V型橡胶堆组件及其刚度设计方法和应用与流程

本发明涉及一种v型橡胶堆组件，属于轨道车辆的减振悬挂结构技术领域，本发明还涉及v型橡胶堆组件的刚度设计方法和应用。

背景技术：

轨道车辆一般是在两条平行的轨道上由机车或动车牵引运行，为保证车辆的安全运行，需要走行部即转向架通过轮对转动使车辆沿轨道平动，转向架的核心结构之一是悬挂减振装置，悬挂减振装置对车辆高速运行时的平稳性和安全性具有决定性影响。吊杆关节式悬挂部件（金属吊杆+球铰）就是一种常用的悬挂减振装置，是一种橡胶金属复合的减振、连接元件，主要作用为将车的齿轮箱、电机、发动机等部件悬挂在车体上，可以提供多向缓冲的原件，金属件起支承和安装接口。如齿轮箱悬挂用吊杆关节，将齿轮箱悬挂在车体或转向架构架之间，吊杆关节不但要能够承受齿轮箱本身的静态载荷及列车启动、制动及牵引电机短路等运动过程中产生的动态载荷，而且要能满足列车运行过程齿轮箱与转向架构架之间的各个方向的承载刚度需求，以减缓各种震动和冲击，同时为了便于安装，吊杆关节还需具有调节安装尺寸功能。例如：cn201620775731.8,公开了一种齿轮箱吊杆组件，包括杆体、开槽螺母、弹性橡胶垫、开槽垫片、调整垫片和挡圈，杆体为双头螺柱结构，开槽螺母安装在杆体端部，所述杆体端部设置有圆环形凸起，挡圈安装在圆环形凸起上；弹性橡胶垫套装在杆体上且位于挡圈和开槽螺母之间。

现有技术中的吊杆关节式悬挂部件的缺点在于：

1、如图1所示的吊杆关节式悬挂部件，包括金属吊标和压装在金属吊杆两端的球铰组成，其安装空间占用大，重量大，且球铰与吊杆的压装及吊杆的连接较繁琐，使吊杆关节式悬挂部件组装效率低，安装难度大，安装空间要求高。

2、通过对球铰刚度的调节，来适应承载过程中各方向的刚度需求，而球铰刚度由球铰中的橡胶层决定，球铰压装进入吊杆端部后，由于橡胶层被限制，造成球铰的偏转及扭转刚度大，不利于运动过程中球铰的偏转及转扭变形，很难满足转偏，扭转、垂向、纵向和横向多个方向的刚度需求。

3、吊杆与球铰组合的结构造价高，生产和维护成本高。

技术实现要素：

本发明提供的v型橡胶堆组件,垂向、横向刚度高，横向和纵向的旋转刚度低，适应悬挂承载过程中的刚度需求，提高对被悬挂件的振减保护，减振可靠性更高，满足齿轮箱、电机、发动机悬挂的减振及运动变形要求，节约安装空间，安装维护方便，成本低。

本发明还提供v型橡胶堆组件的刚度设计方法和应用。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

v型橡胶堆组件，包括水平设置的安装板、硫化粘结在安装板上橡胶堆，橡胶堆包括橡胶层、与橡胶层交替叠层的隔板和设置在最外层的外层板，橡胶层、隔板和外层板硫化结粘成一体，其特征在于所述的橡胶堆的数量为两个，对称设置在安装板的上下两侧，且粘结在安装板的中间位置，橡胶堆向产品纵向倾斜设置，两个橡胶堆形成夹角为α的v型分布，120°＜α＜180°。

优选的，所述的隔板为v型结构的金属板，且外层板与橡胶层的硫化粘结面以及安装板与橡胶层的硫化粘结面均为与隔板相应的v型面，两个橡胶堆中隔板的v型结构相对设置。

优选的，各层隔板和外层板由内至外依次呈阶梯状分布，形成向产品纵向倾斜的橡胶堆。

优选的，所述的橡胶层的中心位置均开有沿垂直向设置的通孔，且通孔为由内至外直径逐渐增大的锥形孔，相邻通孔中内层通孔的最大直径等于外层通孔的最小直径。

优选的，至少一个橡胶堆的外层板的上表面为斜面，且在外层板与上设置与外层板上表面相配合的楔块。

以上所述的v型橡胶堆组件的刚度设计方法，根据v型橡胶堆组件的承载需求，设计两个橡胶堆之间的纵角α,从而调整v型橡胶堆组件在安装板的纵向旋转刚度；设计隔板的形状，从而调节v型橡胶堆组件的垂向、横向和横向旋转刚度；设计橡胶堆的预压缩量，从而调节v型橡胶堆组件的初始刚度；设计橡胶堆的变刚度特性，从而调节v型橡胶堆组件的变刚度特性。

优选的，“设计隔板的形状，从而调节v型橡胶堆组件的垂向、横向和横向旋转刚度”是指隔板设计为v型结构，并设计隔板的v型角度，以提高v型橡胶堆组件的垂向及横向刚度并降低横向旋转刚度。

优选的，“设计橡胶堆的预压缩量，从而调节v型橡胶堆组件的初始刚度”是指在v型橡胶堆组件安装后，通过调节楔块插入至外层板与安装位置之间的深度，来调节橡胶堆的预压缩量，从而调节v型橡胶堆组件的初始刚度。

优选的，“设计橡胶堆的变刚度特性，从而调节v型橡胶堆组件的变刚度特性”是指在橡胶堆的橡胶层中开设通孔，垂向承载过程中通过橡胶层变形填充通孔来实现v型橡胶堆组件的变刚度，通过设计通孔的大小来实现v型橡胶堆组件每次变刚度时变刚度拐点的刚度值，通过设计橡胶层的层数，来调节v型橡胶堆组件的变刚度次数。

以上所述的v型橡胶堆组件的应用，将所述的v型橡胶堆组件用作轨道车辆的转向架和/或车体上的悬挂用部件以替换转向架和/或车体上的吊杆关节式悬挂部件。

本发明的有益效果是：

本发明的v型橡胶堆组件，在安装板上下侧硫化粘结对称设置的橡胶堆，利用橡胶堆向产品纵向倾斜的设置，使上下分布的两个橡胶堆形成夹角为α的v型分布,不在改变产品垂向刚度的同时，有效降低纵向旋转刚度；橡胶堆中隔板为v型结构的金属板，使橡胶堆中的各层均呈v型结构，多层v型结构形式，提高产品在垂向、横向的刚度，同时有效降低横向旋转刚度；因此本发明的v型橡胶堆组件替代现有技术中的吊杆关节式悬挂部件可有效增加产品的垂向、横向刚度，并降低产品横向和纵向的旋转刚度，以适应悬挂承载过程中的刚度需求，提高对被悬挂件的振减保护，减振可靠性更高。

本发明包括安装板和橡胶堆，结构简单，不需求采用压装等组装工艺，橡胶堆设置在安装板的中间位置，结构紧凑，空间占用率小，对安装空间的要求小，而且用安装板进行安装连接，用橡胶堆进行减振接触，可通过与安装空间的结合，实现橡胶堆的预压缩，调整橡胶堆的初始刚度，提高减振效果的同时提高安装可靠性，v型橡胶堆组件的实用性更强，以满足齿轮箱、电机、发动机悬挂的减振及运动变形要求，节约安装空间，安装维护方便，成本低。

通过在橡胶堆的橡胶层中开设通孔，以实现在垂向承载过程中产品的变刚度，通过改变隔板的层数，来改变橡胶层的层数，从而改变通孔的个数，以实现垂向承载过程中的产品的多次变刚度，提高产品的变刚度特性，适应垂向承载过程中变刚度需求，进一步提高产品的减振可靠性，保证被悬挂件在复杂震动及冲击工况下的安装稳定性和可靠性。

附图说明

图1为现有技术中吊杆关节式悬挂部件的结构示意图。

图2为v型橡胶堆组件的结构示意图。

图3为图2中x向的剖视图。

图4为图2中y向的剖视图。

图5为橡胶层中带通孔的v型橡胶堆组件的剖视图。

图6为v型橡胶堆组件安装后外层板与楔块的配合调节橡胶堆预压缩量的示意图。

图7为具体实施方式中的v型橡胶堆组件在垂向承载过程中的刚度变化曲线图。

具体实施方式

下面结合图2至图6对本发明的实施例做详细说明。

v型橡胶堆组件，包括水平设置的安装板1、硫化粘结在安装板1上橡胶堆2，橡胶堆2包括橡胶层21、与橡胶层21交替叠层的隔板22和设置在最外层的外层板23，橡胶层21、隔板22和外层板23硫化结粘成一体，其特征在于所述的橡胶堆2的数量为两个，对称设置在安装板1的上下两侧，且粘结在安装板1的中间位置，橡胶堆2向产品纵向倾斜设置，两个橡胶堆2形成夹角为α的v型分布，120°＜α＜180°。

如图所示，图2中的x向相当于v型橡胶堆组件的纵向，y向相当于v型橡胶堆组件的轴向，z向相当于v型橡胶堆组件的垂向，图3中的b向相当于v型橡胶堆组件的纵向旋转方向，图4中的a向相当于v型橡胶堆组件的横向转旋方向。与现有技术中的吊杆关节式悬挂部件相比，v型橡胶堆组件的z向相当于球铰的径向，y向相当于球铰的轴向，a向旋旋相当于球铰的偏转，b向旋转相对于球铰的扭转。v型橡胶堆组件，包括安装板1和橡胶堆2，在安装板1上下侧硫化粘结对称设置的橡胶堆2，利用橡胶堆2向产品纵向即x向倾斜的设置，使上下分布的两个橡胶堆形成夹角为α的v型分布,不在改变产品垂向刚度的同时，有效降低纵向旋转刚度，即b向旋转刚度，相当于在承载过程中减小其扭转刚度，解决轨道车辆中悬挂部件中球铰的扭转刚度偏大，很难进行扭转运动的技术问题，以适应悬挂承载过程中的刚度需求。

其中，所述的隔板22为v型结构的金属板，且外层板23与橡胶层21的硫化粘结面以及安装板1与橡胶层21的硫化粘结面均为与隔板22相应的v型面，两个橡胶堆2中隔板22的v型结构相对设置。隔板22为v型结构的金属板，使橡胶堆中的各层均呈v型结构，多层v型结构形式，提高产品在垂向（即z向）、横向（即y向）的刚度，同时有效降低横向旋转刚度，即a向旋转刚度，相当于在承载过程中减小其偏转刚度，解决轨道车辆中悬挂部件中球铰的偏转刚度偏大，很难进行偏转运动的技术问题，以适应悬挂承载过程中的刚度需求，提高对被悬挂件的振减保护，减振可靠性更高。

其中，各层隔板22和外层板23由内至外依次呈阶梯状分布，形成向产品纵向倾斜的橡胶堆2。如图3所示，从内到外的隔板22和外层板23呈阶递状依次分布，形成向纵向倾斜的橡胶堆2，两个橡胶堆2形成夹角为α的v型分布，120°＜α＜180°，即保证能有效降低v型橡胶堆组件的b向旋转刚度，又使产品的垂向刚度不受橡胶堆倾斜设置的影响。

其中，所述的橡胶层21的中心位置均开有沿垂直向设置的通孔21.1，且通孔21.1为由内至外直径逐渐增大的锥形孔，相邻通孔21.1中内层通孔21.1的最大直径等于外层通孔21.1的最小直径。通过橡胶层21中开设通孔21.1，在产品垂向承载过程中，通过橡胶层21的挤压变形，使通孔21.1被逐渐减小，当通孔21.1被完全填充，直径减小至零时即为产品的变刚度拐点，位于最内层的橡胶层21中的通孔21.1最先被完全填充，实现第一次变刚度，然后由内至外的各层橡胶层21中的通孔21.1依次被完全填充，相邻通孔21.1中内层通孔21.1的最大直径等于外层通孔21.1的最小直径，保证通孔21.1从内层至外层被依次逐个填充，有效保证多次变刚度的有效性。改变隔板22的层数，来改变橡胶层21的层数，从而改变通孔21.1的个数，实现多次变刚度，满足承载过程中的变刚度需求，提高产品的变刚度特性，进一步提高产品的减振可靠性，保证被悬挂件在复杂震动及冲击工况下的安装稳定性和可靠性。

其中，至少一个橡胶堆2的外层板23的上表面为斜面，且在外层板23与上设置与外层板23上表面相配合的楔块24。在v型橡胶堆组件安装后，通过调节楔块24插入至外层板23与安装位置100之间的深度，来调节橡胶堆2的预压缩量，从而调节v型橡胶堆组件的初始刚度，楔块24在位置确定后，可与v型橡胶堆组件的安装位置进行固定，以防止楔块24移动，保证定位。也可以在安装位置100上安装与外层板23抵靠的调节螺杆，通过调节螺杆压紧外层析23上调节橡胶堆的预压缩量，达到调节产品初始刚度的目的。

以上所述的v型橡胶堆组件的刚度设计方法，根据v型橡胶堆组件的承载需求，设计两个橡胶堆2之间的纵角α,从而调整v型橡胶堆组件在安装板1的纵向旋转刚度；设计隔板22的形状，从而调节v型橡胶堆组件的垂向、横向和横向旋转刚度；设计橡胶堆2的预压缩量，从而调节v型橡胶堆组件的初始刚度；设计橡胶堆2的变刚度特性，从而调节v型橡胶堆组件的变刚度特性。

其中，“设计隔板22的形状，从而调节v型橡胶堆组件的垂向、横向和横向旋转刚度”是指隔板22设计为v型结构，并设计隔板22的v型角度，以提高v型橡胶堆组件的垂向及横向刚度并降低横向旋转刚度。

其中，“设计橡胶堆2的预压缩量，从而调节v型橡胶堆组件的初始刚度”是指在v型橡胶堆组件安装后，通过调节楔块24插入至外层板23与安装位置之间的深度，来调节橡胶堆2的预压缩量，从而调节v型橡胶堆组件的初始刚度。

其中，“设计橡胶堆2的变刚度特性，从而调节v型橡胶堆组件的变刚度特性”是指在橡胶堆2的橡胶层21中开设通孔21.1，垂向承载过程中通过橡胶层21变形填充通孔21.1来实现v型橡胶堆组件的变刚度，通过设计通孔21.1的大小来实现v型橡胶堆组件每次变刚度时变刚度拐点的刚度值，通过设计橡胶层21的层数，来调节v型橡胶堆组件的变刚度次数。如图7所示，v型橡胶堆组件在垂向承载过程中产生了四次变刚度，形成了四个变刚度拐点分别是s1，s2，s3，s4，设计各层通孔21.1的直径即可调节每个变刚度拐点在刚度曲线中的坐标值，即变刚度拐点的刚度值，通过设计橡胶层21的层数，即可调节变刚度次数，即刚度曲线中变刚度拐点的个数。

以上所述的v型橡胶堆组件的刚度设计方法，根据产品的承载需求，有效增加产品的垂向、横向刚度，并降低产品横向和纵向的旋转刚度，以适应悬挂承载过程中的刚度需求，提高对被悬挂件的振减保护，减振可靠性更高；通过在橡胶堆2的橡胶层21中开设通孔21.1，以实现在垂向承载过程中产品的变刚度，通过改变隔板的层数，来改变橡胶层的层数，从而改变通孔的个数，以实现垂向承载过程中的产品的多次变刚度，提高产品的变刚度特性，适应垂向承载过程中变刚度需求；通过与安装空间的结合，实现橡胶堆的预压缩，调整橡胶堆的初始刚度，以满足齿轮箱、电机、发动机悬挂的减振及运动变形要求。

v型橡胶堆组件的应用，将所述的v型橡胶堆组件用作轨道车辆的转向架和/或车体上的悬挂用部件以替换转向架和/或车体上的吊杆关节式悬挂部件。以满足齿轮箱、电机、发动机悬挂的减振及运动变形要求，节约安装空间，安装维护方便，成本低。

以上结合附图对本发明的实施例的技术方案进行完整描述，需要说明的是所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。