專利名稱：鐵道貨車轉(zhuǎn)向架的斜楔減振裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及鐵道貨車轉(zhuǎn)向架，具體地指一種鐵道貨車轉(zhuǎn)向架的斜楔減振裝 置。
背景技術(shù)：
鐵道貨車轉(zhuǎn)向架是鐵道貨車的關(guān)鍵性部件。傳統(tǒng)的鐵道貨車轉(zhuǎn)向架大多數(shù)包含兩 個側(cè)架組成和一個搖枕組成這三大件式結(jié)構(gòu)，側(cè)架組成的兩端導框通過承載鞍和軸承組成 安裝在前后輪對組成上，搖枕組成的兩端則通過兩組中央彈簧懸掛裝置安裝在側(cè)架組成的 中央方框內(nèi)。中央彈簧懸掛裝置用于承擔搖枕組成的載荷，其主要由位于中間的承載彈簧 組件和位于兩側(cè)的摩擦式斜楔減振裝置構(gòu)成?，F(xiàn)有的摩擦式斜楔減振裝置包括斜楔組成和 安裝在斜楔組成下方的減振彈簧組件，斜楔組成上垂直的主摩擦面和傾斜的副摩擦面分別 與側(cè)架組成的側(cè)架立柱面和搖枕組成的搖枕八字面摩擦接觸。上述三大件式結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)向架雖然具有構(gòu)造簡單、輪重均載性好、制造和檢修成本低 廉的優(yōu)點，但也存在搖枕組成和側(cè)架組成之間連接結(jié)構(gòu)松散、抗菱變形的剛度差的缺陷，由 此不足以抵抗搖枕組成和側(cè)架組成之間劇烈的搖頭運動，導致轉(zhuǎn)向架通過曲線軌道時其輪 對組成對鋼軌的沖角偏大，輪軌磨耗增多。特別是其摩擦式斜楔減振裝置中的斜楔組成具 有較大的設(shè)計頂角(其副摩擦面與鉛垂面之間的夾角)，通常是在35° 70°的范圍內(nèi)，抵 抗搖枕組成與側(cè)架組成之間的菱形變形能力較差，即轉(zhuǎn)向架的抗菱剛度十分有限。當搖枕 組成相對于側(cè)架組成作縱向運動時，搖枕八字面對斜楔組成的作用力的垂向分力將大于斜 楔組成主、副摩擦面的摩擦力的垂向分力之和，此時斜楔組成會向下運動，使搖枕組成與側(cè) 架組成之間的縱向距離變小，搖枕組成與側(cè)架組成之間即可產(chǎn)生相對轉(zhuǎn)動，發(fā)生菱形變形。 這樣，車輛的曲線通過能力較差，臨界速度只能較低，車輛運行速度受限，運行品質(zhì)不高，不 能滿足鐵道貨車大幅提速的需要。為了解決上述問題，目前提速貨車轉(zhuǎn)向架采用了在兩個側(cè)架組成之間加裝交叉支 撐裝置或加裝彈簧托板的方式，以增強傳統(tǒng)鐵道貨車轉(zhuǎn)向架的抗菱剛度。但加裝交叉支撐 裝置或彈簧托板的結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜、簧下質(zhì)量偏重、制造和檢修成本也偏高。因此，如何有效 提高傳統(tǒng)鐵道貨車轉(zhuǎn)向架的抗菱形變形能力，對改善鐵道車輛的運行品質(zhì)具有重要的現(xiàn)實
眉、ο
發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的就是要提供一種結(jié)構(gòu)簡單可靠、維護維修方便、使用成本低廉、 能有效抵抗搖枕組成與側(cè)架組成之間發(fā)生菱形變形的鐵道貨車轉(zhuǎn)向架的斜楔減振裝置，以 滿足鐵道貨車大幅提速的需要。為實現(xiàn)上述目的，本實用新型所設(shè)計鐵道貨車轉(zhuǎn)向架的斜楔減振裝置，包括斜楔 組成和安裝在所述斜楔組成下方的減振彈簧組件。所述斜楔組成由斜楔體、安裝在所述斜 楔體側(cè)立面的主摩擦板、以及安裝在所述斜楔體傾斜面的副摩擦塊構(gòu)成。所述斜楔組成的結(jié)構(gòu)設(shè)計參數(shù)滿足如下數(shù)學關(guān)系α =16 30°，且μ <tga < μ+P1 ；其中，α為所 述副摩擦塊的摩擦面與鉛垂面之間的夾角，μ為所述主摩擦板的摩擦系數(shù)，μ ！為所述副摩 擦塊的摩擦系數(shù)。本實用新型將所述斜楔組成中α的最大值限定為30°，遠小于傳統(tǒng)斜楔組成中 35 70°的大頂角設(shè)計，并且限定tg α < μ+P1，這樣當搖枕組成相對于側(cè)架組成作縱向 運動時，搖枕八字面對斜楔組成的作用力的垂向分力始終小于斜楔組成的主摩擦板和副摩 擦塊摩擦力的垂向向上分力之和，從而確保斜楔組成不會向下運動(鎖死)，搖枕組成和側(cè) 架組成不能產(chǎn)生相對轉(zhuǎn)動，搖枕組成和側(cè)架組成之間具有足夠大的抗菱形變形能力。當然， 如果α值過小到接近斜楔組成主摩擦板的摩擦角，會使斜楔組成在搖枕組成相對于側(cè)架 組成向下運動時自鎖，惡化轉(zhuǎn)向架的動力學性能。故本實用新型同時將所述斜楔組成中a 的最小值限定為16°，并且限定μ <tg a，這樣可確保斜楔 組成在搖枕組成作上下運動的 過程中也能自由運動(不鎖死)，從而使整個轉(zhuǎn)向架具有優(yōu)良動力學性能和曲線通過能力。較佳地，所述斜楔組成的設(shè)計寬度L = 200 260mm。該寬度大約是傳統(tǒng)變摩擦斜 楔(變摩擦斜楔是指斜楔安裝在置于側(cè)架組成中央方框內(nèi)的減振彈簧上，斜楔的減振摩擦 力隨搖枕組成承受的垂直載荷的改變而成正比改變)寬度的1.3倍以上，這既可增大斜楔 組成抵抗搖枕和側(cè)架之間菱形變形力矩的力臂長度，又可增加斜楔組成的主摩擦板與側(cè)架 立柱摩擦板、副摩擦塊與搖枕八字面的接觸面積，從而能夠進一步提高搖枕組成和側(cè)架組 成之間的抗菱剛度。更佳地，所述減振彈簧組件的力學性能滿足如下數(shù)學關(guān)系=K1Xctga = KXC/2y ；其中，K1為所述減振彈簧組件的剛度，K為鐵道貨車轉(zhuǎn)向架的中央彈簧懸掛裝置 的總剛度(可由設(shè)計要求確定)，C為鐵道貨車轉(zhuǎn)向架的相對摩擦系數(shù)，且C的取值范圍為 0.05 0.15，μ即是所述主摩擦板的摩擦系數(shù)。因所述減振彈簧組件的剛度K1與斜楔組 成的ctga成反比，可根據(jù)α值的變化相應(yīng)調(diào)節(jié)K1值，從而確保取得合適的摩擦減振力， 不致使衰減車輛的垂向振動和橫向振動的摩擦力過大。最佳地，所述副摩擦塊與所述斜楔體的傾斜面之間為凸凹球面配合連接結(jié)構(gòu)。這 樣既可保證所述副摩擦塊與搖枕八字面接觸良好，又可保證所述主摩擦板與側(cè)架立柱面接 觸良好，從而大幅增加搖枕組成和側(cè)架組成之間抗菱形變形的可靠性，同時大幅減少搖枕 八字面的磨耗，降低檢修成本。本實用新型的優(yōu)點在于所設(shè)計斜楔減振裝置的斜楔組成既可保證在搖枕組成作 上下運動時能自由運動，又可保證在搖枕組成作縱向移動時鎖死，這樣可有效抵抗搖枕組 成與側(cè)架組成之間發(fā)生菱形變形，使轉(zhuǎn)向架在沒有側(cè)架交叉支撐裝置或彈簧托板的條件下 仍具有足夠大的抗菱剛度和優(yōu)良的動力學性能。而斜楔組成寬度大于傳統(tǒng)變摩擦斜楔組成 1.3倍以上、以及副摩擦塊與斜楔體的凸凹球面配合結(jié)構(gòu)等附加特征，既增大了斜楔組成抵 抗搖枕組成和側(cè)架組成菱變力矩的力臂長度，又保證了其主、副摩擦面的良好接觸和摩擦 系數(shù)的穩(wěn)定，從另一方面確保了轉(zhuǎn)向架的抗菱剛度和優(yōu)良的動力學性能，從而可大幅提高 車輛運行的臨界設(shè)計速度和曲線通過能力，改善鐵道車輛的運行品質(zhì)。同時，該斜楔減振裝 置結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉、工作可靠、維護方便，符合時速120km/h鐵道貨車制造的設(shè)計要求， 可滿足鐵道貨車大幅提速的需要。
圖1為一種鐵道貨車轉(zhuǎn)向架的斜楔減振裝置的立體結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為圖1所示斜楔減振裝置的主剖視結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為圖1所示斜楔減振裝置與轉(zhuǎn)向架的搖枕組成和側(cè)架組成之間的配合關(guān)系示 意圖；圖4為圖3所示斜楔減振裝置在搖枕組成縱向運動時的受力平衡示意圖；圖5為圖3所示斜楔減振裝置在搖枕組成向下運動時的受力平衡示意圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖和具體實施例對本實用新型的鐵道貨車轉(zhuǎn)向架的斜楔減振裝置作 進一步的詳細描述如圖1和圖2所示，該鐵道貨車轉(zhuǎn)向架的斜楔減振裝置主要由斜楔組成1和安裝 在斜楔組成1下方的減振彈簧組件2構(gòu)成。斜楔組成1又由斜楔體lb、設(shè)置在斜楔體Ib側(cè) 立面的主摩擦板Ia和設(shè)置在斜楔體Ib傾斜面的副摩擦塊Ic構(gòu)成。上述斜楔組成1的結(jié)構(gòu) 設(shè)計參數(shù)滿足如下數(shù)學關(guān)系丄=200 260mm、α =16 30°、且μ < tg α < μ+μ1; 其中，L為斜楔組成1的寬度，α為副摩擦塊Ic的摩擦面與鉛垂面之間的夾角，μ為主摩 擦板Ia的摩擦系數(shù)，μ ！為副摩擦塊Ic的摩擦系數(shù)。根據(jù)α值的設(shè)計要求，可以選擇合適 材料或結(jié)構(gòu)的主摩擦板Ia和副摩擦塊lc，使μ值和P1值也達到設(shè)計要求。作為支撐基體的斜楔體Ib —般采用鋼質(zhì)或鐵質(zhì)材料制成，以滿足設(shè)計強度和剛 度的需要。副摩擦塊Ic采用改性尼龍材料制成，數(shù)量為兩件，可對稱布置在斜楔體Ib的傾 斜面上，且每件副摩擦塊Ic與斜楔體Ib的傾斜面之間為凸凹球面配合連接結(jié)構(gòu)，從圖中可 以看出副摩擦塊Ic的凸形球面部分嵌裝在斜楔體Ib傾斜面上對應(yīng)的凹形球面坑槽中。副 摩擦塊Ic的結(jié)構(gòu)設(shè)計具有如下優(yōu)點一方面，其與斜楔體Ib傾斜面的凸凹球面配合關(guān)系具 有極佳的吻合性，即使在斜楔組成1的頂角(即α角)、搖枕八字面的角度及其平面度制 造有偏差時，仍可保證副摩擦塊Ic對搖枕八字面的接觸良好，這樣斜楔組成1的副摩擦塊 Ic可以始終維持穩(wěn)定和足夠大的摩擦力，確保在搖枕組成與側(cè)架組成有菱形變形趨勢時， 斜楔組成1產(chǎn)生鎖死而不能向下運動，從而有效提高轉(zhuǎn)向架的抗菱剛度。另一方面，由改性 尼龍材料制成的副摩擦塊Ic耐磨性好、摩擦系數(shù)大，不僅本身耐磨，而且可減輕對搖枕八 字面的磨損，故可方便檢修和更換，有效降低使用成本。主摩擦板Ia是一塊整體結(jié)構(gòu)的摩 擦板，采用高分子材料制成，可通過緊固件安裝在斜楔體Ib的側(cè)立面卡槽中。同樣，由于副 摩擦塊Ic與斜楔體Ib傾斜面的凸凹球面配合結(jié)構(gòu)，也確保了在斜楔組成1的頂角、搖枕八 字面和側(cè)架立柱面制造有偏差時，主摩擦板Ia與側(cè)架立柱面仍具有良好的接觸，從而使斜 楔組成1的減振性能穩(wěn)定可靠。如圖3所示，本實用新型的斜楔減振裝置作為鐵道貨車轉(zhuǎn)向架的中央彈簧懸掛裝 置的一部分安裝在轉(zhuǎn)向架的側(cè)架組成3和搖枕組成4之間。其中減振彈簧組件2的下端 安裝在側(cè)架組成3的中央方框彈簧承臺上，斜楔組成1的的主摩擦板Ia與側(cè)架組成3的側(cè) 架立柱摩擦板3a貼合接觸，斜楔組成1的兩個副摩擦塊Ic與搖枕組成4的搖枕八字面4a 貼合接觸，在車輛運行時起摩擦減振作用。圖4標示了搖枕組成4相對于側(cè)架組成3作縱向運動時，搖枕八字面4a給斜楔組成1的作用力N、搖枕八字面4a與斜楔組成1的副摩擦塊Ic之間的摩擦力Ff、以及側(cè)架立 柱摩擦板3a與斜楔組成1的主摩擦板Ia之間的摩擦力Fz。由圖4可知，斜楔組成1所受 作用力N的垂向分力Ny = NXsina，斜楔組成1所受作用力N的縱向分力Nz = NX cos a。 且斜楔組成1同時受其主摩擦板Ia和副摩擦塊Ic向上的摩擦力阻止，主摩擦板Ia上產(chǎn)生 的摩擦力Fz = NzX μ =NXcosa X μ，副摩擦塊Ic上產(chǎn)生的摩擦力Ff = NX μ lt)根據(jù)設(shè) 計要求 Ny < Fz+FfXcosa，即 NX sin a < NX cos a X μ +NX P1Xcosa，簡化后即得 tg a < μ+μ10這樣，斜楔組成1被其主摩擦板Ia和副摩擦塊Ic的摩擦力鎖死而不能向下運 動，搖枕組成4和側(cè)架組成3之間具有足夠大的抗菱剛度。圖5標示了搖枕組成4相對于側(cè)架組成3作向下運動時，搖枕八字面4a給斜楔組 成1的作用力N、搖枕八字面4a與斜楔組成1的副摩擦塊Ic之間的摩擦力Ff、以及側(cè)架立 柱摩擦板3a與斜楔組成1的主摩擦板Ia之間的摩擦力Fz。由圖5可知，斜楔組成1所受 作用力N的垂向分力Ny = NXsina，斜楔組成1所受作用力N的縱向分力Nz = NX cos a。 但斜楔組成1只受其主摩擦板Ia向上摩擦力Fz 的阻止，而其副摩擦塊Ic上的摩擦力Ff是 向下的，主摩擦板Ia上產(chǎn)生的摩擦力Fz = NzX μ =NXcosa X μ。根據(jù)設(shè)計要求Fz<Ny， 即NXcosa X μ < NX sin a，簡化后即得μ < tg a。這樣，斜楔組成1不會被其主摩擦 板Ia的摩擦力鎖死，在搖枕組成4作上下運動時能自由運動，可保證轉(zhuǎn)向架在車輛運行中 正常衰減振動的功能。由圖5還可知，斜楔組成1的減振力主要是其主摩擦板Ia產(chǎn)生的摩擦力Fz，而摩 擦力Fz還與減振彈簧組件2的承載力P相關(guān)，F(xiàn)z = PXctga X μ，P = K1Xy,其中K1為 減振彈簧組件2的剛度，y為減振彈簧組件2的撓度。由此可得Fz = K1XyXctga X μ。 為保持斜楔組成1適度的減振力，所設(shè)計減振彈簧組件2的力學性能應(yīng)滿足如下數(shù)學關(guān)系 K1Xctga =KXC/2y ；其中，K為鐵道貨車轉(zhuǎn)向架的中央彈簧懸掛裝置的總剛度，C為鐵道 貨車轉(zhuǎn)向架的相對摩擦系數(shù)，且C的取值范圍為0.05 0.15。由于K值和μ值是由設(shè)計 要求確定的，這樣當α值趨小時，ctga相應(yīng)趨大，減振彈簧組件2的剛度K1可相應(yīng)選小， 從而確保鐵道貨車轉(zhuǎn)向架的相對摩擦系數(shù)C始終穩(wěn)定在0. 05 0. 15的范圍內(nèi)，不致使衰 減車輛的垂向和橫向振動的摩擦力過大。在鐵道貨車轉(zhuǎn)向架上采用本實用新型的斜楔減振裝置后，在不加裝側(cè)架交叉支撐 裝置或彈簧托板的情況下，轉(zhuǎn)向架同樣具有足夠的抗菱剛度、較高的臨界速度、以及極好的 曲線通過性能，適用于時速120km/h的新型鐵道貨車，滿足鐵道貨車大幅提速的需要。
權(quán)利要求一種鐵道貨車轉(zhuǎn)向架的斜楔減振裝置，包括斜楔組成(1)和安裝在所述斜楔組成(1)下方的減振彈簧組件(2)，所述斜楔組成(1)由斜楔體(1b)、安裝在所述斜楔體(1b)側(cè)立面的主摩擦板(1a)、以及安裝在所述斜楔體(1b)傾斜面的副摩擦塊(1c)構(gòu)成，其特征在于所述斜楔組成(1)的結(jié)構(gòu)設(shè)計參數(shù)滿足如下數(shù)學關(guān)系α＝16～30°，且μ＜tgα＜μ+μ1；其中，α為所述副摩擦塊(1c)的摩擦面與鉛垂面之間的夾角，μ為所述主摩擦板(1a)的摩擦系數(shù)，μ1為所述副摩擦塊(1c)的摩擦系數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述鐵道貨車轉(zhuǎn)向架的斜楔減振裝置，其特征在于所述斜楔組成 (1)的寬度 L = 200 260mm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述鐵道貨車轉(zhuǎn)向架的斜楔減振裝置，其特征在于所述減振 彈簧組件(2)的力學性能滿足如下數(shù)學關(guān)系=K1Xctga =KXC/2y ；其中，K1為所述減振 彈簧組件(2)的剛度，K為鐵道貨車轉(zhuǎn)向架的中央彈簧懸掛裝置的總剛度，C為鐵道貨車轉(zhuǎn) 向架的相對摩擦系數(shù)，且C的取值范圍為0. 05 0. 15。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述鐵道貨車轉(zhuǎn)向架的斜楔減振裝置，其特征在于所述副摩 擦塊(Ic)與所述斜楔體(Ib)的傾斜面之間為凸凹球面配合連接結(jié)構(gòu)。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述鐵道貨車轉(zhuǎn)向架的斜楔減振裝置，其特征在于所述副摩擦塊 (Ic)與所述斜楔體(Ib)的傾斜面之間為凸凹球面配合連接結(jié)構(gòu)。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述鐵道貨車轉(zhuǎn)向架的斜楔減振裝置，其特征在于所述副摩擦塊 (Ic)的數(shù)量為兩件，對稱布置在所述斜楔體(Ib)的傾斜面上。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述鐵道貨車轉(zhuǎn)向架的斜楔減振裝置，其特征在于所述副摩擦塊 (Ic)的數(shù)量為兩件，對稱布置在所述斜楔體(Ib)的傾斜面上。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述鐵道貨車轉(zhuǎn)向架的斜楔減振裝置，其特征在于所述斜楔 體(Ib)采用鋼質(zhì)或鐵質(zhì)材料制成，所述主摩擦板(Ia)采用高分子材料制成，所述副摩擦塊 (Ic)采用改性尼龍材料制成。
9.根據(jù)權(quán)利要求3所述鐵道貨車轉(zhuǎn)向架的斜楔減振裝置，其特征在于所述斜楔體 (Ib)采用鋼質(zhì)或鐵質(zhì)材料制成，所述主摩擦板(Ia)采用高分子材料制成，所述副摩擦塊 (Ic)采用改性尼龍材料制成。
10.根據(jù)權(quán)利要求4所述鐵道貨車轉(zhuǎn)向架的斜楔減振裝置，其特征在于所述斜楔體 (Ib)采用鋼質(zhì)或鐵質(zhì)材料制成，所述主摩擦板(Ia)采用高分子材料制成，所述副摩擦塊 (Ic)采用改性尼龍材料制成。
專利摘要本實用新型公開了一種鐵道貨車轉(zhuǎn)向架的斜楔減振裝置。它包括斜楔組成和安裝在所述斜楔組成下方的減振彈簧組件，所述斜楔組成由斜楔體、安裝在所述斜楔體側(cè)立面的主摩擦板、以及安裝在所述斜楔體傾斜面的副摩擦塊構(gòu)成。所述斜楔組成的結(jié)構(gòu)設(shè)計參數(shù)滿足如下數(shù)學關(guān)系α＝16～30°，且μ＜tgα＜μ+μ1；其中，α為所述副摩擦塊的摩擦面與鉛垂面之間的夾角，μ為所述主摩擦板的摩擦系數(shù)，μ1為所述副摩擦塊的摩擦系數(shù)。其結(jié)構(gòu)簡單可靠、維護維修方便、使用成本低廉、能有效抵抗搖枕組成與側(cè)架組成之間發(fā)生菱形變形，從而使轉(zhuǎn)向架具有足夠的抗菱剛度、優(yōu)良動力學性能和曲線通過能力，適用于時速120km/h的新型鐵道貨車，滿足鐵道貨車大幅提速的需要。
文檔編號B61F5/06GK201646752SQ20102017799
公開日2010年11月24日 申請日期2010年4月27日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月27日
發(fā)明者孫明道, 徐勇, 王寶磊, 肖光毅 申請人:南車長江車輛有限公司