杆球铰包括外套、橡胶体和芯轴，橡胶体硫化在芯轴与外套之间，橡胶体在纵向方向的结构为纵向胶体，纵向胶体的内侧与芯轴硫化成一个整体，纵向胶体外侧的中部与外套内侧硫化在一起，纵向胶体外侧的两端设有调节孔，调节孔为盲孔。为大幅度降低纵向刚度，在纵向胶体上，开有调节孔结构，但孔为盲孔，以提升纵向承载能力；调节孔采用贴近式型面设计原则，设计为豆荚式形状，在纵向载荷下，两侧橡胶体柔性贴近金属外套，能让橡胶体应力更平缓的释放以及纵向刚度曲线的变化更为平滑；调整孔的宽度、深度及长度可以大幅度的调整纵向刚度的大小。

3、申请号为CN200620053146.3，名称为“一种轴箱拉杆”，申请人为中国南车集团株洲电力机车有限公司的中国实用新型专利，该专利公开了一种轴箱拉杆，在两根芯轴上套有芯轴弹性套，芯轴弹性套上套有连接两芯轴的拉杆，使得两芯轴通过拉杆为弹性连接；在拉杆的芯轴孔端面位置均设有防止拉杆轴向移动的端盖，端盖通过端盖弹性垫与拉杆的芯轴孔端面接触，端盖由卡在芯轴上的卡环控制轴向位置；其特征在于：套在两芯轴上连接两芯轴的芯轴弹性套为金属弹性体复合套，其芯轴弹性套的外层为金属套，与金属套内面紧连在一起有一个弹性件，弹性件外圆与金属套的内圆形状相一致，弹性件的内圆与芯轴的外圆相一致；此外，芯轴孔端面与防止拉杆轴向移动的端盖之间的端盖弹性垫也为金属弹性体构件，且为两面为金属件，中间为弹性件的金属弹性体构件。

通过对上述这些专利的仔细分析，虽然已经有专利提出了一些针对一系悬挂的改进和提高一系悬挂抗疲劳的方法，也提出了一些改进技术方案，但通过仔细分析，这些专利都仍是在传统的结构上就局部的结构进行调整进行改进，虽说在性能提升上会有一些效果，但是缺乏整体的系统分析，也未从根本上解决问题，因此前面所提出的问题仍然存在，所以仍有待进一步加以研究改进。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有的降低一系悬挂振动与噪声的方法在现有的机车横向的稳定性方面存在问题，导致车子过曲线时轮缘磨耗大，提出一种能在解决轮缘磨耗大的问题和改善车子过曲线能力的基础上同时保证机车横向的稳定性，从而调整降低一系悬挂振动与噪声的方法及一系悬挂系统。

为了达到这一目的，本发明提供了一种降低一系悬挂振动与噪声的方法，通过对一系簧的轴箱拉杆橡胶关节刚度调整降低一系悬挂振动与噪声；将安装在机车转向架一系悬挂轴箱的左上角与右下角的两根拉杆两端的轴箱拉杆橡胶关节的径向刚度降低，并提高轴箱拉杆橡胶关节的轴向刚度和偏转刚度，从而使得产品能在解决轮缘磨耗大的问题和改善车子过曲线能力的基础上同时保证机车横向的稳定性，以此调整降低一系悬挂振动与噪声。

进一步地，所述的将安装在机车转向架一系悬挂轴箱的左上角与右下角的两根拉杆两端的轴箱拉杆橡胶关节的径向刚度降低是根据机车转向架一系悬挂轴箱的左上角与右下角的两根拉杆两端的轴箱拉杆橡胶关节的受力情况，分别将轴箱拉杆橡胶关节的径向刚度调整为25-31kN/mm。

进一步地，所述的将轴箱拉杆橡胶关节的径向刚度调整为25-31kN/mm是将轴箱拉杆橡胶关节中左主硫化体和右主硫化体的主橡胶层以倾斜状态设置，使得所述主橡胶层呈现锥型筒体状，并在左主硫化体和右主硫化体之间采用中间开窗结构，形成内部空腔；通过锥型筒体状和内部空腔降低了产品的径向刚度，并通过调整锥型筒体状主橡胶层的结构和内部空腔大小调整轴箱拉杆橡胶关节的径向刚度；当受到径向作用力时，由轴箱拉杆橡胶关节的锥型筒体状橡胶层提供径向刚度，并将径向刚度控制在25-31kN/mm。

进一步地，所述的提高轴箱拉杆橡胶关节的轴向刚度和偏转刚度是将机车转向架一系悬挂轴箱的左上角与右下角的两根拉杆两端的轴箱拉杆橡胶关节的轴向刚度提升到26-33kN/mm；将机车转向架一系悬挂轴箱的左上角与右下角的两根拉杆两端的轴箱拉杆橡胶关节的偏转刚度提升到≥1600N.m/deg。

进一步地，所述的将机车转向架一系悬挂轴箱的左上角与右下角的两根拉杆两端的轴箱拉杆橡胶关节的轴向刚度提升到26-33kN/mm是在轴箱拉杆橡胶关节中的中间开有窗口，并在中间开窗的位置设置中间硫化体，当受到轴向作用力时由中间硫化体提供轴向刚度，并控制轴向刚度在26-33kN/mm。

进一步地，所述的将机车转向架一系悬挂轴箱的左上角与右下角的两根拉杆两端的轴箱拉杆橡胶关节的偏转刚度提升到≥1600N.m/deg是将轴箱拉杆橡胶关节中的主橡胶层与中间硫化体采取预压缩方式安装，并通过控制预压缩的程度确保轴箱拉杆橡胶关节组配合的偏转刚度≥1600N.m/deg。

进一步地，所述的将轴箱拉杆橡胶关节中的主橡胶层与中间硫化体采取预压缩方式安装是采用5段结构的阶梯状芯轴，其中最中间为芯轴中间台阶，将轴箱拉杆橡胶关节的2个中间硫化体分别通过过盈配合压装在形状的第二台阶上，再将左主硫化体和右主硫化体的内套通过过盈配合压装到芯轴的第四台阶上，并在压装内套时，使得主硫化体的外套也通过子口相互配合压装在一，既形成内部空腔，又实现外套压缩中间硫化体，使得左主硫化体和右主硫化体的主橡胶层和2个中间硫化体均处于压缩状态；通过左主硫化体和右主硫化体的主橡胶层和2个中间硫化体的预压缩状态提高轴箱拉杆橡胶关节的偏转刚度，并将轴箱拉杆橡胶关节的偏转刚度偏转刚度控制在≥1600N.m/deg。

一种实现上述降低一系悬挂振动与噪声的方法的一系悬挂减振系统，包括转向架、轴箱和轴箱拉杆；轴箱拉杆包括上轴箱拉杆和下轴箱拉杆；所述轴箱分别通过上轴箱拉杆和下轴箱拉杆悬挂在转向架上；所述的上轴箱拉杆和下轴箱拉杆的两端分别安装有轴箱拉杆橡胶关节，轴箱拉杆橡胶关节压装在轴箱拉杆两端的关节孔内；轴箱拉杆通过轴箱拉杆橡胶关节连接转向架和轴箱；所述的轴箱拉杆橡胶关节为带有硫化体的橡胶金属组合弹性关节：且轴箱拉杆橡胶关节的径向刚度为25-31kN/mm；轴箱拉杆橡胶关节的轴向刚度为26-33kN/mm；偏转刚度≥1600N.m/deg。

进一步地，所述的轴箱拉杆橡胶关节包括芯轴、硫化体，且硫化体分为主硫化体和中间硫化体；其中，芯轴为梭子状的阶梯芯轴，且中间高两端低，主硫化体又分为左主硫化体和右主硫化体两个部分，左主硫化体和右主硫化体组合压装在阶梯状芯轴的第四台阶上，并使得左主硫化体和右主硫化体的外套通过子口压套连接起来，并在组合起来的外套内形成一个内部空腔；在内部空腔内的阶梯状的芯轴上的芯轴中间台阶两边分别压套有中间硫化体。

进一步地，所述的左主硫化体和右主硫化体的主橡胶层以倾斜状态设置，使得所述主橡胶层呈现锥型筒体状，并确保主橡胶层的径向刚度为25-31kN/mm。

进一步地，所述的芯轴采用5段结构的阶梯状芯轴，其中最中间为芯轴中间台阶，将轴箱拉杆橡胶关节的2个中间硫化体分别通过过盈配合压装在形状的第二台阶上，再将左主硫化体和右主硫化体的内套通过过盈配合压装到芯轴的第四台阶上，并在压装内套时，也使得主硫化体的外套也通过子口相互配合压装在一，既形成内部空腔，又实现外套压缩中间硫化体，使得左主硫化体和右主硫化体的主橡胶层和2个中间硫化体均处于压缩状态。

进一步地，所述的左主硫化体和右主硫化体的主橡胶层处于压缩状态是左主硫化体和右主硫化体的外套与内套在初始状态时，内套要突出出外套端面，形成一个端面凸台；当左主硫化体和右主硫化体安装到芯轴上后，通过内套与芯轴的阶梯台阶的过盈配合，压迫左主硫化体和右主硫化体的主橡胶层，直至内套与外套之间的端面凸台消失，内套和外套端面平齐，并确保主橡胶层的径向刚度为25-31kN/mm。

进一步地，所述的中间硫化体处于压缩状态是左主硫化体和右主硫化体外套所形成的内部空腔的内面端面紧贴在中间硫化体最外层的外金属端板的端面上，并通过外套的内面端面在左主硫化体和右主硫化体两个外套子口对接时压紧，进行预压缩，并确保轴向刚度为26-33kN/mm，同时与主橡胶层配合形成偏转刚度≥1600N.m/deg。

进一步地，所述的中间硫化体为多层橡胶金属复合件，在外金属端板与内金属端板之间的轴向橡胶层内插入有金属隔板，形成多层结构，且整个中间硫化体的内周面为锥型内周面，内金属端板的内圈通过过盈配合安装在芯轴的台阶上。

本发明的优点在于：

本发明通过研究分析后调整一系悬挂轴箱的左上角与右下角的两根拉杆两端的轴箱拉杆橡胶关节的刚度匹配，进一步提高机车运行的稳定性，能在降低橡胶节点径向刚度的同时，保证了较高的轴向刚度和偏转刚度，使得一系悬挂轴箱能在解决轮缘磨耗大的问题和改善车子过曲线能力的基础上同时保证机车横向的稳定性，从而调整降低一系悬挂振动与噪声。调整优化后的产品的技术参数为径向刚度28kN/mm，轴向刚度29kN/mm，偏转刚度≥1600N.m/deg/°。

相比较于改进前的性能参数，径向刚度降低至原来的15%，使得机车一系悬挂的纵向刚度变软，大大增强了一系悬挂对转弯过曲线的适应能力，减小了轮缘受到的来自轨道的压力，有效缓解轮缘磨耗严重的问题。

此外在径向刚度大大降低的基础上，维持偏转刚度基本不变，轴向刚度仅降低至原有参数的50%，依然足够保证机车横向的稳定性。

附图说明

图1是本发明一系悬挂轴箱系统结构示意图；

图2本发明一个实施例的一系悬挂轴箱系统的轴箱拉杆橡胶关节结构示意图；

图3本发明一个实施例轴箱拉杆橡胶关节的芯轴结构示意图；

图4本发明一个实施例轴箱拉杆橡胶关节的左硫化体结构示意图；

图5本发明一个实施例轴箱拉杆橡胶关节的右硫化体结构示意图；

图6本发明一个实施例轴箱拉杆橡胶关节的中间硫化体结构示意图；

图7本发明一个实施例轴箱拉杆橡胶关节的局部位置尺寸示意图。

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1-7可以看出，本发明涉及一系悬挂减振系统，包括转向架1、轴箱2和轴箱拉杆3；轴箱拉杆3包括上轴箱拉杆5和下轴箱拉杆6；所述轴箱2分别通过上轴箱拉杆5和下轴箱拉杆6悬挂在转向架1上；所述的上轴箱拉杆5和下轴箱拉杆6的两端分别安装有轴箱拉杆橡胶关节4，轴箱拉杆橡胶关节4压装在轴箱拉杆3两端的关节孔内；轴箱拉杆3通过轴箱拉杆橡胶关节4连接转向架1和轴箱2；所述的轴箱拉杆橡胶关节4为带有硫化体的橡胶金属组合弹性关节：且轴箱拉杆橡胶关节的径向刚度为25-31kN/mm；轴箱拉杆橡胶关节的轴向刚度为26-33kN/mm；偏转刚度≥1600N.m/deg。在降低橡胶节点径向刚度的同时，保证了较高的轴向刚度和偏转刚度，从而使得产品能在解决轮缘磨耗大的问题和改善车子过曲线能力的基础上同时保证机车横向的稳定性。

进一步地，所述的轴箱拉杆橡胶关节4包括芯轴7、硫化体8，且硫化体分为主硫化体10和中间硫化体11；其中，芯轴7为梭子状的阶梯芯轴，且中间高两端低，主硫化体10又分为左主硫化体12和右主硫化体13两个部分，左主硫化体12和右主硫化体13组合压装在阶梯状芯轴7上的第四台阶26上，并使得左主硫化体12和右主硫化体13的外套9通过子口18压套连接起来，并在组合起来的外套9内形成一个内部空腔14；在内部空腔14内的阶梯状的芯轴7上的芯轴中间台阶15两边分别压套有中间硫化体11。将芯轴设计为阶梯状台阶设计，利用多级台阶对弹性橡胶部件和外套体进行轴向定位，既可以便于产品的组装，还可以有效实现轴箱拉杆橡胶关节4的轴向定位。

进一步地，所述的左主硫化体12和右主硫化体13的主橡胶层17以倾斜状态设置，使得所述主橡胶层17呈现锥型筒体状，并确保主橡胶层17的径向刚度为25-31kN/mm。将主橡胶层17设置成锥型筒体状，有利于轴箱拉杆橡胶关节4的轴向刚度调整，轴箱拉杆橡胶关节4的轴向刚度可通过调整左主硫化体12和右主硫化体13主橡胶层17的橡胶的锥角α与橡胶层厚度H1，以及调整中间硫化体11的轴向橡胶层22胶层厚度L6、L7，在低径向刚度的要求下α与H1的调整对轴向刚度的影响不超过20%。中间硫化体11的胶层厚度变化对产品轴向刚度的影响占80%以上。通过调整轴向橡胶层22的橡胶层厚度，可以使得产品达到15-100kN/mm不同级别的轴向刚度。

进一步地，所述的芯轴7上采用5段结构的阶梯状芯轴，其中最中间为芯轴中间台阶15，将轴箱拉杆橡胶关节的4个中间硫化体11分别通过过盈配合压装在形状的第二台阶25上，再将左主硫化体12和右主硫化体13的内套通过过盈配合压装到芯轴7上的第四台阶26上，并在压装内套16时，也使得主硫化体的外套9也通过子口18相互配合压装在一，既形成内部空腔14，又实现外套9压缩中间硫化体11，使得左主硫化体12和右主硫化体13的主橡胶层17和2个中间硫化体11均处于压缩状态；本发明采用中间硫化体11中间开窗设计，极大的降低了产品的径向刚度，L1/L0=30%-70%。中间硫化体11的径向刚度通常比左硫化体2、右硫化体4的径向刚度低2个数量级，说以中间硫化体11基本上不影响该产品的径向刚度。

进一步地，所述的左主硫化体12和右主硫化体13的主橡胶层17处于压缩状态是左主硫化体12和右主硫化体13的外套9与内套16在初始状态时，内套16要突出出外套9端面，形成一个端面凸台L4；当左主硫化体12和右主硫化体13安装到芯轴7上后，通过内套16与芯轴7上的阶梯台阶的过盈配合，压迫左主硫化体12和右主硫化体13的主橡胶层17，直至内套16与外套9之间的端面凸台消失，内套16和外套9端面平齐，并确保主橡胶层17的径向刚度为25-31kN/mm。

进一步地，所述的中间硫化体11处于压缩状态是左主硫化体12和右主硫化体13外套9所形成的内部空腔14的内面端面19紧贴在中间硫化体11最外层的外金属端板20的端面上，并通过外套9的内面端面19在左主硫化体12和右主硫化体13的两个外套子口对接时压紧，进行预压缩，并确保轴向刚度为26-33kN/mm，同时与主橡胶层17配合形成偏转刚度≥1600N.m/deg。由于轴箱拉杆橡胶关节的2组装完成后A，B，C，D四处均无间隙，且由于轴向预压缩的作用，各个接触面具有一定的预紧力。当轴箱拉杆橡胶关节4发生偏转运动时，中间硫化体11发生轴向继续压缩的趋势，由于中间硫化体11具有较高的轴向刚度，因此，中间硫化体11会产生很大的阻止产品发生偏转的力矩，从而提升轴箱拉杆橡胶关节的偏转刚度。常规的轴箱拉杆橡胶关节中间不开窗，无中间硫化体，偏转刚度一般不超过0.8kN.m/deg，径向刚度会比本发明专利结构提高一倍以上。而本发明专利的结构，产品的偏转刚度不低于1.6kN.m/deg。在保证低的径向刚度水平的时候可，可以保持很大的偏转刚度，提高产品抗偏转的能力，从而提高一系悬挂系统的整体可靠性，从而调整降低一系悬挂振动与噪声。

进一步地，所述的中间硫化体11为多层橡胶金属复合件，在外金属端板20与内金属端板21之间的轴向橡胶层22内插入有金属隔板23，形成多层结构，且整个中间硫化体11的内周面24为锥型内周面，内金属端板21的内圈通过过盈配合安装在芯轴7上的第二台阶25上。

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，而且本说明书中所引用的如“上”、“下”、“前”、“后”、“中间”等用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。同时，说明书附图所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容所能涵盖的范围内。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。

通过上述实施例的描述，可以看出本发明还涉及到一种降低一系悬挂振动与噪声的方法，通过对一系簧的轴箱拉杆橡胶关节刚度调整降低一系悬挂振动与噪声；将安装在机车转向架一系悬挂轴箱的左上角与右下角的两根拉杆两端的轴箱拉杆橡胶关节的径向刚度降低，并提高轴箱拉杆橡胶关节的轴向刚度和偏转刚度，从而使得产品能在解决轮缘磨耗大的问题和改善车子过曲线能力的基础上同时保证机车横向的稳定性，以此调整降低一系悬挂振动与噪声。

进一步地，所述的将安装在机车转向架一系悬挂轴箱的左上角与右下角的两根拉杆两端的轴箱拉杆橡胶关节的径向刚度降低是根据机车转向架一系悬挂轴箱的左上角与右下角的两根拉杆两端的轴箱拉杆橡胶关节的受力情况，分别将轴箱拉杆橡胶关节的径向刚度调整为25-31kN/mm。

进一步地，所述的将轴箱拉杆橡胶关节的径向刚度调整为25-31kN/mm是将轴箱拉杆橡胶关节中左主硫化体和右主硫化体的主橡胶层以倾斜状态设置，使得所述主橡胶层呈现锥型筒体状，并在左主硫化体和右主硫化体之间采用中间开窗结构，形成内部空腔；通过锥型筒体状和内部空腔降低了产品的径向刚度，并通过调整锥型筒体状主橡胶层的结构和内部空腔大小调整轴箱拉杆橡胶关节的径向刚度；当受到径向作用力时，由轴箱拉杆橡胶关节的锥型筒体状橡胶层提供径向刚度，并将径向刚度控制在25-31kN/mm。

进一步地，所述的提高轴箱拉杆橡胶关节的轴向刚度和偏转刚度是将机车转向架一系悬挂轴箱的左上角与右下角的两根拉杆两端的轴箱拉杆橡胶关节的轴向刚度提升到26-33kN/mm；将机车转向架一系悬挂轴箱的左上角与右下角的两根拉杆两端的轴箱拉杆橡胶关节的偏转刚度提升到≥1600N.m/deg。

进一步地，所述的将机车转向架一系悬挂轴箱的左上角与右下角的两根拉杆两端的轴箱拉杆橡胶关节的轴向刚度提升到26-33kN/mm是在轴箱拉杆橡胶关节中的中间开有窗口，并在中间开窗的位置设置中间硫化体，当受到轴向作用力时由中间硫化体提供轴向刚度，并控制轴向刚度在26-33kN/mm。

进一步地，所述的将机车转向架一系悬挂轴箱的左上角与右下角的两根拉杆两端的轴箱拉杆橡胶关节的偏转刚度提升到≥1600N.m/deg是将轴箱拉杆橡胶关节中的主橡胶层与中间硫化体采取预压缩方式安装，并通过控制预压缩的程度确保轴箱拉杆橡胶关节组配合的偏转刚度≥1600N.m/deg。

进一步地，所述的将轴箱拉杆橡胶关节中的主橡胶层与中间硫化体采取预压缩方式安装是采用5段结构的阶梯状芯轴，其中最中间为芯轴中间台阶，将轴箱拉杆橡胶关节的2个中间硫化体分别通过过盈配合压装在形状的第二台阶上，再将左主硫化体和右主硫化体的内套通过过盈配合压装到芯轴的第四台阶上，并在压装内套时，使得主硫化体的外套也通过子口相互配合压装在一，既形成内部空腔，又实现外套压缩中间硫化体，使得左主硫化体和右主硫化体的主橡胶层和2个中间硫化体均处于压缩状态；通过左主硫化体和右主硫化体的主橡胶层和2个中间硫化体的预压缩状态提高轴箱拉杆橡胶关节的偏转刚度，并将轴箱拉杆橡胶关节的偏转刚度偏转刚度控制在≥1600N.m/deg。

本发明的优点在于：

本发明通过研究分析后调整一系悬挂轴箱的左上角与右下角的两根拉杆两端的轴箱拉杆橡胶关节的刚度匹配，进一步提高机车运行的稳定性，能在降低橡胶节点径向刚度的同时，保证了较高的轴向刚度和偏转刚度，使得一系悬挂轴箱能在解决轮缘磨耗大的问题和改善车子过曲线能力的基础上同时保证机车横向的稳定性，从而调整降低一系悬挂振动与噪声。调整优化后的产品的技术参数为径向刚度28kN/mm，轴向刚度29kN/mm，偏转刚度≥1600N.m/deg/°。因此，本方案能在降低橡胶节点径向刚度的同时，保证了较高的轴向刚度和偏转刚度，从而使得产品能在解决轮缘磨耗大的问题和改善车子过曲线能力的基础上同时保证机车横向的稳定性。

相比较于改进前的性能参数，径向刚度降低至原来的15%，使得机车一系悬挂的纵向刚度变软，大大增强了一系悬挂对转弯过曲线的适应能力，减小了轮缘受到的来自轨道的压力，有效缓解轮缘磨耗严重的问题。

此外在径向刚度大大降低的基础上，维持偏转刚度基本不变，轴向刚度仅降低至原有参数的50%，依然足够保证机车横向的稳定性。

以一组原有的轴箱拉杆橡胶关节性能参数为例：径向刚度195kN/mm，轴向刚度57kN/mm，偏转刚度＞1670N.m/°。该组参数在实际应用的过程中车辆过曲线能力很差。调整优化后的产品的技术参数为径向刚度28kN/mm，轴向刚度29kN/mm，偏转刚度≥1600N.m/deg/°。

相比较于改进前的性能参数，径向刚度降低至原来的15%，使得机车一系悬挂的纵向刚度变软，大大增强了一系悬挂对转弯过曲线的适应能力，减小了轮缘受到的来自轨道的压力，有效缓解轮缘磨耗严重的问题。

此外在径向刚度大大降低的基础上，维持偏转刚度基本不变，轴向刚度仅降低至原有参数的50%，依然足够保证机车横向的稳定性。

这些是发明人通过研究发现的，下面将分别从降低径向刚度，提高轴向刚度和偏转刚度以及怎样保证同时达到上述三者的性能等方面进行阐述，以说明本申请技术方案的研究分析过程。

径向刚度方面：在如图1所示的现有轴箱拉杆橡胶关节中，通过对结构受力分析发现，橡胶关节中的橡胶为中空筒状，其中心轴线方向与芯轴的中心轴线方向一致，也可以相互重合，橡胶包括橡胶体圆型筒体部分以及形成于橡胶体筒体部分两端部上的橡胶体锥型筒体部分，橡胶体圆型筒体部分的轴向剖面与芯轴的轴向剖面呈平行状态设置；橡胶体锥型筒体部分的的轴向剖面与芯轴的轴向剖面呈倾斜状态设置。这样在工作状态中，当橡胶关节受到径向作用力时，这两部分的受力状态分别是：在橡胶体圆型筒体部分，其受到的是正方向上的作用力，即该作用力的方向与橡胶体圆型筒体部分的轴剖面相互垂直，作用力垂直作用于橡胶体圆型筒体部分；在橡胶体锥型筒体部分，其受到的作用力的方向与橡胶体锥型筒体部分的轴剖面相互倾斜，作用力倾斜作用于橡胶体圆型筒体部分。基于上述橡胶体的受力状态分析可以看出，此时，受到正方向作用力的橡胶体圆型筒体部分的径向刚度远大于橡胶体锥型筒体部分的径向刚度，因此，橡胶体锥型筒体部分对产品的径向刚度的影响远小于橡胶体圆型筒体部分对产品的径向刚度的影响。可以看出，为了得到尽可能小的产品径向刚度，需要将橡胶体圆型筒体部分删减掉，使得产品的径向刚度主要受橡胶体锥型筒体部分的影响。

轴向刚度方面：如图1所示，在工作状态中，当产品受到轴向作用力时，在橡胶体锥型筒体部分，其受到的作用力的方向与橡胶体锥型筒体部分的轴剖面相互倾斜，作用力倾斜作用于橡胶体锥型筒体部分；在橡胶体圆型筒体部分，其受到的是侧面方向上的作用力，表现为剪切力。因此，可以看出，受到剪切作用力的橡胶体圆型筒体部分的轴向刚度远小于橡胶体锥型筒体部分的轴向刚度，因此，橡胶体锥型筒体部分对产品的轴向刚度的影响远大于橡胶体圆型筒体部分对产品的轴向刚度的影响。在未将橡胶体圆型筒体部分删减前，产品的轴向刚度主要是受到橡胶体锥型筒体部分的影响，但是，通过申请人研究发现，这样的产品轴向刚度并不能达到设计要求。因此，在删减掉橡胶体圆型筒体部分后，还需要进一步的改进。

为了提高产品的轴向刚度，而又不能使得产品的径向刚度变得很大，申请人在产品的内部增设一个橡胶弹性部件，使得产品受到径向作用力时，该橡胶弹性部件所提供的径向刚度较小，因此，该橡胶弹性部件对产品的径向刚度的影响远小于橡胶体锥型筒体部分对产品的径向刚度的影响，此时，产品的径向刚度主要受橡胶体锥型筒体部分的影响，而当删减掉橡胶体圆型筒体部分后，主要受橡胶体锥型筒体部分影响的产品径向刚度和原来相比，已经降低了很多，所以在产品径向刚度方面已能达到设计要求了。

该橡胶弹性部件所提供的径向刚度较小是其一个特点，该橡胶弹性部件还具有另外一个特点，就是当产品受到轴向作用力时，该橡胶弹性部件所提供的轴向刚度较大。该橡胶弹性部件所提供的轴向刚度远大于橡胶体锥型筒体部分所提供的轴向刚度，因此，此时产品的轴向刚度主要受到新增的橡胶弹性部件的影响，从而能保证产品较大的轴向刚度。

偏转刚度方面：当产品发生偏转运动时,偏转运动会使得产品的外套和芯轴之间产生相对移动的趋势，申请人通过新增橡胶弹性部件后，由于橡胶弹性部件具有较高的轴向刚度，从而橡胶弹性部件会产生很大的阻止产品发生偏转的力矩，从而提升产品的偏转刚度。

对新增的橡胶弹性部件的分析研究如下：

一、橡胶弹性部件的受力状态：为了实现橡胶弹性部件所提供的径向刚度较小，所提供的轴向刚度较大的特点，因此，需保证橡胶弹性部件中的橡胶体的受力状态为：在正向上受到轴向作用力，在侧向上受到径向作用力，从而使得橡胶弹性部件中的橡胶体受到的力是正向的作用力和侧向的剪切力，这样就能实现胶弹性部件所提供的径向刚度较小，所提供的轴向刚度较大的特点。

为了在不提高径向刚度的前提下，进一步提高产品的轴向刚度和偏转刚度，还可以使得橡胶弹性部件在安装到产品中后处于一种预压缩状态，处于预压缩状态的橡胶弹性部件能进一步提高产品的轴向刚度和偏转刚度。

二、橡胶弹性部件的结构和安装状态：考虑到上述橡胶弹性部件的受力状态，橡胶弹性部件的结构可采用橡胶堆结构形成，即由顶板、底板和设置在其之间的隔板以及各板件之间的硫化橡胶体组成：安装到橡胶关节组成后，可通过橡胶关节中的其他部件对橡胶弹性部件的顶板和底板分别施加相对的作用力，从而使得橡胶弹性部件形成预压缩状态。

三、橡胶弹性部件的安装空间：由于在现有的橡胶关节中是没有空间位置来安装新增的橡胶弹性部件的，因此，必须在橡胶关节内部挖出一个窗口，用来安装橡胶弹性部件。

名词解释：

1、径向：一系悬挂的纵向/垂向（图1水平方向/竖直方向）；

2、轴向：一系悬挂的横向（图1 垂直纸面方向）；

3、偏转：一系悬挂绕着垂向的转动/绕着纵向的转动方向。

Claims (14)

1.一种降低一系悬挂振动与噪声的方法，其特征在于：通过对一系簧的轴箱拉杆橡胶关节刚度调整降低一系悬挂振动与噪声；将安装在机车转向架一系悬挂轴箱的左上角与右下角的两根拉杆两端的轴箱拉杆橡胶关节的径向刚度降低，并提高轴箱拉杆橡胶关节的轴向刚度和偏转刚度，从而使得产品能在解决轮缘磨耗大的问题和改善车子过曲线能力的基础上同时保证机车横向的稳定性，以此调整降低一系悬挂振动与噪声。

2.如权利要求1所述的降低一系悬挂振动与噪声的方法，其特征在于：所述的将安装在机车转向架一系悬挂轴箱的左上角与右下角的两根拉杆两端的轴箱拉杆橡胶关节的径向刚度降低是根据机车转向架一系悬挂轴箱的左上角与右下角的两根拉杆两端的轴箱拉杆橡胶关节的受力情况，分别将轴箱拉杆橡胶关节的径向刚度调整为25-31kN/mm。

3.如权利要求2所述的降低一系悬挂振动与噪声的方法，其特征在于：所述的将轴箱拉杆橡胶关节的径向刚度调整为25-31kN/mm是将轴箱拉杆橡胶关节中左主硫化体和右主硫化体的主橡胶层以倾斜状态设置，使得所述主橡胶层呈现锥型筒体状，并在左主硫化体和右主硫化体之间采用中间开窗结构，形成内部空腔；通过锥型筒体状和内部空腔降低了产品的径向刚度，并通过调整锥型筒体状主橡胶层的结构和内部空腔大小调整轴箱拉杆橡胶关节的径向刚度；当受到径向作用力时，由轴箱拉杆橡胶关节的锥型筒体状橡胶层提供径向刚度，并将径向刚度控制在25-31kN/mm。

4.如权利要求1所述的降低一系悬挂振动与噪声的方法，其特征在于：所述的提高轴箱拉杆橡胶关节的轴向刚度和偏转刚度是将机车转向架一系悬挂轴箱的左上角与右下角的两根拉杆两端的轴箱拉杆橡胶关节的轴向刚度提升到26-33kN/mm；将机车转向架一系悬挂轴箱的左上角与右下角的两根拉杆两端的轴箱拉杆橡胶关节的偏转刚度提升到≥1600N.m/deg。

5.如权利要求4所述的降低一系悬挂振动与噪声的方法，其特征在于：所述的将机车转向架一系悬挂轴箱的左上角与右下角的两根拉杆两端的轴箱拉杆橡胶关节的轴向刚度提升到26-33kN/mm是在轴箱拉杆橡胶关节中的中间开有窗口，并在中间开窗的位置设置中间硫化体，当受到轴向作用力时由中间硫化体提供轴向刚度，并控制轴向刚度在26-33kN/mm。

6.如权利要求4所述的降低一系悬挂振动与噪声的方法，其特征在于：所述的将机车转向架一系悬挂轴箱的左上角与右下角的两根拉杆两端的轴箱拉杆橡胶关节的偏转刚度提升到≥1600N.m/deg是将轴箱拉杆橡胶关节中的主橡胶层与中间硫化体采取预压缩方式安装，并通过控制预压缩的程度确保轴箱拉杆橡胶关节组配合的偏转刚度≥1600N.m/deg。

7.如权利要求6所述的降低一系悬挂振动与噪声的方法，其特征在于：所述的将轴箱拉杆橡胶关节中的主橡胶层与中间硫化体采取预压缩方式安装是采用5段结构的阶梯状芯轴，其中最中间为芯轴中间台阶，将轴箱拉杆橡胶关节的2个中间硫化体分别通过过盈配合压装在形状的第二台阶上，再将左主硫化体和右主硫化体的内套通过过盈配合压装到芯轴的第四台阶上，并在压装内套时，使得主硫化体的外套也通过子口相互配合压装在一，既形成内部空腔，又实现外套压缩中间硫化体，使得左主硫化体和右主硫化体的主橡胶层和2个中间硫化体均处于压缩状态；通过左主硫化体和右主硫化体的主橡胶层和2个中间硫化体的预压缩状态提高轴箱拉杆橡胶关节的偏转刚度，并将轴箱拉杆橡胶关节的偏转刚度偏转刚度控制在≥1600N.m/deg/deg。

8.一种实现权利要求1-7任意一项所述降低一系悬挂振动与噪声的方法的一系悬挂减振系统，包括转向架、轴箱和轴箱拉杆；轴箱拉杆包括上轴箱拉杆和下轴箱拉杆；所述轴箱分别通过上轴箱拉杆和下轴箱拉杆悬挂在转向架上；所述的上轴箱拉杆和下轴箱拉杆的两端分别安装有轴箱拉杆橡胶关节，轴箱拉杆橡胶关节压装在轴箱拉杆两端的关节孔内；轴箱拉杆通过轴箱拉杆橡胶关节连接转向架和轴箱，其特征在于所述的轴箱拉杆橡胶关节为带有硫化体的橡胶金属组合弹性关节：且轴箱拉杆橡胶关节的径向刚度为25-31kN/mm；轴箱拉杆橡胶关节的轴向刚度为26-33kN/mm；偏转刚度≥1670N.m/deg。

9.如权利要求8所述的一系悬挂减振系统，其特征在于：所述的轴箱拉杆橡胶关节包括芯轴、硫化体，且硫化体分为主硫化体和中间硫化体；其中，芯轴为梭子状的阶梯芯轴，且中间高两端低，主硫化体又分为左主硫化体和右主硫化体两个部分，左主硫化体和右主硫化体组合压装在阶梯状芯轴的第四台阶上，并使得左主硫化体和右主硫化体的外套通过子口压套连接起来，并在组合起来的外套内形成一个内部空腔；在内部空腔内的阶梯状的芯轴上的芯轴中间台阶两边分别压套有中间硫化体。

10.如权利要求9所述的一系悬挂减振系统，其特征在于：所述的左主硫化体和右主硫化体的主橡胶层以倾斜状态设置，使得所述主橡胶层呈现锥型筒体状，并确保主橡胶层的径向刚度为25-31kN/mm。

11.如权利要求9所述的一系悬挂减振系统，其特征在于：所述的芯轴采用5段结构的阶梯状芯轴，其中最中间为芯轴中间台阶，将轴箱拉杆橡胶关节的2个中间硫化体分别通过过盈配合压装在形状的第二台阶上，再将左主硫化体和右主硫化体的内套通过过盈配合压装到芯轴的第四台阶上，并在压装内套时，也使得主硫化体的外套也通过子口相互配合压装在一，既形成内部空腔，又实现外套压缩中间硫化体，使得左主硫化体和右主硫化体的主橡胶层和2个中间硫化体均处于压缩状态。

12.如权利要求9所述的一系悬挂减振系统，其特征在于：所述的左主硫化体和右主硫化体的主橡胶层处于压缩状态是左主硫化体和右主硫化体的外套与内套在初始状态时，内套要突出出外套端面，形成一个端面凸台；当左主硫化体和右主硫化体安装到芯轴上后，通过内套与芯轴的阶梯台阶的过盈配合，压迫左主硫化体和右主硫化体的主橡胶层，直至内套与外套之间的端面凸台消失，内套和外套端面平齐，并确保主橡胶层的径向刚度为25-31kN/mm。

13.如权利要求9所述的一系悬挂减振系统，其特征在于：所述的中间硫化体处于压缩状态是左主硫化体和右主硫化体外套所形成的内部空腔的内面端面紧贴在中间硫化体最外层的外金属端板的端面上，并通过外套的内面端面在左主硫化体和右主硫化体两个外套子口对接时压紧，进行预压缩，并确保轴向刚度为26-33kN/mm，同时与主橡胶层配合形成偏转刚度≥1600N.m/deg。

14.如权利要求13所述的一系悬挂减振系统，其特征在于：所述的中间硫化体为多层橡胶金属复合件，在外金属端板与内金属端板之间的轴向橡胶层内插入有金属隔板，形成多层结构，且整个中间硫化体的内周面为锥型内周面，内金属端板的内圈通过过盈配合安装在芯轴的台阶上。

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