一种可三向调整的抗侧滚扭杆系统及其制造安装方法与流程

本发明涉及轨道车辆抗侧滚技术领域。

背景技术：

抗侧滚扭杆系统简称扭杆系统，应用于轨道交通车辆，如城轨地铁车辆，高速动车组车辆以及干线铁路车辆，起到提高车辆运行过程中的抗侧滚刚度的组件，其主要结构包括承受扭转的合金钢扭转轴，扭转臂，垂向连杆组件以及其他联接部件。抗侧滚扭杆系统（简称扭杆系统）是轨道交通车辆（包括干线铁路车辆，地铁城轨车辆，有轨电车等）的关键部件，用于抑制在车辆转弯，侧风等情况下的车体侧滚，扭杆系统由垂向连杆组件（简称连杆组件），支撑座组件，扭转臂和扭杆轴组成。随着车辆运行速度以及其乘坐舒适性要求的提高，对扭杆系统以及轨道交通车辆系统部件的安装（如垂向连杆部件，定位转臂组件等）也提出越来越高的要求。其中因扭杆系统需同时满足车辆限界和安装空间要求，必须将连杆组件设计成弯曲结构，同时客户还要求保证连杆上下两节点间距连续可调。在目前的技术方案中，只能通过锻或铸造工艺将弯连杆加工成型，如弯连杆尺寸发送改变则需要重新开模，生产制造成本高且周期长。因此，如何通过设计一种通用的弯连杆组件，减少生产周期，并形成批量的生产制造工艺是系统部件产品开发过程中亟待解决的问题。

扭杆系统通常包括扭杆组件，连杆组件和支撑座组件三部分，其中，连杆组件包括垂向连杆、上节点和下节点，扭杆组件中扭杆轴在车体侧滚时通过扭转产生反作用力，并通过连杆组件反馈到车体上，提供侧滚刚度。

随着轨道交通运行速度以及其乘坐舒适性要求的提高，对扭杆系统以及轨道交通车辆系统部件的安装也提出越来越高的要求。具体如下：

a、部分车型扭杆系统需满足车辆限界要求，以及连杆组件中上节点在车体上的安装位置空间限制，导致上下节点垂向不能在同一条直线上。因此，连杆必须采用弯曲结构以满足车辆限界和安装接口尺寸的要求。

b、连杆组件中上、下节点间距要求连续可调，因车辆大修时车轮踏面旋轮后外径变小致整个构架下落，原先连杆组件安装时通过增加垫片来调整高度。为增加产品可靠性，客户要求连杆组件中上下节点间距连续可调来替代增加垫片的方式，一般要求连杆组件中上、下节点距离调节范围为-15 mm至+50mm。

c、上节点安装角度要求满足向心安装，上节点的安装角度已不是原来纵向或横向的安装要求，需保证扭杆系统中两个上节点的轴线延长线的交点位于构架正中心，以减少上节点在车辆运行过程中的偏扭转角度。

d、两个连杆组件的上节点间距可调，相同车型所采用的扭杆系统中两连杆组件的上节点间距基本相近，主要因车体上安装座焊接位置的限制，一般相差在±30mm范围变化。因此也要求两连杆组件的上节点间距可调，增加扭杆系统的通用性。

传统的铸锻成型的垂向弯连杆虽可勉强满足上述a和c部分的要求，但不同结构的弯连杆即需重新设计开模制造，导致制造成本高且生产周期长，b和d部分要求已无法满足。

目前扭杆系统中采用以铸锻为主的弯连杆组件主要存在如下缺陷：

1.制造成本高，如弯连杆部件采用传统铸锻模具制造成型，制造成本相对较高。以常用的锻造工艺为例，弯连杆的成型工艺包括锻造，机械加工，热处理，表面喷丸等各种工序，还包括磁粉探伤等无损检测手段，以及晶粒度及纤维流线的检测，工艺复杂导致成本较高；

2.通用性差，如弯连杆折弯半径、弯距、连杆长度、节点尺寸、上节点安装角度等任意一个参数的改变，均可能需重新开模具，同时会增加制造成本和生产周期；

3.连杆组件上、下节点间距无法调整，因传统的垂向连杆整体成型，尺寸已经定形，无法调整上下节点距离。因车轮旋轮导致构架下落带来的连杆组件安装距离增大的问题，无法满足客户连杆节点距离连续可调的要求；

4.质量控制难，由于其复杂的成型工艺，弯连杆在质量控制方面要求的项点也相对较多，常用的包括金属原材料的化学成分，热处理后的机械性能，以及超声波无损检测（金属原材料内部质量）和磁粉探伤（产品的表面缺陷情况）等，任何质量控制将导致成本增加，控制失效将导致产品的潜在失效风险增加；

5.重量大，因弯连杆采用铸锻工艺整体成型，其连杆一般为实心结构，轨道交通车辆的轻量化是其发展的趋势，目前出系统部件外，其余产品均进行采用轻金属或者复合材料进行材料替代的轻量化应用，而系统部件通常在重量方面占有较大的重量比重，如能进行轻量化的应用，经存在极大的优化空间。车辆的轻量化将从运行的能耗，乘坐的舒适性等各个方面来优化整车的性能。

因此，如何通过设计一种既安全可靠、通用性高以满足客户要求的扭杆系统，又可减少生产周期，并形成批量的生产制造工艺是系统部件产品开发过程中亟待解决的问题。

现有技术中，申请号为201320254759.3的中国实用新型公开了一种新型轨道车辆用抗侧滚扭杆系统，主要由扭杆轴、扭转臂、支撑座组件、垂向连杆组件等部分组成；所述扭杆轴套在所述支撑座组件上，所述扭转臂的一端与所述扭杆轴垂直连接，所述扭转臂的另一端安装有关节轴，所述扭转臂可以绕所述关节轴扭转和偏转；所述垂向连杆组件包括垂向连杆和上关节轴，所述垂向连杆的一端与所述关节轴连接，并可绕所述关节轴扭转和偏转，所述垂向连杆的另一端与所述上关节轴连接，并可绕所述上关节轴扭转和偏转。申请号为201320046184.6的中国实用新型公开了一种新型轨道车辆用抗侧滚扭杆装置，主要包括扭杆轴、扭转臂、垂直连杆、橡胶关节轴承一、橡胶关节轴承二、金属关节轴承；所述扭转臂一端与扭杆轴通过包络等距多边形型面配合的连接方式相连接，所述扭转臂另一端与所述橡胶关节轴承一相连接，所述橡胶关节轴承一与车体连接；所述垂直连杆一端与所述金属关节轴承外套相连接，所述金属关节轴承内套与所述扭杆轴相连接，所述垂直连杆另一端与所述橡胶关节轴承二相连接，所述橡胶关节轴承二与转向架相连接。以上现有技术，均不能解决目前扭杆系统中连杆组件中连杆结构制造成本高、通用性差、质量控制难、重量大、连杆上下节点间距无法调整的问题。

技术实现要素：

本发明主要针对目前扭杆系统中连杆组件制造成本高，通用性差，质量控制难，重量大，连杆上下节点间距无法调整的问题，提供一种可三向调整的抗侧滚扭杆系统及其制造安装方法，其可通过实现三向调节来解决上述问题，且满足批量化生产的要求。

本发明的技术方案是：一种可三向调整的抗侧滚扭杆系统，包括扭杆组件、支撑座组件和分别连接在扭杆组件两端的二个连杆组件，每个连杆组件均包括弯连杆杆体、上球头、下球头、上节点和下节点，所述上球头和下球头分别连接在弯连杆杆体的上端和下端，上节点和下节点分别安装在上球头和下球头中，所述上球头、下球头与弯连杆杆体为分体式结构，所述上球头和下球头均通过螺纹连接方式连接弯连杆杆体，旋转上球头和/或下球头，能够调节上节点和下节点之间的距离。

所述弯连杆杆体的两端均为管状结构且每一端均设有内螺纹，上球头和下球头上均设有螺杆，上球头的螺杆与弯连杆杆体上端的内螺纹相匹配，下球头的螺杆与弯连杆杆体下端的内螺纹相匹配。

所述连杆组件还包括固定组件，所述固定组件包括连接在螺杆上的螺母和套装在螺杆上的止动垫片，止动垫片位于螺母和弯连杆杆体之间，上球头和下球头在弯连杆杆体上旋转到所需位置后，能通过拧紧螺母固定上球头和下球头，再通过折弯止动垫片防止螺母松动。

所述弯连杆杆体每端端部两侧分别加工有二个对称的扁平面；所述止动垫片包括一体相连的中间块和二个可折弯块，中间块位于螺母和弯连杆杆体端面之间，二个可折弯块分别连接在中间块的两边且能折弯至贴紧弯连杆杆体端部的扁平面或者螺母侧面。

所述弯连杆杆体由钢管通过折弯模具采用加热折弯方式制作成型。

通过旋转上球头，能调节上节点的初始安装角度；

所述二个连杆组件中二个上节点的间距能通过连杆组件中弯连杆杆体的折弯距离进行调整；

所述上球头、下球头与弯连杆杆体均有若干种型号，所述若干种型号的上球头、下球头的螺杆与弯连杆杆体上的内螺纹采用同一标准。

一种上述可三向调整的抗侧滚扭杆系统的制造安装方法，将上球头、下球头与弯连杆杆体采用分体式结构，将空心钢管通过折弯模具采用加热折弯方式制作成弯连杆杆体，从而达到减轻抗侧滚扭杆系统重量的目的；弯连杆杆体与上球头、下球头均采用螺纹连接方式连接，通过旋转上球头和/或下球头来调节连杆组件的上节点和下节点的间距。

上述的可三向调整的抗侧滚扭杆系统的制造安装方法，包括如下步骤：

步骤一：制作扭杆组件和支撑座组件；

步骤二：制作二个连杆组件，每个连杆组件的制作步骤如下：

A、制作弯连杆杆体：将折弯模具安装到压力机上，将空心钢管加热后放入折弯模具中，启动压力机将空心钢管压制成弯连杆杆体，在弯连杆杆体两端内壁加工出内螺纹，在弯连杆杆体每一个端部两侧均分别加工出二个对称的扁平面；

B、制造上球头和下球头，在上球头和下球头上均加工制作出螺杆，制造出与螺杆相匹配的螺母和能套装在螺杆上的止动垫片；

C、将上节点和下节点分别安装到上球头和下球头中；

D、先在上球头的螺杆和下球头的螺杆上各安装一个螺母，再各套入一个止动垫片，然后将上球头和下球头通过各自的螺杆分别安装在弯连杆杆体的上端和下端；

步骤三：安装可三向调整的抗侧滚扭杆系统：

A、安装支撑座组件和扭杆组件：将支撑座组件安装到转向架上，将扭杆组件和支撑座组件连接好；

B、安装连杆组件：

1)将二个连杆组件的下节点分别连接到扭杆组件两端；

2)旋转上球头，将上节点的初始安装角度调节到预定值，并将上节点通过螺栓与车体上的安装座连接，拧紧上球头螺杆上的螺母，将上球头固定好；折弯上球头与弯连杆杆体之间的止动垫片，将止动垫片两边的可折弯块分别折弯至贴紧弯连杆杆体上端的扁平面和螺母侧面；

3)旋转下球头，将上节点和下节点之间的距离调整到预定值，拧紧下球头螺杆上的螺母，将下球头固定好；折弯下球头与弯连杆杆体之间的止动垫片，将止动垫片两边的可折弯块分别折弯至贴紧弯连杆杆体下端的扁平面和螺母侧面；

C、调试并完成可三向调整的抗侧滚扭杆系统的安装。

所述二个连杆组件中二个上节点的间距通过连杆组件中弯连杆杆体的折弯距离进行调整。

所述折弯模具包括下模、安装在下模中部的定位挡块和位于下模正上方的上模；上模和下模均有若干种与不同弯连杆杆体的折弯半径或弯矩相匹配的型号；定位挡块的厚度能被调整。

本发明中连杆组件制造简单，成本低，通用性好，质量控制易，重量轻，连杆上下节点间距能被调整，满足批量化生产的要求。技术效果具体要求如下：

1. 弯连杆杆体制造成型简单

弯连杆杆体采用无缝钢管（例如GB/T 8162《结构用无缝钢管》）通过锻压模具加热折弯成型，相对传统采用的铸锻方式，折弯模具制造和折弯成型工艺更为简单，同时钢管为空心结构，无需先加工底孔再加工螺纹，可节约材料费用和加工费用，有效降低生产成本。

2. 折弯模具通用性和互换性好

不同结构的弯连杆杆体，折弯模具部分零件可借用或替换即可，不需要完全重新制造，可降低开发周期和制造成本。例如，如果弯连杆杆体的折弯半径或弯矩发生变化，只需更换模具中的上模和下模即可，其余模具部件可借用；如弯连杆杆体长度发生变化，模具也只需调整定位挡块厚度即可，简单方便。

3. 弯连杆杆体重量轻

因弯连杆杆体采用空心钢管折弯成型,中间为空心结构，在保证强度的前提下可降低产品重量,同时也可减少加工余量。

4. 连杆组件上、下节点间距可调整

折弯后弯连杆杆体与连杆上、下球头通过螺纹方式连接，保证螺纹最小旋合长度前提下可在较大范围内调整上下节点的间距，满足客户要求。同时也可应用于连杆上下节点间距不同的其它车型，增加扭杆系统的通用性。

5. 弯连杆杆体与球头类型多样，连接简单、灵活，适应范围广

弯连杆杆体与球头（包括上球头和下球头）采用螺纹连接，并通过螺母拧紧和垫片折弯方式紧固。连杆组件通过调整使上、下节点分别与扭转臂和车体安装座安装后，再锁紧螺母和止动垫片，折弯方法为一端向连杆方向平面折弯，一端向螺母方向折弯。同时，只要球头和弯连杆的接口尺寸相同，不同类型的弯连杆杆体或球头均可互换，增加了连杆组件整体尺寸调整的灵活性。可根据连杆组件尺寸要求对球头和弯连杆杆体进行选配。

附图说明

图1是本发明中的轨道交通车辆抗侧滚扭杆系统的结构示意图；

图2是本发明中的弯连杆杆体的主视结构示意图；

图3是本发明中的弯连杆杆体的左视结构示意图；

图4是本发明中的连杆组件结构（未画出上节点和下节点）示意图；

图5是本发明中的折弯模具示意图；

图中：1-上球头，2-螺母，3、止动垫片，4-弯连杆杆体，5-下球头，6-扭转臂，7-支撑座，8-扭杆轴，9-上节点，10-下节点，11-扁平面，12-上模，13-下模，14-定位挡块。

具体实施方式

请参考图1至图4，一种可三向调整的抗侧滚扭杆系统，包括扭杆组件、支撑座组件和分别连接在扭杆组件两端的二个连杆组件。扭杆组件包括扭杆轴8和扭转臂6，连杆组件连接扭转臂，支撑座组件包括支撑座7，支撑座连接扭杆轴。每个连杆组件均包括弯连杆杆体4、上球头1、下球头5、螺母2、止动垫片3、上节点9和下节点10。上球头、下球头与弯连杆杆体为分体式结构，弯连杆杆体采用空心钢管通过折弯模具折弯成型，并与上球头和下球头采用螺纹连接结构或铆接连接结构，上球头和下球头分别通过螺纹连接方式连接在弯连杆杆体的上端和下端，上节点和下节点分别安装在上球头和下球头中。弯连杆杆体的两端均设有内螺纹，上球头和下球头上均设有螺杆，上球头的螺杆连接在弯连杆杆体上端的内螺纹上，下球头的螺杆连接在弯连杆杆体下端的内螺纹上。旋转上球头和/或下球头，能够调节上节点和下节点之间的距离。每根螺杆上均套装有一个螺母和一个止动垫片，止动垫片位于螺母和弯连杆杆体之间，上球头和下球头在弯连杆杆体上旋转到所需位置后，能通过拧紧螺母固定上球头和下球头，再通过止动垫片固定螺母，止动垫片主要是防止螺母松动，止动垫片是在螺母拧紧后折弯的。弯连杆杆体每端端部两侧分别加工有二个对称的扁平面；止动垫片包括一体相连的中间块和二个可折弯块，中间块位于螺母和弯连杆杆体端面之间，止动垫片两边的二个可折弯块均伸出螺母和弯连杆杆体端面，二个可折弯块分别连接在中间块的两边且能折弯至贴紧弯连杆杆体端部的扁平面或者螺母侧面。

弯连杆杆体由空心钢管通过折弯模具采用加热折弯方式制作成型。如图5所示，折弯模具包括下模13、安装在下模中部的定位挡块14和位于下模正上方的上模12；上模包括上模板和连接在上模板下面的上压制块，下模包括下模板和连接在下模板上面的下压制块，上压制块的下表面形状和下压制块的上表面形状均与需压制的弯连杆杆体的外表面形状相匹配。

可三向调整的抗侧滚扭杆系统的制造安装方法，包括如下步骤：

步骤一：制作扭杆组件和支撑座组件；

步骤二：制作二个连杆组件，每个连杆组件的制作步骤如下：

A、制作弯连杆杆体：将折弯模具安装到压力机上，将空心钢管加热后放入折弯模具中，启动压力机将空心钢管压制成弯连杆杆体，在弯连杆杆体两端内壁加工出内螺纹，在弯连杆杆体每一个端部两侧均分别加工出二个对称的扁平面，扁平面与弯连杆杆体端面垂直；

B、制造上球头和下球头，在上球头和下球头上均加工制作出螺杆，使上球头的螺杆和下球头的螺杆分别与弯连杆杆体上端和下端的内螺纹相匹配，上球头的螺杆和下球头的螺杆能分别旋合在弯连杆杆体上端和下端的内螺纹上；制造出与螺杆相匹配的螺母和能套装在螺杆上的止动垫片；将止动垫片的两边部分加工成可折弯块，止动垫片的一组对边间距大于螺母和钢管端部的最大直径；

C、将上节点和下节点分别安装到上球头和下球头中；

D、先在上球头的螺杆和下球头的螺杆上各安装一个螺母，再各套入一个止动垫片，然后将上球头和下球头通过各自的螺杆分别安装在弯连杆杆体的上端和下端；

步骤三：安装可三向调整的抗侧滚扭杆系统：

A、安装支撑座组件和扭杆组件：将支撑座组件安装到转向架上，将扭杆组件和支撑座组件连接好；

B、安装连杆组件：

1)将二个连杆组件的下节点分别连接到扭杆组件两端；

2)旋转上球头，将上节点的初始安装角度调节到预定值，拧紧上球头螺杆上的螺母，将上球头固定好；折弯上球头与弯连杆杆体之间的止动垫片，将止动垫片两边的可折弯块分别折弯至贴紧弯连杆杆体上端的扁平面和螺母侧面；

3)旋转下球头，将上节点和下节点之间的距离调整到预定值，拧紧下球头螺杆上的螺母，将下球头固定好；折弯下球头与弯连杆杆体之间的止动垫片，将止动垫片两边的可折弯块分别折弯至贴紧弯连杆杆体下端的扁平面和螺母侧面；

4）将二个连杆组件的上节点连接到车体安装座上；

C、调试并完成可三向调整的抗侧滚扭杆系统的安装。

本发明将扭杆系统中的连杆组件设计为采用空心钢管折弯成型，并与上、下球头通过螺纹连接或铆接在一起。本发明的抗侧滚扭杆系统用连杆组件替代原来连杆整体铸锻或板材切割成型的抗侧滚扭杆系统用连杆组件，弯连杆杆体与上、下球头通过螺纹连接后再通过螺母拧紧和垫圈折弯的方式紧固，可使扭杆系统三向调节以同时满足所有要求。根据连杆组件的结构要求，将钢管通过折弯模具采用加热折弯成型为弯连杆杆体，再通过抛丸或打磨的方式改善表面质量。连杆组件中弯连杆杆体与上、下球头通过螺纹连接，使连杆上、下节点间距可通过上、下球头螺纹旋合长度来连续调节，使在车轮踏面旋轮后可调整连杆组件中上、下节点间距以替代传统的增加垫片方法。连杆组件中弯连杆杆体与上球头采用螺纹连接的方式，使上节点的初始安装角度可通过螺纹旋合来调节，以满足扭杆系统的向心安装要求。扭杆系统中两连杆组件中二个上节点的间距可通过连杆组件中弯连杆杆体的折弯距离进行调整,以满足扭杆系统的安装接口尺寸要求。连杆组件中弯连杆杆体端部两侧分别加工一个对称的扁平面，用作连杆组件中螺母紧固时的固定平面。

弯连杆杆体可采用无缝钢管（例如GB/T 8162《结构用无缝钢管》）通过锻压模具加热折弯成型，相对传统采用的铸锻方式，折弯模具制造和折弯成型工艺更为简单，同时钢管为空心结构，无需先加工底孔再加工螺纹，可节约材料费用和加工费用，有效降低生产成本。

不同结构的弯连杆杆体，折弯模具部分零件可借用或替换即可，不需要完全重新制造，可降低开发周期和制造成本。例如，如果弯连杆杆体的折弯半径或弯矩发生变化，只需更换模具中的上模和下模即可，其余模具部件可借用；如弯连杆杆体长度发生变化，模具也只需调整定位挡块厚度即可，简单方便。

因弯连杆杆体采用空心钢管折弯成型,中间为空心结构，在保证强度的前提下可降低产品重量,同时也可减少加工余量。折弯后弯连杆杆体与连杆上、下球头通过螺纹方式连接，保证螺纹最小旋合长度前提下可在较大范围内调整上下节点的间距，满足客户要求。同时也可应用于连杆上下节点间距不同的其它车型，增加扭杆系统的通用性。连杆组件中上下节点间距连续可调，连杆组件上、下节点距离调节范围为-15 mm至+50mm。两个连杆组件的上节点间距可调，相同车型所采用的扭杆系统中两连杆组件的上节点间距基本相近，因车体上安装座焊接位置的限制，一般相差在±30mm范围变化。

弯连杆杆体与球头（包括上球头和下球头）采用螺纹连接，并通过螺母拧紧和垫片折弯方式紧固。连杆组件通过调整使上、下节点分别与扭转臂和车体安装座安装后，再锁紧螺母和止动垫片，折弯方法为一端向连杆方向平面折弯，一端向螺母方向折弯。同时，只要球头和弯连杆的接口尺寸相同，不同类型的弯连杆杆体或球头均可互换，增加了连杆组件整体尺寸调整的灵活性。可根据连杆组件尺寸要求对球头和弯连杆杆体进行选配。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围之内。