专利名称：长行程大容量摩擦离合器式缓冲装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种为铁路车辆消散和吸收冲击载荷的摩擦离合器式缓冲装置，尤其涉及一种包括壳体和摩擦离合装置，有较长行程的，能减少反作用力冲击的，促使铁路车辆平稳行驶，提高缓冲器总体效率的缓冲装置。
背景技术：
利用摩擦离合装置吸收铁路车辆在运行中产生的热能的缓冲装置被广泛应用于铁路车辆行业中。该缓冲装置位于一个长腔内，这个长腔位于铁路车辆沿轴向方向的中梁内，连接装置的后端。
摩擦离合器式缓冲装置能吸收铁路车辆运行过程中产生的绝大部分压缩力和牵引力。在铁路车辆的正常行驶过程中，这两种作用力交替作用于铁路车辆的中梁上。
美国专利2,916,163，3,178,036，3,447,693，4,576,295，4,645,187，4,735,328公布了几种典型的摩擦离合器式缓冲装置。上述专利所述的大多数缓冲装置曾经或仍旧应用在铁路行业中。除美国专利4,576,295，4,735,328外，上述的专利已为本发明的受让人所有。这些专利中所给的启示在此均被引用。
精通摩擦离合器式缓冲装置的工程师们熟知，在铁路车辆的运输过程中，缓冲装置必须具有额定的最小减震能力。美国铁路协会对额定的最小减震能力值作了规定。例如，摩擦离合器式缓冲装置需达到至少36,000英尺磅的额定能力。额定能力低于该值的缓冲装置都不能应用于铁路车辆行业中。
必须提及的是，在铁路车辆的运行过程中，摩擦离合装置需容易达到吸收最小额定热能的水平，使中梁承受的牵引力和压缩力不超过500,000磅。同时，在吸收热能的过程中，所受的高能冲击载荷不能对铁路车辆的耦连装置，车辆的重要部件和运载物有任何损害。
为满足铁路行业的需要，尤其随着铁路运输高速，重载的需求，减少冲击载荷对铁路车辆和运载物的危害，尽可能的提高摩擦离合器式缓冲装置的额定能力，具有重要的现实意义。
美国专利5,590,797公开了一种摩擦离合装置，为达到上述较高的额定能力，将这种摩擦离合装置引入到缓冲装置。在该专利中，通过改进“鞋型”楔块提高了摩擦离合装置的缓冲能力。改进的“鞋型”楔块的布氏硬度在429-495之间，它的内倾的上表面，与内倾的外表面有一公共点，上表面与摩擦离合装置的中心轴线呈46.5°-48.5°的角。该专利还公布了在不同构件中嵌入青铜镶条能起到润滑作用，防止在摩擦离合器式缓冲装置的动作期间摩擦离合装置的粘合。
上述摩擦离合器式缓冲装置的设计较铁路行业正在使用的现有技术有所改进，但仍没有达到美国铁路协会M-901-G条例规定的要求。在对缓冲装置Super Mark 50进行测试时，在摩擦离合装置中嵌入了H-911青铜镶条，测试结果表明在摩擦表面产生了金属堆积，测试时产成的反作用力冲击载荷高于500千磅，直接导致其锤击能力低于每磅36,000英尺。在轨道测试时，在未达到G型缓冲器所要求的每小时5英里的指标以前，其反作用载荷已经达到500千磅。因此，要达到美国铁路协会M-901-G条例的规定必须开发新型的缓冲装置。
另外，有些铁路系统要求达到4.75英寸的缓冲行程。
然而，在现有的长24.625英寸的缓冲器套口内，缓冲行程仅有3.25英寸。
发明内容
本发明的目的在于提供一种改进的摩擦离合装置，这种摩擦离合装置在24.625英寸的缓冲器套口内有较长的缓冲行程，可用于提高铁路车辆运输过程中摩擦离合器式缓冲装置消散和吸收牵引力和压缩力的能力。
本发明的另一目的在于提供一种缓冲装置中使用的摩擦离合装置，这种摩擦离合装置能有效防止和减轻反作用冲击载荷。
本发明的再一目的在于提供一种摩擦离合器式缓冲装置，这种装置能使铁路车辆平滑行驶。
本发明的进一步的目的在于提供一种摩擦离合器式缓冲装置，这种装置能提高缓冲器的总体效率。
本发明的再一目的在于提供一种摩擦离合器式缓冲装置，该装置为全钢制造，非液压机械式的，从材料和装配的角度考虑，可减少生产成本。
除了本发明上述的目的及优点外，其它涉及摩擦离合器式缓冲装置的变化的特点和目的，在结合本发明优选实施例的基础上，结合附图和如下说明将变的显而易见。
发明内容根据上述目的，本发明包括一种改进的缓冲装置，该缓冲装置包括一个壳体，壳体配有一24.625英寸的缓冲器套口，允许4.75英寸的缓冲行程。壳体的开口端有一摩擦离合装置，用来吸收铁路车辆用的摩擦离合器式缓冲装置内的热能。该摩擦离合装置包括一对外静构件，每个外静构件有一个外表面和一个内表面，外静构件的外表面与其径向相对的，靠近开口端的壳体的部分内表面相接合。该摩擦离合装置还包括一对动构件，每个动构件至少有一预定部分外表面与其各自的外静构件的内表面摩擦接合，来吸收缓冲装置运行过程中的至少第一部分热量。该摩擦离合装置还包括一对内静构件，每个内静构件有一个外表面，每个外表面至少与其各自的动构件的内表面摩擦接合，来吸收缓冲装置运行过程中的第二部分热量。每个内静构件的内表面倾斜，形成第一预定角。该摩擦离合装置还包括一对“鞋型”楔块，每个楔块包括一个倾斜的外表面，这个外表面与其相应倾斜的静构件的内表面摩擦接合，来吸收缓冲装置运行过程中的第三部分热量。该“鞋型”楔块还包括一个向内倾斜的上表面，自倾斜的外表面上一点向内倾斜，上表面与摩擦离合装置的中心轴线呈一锐角，锥形上表面的倾角约49°-50°。该“鞋型”楔块还包括一个底表面，自倾斜的外表面上一点向内倾斜，与摩擦离合装置的中心轴线的垂线呈一个锐角。该摩擦离合装置还包括一个中央楔块，该中央楔块包括一对相应的倾斜的表面，并与其各自的“鞋型”楔块的上表面摩擦接合，来吸收缓冲装置运行过程中的第四部分热量。中央楔块的锥形面倾角约49°-50°。
大容量摩擦离合器式缓冲装置，用于吸收铁路车辆施加在中梁上的磨擦力或牵引力，这些力产生于铁路车辆制备过程以及铁路车辆的运行过程。该缓冲装置包括一个弹性装置位于邻近壳体的封闭端，一个如上所述的摩擦离合装置，至少部分位于缓冲器壳体的开口端之内，以及一个弹性座位于弹性装置和摩擦离合装置之间。
图1为本发明一种大容量摩擦离合器式缓冲装置的草图，其中显示了现有技术中的一种壳体，壳体中按照本发明优选实施例安装了摩擦离合器。
图2为图1所示的一种大容量摩擦离合器式缓冲装置的剖视图，但是其中，具有按需增加了的运输能力，以与图1所示的按本发明优选实施例安装的摩擦离合器相配合。
图3-6说明了以千磅(KIPS)表示的反作用力(连续的)相对时间(秒)和速度(英里/小时)的缓冲行程的曲线图。
图7-10说明了以千磅(KIPS)表示的反作用力(连续的)相对速度(英里/小时)的缓冲行程的曲线图。
具体实施例方式
现在参照附图进行说明。如图1所示，一种改进的摩擦离合装置20，用于吸收摩擦离合器式缓冲装置10内的热能，该缓冲装置被用于铁路机车内(未示出)。如现有技术所示，该热能产生于铁路车辆的装配过程或者铁路车辆在铁轨上的运动过程。
摩擦离合装置20包括一对外静构件12，每一个外静构件都有一个内表面13和外表面14。外表面14与其径向相对的靠近开口端22的缓冲器壳体18的内表面16相接合。
摩擦离合装置20进一步包括一对动构件38，每一个动构件38至少有一外表面40的预定部分与其各自的外静构件12的内表面13摩擦接合，来吸收摩擦离合器式缓冲装置10运行过程中的第一部分热量。动构件38一般为矩形，外表面40与外静构件12的内表面13完全平行。
该摩擦离合装置20包括一对内静构件44，每个内静构件44有一个外表面46，每个外表面46至少与其各自相应的动构件38的内表面39的一部分摩擦接合，来吸收摩擦离合器式缓冲装置10运行过程中的第二部分热量。每个内静构件44具有一个内表面48以第一预定角度呈一锥度。
所述一对内静构件44的内表面48的第一预见定角度约为4.5°。
该摩擦离合装置20进一步包括一对“鞋型”楔块54，每个楔块54包括一个镀度外表面56，与其各自的镀度静构件44的内表面48摩擦接合，来吸收摩擦离合器式缓冲装置10运行过程中的第三部分热量。该“鞋型”楔块54还包括一个向内倾斜的上表面58，其从锥度外表面56上一点向内倾斜，锥度上表面58的锥度角为49°-50°，优选49.5°。
该“鞋型”楔块还包括一个底表面60，从外表面56上一点向内倾斜，与摩擦离合装置的中心轴线的垂线呈一个锐角。
该摩擦离合装置还包括一个中央楔块66，该中央楔块包括一对相应的倾斜的表面68，并与其各自的“鞋型”楔块54的上表面58摩擦接合，来吸收缓冲装置10运行过程中的第四部分热量。中央楔块66的一对倾角表面68倾角在49°-50°之间，优选49.5°。
该摩擦离合装置20每个外静构件12的内表面13包括一个第一延长槽24，长槽24呈弓形，位于与其中心轴线垂直的平面上。第一个润滑插件28放置在长槽24内，防止在摩擦离合器式缓冲装置10动作期间摩擦离合装置20的粘合，第一润滑插件由预选的润滑金属和至少2％的石墨混合构成。
锥形板44的外表面46有第二个长槽52，长槽52呈弓形，位于与其中心轴线垂直的平面上。第二个润滑插件53放置在长槽52内，防止在摩擦离合器式缓冲装置10动作期间摩擦离合装置20的粘合，润滑插件53同样由预选的润滑金属和至少2％的石墨混合构成。
“鞋型”楔块54的外表面56有第三个长槽62，长槽62呈弓形，位于与其中心轴线垂直的平面上。第三个润滑插件64放置在长槽62内，防止在摩擦离合器式缓冲装置10动作期间摩擦离合装置20的粘合，这些第三润滑插件同样由预选的润滑金属和至少2％的石墨混合构成。
本发明的第二方面，提供一种改进的有更高额定吸收能力的摩擦离合器式缓冲装置10，用于吸收铁路车辆施加在中梁100上的磨擦力或牵引力，这些力产生于铁路车辆制备过程以及铁路车辆的运行过程。
前端104和轴向相对的尾端106固定在中梁100的侧板103上，形成一个缓冲器套口108，预选尺寸为24.625英寸。耦合连接器109的连接杆112从连接卡110延伸到缓冲器套口102。耦合连接器109沿中梁100的中心轴线116放置。在铁路车辆运输过程中，通过耦合连接器109的连接卡110与另外一个铁路车辆上类似的伸出部分连接。前端耦合器从动件114位于连接杆112和摩擦离合器式缓冲装置10之间，用于平稳传递来自连接卡110的震动。
在本实施例中，这种摩擦离合器式缓冲装置10包括一个壳体18，壳体18有一个端壁70用于封闭其第一个末端，壳体18在径向相对的第二末端22是开放的。如图2中所示，壳体18包括一个凸台21，使壳体18加宽，但缓冲器套口仍为24.625英寸。
一个弹性装置19位于壳体18的空腔内，与壳体18的第一端的端壁70内表面的一部分相邻，弹性装置19从第一端壁沿轴向延伸。正如本发明所引用的美国专利所述的，弹性装置19通常由一系列以不同方式安装的弹簧组成，或一个弹簧圈与其它一个或多个弹性件如橡胶组合构成，或一个弹簧圈与液压装置组合构成。
在施加压力的时候，弹性装置19储存了摩擦离合器式缓冲装置10产生的一部分能量，然后当该压力逐步减少或者消失的时候，释放这部分能量，并恢复摩擦离合器式缓冲装置10到一开放条件。
如前所述的摩擦离合装置20至少部分位于壳体18的开口端22。
摩擦离合器式缓冲装置10同时包括弹簧座74，部分第一表面76与弹性装置19相对端相接，弹簧座74的第二表面78与摩擦离合装置20相接。弹簧座74在壳体18内安装成可轴向运动，来在摩擦离合器式缓冲装置10施加或释放力的时候压缩或释放弹性装置19。
本发明Mark550缓冲装置是为满足美国铁路协会的M-901-G的规定而设计的。同Mark50一样，该装置采用全钢设计。在上述进行的SuperMark50缓冲器的实验中，应用H-911青铜镶条后，产生了金属堆积，装置测试期间产生了高于500000磅的冲击载荷，导致锤击能力少于每磅36000英尺。在轨道测试中，在未达到G型缓冲器所要求的每小时5英里前，其反作用载荷已经达到500千磅。当青铜镶条换为含2％石墨的插件时，所有的性能指标均优于Mark50。说明安装这种石墨插件能够消除前面测试中所遇到的高的反作用力载荷。上述冲击载荷的减少也说明了中央楔块的倾角可能是改进的关键参数。在冲击实验中也发现，高的反作用力载荷被消除。缓冲装置的缓冲曲线与H-60相似，没有液压装置的初始效应。实验表明增加“鞋型”楔块的倾角2°，将增加摩擦块之间的作用力。运用含2％石墨插件能减少反作用力载荷。将这两种改进结合，将增加缓冲装置的性能，且不影响其运行性能。因此，随着性能的提高，摩擦缓冲器能满足美国铁路协会M-901-G的规定，另外，由于采用全钢设计，不采用液压装置，大大降低了成本。
本发明已经全面、清楚、准确和精确地得以说明，使得本领域的普通技术人员可以实现和使用该设备。可以理解，在不背离本发明的精神或不超出以下的权利要求范围，可以对本发明进行各种变形，改变，等同替换。本领域普通技术人员也同样可以意识到，前面的说明仅仅是一种示例性说明，而并不将权利要求的范围限于所描述的具体内容之内。
权利要求
1.一种长行程大容量摩擦离合器式缓冲装置，用于吸收铁路车辆组件制造过程中或在铁路运行过程中施加在中梁上的摩擦力和牵引力，所述的摩擦离合器式缓冲装置位于固定在中梁上的前端壁和轴向相对的后端壁之间，前端壁和后端壁之间形成一个24.625英寸的缓冲器套口，所述的摩擦离合器式缓冲装置包括(a)一个壳体，包括一个端壁用于封闭第一端，一对凸台，位于第一端和径向相对的第二端之间并且邻近尾端的工作面，使上述的第一个端板沿梁延伸所述的尾端板的工作表面，保证在24.625英寸的缓冲器套口内有较长的缓冲行程，所述的壳体在所述的径向相对的第二端处是开放的(b)一个弹性装置，位于所述壳体的空腔内，与所述位于壳体的第一端的端壁内表面相邻，所述的弹性装置沿第一端轴向延长；(c)一个摩擦离合装置，至少一部分位于所述的壳体的开口端，摩擦离合装置包括(i)一对外静构件，所述的每一个外静构件有一个内表面和外表面，所述的外表面与其各自径向相对的靠近开口端的缓冲器壳体的内表面相接合；(ii)一对动构件，每个所述的动构件至少有一部分外表面与其各自的外静构件的内表面摩擦接合，来吸收摩擦离合器式缓冲装置运行过程中的第一部分热量；(iii)一对内静构件，每个所述的内静构件有一个外表面，每个外表面至少与其各自相应的动构件的内表面的一部分相接合，来吸收摩擦离合器式缓冲装置运行过程中的第二部分热量，每个内静构件的内表面的倾角为第一预定角。(iv)一对“鞋型”楔块，所述楔块包括(a)一个倾斜的外表面，与相应倾斜的静构件的内表面摩擦接合，来吸收摩擦式缓冲置运行过程中的第三部分热量。(b)一个上表面，自倾斜的外表面上一点向内倾斜，上表面与摩擦离合装置的中心轴线呈一锐角，所说的倾斜的上表面倾斜的角度为49°-50°；(c)一个底表面，自倾斜的外表面上一点向内倾斜，底表面与与摩擦离合装置的中心轴线的垂线呈一锐角；(v)一个中央楔块，所述的中央楔块包括一对相应的倾斜的表面，并与其各自的“鞋型”楔块的上表面摩擦接合，来吸收缓冲装置运行过程中的第四部分热量；(d)一个弹簧座，具有至少第一表面的一部分与弹性装置相反端相接，弹簧座的第二表面与摩擦离合装置相接，弹簧座安装为在壳体内轴向运动，以便在向摩擦离合器式缓冲装置施加或释放力时，压缩或释放弹性装置。
2.如权利要求1所述的大容量摩擦离合器式缓冲装置，其中所述的“鞋型”楔块的上表面倾斜的角度为49.5°。
3.如权利要求1所述的大容量摩擦离合器式缓冲装置，其中所述的弹性装置至少包括一系列弹簧。
4.如权利要求1所述的大容量摩擦离合器式缓冲装置，其中所述的外静构件的内表面包括一个第一长槽，一个第一润滑插件位于所述的第一长槽内，防止在摩擦离合器式缓冲装置动作期间摩擦离合装置的粘合。
5.如权利要求4所述的大容量摩擦离合器式缓冲装置，其中所述的第一润滑插件由预选的润滑金属和至少2％的石墨混合构成。
6.如权利要求1所述的大容量摩擦离合器式缓冲装置，其中所述的每个倾斜构件的外表面有一个第二长槽，一个第二个润滑插件放置在所述第二长槽内，防止在摩擦离合器式缓冲装置动作期间摩擦离合装置的粘合。
7.如权利要求6所述的大容量摩擦离合器式缓冲装置，其中所述的润滑插件由预选的润滑金属和至少2％的石墨混合构成。
8.如权利要求1所述的大容量摩擦离合器式缓冲装置，其中所述的每一个倾斜构件的外表面包括一个第三长槽，一个第三润滑插件放置在第三长槽内，防止在摩擦离合器式缓冲装置动作期间摩擦离合装置的粘合。
9.如权利要求8所述的大容量摩擦离合器式缓冲装置，其中所述的润滑插件由预选的润滑金属和至少2％的石墨混合构成。
10.如权利要求1所述的大容量摩擦离合器式缓冲装置，其中所述的一对内静构件的内表面的第一预定角为4.5°。
11.如权利要求1所述的大容量摩擦离合器式缓冲装置，其中所述的中心楔块的倾斜角为49.5°。
全文摘要
一种摩擦离合器式缓冲装置10，包括一个具有开口前端22，相对封闭后端21的壳体18，开口前端和封闭后端构成一个槽状物21，槽状物内配有一24.625英寸的缓冲器套口。一摩擦离合装置20包括一对外静构件12；一对动构件38；一对内静构件44，内静构件的内表面48呈约4.5°的锥角；一对“鞋型”楔块54，楔块的上表面58与摩擦离合装置20的中心轴线呈锥形；一个中央楔块66，中央楔块包括一对相应的锥形面68。“鞋型”楔块54的上表面58呈约49.0°～50.0°的锥角。中央楔块66的锥形面68呈约49.5°的锥角。
文档编号B61G9/10GK1942357SQ200580011912
公开日2007年4月4日 申请日期2005年4月5日 优先权日2004年4月8日
发明者迈克尔·E·林, 霍华德·R·索末菲 申请人:西屋气动刹车技术公司