CN207274703U - 中心销牵引与橡胶弹簧相配合的连接装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型创造提供的中心销牵引与橡胶弹簧相配合的连接装置，包括有中心销牵引单元、转向架构架单元、橡胶弹簧，所述中心销牵引单元设于所述转向架构架单元中部，若干所述橡胶弹簧对称固设于所述转向架构架单元两端。本实用新型创造的有益效果是：针对地铁用液力传动调车机车功率小、轴重小、速度低的特点，采用该中心销牵引和橡胶弹簧相配合的设计，提高了机车的可靠性和维护性，同时降低了制造成本和维修成本，橡胶弹簧不需要维护，中心销只需定期添加润滑油；该种结构不仅满足机车的使用性能和可靠性要求，还可以通过小曲线半径的线路，能够适应目前国内所有地铁线路的运行环境。

Description

中心销牵引与橡胶弹簧相配合的连接装置

技术领域

本发明创造属于地铁用液力传动内燃调车机车转向架领域，尤其是涉及中心销牵引与橡胶弹簧相配合的连接装置。

背景技术

车体与转向架的连接装置，主要作用是：①保证机车的重量、纵向力和横向力的正常传递；②轴重的均匀分配和车体在转向架上的安定；③容许转向架进出曲线时相对于车体进行回转。因此，它既是承载装置，又是活动关节，连接装置的性能好坏，直接影响机车的动力学性能，还影响机车的黏着重量利用率(即牵引力作用下的轴重转移)。目前，国内地铁用液力传动内燃调车机车普遍采用心盘(或中心销)和刚性旁承，牵引杆装置和平面摩擦式旁承两种连接形式。但这两种装置由于结构复杂，动力学性能比较差；此外，车体与转向架之间采用这两种连接装置的机车，通过地铁线路的曲线半径均达到100m，不能适应小曲线半径线路以及复杂地铁线路的运行环境。因此，特设计一种新型地铁调车机车中心销牵引与橡胶弹簧相配合的连接装置。

发明内容

本发明创造要解决的问题是提供中心销牵引与橡胶弹簧相配合的连接装置，在传递纵向力的同时，还可以降低牵引点高度，减少机车轴重转移。

为解决上述技术问题，本发明创造采用的技术方案是：

中心销牵引与橡胶弹簧相配合的连接装置，包括有中心销牵引单元、转向架构架单元、橡胶弹簧，所述中心销牵引单元设于所述转向架构架单元中部，若干所述橡胶弹簧对称固设于所述转向架构架单元两端。

进一步，所述转向架构架单元主要包括有横梁、侧梁、端梁，两个所述侧梁固设于所述横梁两端，两个所述端梁相对所述横梁对称固设于两个所述侧梁之间。

进一步，所述橡胶弹簧包括有顺次连接的销体、顶板、橡胶、隔板、底板，若干所述橡胶弹簧对称固设于所述侧梁上，所述销体插接于车体底架旁承梁下部，所述底板固设于所述侧梁上。

进一步，所述橡胶弹簧垂向刚度为(5～8)×(1±15％)kN/mm，满足了车体与转向架垂向载荷的施加；所述橡胶弹簧横向刚度为(130～180)×(1±20％)N/mm、纵向刚度为(250～300)×(1±20％)N/mm，满足了车体与转向架通过大于50m半径曲线轨道旋转时施加的旋转力矩和位移变形。其中，优选的，所述橡胶弹簧垂向刚度为6.5×(1±15％)kN/mm，所述橡胶弹簧横向刚度为160×(1±20％)N/mm、纵向刚度为275×(1±20％)N/mm。

进一步，所述中心销牵引单元包括有中心销、中心销座、铜套、橡胶套总成，所述中心销上表面与车体底架牵引梁底板下平面固定连接，所述中心销座与所述横梁固定连接，所述中心销设于所述中心销座内部，并由内而外依次套装铜套和橡胶套总成，所述橡胶套总成与所述中心销座之间为过盈配合，过盈量为(4.33～7.35)mm。

进一步，所述铜套内壁与所述中心销外壁为过盈配合。

进一步，所述铜套内壁与所述中心销外壁过盈配合的过盈量为(0.002～0.045)mm。

进一步，所述橡胶套总成包括橡胶套、内套，所述橡胶套装于所述内套外部。

进一步，所述橡胶套总成的径向刚度为(15～30)kN/mm，限制了车体与转向架在前后最大牵引力状态下的相对位移和侧摆最大离心位移。优选的，所述橡胶套总成的径向刚度为20kN/mm。

进一步，所述内套内壁与所述铜套外壁为间隙配合，间隙量为(1.34～1.93)mm。

本发明创造具有的优点和积极效果是：

(1)该连接装置针对地铁用液力传动调车机车功率小、轴重小、速度低的特点，通过该中心销牵引与橡胶弹簧相配合的连接装置设计，转向架能相对车体转动，此外，该种结构在传递纵向力的同时，还可以降低牵引点高度，减少机车轴重转移；

(2)该连接装置结构简单，橡胶弹簧不需要维护，中心销只需定期添加润滑油，提高了机车的可靠性和维护性，同时降低了制造成本和维修成本；

(3)该连接装置不仅满足机车的使用性能和可靠性要求，还适用小曲线半径的地铁线路环境，能够适应目前国内所有地铁线路的运行环境；

(4)该连接装置的橡胶弹簧可以提高机车的垂向刚度，且在机车过曲线后，橡胶弹簧产生的摩擦扭矩可以提供机车的抗蛇行运动，改善机车的动力学性能。

附图说明

图1是实施例1中该连接装置的中心销牵引单元示意图；

图2是图1的局部放大示意图；

图3是实施例1的橡胶套总成示意图；

图4是实施例1中该连接装置的橡胶弹簧与转向架构架单元的俯视图；

图5是实施例1中该连接装置的橡胶弹簧与转向架构架单元的正视图；

图6是图4的局部放大示意图；

图7是实施例1中该连接装置的橡胶弹簧的正视图；

图8是实施例1中该连接装置的橡胶弹簧的俯视图；

图9是实施例2中地铁调车机相关尺寸；

图10为实施例2中钢轨与机车轮缘的示意图；

图11为实施例2中的车体偏移量示意图(两转向架均在最大外移位置)；

图12为实施例2中的车体偏移量示意图(两转向架均在最大偏斜位置)；

图13为实施例3中橡胶弹簧在转向架上的位置示意图。

图中：1、中心销牵引单元，101、中心销，102、中心销座，103、铜套，104、橡胶套，105、内套，2、转向架构架单元，201、横梁，202、侧梁，203、端梁，3、橡胶弹簧，301、销体，302、顶板，303、橡胶，304、隔板，305、底板，4、加固法兰，5、大螺母，6、密封垫，7、第一垫圈，8、垫，9、第一螺栓，10、第二螺栓，11、调整垫片，12、第二垫圈。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明创造中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本发明创造的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明创造和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明创造的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明创造的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明创造的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明创造中的具体含义。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明创造。

实施例1

如图1-8所示，对于地铁用液力传动内燃调车机车，通常设有两个转向架，每一转向架均采用本发明创造所述的中心销牵引与橡胶弹簧相配合的连接装置，包括有中心销牵引单元1、转向架构架单元2、橡胶弹簧3，所述中心销牵引单元1设于所述转向架构架单元2中部，若干所述橡胶弹簧3对称固设于所述转向架构架单元2两端。

如图4所示，所述转向架构架单元主要包括有横梁201、侧梁202、端梁203，两个所述侧梁202固设于所述横梁201两端，两个所述端梁203相对所述横梁201对称固设于两个所述侧梁202之间；

如图4-7所示，若干所述橡胶弹簧3对称固设于两个所述侧梁202上；所述橡胶弹簧3包括有顺次连接的销体301、顶板302、橡胶303、隔板304、底板305，所述销体301插接于车体底架旁承梁下部，所述底板305通过第二螺栓10固设于所述侧梁202上；如图6所示的该螺栓放大示意图，所述第二螺栓10通过调整垫片11和第二垫圈12将所述底板305紧固在所述侧梁202上；其中，所述橡胶弹簧3垂向刚度为6.5×(1±15％)kN/mm，满足了车体与转向架垂向载荷的施加；所述橡胶弹簧3横向刚度为160×(1±20％)N/mm、纵向刚度为275×(1±20％)N/mm，满足了车体与转向架通过60m曲线旋转时施加的旋转力矩和位移变形。

如图1所示，所述中心销牵引单元1包括有中心销101、中心销座102、铜套103、橡胶套总成，所述中心销101材质为Q235B，所述中心销101上表面与车体底架牵引梁底板下平面固定连接，所述中心销座102与所述横梁201固定连接，所述中心销101依次通过铜套103和橡胶套总成设于所述中心销座102内部，所述铜套103内壁与所述中心销101外表面为过盈配合；

所述橡胶套总成包括橡胶套104、内套105，所述内套105内壁与所述铜套103外壁为间隙配合，所述橡胶套104与所述中心销座102内壁为过盈配合。所述橡胶套总成的径向刚度为20kN/mm，限制了车体与转向架在前后最大牵引力状态下的相对位移5.44mm和侧摆最大离心位移1.56mm。

其中，所述中心销对主车架中心线的位移不得大于1.5mm,中心销对主车架两个中梁下平面的垂直度在全长范围内不得大于1.0mm。

本实施例的上述技术方案中，该机车转向架采用中心销式牵引装置来传递转向架与车体之间的纵向力(牵引力和制动力)。由于中心销101与牵引座102之间配有铜套103和橡胶套总成，铜套103内壁与中心销101的装配为过盈配合，过盈量为(0.002～0.045)mm，外壁与橡胶套总成的内套内壁为间隙配合，间隙量为(1.34～1.93)mm，所述橡胶套104与所述中心销座102内壁为过盈配合，过盈量为(4.33～7.35)mm。在此配合下，在传递纵向力的同时，该结构允许转向架相对于车体有适当的横动和转动，改善了转向架的动力学性能。

在落车时，在铜套外圆面和橡胶套总成内圆面涂抹ZG-3钙基润滑脂，以减小磨损，并延长铜套103和橡胶元件的使用寿命。

在本实施例中，基于以上配合转向架相对车体可以有所横动和转动，与此同时采用两点弹性橡胶弹簧支撑装置来传递转向架与车体之间的垂向载荷。根据机车轴重、每轴簧下死重以及橡胶弹簧3布置数量，计算其相关性能参数。经计算此橡胶弹簧3的横向最大位移量和纵向最大位移量，均未超过允许的最大横向位移和允许最大纵向位移，能满足机车运用要求，因而保证了机车过小半径曲线的线路时，橡胶弹簧3不失稳。

由于机车的运行速度相对较低，橡胶弹簧3不仅能提高机车的垂向刚度，而且在机车过曲线后，橡胶弹簧3产生的摩擦扭矩可以提高机车的抗蛇形运动，改善机车的动力学性能。

以下为对本实施例上述技术方案的改进：

进一步，所述中心销101上表面与车体底架牵引梁底板下平面固定连接处设有加固法兰4。

所述中心销101与车体底架牵引梁下平面是通过焊接固定连接的，如果手工施焊应采用422焊条，焊缝不得出现气泡、夹渣、裂纹等缺陷。此外，机车在平直道及曲线上运行的时候，为防止中心销与车体底架之间的焊缝疲劳失效，保证车体与转向架的连接关系稳固，需要加强中心销101与车体底架的连接，故设计盘形加固法兰4，并通过4个M10×25的螺栓紧固在车体底架上，对中心销起安全防护作用，如图1所示。

进一步，所述中心销底部固设有大螺母5。

图1中，所述大螺母5通过若干螺栓固定连接于所述中心销101底部，二者应顺利装配，不得有卡死现象。所述大螺母5与所述横梁201下平面留有一定间隙，不许过度紧固，起到中心销101安装过程中的限位作用。在落车调整后，其与所述横梁201下平面间隙尺寸应在(8～15)mm范围，如不在此范围，允许用增减垫片的方法调整。

进一步，所述中心销座102上表面固设有密封垫6。

如图1所示，由于所述中心销座102是固设到所述横梁201上的，在所述中心销101通过铜套103和橡胶套总成插入中心销座102后，由于所述中心销101与所述中心销座102的半径并相不同，会在所述中心销座102上部留有较大空隙，在使用过程中，此空隙很容易造成灰尘等杂物的聚集，如果杂物进入铜套103、橡胶套总成、中心销101之间的间隙，则会破坏所述中心销101与所述中心销座102的配合，污染润滑脂，影响该连接的正常使用以及机车动力学性能。因此，在所述中心销座102上通过第一螺栓9固设有密封垫6，起到防尘、防杂物进入的作用。所述密封垫6通过所述第一螺栓9固定连接到所述中心销座102上部，如图2所示，该螺栓通过第一垫圈7与垫8将所述密封垫6牢固地压在中心销座102上。

经过实际验证，证明了车体与转向架之间采用中心销牵引与橡胶弹簧相配合的连接装置可以有效地改善机车动力学性能；通过小曲线半径的线路时，橡胶弹簧不失稳。相对于现行的国内地铁用液力传动调车机车车体与转向架的连接装置，本连接装置有突出的实质效果。

实施例2

本实施例中，将中心销牵引与橡胶弹簧相配合的连接装置应用在地铁用内燃调车机车行驶中，其中，每一个转向架的侧梁202上各设有一个橡胶弹簧3，构成二系支撑，通过一定的公式推导出机车通过半径为60m的小曲线半径轨道时的转向架最大转角，计算过程如下：

通过TB1350-83《铁路曲线轨距加宽》和GB/T50157-2003《地铁设计规范》对转向架进行相关计算。

1、地铁用内燃调车机车相关尺寸(如图9所示)：

L_K——转向架中心距，取7200mm；

l——转向架轴距，取2300mm；

L——车体长度，取14800mm；

r——侧梁上两个橡胶弹簧的横向中心距，取1956mm。

2、曲线加宽

为保证机车在直线上顺利通过，轨距与轮缘外侧之间应保有一定的间隙，如图10所示：

σ＝A-(B+2t)＝18mm

根据现行《铁路技术管理规程》：

A——直线上的轨距＝1435mm；

B——机车轮对的轮缘内侧距＝(1353±2)mm；

t——在离轮缘顶点18mm处的轮缘厚度＝33mm；

σ——直线上钢轨内侧与轮缘外侧的全间隙(mm)。

σ的名义尺寸是18mm，在曲线上，σ能帮助机车通过曲线，为更便于机车的几何曲线通过，还将内轨适当内移，内轨内移量Δ叫曲线加宽度。根据我国现行《铁路技术管理规程》，加宽度与半径的关系，当R＜300m时，Δ＝15mm，σ+Δ＝33mm。

3、轮对横动量

除了轮缘与钢轨的间隙外，为使轴距较长的三轴及四轴转向架能纳入曲线，还给轮对以横动量，即允许轮对相对于轴箱和轴箱相对于转向架构架适当横动。依据《机车总体结构及设计》对于二轴转向架轮对横动量不考虑。

4、机车通过半径为60m曲线道路的计算

为便于在研究转向架与曲线的几何关系时绘图，规定将左右两轮缘的外侧距B+2t缩为零，以半径为R_外＝R+0.5σ的圆弧表示外轨内侧面，以R_内＝R-0.5σ-Δ的圆弧表示内轨外侧面，也就是用轮缘与钢轨在曲线上的全间隙σ+Δ来表示外轨内侧面和内轨外侧面的间距。

4.1、转向架转心的位置

设转向架在最大偏斜位置，第一轴贴靠外轨，第二轴贴靠内轨，求第一轴转心距：

Y₂＝(σ+Δ)

式中：

R：曲线半径60m；Y₁：转向架车轴相对于轴箱横动量(对于二轴转向架轮对横动量小不考虑)0mm；l：转向架车轴中心距2300mm；Y₂：钢轨与轮缘的总间隙σ+Δ＝33mm。

4.2、转向架对车体的转角

当前、后转向架均处于最大外移位置。此时两转向架对车体的转角θ相等，如图11所示。

式中：

R：曲线半径60m；L_K：机车两转向架之间的中心距7200mm；

当前、后转向架均处于最大偏斜位置，此时，X₁(第一轴的转心距)＝X₃(第三轴的转心距)＝2.01m，前、后转向架对车体的转角，如图12所示：

式中：

S₁、S₂：前、后转向架转心位置，且第一轴和第三轴对外轨的偏移量相同Y₁＝Y₃＝0m，故：R：曲线半径60m；l：转向架车轴中心距2300mm；X₁＝X₃＝2.01m

5、结论

机车顺利通过半径60m曲线时，转向架均处于最大偏斜位置时，后转向架对车体的转角最大，故最大转角选θ_max＝4.26°。

实施例3

本实施例中，根据已知条件以及实施例2中得到的转向架最大转角，通过计算，确定由橡胶弹簧3构成的二系支撑能否满足机车运用要求。

1、已知参数

轴式	B-B
		轴重	14t
转向架重量	8.284t
		每轴死重	2.87t

2、橡胶弹簧受载计算

每一个转向架的侧梁上各设有一个橡胶弹簧，一台机车有两个转向架，则橡胶弹簧数为4个，每个橡胶弹簧所受载荷：

P_橡胶＝(14×4-8.284×2)/4×1000×9.81＝96.7kN

3、橡胶弹簧参数的选择

本实例中所选择的橡胶弹簧参数如表1所示：

表1橡胶弹簧参数

垂向预载(KN)	剪切方向	变形量(mm)	刚度(N/mm)
				100	短边	-55～+55	160×(1±20％)
100	长边	-55～+55	275×(1±20％)
				100	45°	135	不损坏

垂向刚度：6.5×(1±15％)kN/mm

其中，每层橡胶外形尺寸：长×宽×高＝l×w×h＝420mm×240mm×57.5mm，橡胶弹簧层数n＝4层，两端端板厚度为10mm，中间隔板厚度为10mm，橡胶弹簧自由高为H₀＝252.5mm。

4、计算过程

每个橡胶弹簧的静挠度：f＝P/K_Z＝96.7/6.5＝14.9mm

工作高度：h＝H₀-f＝252.5-14.9＝237.6mm

根据机车的曲线通过计算可知，当机车通过曲线半径R＝60m时，转向架相对车体的旋转角度为4.26°，由图13可知橡胶弹簧的最大旋转半径r为：

r＝OB＝OA＝1956/2＝978mm

当转向架旋转4.26°后，

∠AOB＝4.26°

∴BC＝r·sin∠AOB＝978·sin 4.26°＝71.6mm

OC＝r·cos∠AOB＝978·cos 4.26°＝975.4mm

橡胶弹簧横向位移(在图11中y轴方向)Δy＝OA-OC＝978-975.4＝2.6mm

橡胶弹簧纵向位移(在图11中x轴方向)Δx＝BC＝71.6mm

转向架相对车体横向移动(8～10)mm

橡胶弹簧的横向最大位移量y＝2.6+10+1.56＝14.16mm

橡胶弹簧的纵向最大位移量x＝71.6+5.44＝77.04mm

6、结论

依据上述的计算结果，该橡胶弹簧满足使用要求，静挠度为f＝14.9mm，在最大转角位置时橡胶弹簧最大变形量小于135mm不受损，同时起到缓冲和阻尼作用。

通过以上理论计算，证明了车体与转向架之间采用中心销牵引与橡胶弹簧相配合的连接装置的设计，在机车过60m小曲线半径线路时，橡胶弹簧的横向最大位移量和纵向最大位移量均未超过其允许的最大横向位移和最大纵向位移，因而保证橡胶弹簧不失稳，且满足机车运用要求。

以上对本发明创造的实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明创造的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明创造的实施范围。凡依本发明创造申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明创造的专利涵盖范围之内。

Claims (10)

1.中心销牵引与橡胶弹簧相配合的连接装置，其特征在于，包括有中心销牵引单元、转向架构架单元、橡胶弹簧，所述中心销牵引单元设于所述转向架构架单元中部，若干所述橡胶弹簧对称固设于所述转向架构架单元两端。

2.如权利要求1所述的中心销牵引与橡胶弹簧相配合的连接装置，其特征在于，所述转向架构架单元主要包括有横梁、侧梁、端梁，两个所述侧梁固设于所述横梁两端，两个所述端梁相对所述横梁对称固设于两个所述侧梁之间。

3.如权利要求2所述的中心销牵引与橡胶弹簧相配合的连接装置，其特征在于，所述橡胶弹簧包括有顺次连接的销体、顶板、橡胶、隔板、底板，若干所述橡胶弹簧对称固设于所述侧梁上，所述销体插接于车体底架旁承梁下部，所述底板固设于所述侧梁上。

4.如权利要求1所述的中心销牵引与橡胶弹簧相配合的连接装置，其特征在于，所述橡胶弹簧垂向刚度为(5～8)×(1±15％)kN/mm，满足了车体与转向架垂向载荷的施加；所述橡胶弹簧横向刚度为(130～180)×(1±20％)N/mm、纵向刚度为(250～300)×(1±20％)N/mm，满足了车体与转向架通过大于50m半径曲线轨道旋转时施加的旋转力矩和位移变形。

5.如权利要求2所述的中心销牵引与橡胶弹簧相配合的连接装置，其特征在于，所述中心销牵引单元包括有中心销、中心销座、铜套、橡胶套总成，所述中心销上表面与车体底架牵引梁底板下平面固定连接，所述中心销座与所述横梁固定连接，所述中心销设于所述中心销座内部，并由内而外依次套装铜套和橡胶套总成，所述橡胶套总成与所述中心销座之间为过盈配合，过盈量为(4.33～7.35)mm。

6.如权利要求5所述的中心销牵引与橡胶弹簧相配合的连接装置，其特征在于，所述铜套内壁与所述中心销外壁为过盈配合。

7.如权利要求5所述的中心销牵引与橡胶弹簧相配合的连接装置，其特征在于，所述铜套内壁与所述中心销外壁过盈配合的过盈量为(0.002～0.045)mm。

8.如权利要求5所述的中心销牵引与橡胶弹簧相配合的连接装置，其特征在于，所述橡胶套总成包括橡胶套、内套，所述橡胶套装于所述内套外部。

9.如权利要求5所述的中心销牵引与橡胶弹簧相配合的连接装置，其特征在于，所述橡胶套总成的径向刚度为(15～30)kN/mm，限制了车体与转向架在前后最大牵引力状态下的相对位移和侧摆最大离心位移。

10.如权利要求8所述的中心销牵引与橡胶弹簧相配合的连接装置，其特征在于，所述内套内壁与所述铜套外壁为间隙配合，间隙量为(1.34～1.93)mm。