CN207725412U - 基于磁流变弹性体的刚度可调火车轴箱定位弹性节点 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开一种基于磁流变弹性体的刚度可调火车轴箱定位弹性节点，通过调节外加电流的大小来改变磁流变弹性体的弹性模量以控制弹性节点轴向和径向刚度，从而保证火车在直线轨道上行驶时弹性节点提供较大刚度来保证列车高速稳定行驶，火车在弯道上行驶时，弹性节点提供较小刚度以保证列车有很好的曲线通过性能。包括磁流变弹性体，励磁线圈，节点芯轴和节点外套；节点芯轴是具有线圈凹槽的轴体，励磁线圈绕在芯轴的凹槽内来控制磁流变弹性体所处磁场。磁流变弹性体的一个表面硫化在非凹槽部分的芯轴上，另一个表面硫化在节点外套的内壁上。结构紧凑简单，和列车原有橡胶节点结构一致，易于实现和替代火车上现有的被动橡胶节点，可行性和实用性强。
Description
技术领域
本实用新型涉及基于磁流变弹性体的刚度可调装置的技术领域，特别涉及一种基于磁流变弹性体的刚度可调火车轴箱定位弹性节点。
背景技术
火车的轴箱定位对于火车的运行稳定性和弯道通过性能有着至关重要的影响。火车的轴箱定位方式主要有转臂式，导框式，拉板式，拉杆式和橡胶元件的定位方式，上述几种定位方式在正确设计结构和选择合理参数的前提下都能够实现很好的定位作用，只是在使用时其性能优劣和耐久性上有一定差异。在上述多数定位方式中都有一个非常重要的定位元件，就是一系定位橡胶节点。橡胶节点是用来连接构架和轴箱连杆，或者轴箱转臂的装置。这一橡胶节点的使用能够限制轴箱和构架之间纵向和横向的相对位移同时实现弹性定位。
在列车设计过程中，橡胶节点的刚度选择对列车的临界速度和弯道通过性有着至关重要的影响。橡胶节点的刚度对于临界速度和曲线通过性能的影响完全是相反的。在设计中也是相互矛盾的。一方面，较小的轮对纵向刚度能使列车获得良好的弯道通过性能，同时能够大幅度降低列车的轮轨力，轮轨磨耗和轮轨噪声。这样一来，当列车在曲线上行驶时，利用自导向效应，轮对可以径向调整，从而减小轮缘对轨道的冲角提高车辆的曲线通过性能。另一方面。现代行走机构必须达到200km/h或者更高的高速运行速度。这样一来，就需要保证列车在高速行驶时的稳定性。高速行驶的稳定性就需要尽可能的提高轮对的纵向定位刚度来严格保持两个轮子的平行。综上所述，橡胶节点刚度的设计至关重要，同时刚度不可变的被动橡胶节点又很难同时满足弯道行驶和直线行驶对于橡胶节点刚度的不同要求。
通过上述分析，可以得出，开发一种智能的，刚度可调的橡胶节点对于提高列车的高速稳定性和曲线通过性至关重要。为解决这一问题，本实用新型提出了一种基于磁流变弹性体的刚度可调的火车用弹性橡胶节点。磁流变弹性体是一种刚度可调的智能材料。在外加不同磁场的条件下，磁流变弹性体能够快速，可逆的改变其自身的刚度。这种材料为解决直道和弯道对橡胶节点的不同刚度需求提供的完美的解决方案。本实用新型设计的刚度可调的弹性节点能够为高速行驶的列车提供较大的纵向刚度以保证其稳定性，同时能够为降低列车的纵向定位刚度来提高其曲线通过性能。
实用新型内容
现有的被动式橡胶节点无法满足列车行驶在弯道和直道上对节点定位刚度的不同要求，本实用新型目的是提供一种刚度可变的弹性定位节点来解决这一问题。当车辆高速行驶时，节点提供较大的定位刚度，当车辆低速通过弯道时，提供较小的轮对定位刚度。
本实用新型是通过以下技术方案实现的：
基于磁流变弹性体的刚度可调火车轴箱定位弹性节点，包括磁流变弹性体，励磁线圈，节点芯轴一和节点外套；其中，
节点芯轴一是具有线圈凹槽的轴体；
励磁线圈绕在节点芯轴一的凹槽内；
磁流变弹性体的内表面硫化在节点芯轴一的非凹槽面上，外表面硫化在节点外套的内表面上，磁流变弹性体的刚度特性由电磁线圈控制；所述的励磁线圈绕在节点芯轴一的凹槽内，电磁线圈所产生的电磁场的强度由外加电流的大小控制，节点芯轴一安装在节点外套中，使节点结构紧凑。
其中，所述的磁流变弹性为有一定厚度的圆柱面，安装在节点芯轴一和节点外套之间，并通过硫化处理将节点芯轴一，节点外套和磁流变弹性体固联成一体。
基于磁流变弹性体的刚度可调火车轴箱定位弹性节点，包括磁流变弹性体，励磁线圈，节点芯轴二和节点外套，还具有线圈凹槽的励磁线圈绕体和一根节点芯轴二；励磁线圈绕在励磁线圈绕体的凹槽内；
励磁线圈绕体安装在节点外套内，节点芯轴二安装在励磁线圈绕体内部，磁流变弹性体的外表面和励磁线圈绕体的内表面硫化，内表面和节点芯轴二的外表面硫化固联在一起。
其中，所述的励磁线圈绕在励磁线圈绕体上，励磁线圈绕体通过和节点外套过盈配合来固定在节点外套内部；所述磁流变弹性体为有一定厚度的圆柱面，安装在励磁线圈绕体和节点芯轴二之间，经过硫化处理，将整个节点连接成一个整体。
本实用新型的原理在于：本实用新型使用了磁流变弹性体刚度可控的特性来设计新型刚度可调火车用弹性节点。所述的弹性节点有两种不同结构实现。在第一种结构中，弹性节点由磁流变弹性体，励磁线圈，节点芯轴和节点外套组成。其中，节点芯轴是特殊设计的具有线圈凹槽的轴体，励磁线圈绕在芯轴的凹槽内来控制磁流变弹性体的磁场，从而控制节点的刚度。磁流变弹性体的一个表面硫化在非凹槽部分的芯轴上，另一个表面硫化在节点外套的内壁上。第二种结构中，弹性节点包括磁流变弹性体，励磁线圈，节点芯轴，节点外套和励磁线圈绕体。励磁线圈绕在励磁线圈绕体的凹槽内，励磁线圈绕体安装在节点外套内，节点芯轴安装在励磁线圈绕体内部，磁流变弹性体的外表面和励磁线圈绕体的内表面硫化，内表面和节点芯轴的外表面硫化固联。通过上述两种结构设计，节点的定位刚度可以通过调节外加电流的大小来改变磁流变弹性体的弹性模量以控制弹性橡胶节点轴向和径向刚度，从而保证火车在直线轨道上形式时弹性节点提供较大刚度来保证列车高速稳定行驶，火车在弯道上行驶时，弹性节点提供较小刚度以保证列车有很好的弯道通过性能。
本实用新型与现有技术相比的优点是：
本实用新型利用磁流变弹性体刚度可控的优势，设计出了一种新型刚度可调的火车轴箱定位节点。这一设计能够满足火车行驶在不同轨道条件下对轴箱定位刚度的不同要求。具体的说是新型节点能够在火车高速行驶时提供大刚度来满足的其稳定性需求，能够在火车过弯道时提供小刚度来提高其曲线通过性。除此以外，新型的轴箱定位节点的外形尺寸和安装尺寸和火车原有的定位节点基本相同，在安装使用新型节点时，不需对原有设计做改动，易于实现，实用性强。同时，本实用新型是半主动控制，能量消耗小。
附图说明
图1为本实用新型实施方式1结构示意图。
图2为本实用新型实施方式2结构示意图。
图3为利用万能材料拉伸机(MTS)对橡胶节点进行拉伸测试结果图。
图中附图标记含义为：1为节点外套，2为励磁线圈，3为磁流变弹性体，4A为节点芯轴一、4B为节点芯轴二，5为磁场，6为励磁线圈绕体，7为拉杆。
具体实施方式
实施方式1
如图1所示，基于磁流变弹性体的刚度可调的火车用轴箱定位节点，包括磁流变弹性体3，励磁线圈2，节点芯轴一4A和节点外套1。所述的节点芯轴一4A是具有线圈凹槽的轴体。所述的励磁线圈2缠绕在节点芯轴一4A的凹槽内。所述磁流变弹性体3为具有一定厚度的圆柱筒状结构。将筒状磁流变弹性体3套入已绕制线圈的节点芯轴一4A上。所述的励磁线圈2可以为单级线圈，也可为多级线圈。将套有磁流变弹性体3的节点芯轴一4A进行硫化处理，使磁流变弹性体3和节点芯轴一4A能够紧密连接(也可使用其他方式使节点芯轴一4A和磁流变弹性体3紧密连接)。最后将套有磁流变弹性体3的节点芯轴一4A安装到圆筒形节点外套1中。并将整个定位节点进行硫化处理让磁流变弹性体3和节点外套1内壁固联(其他固联方式也可)。所述轴箱定位节点的节点芯轴一4A长度大于节点外套1长度。节点芯轴一4A两端伸出到节点外套1外。通过铰接和构架连接。定位节点的节点外套1通过焊接等方式和转臂或者拉杆7等连接。
当车辆高速行驶在直线轨道上时，车辆将速度信息传递给定位节点控制器，节点控制器经过判定向节点发送大电流控制，产生如图1所示的磁场5，这时，磁流变弹性体在磁场的作用下，其自身刚度提高，从而提高轴箱定位节点的刚度来保证车辆高速行驶的稳定性。当车辆以较低速度行驶在曲线轨道上是，轴箱定位节点控制器采集到车辆车速，并根据车速来判断节点所需的刚度值，向定位节点发送小刚度控制。从而保证车辆的曲线通过性，减小列车的轮缘对轨道冲角，轮轨力和轮轨磨耗。
实施方式2
如图2所示，基于磁流变弹性体的刚度可调的火车轴箱定位节点，包括磁流变弹性体3，励磁线圈2，节点芯轴二4B，节点外套1和励磁线圈绕体6。所述的节点芯轴二4B应使用高磁导率材料。所述磁流变弹性体3为具有一定厚度的圆柱筒状结构。将筒状磁流变弹性体3套入节点芯轴二4B。将套有磁流变弹性体的节点芯轴二4B进行硫化，使磁流变弹性体3和节点芯轴二4B能够紧密连接(也可使用其他方式使节点芯轴二4B和磁流变弹性体3紧密连接)。所述的励磁线圈绕体6为具有凹槽的圆柱状结构，所述的励磁线圈2缠绕在励磁线圈绕体6的凹槽内。所述的励磁线圈2可以为单级线圈，也可为多级线圈。将套有磁流变弹性体3的节点芯轴二4B套入到励磁线圈绕体6的内孔中，并将这一整体结构进行硫化处理，使磁流变弹性体3和励磁线圈绕体6的内壁能够紧密连接(也可使用其他方式使节点芯轴二4B和磁流变弹性体3紧密连接)。最后将套有磁流变弹性体3的励磁线圈绕体6安装到圆筒形节点外套1中。所述的励磁线圈绕体6和节点外套1的配合方式为过盈配合。所述轴箱定位节点的节点芯轴二4B长度大于节点外套1长度。节点芯轴二4B两段伸出到节点外套1外。通过铰接和构架连接。定位节点的节点外套1通过焊接等方式和转臂或者拉杆7等连接。
所述定位节点(实施方式2)的控制方式和实施方式1的控制方式相同。定位节点通过采集车速，根据车速的大小来判定轴箱定位节点的刚度为大还是小。
图3为利用万能材料拉伸机(MTS)对橡胶节点进行拉伸测试结果图，实验时控制橡胶节点轴向位移为±0.2mm、振动频率为1Hz。观察实验结果，通入2A、1A、0A励磁电流时对应的节点刚度大小关系为2A>1A>0A，这说明励磁电流较大时，节点刚度较大。
Claims (4)
1.基于磁流变弹性体的刚度可调火车轴箱定位弹性节点，其特征在于：包括磁流变弹性体(3)，励磁线圈(2)，节点芯轴一(4A)和节点外套(1)；其中，
节点芯轴一(4A)是具有线圈凹槽的轴体；
励磁线圈(2)绕在节点芯轴一(4A)的凹槽内；
磁流变弹性体(3)的内表面硫化在节点芯轴一(4A)的非凹槽面上，外表面硫化在节点外套(1)的内表面上，磁流变弹性体(3)的刚度特性由电磁线圈控制；所述的励磁线圈(2)绕在节点芯轴一(4A)的凹槽内，电磁线圈所产生的电磁场的强度由外加电流的大小控制，节点芯轴一(4A)安装在节点外套(1)中，使节点结构紧凑。
2.根据权利要求1所述的基于磁流变弹性体的刚度可调火车轴箱定位弹性节点，其特征在于：所述的磁流变弹性体(3)为有一定厚度的圆柱面，安装在节点芯轴一(4A)和节点外套(1)之间，并通过硫化处理将节点芯轴一(4A)，节点外套(1)和磁流变弹性体(3)固联成一体。
3.基于磁流变弹性体的刚度可调火车轴箱定位弹性节点，其特征在于：包括磁流变弹性体(3)，励磁线圈(2)，节点芯轴二(4B)和节点外套(1)，还具有线圈凹槽的励磁线圈绕体(6)和一根节点芯轴二(4B)；励磁线圈(2)绕在励磁线圈绕体(6)的凹槽内；
励磁线圈绕体(6)安装在节点外套(1)内，节点芯轴二(4B)安装在励磁线圈绕体(6)内部，磁流变弹性体(3)的外表面和励磁线圈绕体(6)的内表面硫化，内表面和节点芯轴二(4B)的外表面硫化固联在一起。
4.根据权利要求3所述的基于磁流变弹性体的刚度可调火车轴箱定位弹性节点，其特征在于：所述的励磁线圈(2)绕在励磁线圈绕体(6)上，励磁线圈绕体(6)通过和节点外套(1)过盈配合来固定在节点外套(1)内部；所述磁流变弹性体(3)为有一定厚度的圆柱面，安装在励磁线圈绕体(6)和节点芯轴二(4B)之间，经过硫化处理，将整个节点连接成一个整体。
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| CN115635358A (zh) * | 2022-10-28 | 2023-01-24 | 山东大学 | 一种弱刚性结构件加工变形校正及颤振抑制的工装及方法 |
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