CN1141615A - 用于轨道车作为拉压杆的复合构件 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于柔和地传递拉力和压力的推拉杆，尤其用于轨道车中。先有技术的轨道车推拉杆例如用于作为装在车身下的转向架的连杆，以便传送行驶时产生的拉力和制动力，它由金属材料制的刚性体构成，在它的端部设有弹性的铰链。提高铁路机车的性能导致增加推拉杆的重量，并因为有限的可利用的安装高度，所以还导致空间问题。此弹性连杆铰链必然遭受磨损。为了使推拉杆具有弹性和低的固有重量、为了不超过可利用的安装高度、以及为了能使用低磨损的铰链，推拉杆(4)设计为在其端部有连接件(8)的杆状构件(7)，并带有预应力纤维复合卷(12)，纤维粘结卷(12)沿构件纵向并经由连接件延伸以承受拉力。本发明建议，杆状构件(7)具有层状结构，它有一个沿其长度延伸的芯子(13)和两层外壳(14)，它们在受纵向压缩时保持刚性，并设在芯子(13)上设有被纤维粘结卷覆盖的沿纵向对置的两侧。

Description

用于轨道车作为拉压杆的复合构件
本发明涉及一种按权利要求1前序部分所述的用于轨道车作为拉压杆的复合构件。
在铁路机车和电动车中，拉压杆例如用于将转向架铰接在铁路机车和电动车的无转向架中心销的车身上，以传递行驶时产生的拉力和制动力。
这类拉压杆必须经受得住由于拉力和制动力、转向架短时高至5g的静负荷和动态负荷而不损坏。在行驶中，当驶过弯道、过铁路驼蜂编组场以及由于转向架的点头与左右摆动时，拉压杆受到转向架与车身之间径向和万向接头的偏移，拉压杆的端部铰接装置应适应这种偏移。
已知的这类拉压杆主要由金属材料制造(DE2929927C2)。在一种经常采用的结构形式中，在连接杆的端头装有法兰连接的铰链构件。此铰链构件尺寸配合地套接在车身构件上以及套接在固定于转向架上的例如用铸钢加工而成的导向轴颈上，并通过铰接支承与它们连接。为了减小起动和制动过程在转向架与车身之间力的冲击，铰接必须通过一种弹性的连接装置进行。因为连接杆本身是刚性的，所以铰接支承常常设计为一个里外各与一个导向衬套硫化在一起的弹性体构件。
这种方案存在的一个问题是，在提高铁路机车和电动车的功率时，对拉压杆为提高强度和稳定性所采取的必要的措施，导致增大其质量，这对于车辆的质量总平衡带来负面的影响。按照人们的愿望却恰恰相反，应尽可能减少质量。另一个问题是，对于这样一种增强了的拉压杆的尺寸及其安装，可提供使用的只有一个很有限的安装高度。此外，一般铰链中具有一定弹性的弹性体构件，由于环境影响、油、清洁剂和氧化作用，会使其性能发生改变也是一个缺点。其他的一些稳定的铰链构件，例如径向轴承，均无法使用，因为它们以不利的方式降低了转向架与车身之间的连接弹性。但是，在车身与转向架之间的这种铰接有良好弹性是人们所期望的，因为由此可以减少激励起在车身中的弯曲振动，从而可以降低因弯曲振动造成的垂直加速度和车身构件的动态负荷，以及可以提高驾驶台的行驶舒适性。
解决这些问题的开端是试图采用一种由纤维复合材料制的拉压杆。
在DE2951111A1中介绍了一种作为内燃机连杆的复合构件，其中，连杆体设在两个支承孔之间。由浸渍合成树脂的纤维条制的带围绕此结构放置。连杆体由两个互相背靠背放置的“U”形型材组成，它们由纤维增强的塑料压制而成，并沿纵向各置入一个由同样材料制的芯子。此整个结构被垂直于纵轴线方向缠绕的浸渍合成树脂的纤维层围绕。在这种连杆体结构中，芯子用来承受压负荷，带用来承受拉力，以及，“U”形型材与横向缠绕的卷一起，作为抗剪连接用于承受连杆的弯曲负荷。作为纤维，考虑到它的强度和弹性模量，应最好采用碳纤维，但也可以采用玻璃纤维或塑料纤维。
然而，用于发动机连杆时力的传入和应力条件，与所介绍的用于轨道车的拉压杆时的使用情况有显著的区别，所以简单地搬用这种已知复合构件的结构和高度尺寸是不行的。
本发明的目的是提出一种用于本文开始所述类型复合构件的构造方案，采用这种复合构件可以满足对拉压杆的要求，使拉压杆能传递在铁路机车的转向架与其车身之间的拉力和制动力以及具有规定的弹性，并且这种复合构件可用简单的方法制造。按本发明通过在权利要求1中所表明的特征来达到此目的。从属权利要求2至6的内容是本发明思想合乎目的的扩展。
附图举例表示本发明并在下面详细介绍。其中：
图1复合构件的俯视和局部剖视图；
图2按图1之复合构件侧向剖视图；以及
图3作比较用的一种传统结构的拉压杆以及拉压杆在铁路机车中的安装位置。
在图1和2所示之按本发明结构的复合构件实施例中，杆状构件7承受由转向架构架1和车体横梁2从连接件8传入的压力，而缠绕着整个复合构件6的纤维复合卷12承受拉力。
构件7的两端设有带圆头的金属连接件8，它们通过力传入孔9事后装入铰接构件。这种结构可利用力传入孔可靠地固定在一个装配和卷绕设备上，并能精确地校准它们相互的轴向距离。
承受连接件8压力的杆状构件7设计成层状结构，它由一个芯子13和两个具有抗剪刚度的外壳14组成。具有矩形横截面的芯子13按此实施例系由硬泡沫塑料构成。沿其纵向具有承压刚度的外壳14是由嵌入经时效硬化的合成树脂基体中轴线平行的单向玻璃纤维构成，并在压力下粘贴在芯子13的两个对置的纵侧面上。外壳14可以从预制材料上下料，或取预浸树脂的带、在压热釜中固化和强化、然后下料。
压力导入复合构件6是在芯子13和沿纵向具有承压刚性的外壳14与连接件8之间垂直于其纵轴线方向的接触面进行的。为了减小弯折的危险，在力传入区中的外壳14两侧被连接件8的U形支承槽11刚性地包围，并因而有助于防止纵向弯曲。
根据负荷条件，芯子13也可由其他材料构成，如例如在权利要求2中所指出的那些。
由杆状构件7和端部的连接件8组成的构件，沿轴向被由一定数量浸渍树脂的玻璃纤维圈组成的纤维复合卷12所缠绕，浸渍树脂的玻璃纤维沿着芯子13上未覆盖具有抗剪刚度的外壳14的纵侧延伸，缠绕结束后将它冷压在芯子13的侧面上、硬化，并然后经热处理回头。此纤维复合卷承受传入拉压杆4中的拉力。缠绕的玻璃纤维圈的数量根据要承受的最大拉应力来确定；缠绕时的预应力应选择为，即使在拉压杆4受最大压负荷和在纤维复合卷12内部为最大热膨胀的情况下，玻璃纤维圈仍剩余拉应力。
为了使纤维复合卷的圈在制造时和在负荷下不含从连接件8头部向两侧滑出或潜移，在连接件8的边缘制有侧面凸肩10。
为了在具有相同的稳定性情况下进一步减少质量，无论是外壳14还是纤维复合卷12，都可以采用例如碳纤维或芳族聚酰胺纤维(单独的或混合的，单向或多向的)那样的材料，来代替玻璃纤维。合成树脂基体也可以使用热塑性基体材料来代替。
当作为拉压杆4的复合构件6，为了铰接在导向轴颈3上，而在其铰链5中配备有本文开始所述传统结构形式的铰链构件时，杆状构件7和纤维复合卷12的尺寸设计必须考虑，在转向架构架1和车体横梁2之间万向接头式地偏转时，装在铰链5中的弹性体构件变形，并由此合成一个扭矩负荷，这一扭锯试图使拉压杆4扭转和/或使拉压杆4扭曲。
但按本发明复合构件所特有的纵向弹性，允许在连接件8的力传入孔9中装设径向铰接支承，所以获得了一种几乎没有扭矩而仅包括轴向力负荷的复合构件6，并能实现一种在空间需求和质量方面均为最合理的复合构件尺寸设计，其中，无须保养的径向铰接支承不会由于污染和应力，如传统支承的弹性体构件那样使性能发生变化。
试验证明，复合构件6所特有的纵向弹性，对铁路机车和电动车的振动和行驶性能的改变有明显可感觉得到的影响；与金属材料的传统拉压杆相比，显著降低了的复合构件6的刚度，使在铁路机车和电动车车身内激励起的弯曲振动降低，所以作用在车身上的垂直加速度减小，从而对安装在车身中的部件和构件造成的动态负荷较小，并显著改善了铁路机车和电动车驾驶室的行驶舒适性。
在一定的使用场合下，合乎目的的做法可以是，通过至少沿杆状构件7的部分长度安装附加的外壳(图中没有表示)，提高复合构件6的抗剪刚度。此外壳可例如由一种浸渍树脂的织制软管或由一种(已知的)浸渍树脂的增强纤维垂直于纵轴线缠绕的圈构成，紧接着对它们进行压制和完全硬化。为了防止环境影响和机械损伤，可以要求在复合构件6上设置附加的外壳或涂层(例如由高阻尼的弹性体构成，图中没有表示)。为改善防火特性，外壳或涂层最好浸渍以适当的耐火树脂系统，最好是酚醛树脂。
也还可以考虑在其他使用场合尤其是轨道车中采用所介绍类型的复合构件，在那里要求弹性地传递拉力和压力。
符号表
1转向架构架
2车体横梁
3导向轴颈
4拉压杆
5铰链
6复合构件
7杆状构件
8连接件
9支承孔
10凸肩
11支承槽
12纤维复合卷
13芯子
14外壳

Claims (6)

1.用于轨道车作为拉压杆的复合构件，它的两端具有沿轴向传入压力和拉力的连接件，有一个设计用于承受和传递压力的杆状构件，以及有一个用于承受拉力沿杆状构件纵向设置并经由连接件延伸的预应力纤维复合卷，此纤维复合卷由一定数量的一种或多种增强纤维缠绕的圈所构成，增强纤维镶嵌在一种硬化的基体材料中，其特征为：此杆状物件(7)设计为层状复合结构，它由一个沿纵向延伸的芯子(13)和两个彼此对置地设在芯子(13)没有纤维复合卷(12)的纵侧上的外壳(14)组成，外壳(14)沿其纵向具有承压刚度。
2.按照权利要求1所述之复合构件，其特征为：芯子(13)由硬泡沫塑料、蜂窝状材料、热塑性模制件、压制或粉末挤压(pul-trudierte)型材、单向或多向的单一或混合纤维复合结构或由木材制成。
3.按照权利要求1或2所述之复合构件，其特征为：有承压刚度的外壳(14)由镶嵌入一种硬化基体材料中的单向和平行于轴线排列的增强纤维所组成，并与芯子(13)粘结。
4.按照权利要求1至3之一所述之复合构件，其特征为：用于将压力传递到杆状构件(7)的连接件(8)平坦地支承在芯子(13)和外壳(14)沿轴向的端侧上，在力传入区的外壳(14)被切口形支承槽(11)从两侧刚性地包围。
5.按照权利要求1至4之一所述之复合构件，其特征为：连接件(8)各具有一个横向于复合构件纵轴线定位的支承孔(9)，此支承孔(9)设计用于压入一个橡胶铰接支承或径向铰接支承。
6.按照权利要求1至5之一所述之复合构件，其特征为：被纤维复合卷(12)所缠绕的杆状构件(7)，还附加地带有一个在外部的提高其承压稳定性的外壳和/或一个起防止环境影响和损伤作用的软管或层状的护罩，它可具有冲击韧性和/或阻燃能力。
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