专利名称：铁道货车转向架的斜楔减振装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及铁道货车转向架，具体地指一种铁道货车转向架的斜楔减振装 置。
背景技术：
铁道货车转向架是铁道货车的关键性部件。传统的铁道货车转向架大多数包含两 个侧架组成和一个摇枕组成这三大件式结构，侧架组成的两端导框通过承载鞍和轴承组成 安装在前后轮对组成上，摇枕组成的两端则通过两组中央弹簧悬挂装置安装在侧架组成的 中央方框内。中央弹簧悬挂装置用于承担摇枕组成的载荷，其主要由位于中间的承载弹簧 组件和位于两侧的摩擦式斜楔减振装置构成。现有的摩擦式斜楔减振装置包括斜楔组成和 安装在斜楔组成下方的减振弹簧组件，斜楔组成上垂直的主摩擦面和倾斜的副摩擦面分别 与侧架组成的侧架立柱面和摇枕组成的摇枕八字面摩擦接触。上述三大件式结构转向架虽然具有构造简单、轮重均载性好、制造和检修成本低 廉的优点，但也存在摇枕组成和侧架组成之间连接结构松散、抗菱变形的刚度差的缺陷，由 此不足以抵抗摇枕组成和侧架组成之间剧烈的摇头运动，导致转向架通过曲线轨道时其轮 对组成对钢轨的冲角偏大，轮轨磨耗增多。特别是其摩擦式斜楔减振装置中的斜楔组成具 有较大的设计顶角(其副摩擦面与铅垂面之间的夹角)，通常是在35° 70°的范围内，抵 抗摇枕组成与侧架组成之间的菱形变形能力较差，即转向架的抗菱刚度十分有限。当摇枕 组成相对于侧架组成作纵向运动时，摇枕八字面对斜楔组成的作用力的垂向分力将大于斜 楔组成主、副摩擦面的摩擦力的垂向分力之和，此时斜楔组成会向下运动，使摇枕组成与侧 架组成之间的纵向距离变小，摇枕组成与侧架组成之间即可产生相对转动，发生菱形变形。 这样，车辆的曲线通过能力较差，临界速度只能较低，车辆运行速度受限，运行品质不高，不 能满足铁道货车大幅提速的需要。为了解决上述问题，目前提速货车转向架采用了在两个侧架组成之间加装交叉支 撑装置或加装弹簧托板的方式，以增强传统铁道货车转向架的抗菱刚度。但加装交叉支撑 装置或弹簧托板的结构较为复杂、簧下质量偏重、制造和检修成本也偏高。因此，如何有效 提高传统铁道货车转向架的抗菱形变形能力，对改善铁道车辆的运行品质具有重要的现实
眉、ο
发明内容本实用新型的目的就是要提供一种结构简单可靠、维护维修方便、使用成本低廉、 能有效抵抗摇枕组成与侧架组成之间发生菱形变形的铁道货车转向架的斜楔减振装置，以 满足铁道货车大幅提速的需要。为实现上述目的，本实用新型所设计铁道货车转向架的斜楔减振装置，包括斜楔 组成和安装在所述斜楔组成下方的减振弹簧组件。所述斜楔组成由斜楔体、安装在所述斜 楔体侧立面的主摩擦板、以及安装在所述斜楔体倾斜面的副摩擦块构成。所述斜楔组成的结构设计参数满足如下数学关系α =16 30°，且μ <tga < μ+P1 ；其中，α为所 述副摩擦块的摩擦面与铅垂面之间的夹角，μ为所述主摩擦板的摩擦系数，μ ！为所述副摩 擦块的摩擦系数。本实用新型将所述斜楔组成中α的最大值限定为30°，远小于传统斜楔组成中 35 70°的大顶角设计，并且限定tg α < μ+P1，这样当摇枕组成相对于侧架组成作纵向 运动时，摇枕八字面对斜楔组成的作用力的垂向分力始终小于斜楔组成的主摩擦板和副摩 擦块摩擦力的垂向向上分力之和，从而确保斜楔组成不会向下运动(锁死)，摇枕组成和侧 架组成不能产生相对转动，摇枕组成和侧架组成之间具有足够大的抗菱形变形能力。当然， 如果α值过小到接近斜楔组成主摩擦板的摩擦角，会使斜楔组成在摇枕组成相对于侧架 组成向下运动时自锁，恶化转向架的动力学性能。故本实用新型同时将所述斜楔组成中a 的最小值限定为16°，并且限定μ <tg a，这样可确保斜楔 组成在摇枕组成作上下运动的 过程中也能自由运动(不锁死)，从而使整个转向架具有优良动力学性能和曲线通过能力。较佳地，所述斜楔组成的设计宽度L = 200 260mm。该宽度大约是传统变摩擦斜 楔(变摩擦斜楔是指斜楔安装在置于侧架组成中央方框内的减振弹簧上，斜楔的减振摩擦 力随摇枕组成承受的垂直载荷的改变而成正比改变)宽度的1.3倍以上，这既可增大斜楔 组成抵抗摇枕和侧架之间菱形变形力矩的力臂长度，又可增加斜楔组成的主摩擦板与侧架 立柱摩擦板、副摩擦块与摇枕八字面的接触面积，从而能够进一步提高摇枕组成和侧架组 成之间的抗菱刚度。更佳地，所述减振弹簧组件的力学性能满足如下数学关系=K1Xctga = KXC/2y ；其中，K1为所述减振弹簧组件的刚度，K为铁道货车转向架的中央弹簧悬挂装置 的总刚度(可由设计要求确定)，C为铁道货车转向架的相对摩擦系数，且C的取值范围为 0.05 0.15，μ即是所述主摩擦板的摩擦系数。因所述减振弹簧组件的刚度K1与斜楔组 成的ctga成反比，可根据α值的变化相应调节K1值，从而确保取得合适的摩擦减振力， 不致使衰减车辆的垂向振动和横向振动的摩擦力过大。最佳地，所述副摩擦块与所述斜楔体的倾斜面之间为凸凹球面配合连接结构。这 样既可保证所述副摩擦块与摇枕八字面接触良好，又可保证所述主摩擦板与侧架立柱面接 触良好，从而大幅增加摇枕组成和侧架组成之间抗菱形变形的可靠性，同时大幅减少摇枕 八字面的磨耗，降低检修成本。本实用新型的优点在于所设计斜楔减振装置的斜楔组成既可保证在摇枕组成作 上下运动时能自由运动，又可保证在摇枕组成作纵向移动时锁死，这样可有效抵抗摇枕组 成与侧架组成之间发生菱形变形，使转向架在没有侧架交叉支撑装置或弹簧托板的条件下 仍具有足够大的抗菱刚度和优良的动力学性能。而斜楔组成宽度大于传统变摩擦斜楔组成 1.3倍以上、以及副摩擦块与斜楔体的凸凹球面配合结构等附加特征，既增大了斜楔组成抵 抗摇枕组成和侧架组成菱变力矩的力臂长度，又保证了其主、副摩擦面的良好接触和摩擦 系数的稳定，从另一方面确保了转向架的抗菱刚度和优良的动力学性能，从而可大幅提高 车辆运行的临界设计速度和曲线通过能力，改善铁道车辆的运行品质。同时，该斜楔减振装 置结构简单、成本低廉、工作可靠、维护方便，符合时速120km/h铁道货车制造的设计要求， 可满足铁道货车大幅提速的需要。
图1为一种铁道货车转向架的斜楔减振装置的立体结构示意图；图2为图1所示斜楔减振装置的主剖视结构示意图；图3为图1所示斜楔减振装置与转向架的摇枕组成和侧架组成之间的配合关系示 意图；图4为图3所示斜楔减振装置在摇枕组成纵向运动时的受力平衡示意图；图5为图3所示斜楔减振装置在摇枕组成向下运动时的受力平衡示意图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本实用新型的铁道货车转向架的斜楔减振装置作 进一步的详细描述如图1和图2所示，该铁道货车转向架的斜楔减振装置主要由斜楔组成1和安装 在斜楔组成1下方的减振弹簧组件2构成。斜楔组成1又由斜楔体lb、设置在斜楔体Ib侧 立面的主摩擦板Ia和设置在斜楔体Ib倾斜面的副摩擦块Ic构成。上述斜楔组成1的结构 设计参数满足如下数学关系丄=200 260mm、α =16 30°、且μ < tg α < μ+μ1; 其中，L为斜楔组成1的宽度，α为副摩擦块Ic的摩擦面与铅垂面之间的夹角，μ为主摩 擦板Ia的摩擦系数，μ ！为副摩擦块Ic的摩擦系数。根据α值的设计要求，可以选择合适 材料或结构的主摩擦板Ia和副摩擦块lc，使μ值和P1值也达到设计要求。作为支撑基体的斜楔体Ib —般采用钢质或铁质材料制成，以满足设计强度和刚 度的需要。副摩擦块Ic采用改性尼龙材料制成，数量为两件，可对称布置在斜楔体Ib的倾 斜面上，且每件副摩擦块Ic与斜楔体Ib的倾斜面之间为凸凹球面配合连接结构，从图中可 以看出副摩擦块Ic的凸形球面部分嵌装在斜楔体Ib倾斜面上对应的凹形球面坑槽中。副 摩擦块Ic的结构设计具有如下优点一方面，其与斜楔体Ib倾斜面的凸凹球面配合关系具 有极佳的吻合性，即使在斜楔组成1的顶角(即α角)、摇枕八字面的角度及其平面度制 造有偏差时，仍可保证副摩擦块Ic对摇枕八字面的接触良好，这样斜楔组成1的副摩擦块 Ic可以始终维持稳定和足够大的摩擦力，确保在摇枕组成与侧架组成有菱形变形趋势时， 斜楔组成1产生锁死而不能向下运动，从而有效提高转向架的抗菱刚度。另一方面，由改性 尼龙材料制成的副摩擦块Ic耐磨性好、摩擦系数大，不仅本身耐磨，而且可减轻对摇枕八 字面的磨损，故可方便检修和更换，有效降低使用成本。主摩擦板Ia是一块整体结构的摩 擦板，采用高分子材料制成，可通过紧固件安装在斜楔体Ib的侧立面卡槽中。同样，由于副 摩擦块Ic与斜楔体Ib倾斜面的凸凹球面配合结构，也确保了在斜楔组成1的顶角、摇枕八 字面和侧架立柱面制造有偏差时，主摩擦板Ia与侧架立柱面仍具有良好的接触，从而使斜 楔组成1的减振性能稳定可靠。如图3所示，本实用新型的斜楔减振装置作为铁道货车转向架的中央弹簧悬挂装 置的一部分安装在转向架的侧架组成3和摇枕组成4之间。其中减振弹簧组件2的下端 安装在侧架组成3的中央方框弹簧承台上，斜楔组成1的的主摩擦板Ia与侧架组成3的侧 架立柱摩擦板3a贴合接触，斜楔组成1的两个副摩擦块Ic与摇枕组成4的摇枕八字面4a 贴合接触，在车辆运行时起摩擦减振作用。图4标示了摇枕组成4相对于侧架组成3作纵向运动时，摇枕八字面4a给斜楔组成1的作用力N、摇枕八字面4a与斜楔组成1的副摩擦块Ic之间的摩擦力Ff、以及侧架立 柱摩擦板3a与斜楔组成1的主摩擦板Ia之间的摩擦力Fz。由图4可知，斜楔组成1所受 作用力N的垂向分力Ny = NXsina，斜楔组成1所受作用力N的纵向分力Nz = NX cos a。 且斜楔组成1同时受其主摩擦板Ia和副摩擦块Ic向上的摩擦力阻止，主摩擦板Ia上产生 的摩擦力Fz = NzX μ =NXcosa X μ，副摩擦块Ic上产生的摩擦力Ff = NX μ lt)根据设 计要求 Ny < Fz+FfXcosa，即 NX sin a < NX cos a X μ +NX P1Xcosa，简化后即得 tg a < μ+μ10这样，斜楔组成1被其主摩擦板Ia和副摩擦块Ic的摩擦力锁死而不能向下运 动，摇枕组成4和侧架组成3之间具有足够大的抗菱刚度。图5标示了摇枕组成4相对于侧架组成3作向下运动时，摇枕八字面4a给斜楔组 成1的作用力N、摇枕八字面4a与斜楔组成1的副摩擦块Ic之间的摩擦力Ff、以及侧架立 柱摩擦板3a与斜楔组成1的主摩擦板Ia之间的摩擦力Fz。由图5可知，斜楔组成1所受 作用力N的垂向分力Ny = NXsina，斜楔组成1所受作用力N的纵向分力Nz = NX cos a。 但斜楔组成1只受其主摩擦板Ia向上摩擦力Fz 的阻止，而其副摩擦块Ic上的摩擦力Ff是 向下的，主摩擦板Ia上产生的摩擦力Fz = NzX μ =NXcosa X μ。根据设计要求Fz<Ny， 即NXcosa X μ < NX sin a，简化后即得μ < tg a。这样，斜楔组成1不会被其主摩擦 板Ia的摩擦力锁死，在摇枕组成4作上下运动时能自由运动，可保证转向架在车辆运行中 正常衰减振动的功能。由图5还可知，斜楔组成1的减振力主要是其主摩擦板Ia产生的摩擦力Fz，而摩 擦力Fz还与减振弹簧组件2的承载力P相关，Fz = PXctga X μ，P = K1Xy,其中K1为 减振弹簧组件2的刚度，y为减振弹簧组件2的挠度。由此可得Fz = K1XyXctga X μ。 为保持斜楔组成1适度的减振力，所设计减振弹簧组件2的力学性能应满足如下数学关系 K1Xctga =KXC/2y ；其中，K为铁道货车转向架的中央弹簧悬挂装置的总刚度，C为铁道 货车转向架的相对摩擦系数，且C的取值范围为0.05 0.15。由于K值和μ值是由设计 要求确定的，这样当α值趋小时，ctga相应趋大，减振弹簧组件2的刚度K1可相应选小， 从而确保铁道货车转向架的相对摩擦系数C始终稳定在0. 05 0. 15的范围内，不致使衰 减车辆的垂向和横向振动的摩擦力过大。在铁道货车转向架上采用本实用新型的斜楔减振装置后，在不加装侧架交叉支撑 装置或弹簧托板的情况下，转向架同样具有足够的抗菱刚度、较高的临界速度、以及极好的 曲线通过性能，适用于时速120km/h的新型铁道货车，满足铁道货车大幅提速的需要。
权利要求一种铁道货车转向架的斜楔减振装置，包括斜楔组成(1)和安装在所述斜楔组成(1)下方的减振弹簧组件(2)，所述斜楔组成(1)由斜楔体(1b)、安装在所述斜楔体(1b)侧立面的主摩擦板(1a)、以及安装在所述斜楔体(1b)倾斜面的副摩擦块(1c)构成，其特征在于所述斜楔组成(1)的结构设计参数满足如下数学关系α＝16～30°，且μ＜tgα＜μ+μ1；其中，α为所述副摩擦块(1c)的摩擦面与铅垂面之间的夹角，μ为所述主摩擦板(1a)的摩擦系数，μ1为所述副摩擦块(1c)的摩擦系数。
2.根据权利要求1所述铁道货车转向架的斜楔减振装置，其特征在于所述斜楔组成 (1)的宽度 L = 200 260mm。
3.根据权利要求1或2所述铁道货车转向架的斜楔减振装置，其特征在于所述减振 弹簧组件(2)的力学性能满足如下数学关系=K1Xctga =KXC/2y ；其中，K1为所述减振 弹簧组件(2)的刚度，K为铁道货车转向架的中央弹簧悬挂装置的总刚度，C为铁道货车转 向架的相对摩擦系数，且C的取值范围为0. 05 0. 15。
4.根据权利要求1或2所述铁道货车转向架的斜楔减振装置，其特征在于所述副摩 擦块(Ic)与所述斜楔体(Ib)的倾斜面之间为凸凹球面配合连接结构。
5.根据权利要求3所述铁道货车转向架的斜楔减振装置，其特征在于所述副摩擦块 (Ic)与所述斜楔体(Ib)的倾斜面之间为凸凹球面配合连接结构。
6.根据权利要求4所述铁道货车转向架的斜楔减振装置，其特征在于所述副摩擦块 (Ic)的数量为两件，对称布置在所述斜楔体(Ib)的倾斜面上。
7.根据权利要求5所述铁道货车转向架的斜楔减振装置，其特征在于所述副摩擦块 (Ic)的数量为两件，对称布置在所述斜楔体(Ib)的倾斜面上。
8.根据权利要求1或2所述铁道货车转向架的斜楔减振装置，其特征在于所述斜楔 体(Ib)采用钢质或铁质材料制成，所述主摩擦板(Ia)采用高分子材料制成，所述副摩擦块 (Ic)采用改性尼龙材料制成。
9.根据权利要求3所述铁道货车转向架的斜楔减振装置，其特征在于所述斜楔体 (Ib)采用钢质或铁质材料制成，所述主摩擦板(Ia)采用高分子材料制成，所述副摩擦块 (Ic)采用改性尼龙材料制成。
10.根据权利要求4所述铁道货车转向架的斜楔减振装置，其特征在于所述斜楔体 (Ib)采用钢质或铁质材料制成，所述主摩擦板(Ia)采用高分子材料制成，所述副摩擦块 (Ic)采用改性尼龙材料制成。
专利摘要本实用新型公开了一种铁道货车转向架的斜楔减振装置。它包括斜楔组成和安装在所述斜楔组成下方的减振弹簧组件，所述斜楔组成由斜楔体、安装在所述斜楔体侧立面的主摩擦板、以及安装在所述斜楔体倾斜面的副摩擦块构成。所述斜楔组成的结构设计参数满足如下数学关系α＝16～30°，且μ＜tgα＜μ+μ1；其中，α为所述副摩擦块的摩擦面与铅垂面之间的夹角，μ为所述主摩擦板的摩擦系数，μ1为所述副摩擦块的摩擦系数。其结构简单可靠、维护维修方便、使用成本低廉、能有效抵抗摇枕组成与侧架组成之间发生菱形变形，从而使转向架具有足够的抗菱刚度、优良动力学性能和曲线通过能力，适用于时速120km/h的新型铁道货车，满足铁道货车大幅提速的需要。
文档编号B61F5/06GK201646752SQ20102017799
公开日2010年11月24日 申请日期2010年4月27日 优先权日2010年4月27日
发明者孙明道, 徐勇, 王宝磊, 肖光毅 申请人:南车长江车辆有限公司