一种转向架非线性变刚度橡胶堆及橡胶堆非线性变刚方法与流程

本发明涉及一种转向架非线性变刚度橡胶堆及橡胶堆非线性变刚方法，属于轨道交通技术领域。

背景技术：

橡胶堆不仅具有优越的承重功能，更兼具良好的垂向减振、纵向减振和横向减振功能，多年来，货运机车转向架的二系悬挂也采用橡胶堆来实现转向架对机车车体的支撑与减振。

橡胶堆用于列车转向架二系悬挂，先前主要解决了橡胶堆的垂向减振问题，但在应用过程中，发现列车通过弯道时，车体强大的离心力需要橡胶堆拥有与之相适应的横向刚度，以防止通过弯道时车体离心力时车体在转向架上出现过大的摆幅。于是，现有技术对橡胶堆相应作了加大横向刚度的改进，但这样的改进又带来了新的问题，即在列车通过直线和大半径弯道时，因橡胶堆横向刚度过大，使得车体与转向架之间连接关系显得过于“僵硬”，运行中的车体强大的惯性力导致车体与转向架之间，转向架相关构件之间，以及轮、轨之间过大的作用力难以得到消减。于是现有技术再次作了相应改进，如申请号为201420455519.4的专利方案，该方案试图根据需要通过在橡胶堆上打孔的方式来调节橡胶堆各个方向的刚度，其缺陷在于:生产的产品既已出厂，用户再来根据自身需要进行打孔，就面临打多大，打多少，打哪里，怎样打的操作难题；而最大缺陷则在于，一旦打孔，其垂向、纵向及横向刚度已被固定，运况下，会随着受力不断增大而使其刚度依然只作线性变化，而不会随着受力的不断增大使其刚度呈非线性变化（即刚度应对性的陡然增强），其效果与原有不打孔橡胶堆无异。

综上，在垂向、纵向刚度基本保持不变的情况下，研发一种随着横向受力不断增大而使刚度变化从线性变刚到非线性变刚的橡胶堆，以适应列车通过不同半径的弯道和以不同速度通过弯道时的变刚需求，是本发明的发明目的。

技术实现要素：

本发明要解决的主要技术问题是：现有橡胶堆在列车通过不同半径的弯道和以不同速度通过弯道时无法实现横向非线性变刚的问题，即车体施加给橡胶堆横向力增加到超过一定范围时，橡胶堆的横向刚度无法实现应对性显著增强。

针对上述问题，本发明提出的技术方案是：

一种转向架非线性变刚度橡胶堆，在橡胶堆的橡胶体上开有纵向贯通的方管状安装孔，在安装孔中装有变刚组件；所述变刚组件包括设有限位机构的上滑移块和下滑移块，所述上滑移块和下滑移块分别安装在安装孔上方的橡胶体和安装孔下方的橡胶体上；在限位机构的作用下，上滑移块能够在下滑移上作设定距离的水平滑移。

进一步地，所述上滑移块的下面为上块滑移面，下滑移块的上面为下块滑移面；上块滑移面贴压在下块滑移面上，上块滑移面和下块滑移面之间能够在重压下作相对水平滑移。

进一步地，所述上滑移块的限位机构包括纵向设在上块滑移面的横变刚止挡槽；所述下滑移块的限位机构包括纵向设在下块滑移面的横变刚止挡凸；所述横变刚止挡槽的宽度大于横变刚止挡凸的宽度，当上滑移块和下滑移块相贴合时，所述横变刚止挡凸位于横变刚止挡槽内，并能够在横变刚止挡槽的左边和右边之间滑移。

进一步地，在所述安装孔的两端分别开有贯通的变形孔；在所述橡胶堆承受最大垂向重压时，该变形孔保持由上向下的狭长形，且变形孔中段横向宽度大于上、下两端的横向宽度；变形孔的上下高度h1与变刚组件总高度h2一致。

进一步地，所述变刚组件包括变刚组件一和变刚组件二，所述变刚组件一中横变刚止挡槽的宽度与横变刚止挡凸的宽度之差小于或大于变刚组件二中横变刚止挡槽的宽度与横变刚止挡凸的宽度之差；在所述橡胶堆上设置的安装孔有两个，分别设置在橡胶堆的左、右两侧，在左、右两个安装孔中，分别安装变刚组件一和变刚组件二。

进一步地，所述横变刚止挡凸包括基块和固接在基块上的止挡块；所述下滑移块的下块滑移面上设有基槽；所述基块从基槽的一端插入基槽内与下滑移块固接，且能够从基槽退出。

进一步地，所述变刚组件上滑移块的限位机构还包括横向设在上块滑移面的纵变刚止挡槽；所述下滑移块的限位机构还包括横向设在下块滑移面的纵变刚止挡凸；所述纵变刚止挡槽的宽度大于纵变刚止挡凸的宽度，所述纵变刚止挡凸位于纵变刚止挡槽内，并能够在纵变刚止挡槽的左边和右边之间滑移。

进一步地，所述橡胶堆上的安装孔的上顶和下底是截面为梯形的橡胶凸垄；所述上滑移块的上面和下滑移块的下面均为开放型梯形限位槽；安装时，安装孔上顶的梯形橡胶凸垄卡合在上滑移块上面的梯形限位槽内，安装孔下底的梯形橡胶凸垄卡合在下滑移块下面的梯形限位槽内。

一种使橡胶堆实现横向非线性变刚的方法，是在橡胶堆上设置带有限位功能的变刚组件，利用变刚组件的限位功能对变刚组件中上滑移块在下滑移块的行程范围实施限位，从而能够实现橡胶堆的横向非线性变刚。

进一步地，上述方法的具体步骤为：

通过限位机构，设置横向受力的上滑移块在下滑移块上的滑移边界，上滑移块在下滑移块上接触的滑移边界终止滑移，迫使橡胶堆在横向持续受力时自动转化为非线性变刚。

本发明的优点是：

1.橡胶堆可自动进行非线性变刚，即：

当橡胶堆承受的横向力在较小的常力范围内增大时，如列车在直线或大半径弯道行驶时，橡胶堆的刚度呈线性变化；

当橡胶堆承受的横向力超过常力范围在过力范围增大时，如列车以较高速度通过弯道时，橡胶堆的刚度呈非线性变化，即橡胶堆的刚度陡然增强；

当橡胶堆承受的横向力超过过力范围在超力范围增大时，如列车以较高速度通小半径弯道时，橡胶堆的刚度再次呈非线性变化，即橡胶堆的刚度再次急剧增强，

2.通过更换不同宽度的止挡凸，可以方便的调整橡胶堆线性变刚和非线性变刚的受力范围。

附图说明

图1为实施例一中转向架非线性变刚度橡胶堆的平面示意图；

图2为图1中的安装孔在安装变刚部组件后的平面示意图；

图3为实施例一中变刚组件平面示意图；

图4为实施例一中变刚组件立体结构示意图；

图5为实施例二中转向架非线性变刚度橡胶堆的平面示意图；

图6为图5中的安装孔在安装变刚组件后的平面示意图；

图7为实施例二中变刚组件一的平面结构示意图；

图8为实施例二中变刚组件二的平面结构示意图，主要示出变刚组件二的横变刚止挡槽的宽度大于变刚组件一的横变刚止挡槽的宽度；

图9为实施例三中安装有宽度较宽的止挡块时，变刚组件的平面结构示意图；

图10为实施例三中安装有宽度较窄的止挡块时，变刚组件的平面结构示意图；

图11为实施例四中变刚组件的立体结构示意图；

图12为实施例一中采用平面层非线性变刚橡胶堆时，变刚组件示意图；

图13为实施例二中采用平面层非线性变刚橡胶堆时，变刚组件示意图。

图中：1、安装孔；11、橡胶凸垄；2、变刚组件；21、变刚组件一；22、变刚组件二；3、上滑移块；31、上块滑移面；32、横变刚止挡槽；33、纵变刚止挡槽；4、下滑移块；41、下块滑移面；42、横变刚止挡凸；43、纵变刚止挡凸；42、1基块；422、止挡块；43、基槽；5、变形孔；6、纵挡边；7、横挡边；8、梯形限位槽。

具体实施方式

本发明所述的非线性变刚橡胶堆用于货运机车转向架的二系悬挂中，安装在机车车体与转向架之间用于支撑机车车体和在运行中对机车车体实施变刚减振。

本发明的发明思想是，在满足橡胶堆垂向刚度和纵向刚度的前提下，首先按客户要求的最大横向刚度设计橡胶堆，然后通过本发明逐一解决橡胶堆因横向大刚度带来的问题。所述最大横向刚度设计橡胶堆主要是选用多层橡胶夹钢板的v形层设置（如图1、2、5、6所示），但本发明也适合对平面层橡胶堆实施非线性变刚（如图12、13所示）。

下面结合实施例和附图对本发明做一步的描述：

实施例一

如图1—4所示，一种转向架非线性变刚度橡胶堆，在橡胶堆的橡胶体上开有纵向贯通的方管状安装孔1，在安装孔1中装有变刚组件2；所述变刚组件2包括设有限位机构的上滑移块3和下滑移块4，所述上滑移块3和下滑移块4分别安装在安装孔1上方的橡胶体和安装孔1下方的橡胶体上；在限位机构的作用下，上滑移块3能够在下滑移上作设定距离的相对水平滑移，滑移的距离是根据实际的工况来进行设置的。所述上滑移块3的下面为上块滑移面31，下滑移块4的上面为下块滑移面41；上块滑移面31贴压在下块滑移面41上，上块滑移面31和下块滑移面41之间能够在重压下作相对滑移。上滑移块3的限位机构包括纵向设在上块滑移面31的横变刚止挡槽32；下滑移块4的限位机构包括纵向设在下块滑移面41的横变刚止挡凸42；所述横变刚止挡槽32的宽度大于横变刚止挡凸42的宽度，当上滑移块3和下滑移块4相贴合时，横变刚止挡凸42位于横变刚止挡槽32内，并能够在横变刚止挡槽32的左边和右边之间滑移。所述橡胶堆上的安装孔1的上顶和下底是截面为梯形的橡胶凸垄11；所述上滑移块3的上面和下滑移块4的下面均为开放型梯形限位槽8；所述上滑移块3的梯形限位槽8是由上滑移块3周边的纵挡边6和横挡边7合围形成的，下滑移块4的梯形限位槽8是由下滑移块4周边的纵挡边6和横挡边7合围形成的；安装时，安装孔1上顶的梯形橡胶凸垄11卡合在上滑移块3上面的限位槽内，安装孔1下底的梯形橡胶凸垄11卡合在下滑移块4下面的限位槽内。在所述安装孔1的两端分别开有贯通的变形孔5；在所述橡胶堆承受最大垂向重压时，该变形孔5保持由上向下的狭长形，且变形孔5中段横向宽度大于上、下两端的横向宽度，变形孔5的上下高度h1与变刚组件2总高度h2一致。

在上述设置中，通过在橡胶堆的橡胶体上开设纵向贯通的方管状安装孔1，使橡胶堆在安装孔1的高度处的垂向、横向及纵向刚度降到预设的最低标准；当变刚组件2安装在安装孔1后，安装孔1的空间被变刚组件2所填充。由于变刚组件2的上滑移块3和下滑移块4为上下刚性叠加无法压缩，因此橡胶堆的垂向刚度不仅恢复到开设安装孔1前的状态，反而还有所加大，这将在初始设计橡胶堆时便要预设合适的垂向刚度。上滑移块3和下滑移块4分别安装在安装孔1上方的橡胶体和安装孔1下方的橡胶体上，一般情况下，上滑移块3与安装孔1上方的橡胶体之间是不需要硫化固接或者胶接的，但上滑移块3与安装孔1上方的橡胶体之间通过重压卡合后是不能产生相对滑移的，下滑移块4与安装孔1下方的橡胶体之间的安装关系也是这样。上滑移块3上块滑移面31与下滑移块4的下块滑移面41采用自润滑材料，也可以采用摩擦系数小的不锈钢镜面。由于上滑移块3上块滑移面31与下滑移块4的下块滑移面41之间能够相互滑移，因而，在橡胶堆填充安装变刚组件2后橡胶堆纵向刚度、横向刚度依然处在预设的最低标准。

如果用户没有对橡胶堆的纵向刚度进行非线性调节的要求，我们将通过设置来限制上滑移块3在下滑移块4上的纵向滑移。

为实现橡胶堆横向非线性变刚，在上滑移块3上块滑移面31设置横变刚止挡槽32；在下滑移块4的下块滑移面41设置横变刚止挡凸42。容易理解的是，横变刚止挡槽32的宽度大于横变刚止挡凸42的宽度，横变刚止挡凸42在横变刚止挡槽32的两边之间可以滑移，当列车在平直线路上运行，车体不受侧压力影响时，横变刚止挡凸42位于横变刚止挡槽32正中的位置。当列车在大半径弯道行驶时，车体产生的离心力传导给橡胶堆使橡胶堆上部受横向力偏移，从而迫使横变刚止挡凸42开始向横变刚止挡槽32的一边滑移，这一滑移过程，使橡胶堆从开设安装孔1后预设的最低刚度开始线性变刚，以线性变刚应对持续增大的车体离心力，当列车通过大半径弯道的最大离心力没有超过线性变刚限定值时，横变刚止挡凸42在横变刚止挡槽32内滑移时将不会接触横变刚止挡槽32的槽边，橡胶堆的整过变刚过程都在最低横向刚度的线性变刚过程中完成，这非常有利于对车体与转向架之间以及轮、轨之间相关构件的保护，车内乘员也感觉舒适。实际上，列车运行在大部分情况下都在努力保持这种状态。

但在少数情况下，列车不可避免的以一定速度通过较小半径的弯道，其离心力将由

零开始一路增加，横变刚止挡凸42向横变刚止挡槽32一侧不断滑移，橡胶堆作线性变刚；当离心力突破线性变刚预设值并继续增大时，横变刚止挡凸42接触横变刚止挡槽32槽边终止滑移，上滑移块3通过横变刚止挡凸42和横变刚止挡槽32槽边向下滑移块4施加横向力，迫使上滑移块3上方的橡胶体与下滑移块4下方的橡胶体参与变刚，从而实现橡胶堆的非线性变刚，以应对车体持续增加的离心力，避免车体与转向架之间出现过大的摆幅，保证行车安全。

为了实现橡胶堆的线性变刚，在所述安装孔1的两端分别开有贯通的变形孔5，在所述橡胶堆承受最大垂向重压时，使该变形孔5保持由上向下的狭长形，变形孔5中段横向宽度大于上、下两端的横向宽度；变形孔5中段横向宽度大于横变刚止挡槽32宽度与横变刚止挡凸42宽度之差的二分之一；变形孔5的上下高度与变刚组件2总高度一致。上述设置，就是保证线性变刚时，变刚组件两侧的橡胶体变形时不接触变刚组件2，否则，橡胶堆的线性变刚会提前转为非线性变刚。

一种使橡胶堆实现横向非线性变刚的方法，是在橡胶堆上设置带有限位功能的变刚组件2，利用变刚组件2的限位功能对变刚组件2中上滑移块3在下滑移块4的行程范围实施限位，从而能够实现橡胶堆的横向非线性变刚。

上述方法的具体步骤为：

通过限位机构，设置横向受力的上滑移块3在下滑移块4上的滑移边界，上滑移块3在下滑移块4上接触的滑移边界终止滑移，迫使橡胶堆在横向持续受力时自动转化为非线性变刚。

实施例二

图5—8所示，一种转向架非线性变刚度橡胶堆，其与实施例一的不同之处在于：变刚组件2有变刚组件一21和变刚组件二22；变刚组件一21中横变刚止挡槽32的宽度与横变刚止挡凸42的宽度之差小于变刚组件二22中横变刚止挡槽32的宽度与横变刚止挡凸42的宽度之差；或，变刚组件一21中横变刚止挡槽32的宽度与横变刚止挡凸42的宽度之差大于变刚组件二22中横变刚止挡槽32的宽度与横变刚止挡凸42的宽度之差；

在所述橡胶堆上设置的安装孔1有两个，分别设置在橡胶堆的左、右两侧，在左、右两个安装孔1中，分别安装变刚组件一21和变刚组件二22。

本实施例作上述设置，就是要将橡胶堆作更加完善的二级非线性变刚设置。即：将橡胶堆所受横向力划分为常力范围、过力范围和超力范围三级。当橡胶堆受到的横向力在常力范围增加时，在橡胶堆左右两侧，变刚组件一21和变刚组件二22的横变刚止挡凸42均在各自所在的横变刚止挡槽32内滑移，橡胶堆作线性变刚。

当橡胶堆受到的横向力超越常力范围达到过力值时，由于变刚组件一21中横变刚止挡槽32的宽度与横变刚止挡凸42的宽度之差小于或大于变刚组件二22中横变刚止挡槽32的宽度与横变刚止挡凸42的宽度之差，因而将率先有一个变刚组件中的横变刚止挡凸42与其所在的横变刚止挡槽32边接触受阻，其上滑移块3被迫停止滑移；在过力作用下，迫使该变刚组件上、下的橡胶体瞬即参与变刚，使橡胶堆线性变刚转变为非线性变刚，这是橡胶堆的第一级非线性变刚。

当橡胶堆受到的横向力超越过力范围达到超力值时，另一个变刚组件中的横变刚止挡凸42也与其所在横变刚止挡槽32的边接触受阻，其上滑移块3被迫停止滑移；在持续增加的超力作用下，迫使该变刚组件上、下的橡胶体也瞬即参与变刚，使橡胶堆由非线性变刚再发生非线性变刚，这是橡胶堆的第二级非线性变刚。

一种根据本实施例使橡胶堆实现非线性变形的方法，包括以下步骤：

1）、设置限位机构：在变刚组件一21和变刚组件二22的上滑移块3与下滑移块4相贴合的一面分别设置横变刚止挡槽32和横变刚止挡凸42；使横变刚止挡槽32的宽度大于横变刚止挡凸42的宽度，横变刚止挡凸42位于横变刚止挡槽32内并能够在横变刚止挡槽32的左边和右边之间滑移；在橡胶堆不受横向力作用时，使变刚组件一21和变刚组件二22的横变刚止挡凸42均位于各自所在的横变刚止挡槽32正中位置；

2）、设置限位差：在变刚组件一21与变刚组件二22的横变刚止挡槽32宽度相等的情形下，将变刚组件一21与变刚组件二22的横变刚止挡凸42的宽度作差异设置，使橡胶堆受横向力作用时产生以下三种情形：

a.常力时的线性变刚：变刚组件一21与变刚组件二22中的上滑移块3均作横向滑移；

b.过力时的非线性变刚：变刚组件一21与变刚组件二22中，率先有一个变刚组件中的横变刚止挡凸42与其所在的横变刚止挡槽32边接触受阻，其上滑移块3被迫停止滑移；在过力作用下，迫使该变刚组件上、下的橡胶体瞬即参与变刚，使橡胶堆在a过程的线性变刚出现第一个上升拐点；

c.超力时的叠加非线性变刚：变刚组件一21与变刚组件二22中，另一个变刚组件中的横变刚止挡凸42也与其所在横变刚止挡槽32的边接触受阻，其上滑移块3被迫停止滑移；在超力作用下，迫使该变刚组件上、下的橡胶体也瞬即参与变刚，使橡胶堆在b过程的非线性变刚出现第二个上升拐点。

实施例三

如图9、10所示，一种转向架非线性变刚度橡胶堆，其与实施例一的不同之处在于：横变刚止挡凸42包括基块421和固接在基块421上的止挡块422；所述下滑移块4的下块滑移面41上设有基槽43；所述基块421从基槽43的一端插入基槽43内与下滑移块4固接，且能够从基槽43退出。

本实施例是通过更换不同宽度的止挡凸，可以用户方便的调整橡胶堆线性变刚和非线性变刚的受力范围。

实施例四

如图11所示，一种转向架非线性变刚度橡胶堆，其与实施例一和二的不同之处在于：

所述变刚组件2上滑移块3的限位机构还包括横向设在上块滑移面31的纵变刚止挡槽33；所述下滑移块4的限位机构还包括横向设在下块滑移面41的纵变刚止挡凸43；所述纵变刚止挡槽33的宽度大于纵变刚止挡凸43的宽度，所述纵变刚止挡凸43位于纵变刚止挡槽33内，并能够在纵变刚止挡槽33的左边和右边之间滑移。

本实施例为满足需要对橡胶堆的纵向刚度进行非线性变刚调节的用户，在满足横向非线性变刚的前提下，提供纵向非线性变刚的技术解决方案。

上述实施例只用于更清楚的描述本发明，而不能视为限制本发明涵盖的保护范围，任何等价形式的修改都应视为落入本发明涵盖的保护范围之内。