新型內置高阻尼的高速铁路列车转向架一系垂向止挡件的制作方法

本发明涉及高速铁路列车转向架技术领域，尤其涉及一种新型內置高阻尼的高速铁路列车转向架一系垂向止挡件。

背景技术：

为了使高铁列车的转向架和轴箱之间的相对运动保持在一定范围内，以提高列车运行的平稳性和安全性，通常需要在列车的轴箱上设置一种限制垂向位移的构件。1950年，nelsen等人(safetysupportforbrakebeams.us2,496,015,1950)采用锁链结构将转向架的制动梁(brakebeam)连接到转向架上，用于限制制动梁的最大垂向位移以及脱落。在客运列车中，普遍采用一种倒u型结构的安全吊来防止轴箱脱落以及限制最大垂向位移。但是转向架上的板式安全吊座在列车运行过程中由于承受较大交变纵向动应力容易发生断裂，从而垂向位移的限制失效。

在高速列车方面，crh5型列车是中国铁路高速列车的车款之一，适应在中国低温地区行走，其营运速度最高可达时速250公里。在crh5型列车转向架上，设有一系垂向止挡件以避免转向架与轴箱之间过大的垂向相对位移，如图1所示。但是这些构件在运行时由于实际路线的影响容易发生横向断裂而引起的功能失效。因此，关于一系垂向止挡件的结构优化是高速铁路列车工程装备设计中亟待解决的问题，对高速运行中列车的平稳性和安全性具有重大的实际价值和意义。

参见图1和图2。图1示出安装位置的示意图；图2是现有的一系垂向止挡件的立体结构示意图。crh5型高速列车转向架上的一系垂向止挡件采用高碳钢材s355j2g制成，表面喷涂镀锌fe/zn。一系垂向止挡件呈一整体块状，外形像一个“工”字形状，包括挡止部91、固定部92和连接部93。其中，连接部93连接于挡止部91和固定部92的中间位置。固定部92的两端各自设有一个螺栓孔，从而一系垂向止挡件的固定部92能通过连接螺栓紧固到轴箱10的过渡盖12上。一系垂向止挡件的挡止部91悬浮于转向架11的上方，并与转向架11之间留有一定间隙，该间隙为转向架与轴箱之间的垂向相对位移，当转向架11的垂向位移超过该间隙时，则会受到挡止部91的阻挡，从而提高列车运行的平稳性和安全性。

现有一系垂向止挡件在设计中能够有效地限制转向架与轴箱之间的垂向相对位移。然而一系垂向止挡件或者轴箱的固有频率(比如，主振频率和二阶自振频率)均在一个固定水平，是其结构的固有特性。列车的轴箱结构形态和材料决定了轴箱的固有频率水平。传统的一系垂向止挡件的结构形态和材料也决定了一系垂向止挡件的固有频率水平。传统的一系垂向止挡件的固有振动频率正好与运行过程中列车转向架上轴箱的振动频率相近，容易发生共振现象。共振的产生，使一系垂向止挡件的振动幅度被迅速放大，产生较大动应力，从而会导致一系垂向止挡件突然断裂。倘若一系垂向止挡件发生横向弯曲断裂，服役中的转向架在沉浮运动过程中产生的垂向相对位移不再受到限制。而且垂向位移限制器和轴箱也可能脱落，造成列车脱轨甚至颠覆事故。刘志远等人(深圳地铁2号线一系安全吊改进设计，山东工业技术7(2015):40-40)提出采用增加连接部位的厚度来提升一阶固有频率，来优化安全吊结构以解决共振引起的断裂问题。但是对于crh5型高速列车上的一系垂向止挡件，在实际的转向架结构中，一系垂向止挡件的尺寸大小受到轴箱过渡盖上的卡槽尺寸限制，厚度的增加将导致该部件无法安装到转向架上。

在背景技术部分公开的上述信息仅用于加强对本公开的背景的理解，因此它可以包括对本领域普通技术人员并非已知的信息。

技术实现要素：

为解决以上现有技术的问题，本发明的目的在于提供一种能避免与轴箱发生共振的新型內置高阻尼的高速铁路列车转向架一系垂向止挡件。

根据本发明的一个方面，一种新型內置高阻尼的高速铁路列车转向架一系垂向止挡件，用于高速铁路列车上，所述高速铁路列车的行进方向为纵向，与该纵向垂直的方向为横向，同时与该纵向和该横向垂直的方向为垂向，所述高速铁路列车包括轴箱和转向架，所述一系垂向止挡件包括能与所述转向架配合工作的挡止部、能与所述轴箱连接的固定部以及连接所述挡止部和所述固定部的连接部，所述一系垂向止挡件沿垂向设置。其中所述一系垂向止挡件上设有一条或一条以上沿垂向设置的槽口。

根据本发明的一实施方式，在所述纵向方向上，所述槽口贯穿所述挡止部和所述连接部。

根据本发明的一实施方式，在所述纵向方向上，所述槽口贯穿至少部分所述固定部。

根据本发明的一实施方式，在沿着垂向方向上，所述槽口占据所述固定部的长度h1与所述固定部的整体长度h之间的关系满足：1/5h≤h1≤2/3h，优选为：1/4h≤h1≤1/3h。

根据本发明的一实施方式，在所述横向方向上，所述槽口设置于所述一系垂向止挡件的中间位置或者偏离该中间位置。

根据本发明的一实施方式，所述槽口设置于所述挡止部和所述连接部，所述槽口在沿着所述纵向方向的宽度小于所述挡止部在所述纵向方向的宽度，小于或等于所述连接部在所述纵向方向的宽度。

根据本发明的一实施方式，所述槽口向下延伸至至少一部分所述固定部。

根据本发明的一实施方式，所述槽口内填充有缓冲材料，所述缓冲材料形成阻尼层。

根据本发明的一实施方式，所述阻尼层是玻璃胶层、硅酮结构密封胶层或者球墨铸铁层。

根据本发明的另一个方面，一种新型內置高阻尼的高速铁路列车转向架一系垂向止挡件，用于高速铁路列车上，所述高速铁路列车的行进方向为纵向，与该纵向垂直的方向为横向，同时与该纵向和该横向垂直的方向为垂向，所述高速铁路列车包括轴箱和转向架，所述一系垂向止挡件包括能与所述转向架配合工作的挡止部、能与所述轴箱连接的固定部以及连接所述挡止部和所述固定部的连接部，所述一系垂向止挡件沿垂向设置。所述一系垂向止挡件包括沿着横向方向堆叠的两个或两个以上片层，每一个所述片层包括挡止片部、固定片部和连接片部，两个或两个以上的所述挡止片部共同形成所述挡止部，两个或两个以上的所述固定片部共同形成所述固定部，两个或两个以上的所述连接片部共同形成所述连接部。

根据本发明的一实施方式，相邻的所述片层之间设有阻尼层。

根据本发明的一实施方式，所述阻尼层由缓冲材料制成。

由上述技术方案可知，本发明的优点和有益技术效果在于：本发明的一系垂向止挡件，由于设有一条或一条以上沿垂向设置的槽口，或者由多个片层结构组成，从而改变了结构和其固有频率。也就是说，本发明一系垂向止挡件的固有频率值与转向架轴箱的固有频率值相差较大，因此能防止与列车转向架的轴箱共振。

进一步的，在槽口内设置了阻尼层，其能吸收振动能量，因此能减少列车正常运行过程中的振动能量。

附图说明

通过参照附图详细描述其示例实施方式，本发明的上述和其它特征及优点将变得更加明显。

图1示出一系垂向止挡件安装位置的示意图；

图2是现有的一系垂向止挡件的立体结构示意图。

图3是本发明新型內置高阻尼的高速铁路列车转向架一系垂向止挡件第一实施方式的立体结构示意图；

图4是图3所示的一系垂向止挡件的主视图；

图5是图4的侧视图；

图6是本发明新型內置高阻尼的高速铁路列车转向架一系垂向止挡件第二实施方式的立体结构示意图；

图7是图6所示的一系垂向止挡件的侧视图；

图8是本发明新型內置高阻尼的高速铁路列车转向架一系垂向止挡件第三实施方式的立体结构示意图；

图9是图8所示的一系垂向止挡件的主视图；

图10是图9的侧视图；

图11是本发明新型內置高阻尼的高速铁路列车转向架一系垂向止挡件第四实施方式的立体结构示意图；

图12是图11所示的一系垂向止挡件的主视图；

图13是图12的侧视图；

图14是图2所示现有的一系垂向止挡件的锤击实验频响曲线；

图15是图2所示现有的一系垂向止挡件的跟车测试频响曲线；

图16是图2所示现有的一系垂向止挡件的有限元分析所得前两阶最大模态；

图17是图3所示本发明的一系垂向止挡件第一实施方式的锤击实验频响曲线；

图18是图3所示本发明一系垂向止挡件第一实施方式的的有限元分析所得前两阶最大模态；

图19是图11所示本发明一系垂向止挡件第四实施方式的锤击实验频响曲线；

图20是图11所示本发明一系垂向止挡件第四实施方式的跟车测试频响曲线；

图21是图11所示本发明一系垂向止挡件第四实施方式的有限元分析所得前两阶最大模态。

具体实施方式

现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施方式；相反，提供这些实施方式使得本发明将全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。图中相同的附图标记表示相同或类似的结构，因而将省略它们的详细描述。

本发明中，有关方向定义如下：高速铁路列车的行进方向为纵向，与该纵向垂直的方向为横向，该横向平行于列车车轴方向，同时与该纵向和该横向垂直的方向为垂向，该垂向为重力加速度方向。

实施方式1

参见图3、图4和图5，图3是本发明所述的新型內置高阻尼的高速铁路列车转向架一系垂向止挡件第一实施方式的立体结构示意图；图4是图3所示的一系垂向止挡件的主视图；图5是图4的侧视图。如图3、图4和图5所示，本发明一系垂向止挡件第一实施方式在外形上与现有的一系垂向止挡件可以基本相同，即大致呈“工”字形，在其他实施方式中，本发明的一系垂向止挡件的形状不仅仅限于“工”字形。

如图3、图4所示，并结合参考图1。本发明一系垂向止挡件第一实施方式包括挡止部21、固定部22和连接部23。其中，连接部23连接于挡止部21和固定部22的中间位置。固定部22的两端各自设有一个螺栓孔，从而一系垂向止挡件的固定部22能通过连接螺栓紧固到轴箱10的过渡盖12上。一系垂向止挡件的挡止部21悬浮于转向架12的上方，并与转向架12之间留有一定间隙，该间隙为转向架与轴箱之间的垂向相对位移，当转向架12的垂向位移超过该间隙时，则会受到挡止部21的阻挡，从而提高列车运行的平稳性和安全性。

进一步的，本发明一系垂向止挡件第一实施方式设有一条沿垂向设置的槽口20。在其他实施方式中，槽口20的数量不限于一条，其也可以是两条或两条以上。该槽口20可以通过去除材料的方法制成，例如锯、铣，等等。在该第一实施方式中，槽口20设置于一系垂向止挡件在横向方向的中间位置。

如图3、图5所示，在纵向方向上，槽口20贯穿挡止部21和连接部23。进一步地，槽口20向下延伸而贯穿一部分固定部22。也就是说，上部分固定部22是整体结构，而上部分固定部22以及挡止部21和连接部23被槽口20分隔成结构相同的两部分。这样，就改变了一系垂向止挡件的一阶固有频率，从而有利于避免列车运行过程与轴箱发生共振。进一步的，在沿着垂向方向上，槽口20占据固定部22的长度h1与固定部22的整体长度h之间的关系满足：1/5h≤h1≤2/3h,特别是1/4h≤h1≤1/3h，这样既较为理想地改变了一系垂向止挡件的固有频率，又兼顾了其结构整体性。

进一步的，在其他一些实施方式中，槽口20内可以填充缓冲材料，缓冲材料形成阻尼层。缓冲材料可以是玻璃胶、硅酮结构密封胶或者球墨铸铁等能够吸收能量的材料。阻尼层能吸收列车运行过程产生的振动，从而有利于延长一系垂向止挡件的使用寿命和疲劳寿命。

当本发明中的槽口20内填充缓冲材料时，即本发明具有阻尼层时，槽口20的尺寸相比于不具有阻尼层可以相对大一些，从而在保证一系垂向止挡件具有足够强度情况下具有更优的防共振功能。

实施方式2

参见图6、图7，图6是本发明所述的新型內置高阻尼的高速铁路列车转向架一系垂向止挡件第二实施方式的立体结构示意图；图7是图6所示的一系垂向止挡件的侧视图。如图6、图7所示，本发明一系垂向止挡件第二实施方式与第一实施方式的不同之处仅在于：

槽口20在一系垂向止挡件上的设置位置是偏离其中间位置的。详细来说，一系垂向止挡件的挡止部21和连接部23以及一部分固定部22被槽口20分隔成两部分，其中一部分的厚度t3大于另一部分的厚度t4。该种结构同样可以改变一系垂向止挡件的一阶固有频率，有利于防止列车运行过程与轴箱发生共振。

该一系垂向止挡件第二实施方式的其他结构与第一实施方式基本相同，这里不再赘述。

实施方式3

参见图8、图9和图10，图8是本发明所述的新型內置高阻尼的高速铁路列车转向架一系垂向止挡件第三实施方式的立体结构示意图；图9是图8所示的一系垂向止挡件的主视图；图10是图9的侧视图。如图8、图9和图10所示，本发明一系垂向止挡件第三实施方式与第一实施方式的不同之处仅在于：

槽口20设置于一系垂向止挡件内部，在纵向方向上，槽口20没有贯穿挡止部21、连接部23和固定部22。详细来说，槽口20在沿着纵向方向的宽度w1小于挡止部21在纵向方向的宽度w2，小于连接部23在纵向方向的宽度w3，小于固定部22在纵向方向的宽度w4。在其他一些实施方式中，槽口20在沿着纵向方向的宽度w1也可以等于连接部23在纵向方向的宽度w3。

槽口20在横向方向上的厚度小于挡止部21、连接部23以及固定部22在横向方向的厚度。

槽口20在垂向方向上的高度l1小于一系垂向止挡件的整体高度l2。在其他实施方式中槽口20在垂向方向上的高度l1也可以等于一系垂向止挡件的整体高度l2。该第三实施方式中，由于槽口20形成于一系垂向止挡件内部，在改变其固有频率的同时，结构整体性更佳。

该一系垂向止挡件第三实施方式的其他结构与第一实施方式基本相同，这里不再赘述。

实施方式4

参见图11、图12和图13，图11是本发明所述的新型內置高阻尼的高速铁路列车转向架一系垂向止挡件第四实施方式的立体结构示意图；图12是图11所示的一系垂向止挡件的主视图；图13是图12的侧视图。

如图11、图12和图13所示，并结合参考图1，该一系垂向止挡件第四实施方式，用于高速铁路列车上。高速铁路列车包括轴箱10和转向架11。下端部两侧各自设有一个螺栓孔，通过螺栓可以将本发明一系垂向止挡件安装于轴箱10的过渡盖12上。

如图11和图13所示，该一系垂向止挡件第四实施方式包括沿着横向方向堆叠的两个或两个以上片层，下面以具有两个片层为例进行说明。

如图11、图13所示，两个片层分别为第一片层3和第二片层4。第一片层3包括第一挡止片部31、第一固定片部32和第一连接片部33。第二片层4包括第二挡止片部41、第二固定片部42和第二连接片部43。第一挡止片部31和第二挡止片部41共同构成挡止部；第一固定片部32和第二固定片部42共同构成固定部；第一连接片部33和第二连接片部43共同构成连接部。

在其他实施方式中，片层数量不限于两片，可以根据需要相应增加。

由多个片层构成的一系垂向止挡件的一阶固有频率不同于整体结构的一系垂向止挡件，故能够防止列车运行过程中与轴箱发生共振。

在其他实施方式中，相邻的片层之间可以设置有阻尼层30，阻尼层30例如可以由玻璃胶、硅酮结构密封胶或者球墨铸铁等缓冲材料制成。这一方面能改变一系垂向止挡件的一阶固有频率，另一方面还能吸收振动能量。

下面介绍本发明新型內置高阻尼的高速铁路列车转向架一系垂向止挡件的测试试验，包括锤击测试、跟车测试以及有限元分析，并以与本发明一系垂向止挡件外形、材料相同的一种现有的一系垂向止挡件作为参照。

锤击测试方法：在实验室中，采用一个c型的夹具，将一系垂向止挡件的下端部即固定部的90％部分夹住，并紧固。将夹好一系垂向止挡件的c型夹具固定在一个稳定及平整的实验台面上，并紧固夹具。接着，在一系垂向止挡件的上端头部即挡止部上安置一个dytran加速度传感器，包括了dytran加速度传感器底部有磁铁及螺孔，dytran底对应紧固连接的螺栓。首先将dytran底座用强力胶水固定粘贴于一系垂向止挡件的挡止部的下表面，然后将dytran加速度传感器拧紧固定在底座上。加速度传感器通过电缆(传递信号与提供电能)连接到dewesoft数据解调仪上进行数据采集。当一系垂向止挡件固定以及加速度传感器安装完毕以后，使用冲击力锤敲击一系垂向止挡件的上表面，敲击过后移开冲击力锤。收集敲击过程中，加速度传感器收集到的10秒内的数据。使用dewesoft软件的频谱分析软件分析一系垂向止挡件的固有频率。

跟车测试方法：将一系垂向止挡件安装于一辆crh5型高速列车的第三节拖车的转向架的第7轴上。该一系垂向止挡件通过匹配的螺栓固定在轴箱以上的位置，并按照正常操作对螺栓施加拧紧力矩以固定一系垂向止挡件。在一系垂向止挡件的外表面的挡止部位置安装一个可以测试3个方向加速度的dytran加速度传感器。dytran加速度传感器通过强力胶水与一系垂向止挡件表面紧密相连，能够确保在测试过程中dytran加速度传感器持续保持稳固正常收集数据的状态。加速度传感器连接到电缆(传递信号与提供电能)电缆线路穿过列车车体下部，并通过车门引入车内，与安装在车厢内的dewesoft数据解调仪进行连接。打开dewesoft数据解调仪，车体外转向架处的传感器开始工作并采集数据，dewesoft数据解调仪对数据进行存储和初步分析。当一系垂向止挡件和加速度传感器等相关设备安装完毕以后，在该高速列车开行过程中，dewesoft数据解调仪持续对安装在一系垂向止挡件上的加速度传感器进行数据的采集。当测试完毕以后，使用dewesoft数据解调仪的数据处理软件对采集得到的数据进行处理，得到一系垂向止挡件的固有频率的信息。

有限元分析：可以使用ansys有限元分析软件进行分析。

参见图14，其示出与本发明新型內置高阻尼的高速铁路列车转向架一系垂向止挡件外形、材料相同的现有的一系垂向止挡件即图2所示的一系垂向止挡件锤击实验频响曲线。如图14所示，现有的一系垂向止挡件的一阶固定频率为500-600hz之间，二阶固定频率约为1200hz。

参见图15，其示出图2所示现有的一系垂向止挡件的跟车测试频响曲线。根据前面所述的跟车测试方法，安装有图2所示的现有的垂向止挡件的crh5型高速列车(安装在crh5型列车3车7轴)，在一条长度超过1700千米的铁路线上进行了18天9次往返的开行进行测试。如图15所示，该现有的一系垂向止挡件的一阶固定频率大于500hz。

参见图16，其示出图2所示现有的一系垂向止挡件的有限元分析所得前两阶最大模态，其中材料为s335型低碳钢，密度为7850kg/m³，泊松比为0.3，弹性模数为206gpa，屈服强度为335mpa。如图16所示，现有的一系垂向止挡件的一阶固定频率为555.6hz，二阶固有频率为1284hz。

综上，与本发明新型內置高阻尼的高速铁路列车转向架一系垂向止挡件外形、材料相同的现有的一系垂向止挡件的一阶固定频率为555.6hz，二阶固有频率为1284hz。

参见图17，其示出本发明新型內置高阻尼的高速铁路列车转向架一系垂向止挡件第一实施方式的锤击实验频响曲线；如图17所示，本发明的一系垂向止挡件第一实施方式的一阶固定频率为340hz左右。

参见图18，其示出本发明新型內置高阻尼的高速铁路列车转向架一系垂向止挡件第一实施方式的有限元分析所得前两阶最大模态，其中为了有效模拟阻尼层，网格尺寸为0.5mm，共有241万单元，金属层密度是7850kg/m³,弹性模量是206gpa,泊松比为0.3；阻尼层密度是1420kg/m³,弹性模量是3mpa,泊松比为0.45。边界条件︰固定在底部两个螺栓孔。如图18所示，本发明一系垂向止挡件第一实施方式的一阶固定频率约为345.42hz，二阶固有频率约为1283.16hz。

参见图19，其示出本发明新型內置高阻尼的高速铁路列车转向架一系垂向止挡件第四实施方式的锤击实验频响曲线；如图19所示，本发明一系垂向止挡件第四实施方式的一阶固定频率为280hz，二阶固有频率为1200hz。

参见图20，其示出本发明一系垂向止挡件第四实施方式的跟车测试频响曲线；根据前面所述的跟车测试方法，安装有本发明图11所示的一系垂向止挡件的crh5型高速列车(安装在crh5型列车3车7轴)，在超过60千米的铁路线上进行了15小时5次往返的开行。如图20所示，本发明一系垂向止挡件第四实施方式的一阶固定频率约为210hz，二阶固有频率约为1100-1200hz。

参见图21，其示出本发明新型內置高阻尼的高速铁路列车转向架一系垂向止挡件第四实施方式的有限元分析所得前两阶最大模态；如图21所示，本发明一系垂向止挡件第四实施方式的一阶固定频率约为286.36hz，二阶固有频率约为1292.33hz。

以上实施方式中可能使用相对性的用语，例如“上”或“下”，以描述图标的一个元件对于另一元件的相对关系。能理解的是，如果将图标的装置翻转使其上下颠倒，则所叙述在“上”的元件将会成为在“下”的元件。用语“一个”、“一”、“所述”和“至少一个”用以表示存在一个或多个要素/组成部分/等。术语“包含”、“包括”和“具有”用以表示开放式的包括在内的意思并且是指除了列出的组成部分之外还可存在另外的组成部分等。“第一”、“第二”仅作为标记使用，不是对其对象的数字限制。

应可理解的是，本公开不将其应用限制到本文提出的部件的详细结构和布置方式。本公开能够具有其他实施方式，并且能够以多种方式实现并且执行。前述变形形式和修改形式落在本公开的范围内。应可理解的是，本文公开和限定的本公开延伸到文中和/或附图中提到或明显的两个或两个以上单独特征的所有可替代组合。所有这些不同的组合构成本公开的多个可替代方面。本文所述的实施方式说明了已知用于实现本公开的最佳方式，并且将使本领域技术人员能够利用本公开。