抗侧滚扭杆上的刚度可调的横向弹性止档及刚度调节方法与流程

本发明涉及轨道车辆用抗侧滚扭杆系统技术领域，具体涉及一种防止抗侧滚扭杆产生过大的横向移动的部件及方法。

背景技术：

车辆的振动主要有六个方向的自由度：X方向的伸缩振动、Y方向的横摆振动、Z方向的浮沉振动、绕Y轴的点头振动、绕Z轴的摇头振动、绕X轴的侧滚振动。目前的轨道交通车辆转向架均为两级悬挂，抗侧滚扭杆系统起到了调节车辆侧滚刚度、控制车辆侧滚振动的作用。

抗侧滚扭杆装置简称扭杆装置，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，是轨道交通车辆的关键部件，用于抑制在车辆转弯，侧风等情况下的车体侧滚。其主要结构包括扭杆组件（包含扭杆轴和扭转臂）或弯扭杆，垂向连杆组件以及支撑座组件。

但抗侧滚扭杆装置在提供车体侧滚刚度的同时，需适应车辆在做其它运动时对抗侧滚扭杆装置的影响，如Y方向的横摆振动，当车辆横摆时，车体相对转向架的横向摆动载荷通过连杆组件传递到扭杆组件上，从而转换成扭杆轴（或弯扭杆）与支撑座组件之间的轴向窜动力。这种窜动将带来如下危害：

1.由于支撑球铰需承受扭杆轴的扭转角度，再承受一定的横向位移，也会导致支撑球铰的疲劳磨损，从而影响支撑球铰的使用寿命。

2.扭杆装置在运行过程中出现横向位移，从而使扭杆装置在运行过程中存在超过车辆限界的风险。

3.横向窜动致使扭杆装置的位置发生变化，会导致扭杆装置承载的参数发生变化，从而导致扭杆装置中零部件有超载失效的风险，并影响到列车的运行安全。

4.支撑球铰球铰承受过大的横向位移，会存在支撑球铰从支撑座中脱出的风险。

5.由于扭杆轴（或弯扭杆）与支撑球铰反复发生横向窜动，会导致扭杆轴（或弯扭杆）的油漆保护层磨损脱落而产生锈蚀。

综上所述，轨道车辆抗侧滚扭杆装置横向窜动危害诸多。因此，如何设计一种结构紧凑，便于安装，同时有效控制扭杆系统的横向窜动是本发明过程中亟待解决的问题。

通过国内检索发现以下专利与本发明有相似之处：

申请号为201520464924.7，名称为“一种轨道车辆抗侧滚扭杆用弹性横向止动装置”的实用新型公开了一种轨道车辆抗侧滚扭杆用弹性横向止动装置，包括安装在扭转臂与支承座之间的弹性定位件，所述弹性定位件由二个同样的半环件接合而成 ；半环件的两个端面上设有能使二个半环件首尾相连的配合连接结构 ：半环件的一个端面上设有凹槽、另一个端面上设有能与凹槽相卡合的突起 ；弹性定位件中，一个半环件的设有凹槽的端面和设有突起的端面分别与另一个半环件的设有突起的端面和设有凹槽的端面通过配合连接结构相接合。本实用新型结构简单，安装方便可靠。不会破坏其他金属件的表面油漆 ；不会发生松动而出现异响的情况。价格低廉，橡胶硫化工艺成熟，成本低廉等，能一举解决现有横向止动装置的诸多缺陷。

申请号为201520464924.7的实用新型虽然也公开了一种侧滚扭杆用弹性横向止档，但其在产生形变时难以产生变刚度，当扭杆装置在运行过程中出现横向位移，弹性横向止档受到的挤压力较大时，这种弹性横向止档产生的形变会很大，弹性横向止档易出现疲劳受损，使弹性横向止档的缓冲性能下降。本发明是上述实用新型的改进，本发明的弹性横向止档受到较大的挤压力时，弹性体会受到紧固件和扭杆组件的阻挡，不会出现形变很大的情况，不易出现疲劳受损。且本发明的弹性横向止档的刚度变化不会出现骤增，能有很好的缓冲性能。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是：如何减小扭杆装置出现横向位移时，弹性横向止档受到挤压产生的形变，从而降低弹性横向止档的疲劳受损。

针以上述问题，本发明提出的技术方案是：抗侧滚扭杆上的刚度可调的横向弹性止档，抗侧滚扭杆的扭杆组件上安装有支撑座组件和横向弹性止档，横向弹性止档位于支撑座组件的一侧，横向弹性止档包括紧固件和弹性体，紧固件与扭杆组件固定连接，弹性体设在紧固件与支撑座组件之间。

进一步地，紧固件为两个半环金属体，两个半环金属体都开有安装孔，螺栓穿过所述的安装孔将两个半环金属体抱紧在扭杆组件上；弹性体为两个半环橡胶体，每个半环金属体上都硫化有一个半环橡胶体。

进一步地，紧固件为两个半环金属体，两个半环金属体都开有安装孔，螺栓穿过所述的安装孔将两个半环金属体抱紧在扭杆组件上；弹性体为橡胶圈，橡胶圈为环状体，橡胶圈可活动的套在扭杆组件上，且橡胶圈设在紧固件与支撑座组件之间。

进一步地，橡胶圈包括主体和分裂端，主体为C字形橡胶体，主体一端的一侧设有一个分裂端，主体另一端的另一侧设有另一个分裂端；主体与两个分裂端都无缝连接成一个整体，每个分裂端的高度都小于或等于主体高度的一半。

进一步地，紧固件包括半环金属体和半环凸边，半环金属体的外侧设有沿半环金属体高度方向延伸的半环凸边；弹性体为半环橡胶外凸体，半环橡胶外凸体的高度大于半环凸边的高度。

进一步地，半环橡胶外凸体的内侧表面为内环面，半环橡胶外凸体的外侧表面为外环凸面，半环橡胶外凸体的下端和上端的表面分别为底面和顶面；且外环凸面为向外侧凸起的圆弧面，底面的厚度大于顶面的厚度。

抗侧滚扭杆上的横向弹性止档的刚度调节方法，抗侧滚扭杆的扭杆组件上安装有支撑座组件和横向弹性止档，在支撑座组件的一侧安装阻止抗侧滚扭杆横向移动的横向弹性止档，横向弹性止档包括紧固件和弹性体，当抗侧滚扭杆产生横向位移时，弹性体受到紧固件和支撑座组件的挤压产生形变；通过紧固件和/或扭杆组件来阻止弹性体进一步产生形变，从而使弹性体的刚度出现非线性增长。

进一步地，弹性体安装在扭杆组件上，并使弹性体的内表面与扭杆组件的外表面贴合，当弹性体受到紧固件和支撑座组件的挤压产生形变时，内表面产生形变会受到扭杆组件的阻止，从而增加弹性体的刚度。

进一步地，紧固件包括半环金属体，在半环金属体的外侧且沿高度的延伸方向上设置半环凸边；将弹性体放置在由扭杆组件、半环金属体和半环凸边转成的空间中，使弹性体受到半环金属体和支撑座组件的挤压产生形变时，弹性体会向两侧膨胀；当弹性体向内侧膨胀时，会受到扭杆组件的阻挡，弹性体向外侧膨胀时，会受到半环凸边的阻挡；从而使得扭杆组件和半环凸边能阻止弹性体进一步产生形变，使弹性体的刚度出现非线性增长。

进一步地，将弹性体设置为半环橡胶外凸体，半环橡胶外凸体的内侧表面为内环面，半环橡胶外凸体的外侧表面为外环凸面，半环橡胶外凸体的下端和上端的表面分别为底面和顶面；且将外环凸面设置为向外侧凸起的圆弧面，使底面的厚度大于顶面的厚度，并使内环面与扭杆组件的外表面贴合；紧固件包括半环金属体和半环凸边，在半环金属体的外侧设置沿半环金属体高度方向延伸的半环凸边；当弹性体受到紧固件和支撑座组件的挤压产生形变时，内环面产生形变会受到扭杆组件的阻止；外环凸面产生形变向外侧膨胀，外环凸面靠近底面的一端会先贴合到半环凸边的内表面，当弹性体进一步产生形变时，外环凸面靠近顶面的一端也会逐渐贴合到半环凸边的内表面；使弹性体的内环面受到扭杆组件的阻止，外环凸面逐渐受到半环凸边的阻止，从而使弹性体的刚度出现非线性增长。

本发明的优点是：

1）通过本横向弹性止档发明，可解决轨道车辆运行过程对扭杆装置带来的横向窜动的问题，并且采用弹性接触避免金属部件之间直接接触而避免产生异响，同时保护金属件表面的油漆。

2）本横向弹性止档发明，不仅适用于直扭杆组件结构的扭杆装置，也适用与弯扭杆结构的扭杆装置，并且可根据安装空间选择安装在支撑座组件的内侧或者外侧，均可启动同样防止扭杆装置横向窜动效果。

3）本横向弹性止档发明，其结构为两个半环形结构通过螺栓拧紧，其安装为在扭杆装置在车辆上安装之后，可消除扭杆装置本身与车辆接口尺寸的制造公差。

4）本横向弹性止档发明，其结构为两个半环形结构通过螺栓拧紧，且安装和拆卸均不需要拆卸扭杆装置，安装和拆卸简便，可维护性高。

5）本横向弹性止档发明，通过对橡胶部分橡胶参数及结构进行调整，使横向刚度可满足任何设计值要求。

附图说明

图1为本发明申请的抗侧滚扭杆和弹性止档的整体结构示意图；

图2为实施例一的弹性止档的立体结构示意图；

图3为实施例二的橡胶圈闭合时的立体结构示意图；

图4为为实施例二的橡胶圈打开时的立体结构示意图；

图5为实施例三的弹性止档的立体结构示意图；

图6为实施例三的紧固件的立体结构示意图；

图7为实施例三的半环橡胶外凸体的主视方向立体结构示意图；

图中：1横向弹性止档、10半环金属体、101安装孔、102半环凸边、11半环橡胶体、12橡胶圈、121主体、122分裂端、13半环橡胶外凸体、131内环面、132底面、133外环凸面、134顶面、135上外侧边、136下外侧边、2扭杆组件、3支撑座组件、4连杆组件。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明做进一步的描述：

实施例一

如图1所示，抗侧滚扭杆包括扭杆组件2、支撑座组件3和连杆组件4，支撑座组件3活动的安装在扭杆组件2上，支撑座组件3能与扭杆组件2发生相对位移，支撑座组件3还固定在车体上。扭杆组件2上安装有支撑座组件3和横向弹性止档1，横向弹性止档1位于支撑座组件3的一侧。当抗侧滚扭杆出现横向位移时，紧固件随扭杆组件2一起横向移动，从而将弹性体挤压在支撑座组件3上，起到阻止抗侧滚扭杆进一步横向位移的作用。

横向弹性止档1包括紧固件和弹性体，如图2所示，本实施例中紧固件为两个半环金属体10，两个半环金属体10都开有安装孔101，螺栓穿过所述的安装孔101将两个半环金属体10，拧紧螺栓能将两个半环金属体10抱紧在扭杆组件2上，能防止半环金属体10与扭杆组件2发生相对位移。本实施例中弹性体为两个半环橡胶体11，每个半环金属体10上都硫化有一个半环橡胶体11，半环金属体10和半环橡胶体11的形状都为半个圆环形。

为了减小半环橡胶体11被挤压时出现应力集中，将每个半环橡胶体11的每一条棱边都进行了倒圆角。调节半环橡胶体11的高度和厚度都能改变半环橡胶体11的刚度，增加半环橡胶体11的高度会减小半环橡胶体11的刚度，增加半环橡胶体11的厚度会增加半环橡胶体11的刚度。

实施例二

本实施例与实施例一的不同之处在于，如图3和图4所示，本实施例中弹性体为橡胶圈12，橡胶圈12为环状体，橡胶圈12可活动的套在扭杆组件2上，且橡胶圈12设在紧固件与支撑座组件3之间。橡胶圈12包括主体121和分裂端122，主体121为C字形橡胶体，主体121一端的一侧设有一个分裂端122，主体121另一端的另一侧设有另一个分裂端122。主体121与两个分裂端122都无缝连接成一个整体，每个分裂端122的高度都小于或等于主体121高度的一半。

如图3所示，两个分裂端122贴合在一起时，橡胶圈12能形成一个闭合的圆环。如图4所示，两个分裂端122打开时，橡胶圈12能在不将抗侧滚扭杆拆散的情况下，能直套在扭杆组件2上，也能直接从扭杆组件2上取下来，能很方便的对橡胶圈12进行更换。本实施例中紧固件与实施例一中的紧固件相同，橡胶圈12仍是设置在紧固件与支撑座组件3之间。

实施例三

本实施例与实施例一的不同之处在于，如图5、图6和图7所示，本实施例中紧固件包括半环金属体10和半环凸边102，半环金属体10的外侧设有沿半环金属体10高度方向延伸的半环凸边102。半环金属体10和半环凸边102都是半个圆环形，但半环金属体10的厚度大于半环凸边102的厚度，半环凸边102无缝连接在半环金属体10的外侧。

本实施例中弹性体为半环橡胶外凸体13，半环橡胶外凸体13的高度大于半环凸边102的高度。半环橡胶外凸体13的内侧表面为内环面131，半环橡胶外凸体13的外侧表面为外环凸面133，半环橡胶外凸体13的下端和上端的表面分别为底面132和顶面134。且外环凸面133为向外侧凸起的圆弧面，底面132的厚度大于顶面134的厚度。

半环橡胶外凸体13的内环面131与扭杆组件2的外表面贴合，半环橡胶外凸体13的外环凸面133与半环凸边102的内侧表面有间距，且外环凸面133靠近顶面134的一端与半环凸边102的内侧表面的间距小于外环凸面133靠近底面132的一端与半环凸边102的内侧表面的间距。顶面134与外环凸面133的交界处为上外侧边135，底面132与外环凸面133的交界处为下外侧边136，上外侧边135和下外侧边136都进行了倒圆角。

当半环橡胶外凸体13受到半环金属体10和支撑座组件3的挤压产生形变时，内环面131产生形变会受到扭杆组件2的阻止。外环凸面133产生形变向外侧膨胀，外环凸面133靠近底面132的一端会先贴合到半环凸边102的内表面，当半环橡胶外凸体13进一步产生形变时，外环凸面133靠近顶面134的一端也会逐渐贴合到半环凸边102的内表面。使半环橡胶外凸体13的内环面131受到扭杆组件2的阻止，外环凸面133逐渐受到半环凸边102的阻止，从而使弹性体的刚度出现非线性增长。

因此，半环橡胶外凸体13受到半环凸边102和扭杆组件2的阻挡，半环橡胶外凸体13受到较大的挤压力时，也不会出现形变很大的情况，不易出现疲劳受损。而且半环橡胶外凸体13是外环凸面133靠近底面132的一端会先贴合到半环凸边102的内表面，然后外环凸面133靠近顶面134的一端也会逐渐贴合到半环凸边102的内表面，半环橡胶外凸体13的刚度变化不会出现骤增，能有很好的缓冲性能。

本实施例中，半环橡胶外凸体13的高度是指：半环橡胶外凸体13的的底面132到顶面134的距离。半环橡胶外凸体13的厚度是指：内环面131到外环凸面133的距离。且实施例一和实施例二中所述的紧固件、弹性体的高度的方向与厚度的方向与本实施例中半环橡胶外凸体13的高度的方向与厚度的方向是一致的。

很显然，在不脱离本发明所述原理的前提下，作出的若干改进或修饰都应视为本发明的保护范围。