CN115571183A - 一种z字形中心牵引减振装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及轨道车辆减振部件制造领域，具体为Z字形中心牵引减振装置，包括设置在机车底部的中心销座、对称安装在中心销座两侧的牵引拉杆，所述牵引拉杆与中心销座呈Z字形设置，所述牵引拉杆与中心销座之间通过牵引节点连接；通过对中心销座和牵引节点的结构和/或材料的优化，实现了多种轻量化的方法组合。为了调节橡胶体的刚度，采用空向和实向结合设计；由于外套材料的改变，轻密度材料在压装时易产生形变，其椭圆度较现有产品增大较多，因此将空向设置为沿着芯轴周向环向分布；空向的边缘呈向外套一侧凸出的弧形，可以降低空向和实向外径之间的椭圆度，降低压装风险。
Description
技术领域
本发明涉及一种Z字形中心牵引减振装置，属于轨道车辆减振部件制造领域。
背景技术
目前应用于城轨车辆转向架的牵引装置主要有两种结构形式，一般分为Z字型双拉杆牵引装置和单拉杆牵引装置。其中，Z字型双拉杆牵引装置为低位牵引装置，中心销作为轨道车辆牵引系统回转的中心，是轨道车辆转向架的关键部件之一，主要用以传递纵向和横向作用力。中心销的中心部分通过中心销套与牵引中心销座相配合，因此中心销套是中心销与转向架连接的重要部件，中心销套通常由金属内套、金属外套和中部橡胶体三者橡胶硫化而成，通过中心销套的橡胶变形可以满足车体和转向架之间的相对转动，以改善车辆的振动性能和提高乘坐的舒适性。现有技术中，有如下专利涉及中心销套：
1、专利号为“CN201920578201.8”，专利名称为“一种铁路车辆转向架牵引装置用中心销套”的实用新型专利，提供的一种中心销套的芯轴结构增加了若干凹槽，改变了橡胶型面的结构，有效地增加了中心销套的扭转刚度。通过在芯轴开设有第一轴向开口和第二轴向开口且第一轴向开口的内圈锥面锥角大于锥面自锁角有利于降低中心销与中心销套的拆解难度。并且通过在橡胶层的两端开设橡胶成型面有效降低了橡胶层的刚度。该专利也仅能实现轨道纵向方向的变刚度，不能实现轨道横向方向的变刚度，并且产品整体重量较大。
2、专利号为“CN201020135665.0”，专利名称为“多功能中心销加Z字形拉杆结构的轨道车辆牵引装置”的实用新型专利，其中心销牵引座设计为一两边带翼板的部件，该翼板能够作为横向止挡座限制车体相对转向架的横向位移。牵引座的上部设计为一平面，并在平面上方的转向架构架上设置四个垂向止挡，垂向止挡设计为螺钉加双两螺母结构，螺钉可以调节牵引座上部的活动空间，双螺母可以固定螺钉，防止其松动。当车体抬升时，转向架通过垂向止挡挂在牵引座上，从而实现整体起吊；当二系的空气弹簧发生故障一直充气时，垂向止挡可以限制车体只能抬升到牵引座与垂向止挡碰触为止。该专利为了实现功能，采用的零件较多，此种牵引装置结构相对复杂，所需空间较大。并没有考虑产品整体重量的问题，不易实现轻量化。
3、专利号为“201020614439.0”，专利名称为“一种转向架牵引装置用中心销套”的实用新型专利，中间的橡胶层开有两个轴向通孔，内圈锥面锥角大于锥面自锁角。该实用新型由于中间的橡胶层开有两个轴向通孔，使中心销套在轨道纵向方向可实现变刚度，自身扭转刚度小；内圈锥面锥角大于锥面自锁角，方便了中心销与中心销套的分离，但是该专利仅能实现轨道纵向方向的变刚度，不能实现轨道横向方向的变刚度，且产品的外径椭圆度高，受力不均匀。
综上所述，如何设计一种在满足径向刚度和产品轻量化的同时，满足偏扭转刚度的使用需求并使整个圆周方向橡胶的收缩应力相似、受力均匀的Z字形中心牵引减振装置，是当下亟须解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种Z字形中心牵引减振装置，从中心销座和牵引节点的结构和材质入手，结合产品使用和其他部件的结构全面考量。首先将外套的材质改变为密度较小的金属材料；可以有效减轻产品整体的重量；同时，为了保证轻密度金属材料带来的椭圆度较大的问题，结合橡胶体空实向的设置，有效地减少外套的变形度，保证了装配合使用的可靠性。
本发明的Z字形中心牵引减振装置在保证产品的可靠性的前提下，对整体进行了轻量化，有助于降低材料消耗，减少浪费，节约成本；优化零件结构以获得更高的性能。
为达到上述目的，本发明提出如下技术方案：
公开一种Z字形中心牵引减振装置，包括设置在机车底部的中心销座、对称安装在中心销座两侧的牵引拉杆，所述牵引拉杆与中心销座呈Z字形设置，所述牵引拉杆与中心销座之间通过牵引节点连接；通过对中心销座和牵引节点的结构和/或材料的优化，实现装置的轻量化；
所述中心销座的设置：所述中心销座包括中心销套，所述中心销套包括外套一、芯轴一和硫化在二者之间的橡胶体一；将橡胶体一设计为空实向结合，其空向为第一空向沿着中心销座安装的轴向方向设置；
所述牵引节点的设置：所述牵引节点包括外套二、芯轴二和硫化在二者之间的橡胶体二，所述芯轴二的外壁为筒状，被橡胶体二环向包覆；
所述中心销座安装在垫板间，所述垫板的端部通过牵引节点连接牵引拉杆，以带动车辆转向。
本发明通过对中心销座和牵引节点的结构和/或材料的优化，通过在外套的材质上进行轻量化的处理，使整个减振装置的轻量化达到明显的效果。为了保证使用的可靠性不被减损，将橡胶体设置为空实向相结合，将中心销套的外套与橡胶体的厚度进行科学的设计；在保证外套的强度的同时，兼顾了橡胶体的刚度和可靠性；并且，在产品圆周方向设置曲面造型橡胶，以调整至满足刚度要求。
进一步地，所述中心销套的内部设置曲面造型，所述第一空向为沿着芯轴一轴向延长方向贯通，且沿着芯轴一周向环向分布；所述第一空向为靠近外套一侧的边缘一和与边缘一相对设置的边缘二，所述边缘一呈向外套一方向的凸出的弧形。
常规的钢结构外套是因其强度高，装配性能可靠而被广泛应用，本发明的轻量化方法反其道而行，使用了密度低的金属材料外套，可以实现中心销套的轻量化。但密度低的金属材料其强度较低，为了提高外套强度，防止外套压溃现象，且提高了外套抗变形能力，需要将外套的厚度增加的比现有结构中的外套的厚度；更改了外套厚度，由于空间有限，橡胶体的厚度也随之减薄，橡胶体的用量减少会带来刚度增大，为了调节橡胶体的刚度采用空向和实向结合设计；由于外套材料的改变，轻密度材料在压装时易产生形变，其椭圆度较现有产品增大较多，因此将空向设置为沿着芯轴周向环向分布；所述空向的边缘一呈向外套一侧凸出的弧形，可以降低空向和实向外径之间的椭圆度，降低压装风险。
进一步地，所述中心销套横向M和纵向N中心线将橡胶体一的端面分为四个象限，所述第一空向为多个沿中心销套的中轴点均匀分布；使得纵向N方向的橡胶体一的第一空向体积与横向M方向的橡胶体的第一空向体积相等。
进一步地，所述空向分别置于横向M和纵向N中心线上，包括弧面壁一、弧面壁二及连接弧面壁一和弧面壁二的弧面壁三；所述弧面壁一与弧面壁二同向弯曲弧度相同。此种结构的设定可以在使用时横向和纵向受力均匀，保证了产品的椭圆度在使用要求范围内，并且空向和实向的设置可以有效地调整产品的线性刚度，达到良好的使用性能。
作为另一种布置，所述第一空向设置于横向M或纵向N中心线上，及分布于四个象限内；设置于横向M或纵向N中心线上的空向的体积大于分布于四个象限内的空向的体积。
进一步地，所述第一空向为腰型结构，所述弧壁三由弧面壁一向弧面壁二通过端部平滑过渡。
进一步地，所述外套一及外套二采用轻密度金属材质，通过将外套一和外套二的厚度与之对应的橡胶体一和橡胶体二的厚度的调整来兼顾轻量化和强度的需求。轻密度金属材质可以为铝合金材质。
进一步地，所述橡胶体二设置为空实向结合，所述牵引节点横向M和纵向N中心线将橡胶体二的端面分为四个象限，其第二空向设置在纵向N中心线上，且沿着芯轴二的中心轴对称设置；所述第二空向为腰型结构，其腰型结构向外套二方向凸出。
进一步地，所述垫板为两个对称设置的异形结构，包括由中心的中心销座安装部及向两侧延伸的牵引节点安装部，所述中心销座安装部为圆柱状空心槽体，所述牵引节点安装部为设置在垫板边缘的安装孔板；所述空心槽体与安装孔板之间通过向内凹的曲面连接。
进一步地，所述垫板之间设置有与中心销座外壁贴合设置的加强板。
本发明与现有技术相比的有益效果是：
1、本发明的Z字形中心牵引减振装置从产品的实际结构出发，先将外套的材质变为密度较小的金属材料；可以有效地减轻产品整体的重量；为了增加强度合理设计了外套和橡胶体的厚度；为了保证轻密度金属材料带来的椭圆度较大的问题，通过对橡胶体空实向的结合设计，有效地减少外套的变形度。
2、本发明的Z字形中心牵引减振装置通过对中心销座和牵引节点的结构和/或材料的优化，实现了多种轻量化的方法组合。为了调节橡胶体的刚度，采用空向和实向结合设计；由于外套材料的改变，轻密度材料在压装时易产生形变，其椭圆度较现有产品增大较多，因此将空向设置为沿着芯轴周向环向分布；空向的边缘一呈向外套一侧凸出的弧形，可以降低空向和实向外径之间的椭圆度，降低压装风险。
3、牵引节点的芯轴二的外壁为筒状，与现有的芯轴二向外套二一侧凸出的设计不同，这也是由于外套二采用的轻密度金属材料，为了增加强度合理设计了外套和橡胶体的厚度，为了保证橡胶体二的使用量，保证合理的刚度，所以将芯轴二采用筒状结构，不但可有效轻量化，也可保证牵引节点使用的要求，增加产品的使用性能。
综上所述，与现有技术相比，本发明的Z字形中心牵引减振装置具备轻便、高承载能力，安装可靠度高的特点。
附图说明
图1为实施例1中所述的Z字形中心牵引减振装置的结构示意图。
图2为实施例1中所述的中心销座的中心销套的剖面结构示意图。
图3为实施例1中所述的中心销座的中心销套的结构俯视图。
图4为实施例1中所述的牵引节点的结构示意图。
图5为实施例2中所述的中心销座的中心销套的结构示意图。
图6为实施例2中所述的牵引节点的结构示意图。
图7为实施例2中所述的牵引节点的结构的俯视图。
其中，10－中心销座，11－外套一，12－橡胶体一，13－芯轴一，16－第一空向，161－弧面壁一，162－弧面壁二，163－弧面壁三，20－牵引节点，30－垫板，31－中心销座安装部，32－牵引节点安装部，33－曲面，40－加强板，50－牵引拉杆，51－外套二、52－芯轴二，53－橡胶体二，531－第二空向。
具体实施方式
以下结合附图1－图6对本实施例做进一步详细描述。
本实施例公开了一种Z字形中心牵引减振装置，包括设置在机车底部的中心销座10、对称安装在中心销座10两侧的牵引拉杆50，牵引拉杆50与中心销座10呈Z字形设置，其牵引拉杆50与中心销座10之间通过牵引节点20连接；本中心销座10安装在垫板30间，垫板30的端部通过牵引节点20连接牵引拉杆50，以传递转向架构架和车体之间的牵引力和利动力。
其垫板30为两个对称设置的异形结构，包括由中心的中心销座安装部31及向两侧延伸的牵引节点安装部32，中心销座安装部31为圆柱状空心槽体，牵引节点安装部32为设置在垫板边缘的安装孔板；空心槽体与安装孔板之间通过向内凹的曲面33连接。其加强板40为连接垫板之间与中心销座外壁贴合设置。
本发明是对Z字形中心牵引减振装置通过对中心销座10和牵引节点20的结构和/或材料的优化，实现装置的轻量化。此种优化对应了以下几种方式：
第一种方式，采用中心销座的结构改变，材质不变；配合牵引节点的结构改变、材质不变。
第二种方式，采用中心销座的结构改变，材质不变；配合牵引节点的结构改变、材质改变。
第三种方式，采用中心销座的结构改变，材质改变；配合牵引节点的结构改变、材质改变。
第四种方式，采用中心销座的结构改变，材质改变；配合牵引节点的结构改变、材质不改变。
实施例1
如图1～图4所示，本实施例中的Z字形中心牵引减振装置的中心销座10，中心销座10包括中心销套，中心销套包括外套一11、芯轴一13和硫化在二者之间的橡胶体一12；将橡胶体一12设计为空实向结合，其第一空向16沿着中心销座10安装的轴向方向设置。
Z字形中心牵引减振装置的牵引节点20包括外套二51、芯轴二52和硫化在二者之间的橡胶体二53，外套二51采用常规的钢材料；芯轴二52的外壁为筒状，被橡胶体二53环向包覆；芯轴二52外套二51为同轴设置，并且芯轴二52的外缘呈平滑的筒状，其橡胶体53为实向。此结构减小芯轴的尺寸，从而减轻了牵引节点20的重量。
具体地，中心销套的内部设置曲面造型，第一空向16为沿着芯轴一13轴向延长方向贯通，且沿着芯轴一13周向环向分布；第一空向16包括靠近外套一11侧的边缘一和与边缘一相对设置的边缘二，边缘一呈向外套一11一侧凸出的弧形。更具体地，中心销套横向M和纵向N中心线将橡胶体一12的端面分为四个象限，第一空向16为四个，沿中心销套的中轴点均匀分布；纵向N方向的橡胶体一12的空向体积与横向M方向的橡胶体一12的空向体积相等。第一空向16分别置于横向M和纵向N中心线上，包括弧面壁一161、弧面壁二162及连接弧面壁一161和弧面壁二162的弧面壁三163；弧面壁一161与弧面壁二162同向弯曲弧度相同。第一空向为腰型结构16，弧壁三163由弧面壁一161向弧面壁二162通过端部平滑过渡。
本实施例中，纵向垂直的横向水平方向设置相同形状的空向（无硬止挡设计，保证刚度特性与原钢结构的中心销套结构相同），其结构的长度与宽度的关系为L'>L，B'>B，使得纵向方向的橡胶体积与横向方向的橡胶体积相等，两个方向的橡胶的收缩应力相当，从而降低椭圆度。
实施例2
如图5所示，本实施例中的Z字形中心牵引减振装置的中心销座10与实施例1的结构基本相同。其不同之处在于，第一空向16设置于横向M或纵向N中心线上，及分布于四个象限内；设置于横向M或纵向N中心线上的空向的体积大于分布于四个象限内的空向的体积。纵向垂直的横向45度方向分别设置相同形状的空向（无硬止挡设计，保证刚度特性与原结构相同），其结构的长度与宽度的关系为2L'>L、B'>B，使得纵向方向的橡胶体积与横向方向的橡胶体积相等，两个方向的橡胶的收缩应力相当，从而降低椭圆度。
如图6和图7所示，其Z字形中心牵引减振装置的牵引节点20结构与实施例1基本相同，其不同之处在于外套二51采用低密度轻质的铝合金材料作为基材。芯轴二52外套二51为同轴设置，并且芯轴二52向外套51呈鼓形设置。橡胶体二52设置为空实向结合，牵引节点20横向M和纵向N中心线将橡胶体二的端面分为四个象限，其第二空向531设置在纵向N中心线上，且沿着芯轴二52的中心轴对称设置；第二空向531为腰型结构，其腰型结构向外套二51方向凸出。
实施例3
本实施例中的Z字形中心牵引减振装置的中心销座10与实施例1的结构相同，其不同之处在于，外套一11采用轻密度金属材质，如铝合金材料。通过将外套一11的厚度和橡胶体一12的厚度的调整来兼顾轻量化和强度的需求。
使用时，橡胶体一12的变形使胶层厚度由B相应的减小至b，使得橡胶体积由V减小至v，保证（B-b)/B=（V-v）/V；以保证整个中心销套的径向刚度及外套一11的椭圆度。
空向和实向设置是考虑了产品径向刚度的前提下，结合橡胶体12的自身变形量，保证了产品的承载性和可靠性。
其Z字形中心牵引减振装置的牵引节点20结构与实施例1基本相同，其不同之处在于外套二51采用低密度轻质的铝合金材料作为基材。
实施例4
本实施例中的Z字形中心牵引减振装置的中心销座10与实施例3的结构相同。Z字形中心牵引减振装置的牵引节点20包括外套二51、芯轴二52和硫化在二者之间的橡胶体二53，外套二51采用常规的钢材料；芯轴二52的外壁为筒状，被橡胶体二53环向包覆。
本发明的Z字形中心牵引减振装置通过对中心销座和牵引节点的结构和/或材料的优化，实现了多种轻量化的方法组合。为了调节橡胶体的刚度，采用空向和实向结合设计；由于外套材料的改变，轻密度材料在压装时易产生形变，其椭圆度较现有产品增大较多，因此将空向设置为沿着芯轴周向环向分布；空向的边缘一呈向外套一侧凸出的弧形，可以降低空向和实向外径之间的椭圆度，降低压装风险。
以上实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本发明的实施方式做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。
Claims (10)
1.一种Z字形中心牵引减振装置，包括设置在机车底部的中心销座、对称安装在中心销座两侧的牵引拉杆，所述牵引拉杆与中心销座呈Z字形设置，所述牵引拉杆与中心销座之间通过牵引节点连接；其特征在于，通过对中心销座和牵引节点的结构和/或材料的优化，实现装置的轻量化；
所述中心销座的设置：所述中心销座包括中心销套，所述中心销套包括外套一、芯轴一和硫化在二者之间的橡胶体一；将橡胶体一设计为空实向结合，其空向为第一空向沿着中心销座安装的轴向方向设置；
所述牵引节点的设置：所述牵引节点包括外套二、芯轴二和硫化在二者之间的橡胶体二，所述芯轴二的外壁为筒状，被橡胶体二环向包覆；
所述中心销座安装在垫板间，所述垫板的端部通过牵引节点连接牵引拉杆，以传递转向架构架和车体之间的牵引力和利动力。
2.根据权利要求1所述的Z字形中心牵引减振装置，其特征在于，所述中心销套的内部设置曲面造型，所述第一空向为沿着芯轴一轴向延长方向贯通，且沿着芯轴一周向环向分布；所述第一空向包括为靠近外套一的一侧边缘一和与边缘一相对设置的边缘二，所述边缘一呈向外套一方向凸出的弧形。
3.根据权利要求2所述的Z字形中心牵引减振装置，其特征在于，所述中心销套横向M和纵向N中心线将橡胶体一的端面分为四个象限，所述第一空向为多个沿中心销套的中轴点均匀分布；使得纵向N方向的橡胶体一的第一空向体积与横向M方向的橡胶体一的第一空向体积相等。
4.根据权利要求3所述的Z字形中心牵引减振装置，其特征在于，所述第一空向分别置于横向M和纵向N中心线上，包括弧面壁一、弧面壁二及连接弧面壁一和弧面壁二的弧面壁三；所述弧面壁一与弧面壁二同向弯曲弧度相同。
5.根据权利要求3所述的Z字形中心牵引减振装置，其特征在于，所述第一空向设置于横向M或纵向N中心线上，及分布于四个象限内；设置于横向M或纵向N中心线上的空向的体积大于分布于四个象限内的空向的体积。
6.根据权利要求3-5任意一项的所述Z字形中心牵引减振装置，其特征在于，所述第一空向为腰型结构，所述弧壁三由弧面壁一向弧面壁二通过端部平滑过渡。
7.根据权利要求6所述的Z字形中心牵引减振装置，其特征在于，所述外套一及外套二采用轻密度金属材质，通过将外套一和外套二的厚度与之对应的橡胶体一和橡胶体二的厚度的调整来兼顾轻量化和强度的需求。
8.根据权利要求7所述的Z字形中心牵引减振装置，其特征在于，所述橡胶体二设置为空实向结合，所述牵引节点横向M和纵向N中心线将橡胶体二的端面分为四个象限，其第二空向设置在纵向N中心线上，且沿着芯轴二的中心轴对称设置；所述第二空向为腰型结构，其腰型结构向外套二方向凸出。
9.根据权利要求8所述的Z字形中心牵引减振装置，其特征在于，所述垫板为两个对称设置的异形结构，包括由中心的中心销座安装部及向两侧延伸的牵引节点安装部，所述中心销座安装部为圆柱状空心槽体，所述牵引节点安装部为设置在垫板边缘的安装孔板；所述空心槽体与安装孔板之间通过向内凹的曲面连接。
10.根据权利要求9所述的Z字形中心牵引减振装置，其特征在于，所述垫板之间设置有与中心销座外壁贴合设置的加强板。
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