一种应用于列车转向架的对扣式销连接复合材料板簧总成的制作方法

1.本发明涉及铁路车辆的悬架技术领域，具体涉及一种应用于列车转向架的对扣式销连接复合材料板簧总成。


背景技术：

2.随着世界工业文明的进步，能源短缺、环境污染和温室效应不断加剧，人们开始对近百年的发展提出新的要求。目前，由金属材料制造的传统结构列车在应对诸如高温、高寒及高海拔等复杂多变的服役环境时，性能表现往往不尽如人意。同时，在新一代轨道列车发展的大趋势下，传统结构列车在提高速度和承载能力方面遇到瓶颈，且振动、冲击、阻力、噪音问题的解决难度不断加大，由此，新材料开始被逐步应用在轨道列车制造中。
3.从20世纪下半叶起，轨道交通运输行业对轨道客车安全性、舒适性和绿色节能性的要求不断增高，在寻找传统材料的替代材料时，由于纤维复合材料具有高比强度与刚度、隔热、耐疲劳、阻燃、耐腐蚀、可设计性强等优点，英国、日本、德国都尝试将纤维复合材料应用于轨道列车的结构件与非结构件上，取得了一定的进展。目前，复合材料被大量应用在轨道车辆内部设施和装修材料等非承载结构件中，但在承载件和大型结构件中的应用还不够深入和广泛，其在轨道交通领域仍具有很大的潜在市场和发展前景。
4.转向架作为铁路车辆的主要承载构件，为承受车身荷载和载重提供足够的安全性和稳定性。轨道列车运行速度越高，对轨道的冲击力越大，由此迫切地希望实现列车轻量化尤其是列车转向架轻量化，从而可以减少列车行驶过程中的能耗以及对钢轨的损伤。传统的金属转向架一般非常厚重，致使转向架在车辆总质量中占比很大，具有维护成本高、曲线运行能力差、噪声大以及不够节能环保等一系列问题。目前高铁上采用的金属钢弹簧的自重很大，且其刚度曲线如图2所示，载荷与位移呈正比，无法满足高速轨道列车进一步轻量化的要求。而且考虑到列车转向架与轴箱之间的空间狭小，目前常见的复合材料板簧大多需要具有额外的空间来释放变形产生的位移，难以在列车转向架上直接应用。
5.综上，一种既可以减小所占用的空间，又可以满足所需强度以实现列车转向架轻量化的复合材料板簧，对于轨道交通行业的发展将具有重要的意义。


技术实现要素：

6.本发明目的是提出一种应用于列车转向架的对扣式销连接复合材料板簧总成，该板簧总成能够使得列车转向架一系悬挂整体质量显著降低，并且能够有效限制上下两板簧本体之间的相对位移。
7.本发明解决其技术问题所采取的技术方案是：一种应用于列车转向架的对扣式销连接复合材料板簧总成，该板簧总成包括上板簧本体、下板簧本体、上扣件、上垫板、下垫板、挡板、垂向止挡、橡胶弹簧、端部连接件等部分。
8.所述橡胶弹簧与外部轴箱相连接，并在所述下板簧本体与橡胶弹簧之间，设置有所述下垫板。上扣件套在上板簧中部外侧，与上板簧中部的倒v形结构相配合。挡板位于上
扣件下侧，通过螺栓与上扣件、上垫板、构架相连接。所述垂向止挡固定于挡板与上扣件之间。上板簧本体与下板簧本体端部均开有矩形槽，所述端部连接件通过外侧凸起与板簧固定在一起。
9.作为优选，橡胶弹簧平台处设有矩形槽，槽边倒圆角，以提供下垫板变形空间。
10.作为优选，所述下垫板下方设置有矩形凸出部分，便于与橡胶弹簧固定。
11.作为优选，所述下垫板宽度大于下板簧。
12.作为优选，所述上板簧本体内侧中部设置有倒v形凸起，用以限制板簧位移。
13.作为优选，所述下板簧本体与上板簧本体内侧均设有矩形槽。
14.作为优选，所述上板簧本体与下板簧本体全段厚度不变。
15.作为优选，所述上板簧本体与下板簧本体由各铺层叠加形成，铺层角度分别为0
°
、90
°
两种，铺层比例为4:1。
16.作为优选，所述挡板开有凹槽，以降低整体重量。
17.作为优选，所述上垫板与下垫板均为橡胶材料制成，避免上板簧本体和下板簧本体与垫板刚性接触加剧损伤。
18.作为优选，外部构架处螺栓采用从下向上的方式装配，提升装配操作简便性。
19.作为优选，所述端部连接件采用销轴连接。
20.作为优选，销轴末端直径缩小且有用于固定的螺纹。
21.作为优选，与销轴配合的螺母外圈直径大于端部下定位件开孔直径。
22.作为优选，销轴外套有开口橡胶垫，以减小销轴磨损。
23.作为优选，开口橡胶垫外套有金属衬套，防止开口橡胶垫发生撕裂。
24.为满足列车运行对振动参数的要求，板簧的整体垂向刚度值设定为1000n/mm，正负3％误差。
25.有益效果：
26.1、本发明橡胶弹簧平台处设有矩形槽，槽边倒圆角，以提供下垫板变形空间，下垫板下方设置有矩形凸出部分，便于与橡胶弹簧固定。
27.2、本发明采用下垫板宽度大于下板簧，所述上板簧本体内侧中部设置有倒v形凸起，用以限制板簧位移。下板簧本体与上板簧本体内侧均设有矩形槽，上板簧本体与下板簧本体全段厚度不变，上板簧本体与下板簧本体由各铺层叠加形成，铺层角度分别为0
°
、90
°
两种，铺层比例为4:1，挡板开有凹槽，以降低整体重量。
28.3、本发明采用上垫板与下垫板均为橡胶材料制成，避免上板簧本体和下板簧本体与垫板刚性接触加剧损伤。
29.4、本发明外部构架处螺栓采用从下向上的方式装配，提升装配操作简便性。
30.5、本发明采用端部连接件采用销轴连接，销轴末端直径缩小且有用于固定的螺纹，与销轴配合的螺母外圈直径大于端部下定位件开孔直径，销轴外套有开口橡胶垫，以减小销轴磨损，开口橡胶垫外套有金属衬套，防止开口橡胶垫发生撕裂。
31.6、本发明采用板簧的整体垂向刚度值设定为1000n/mm，正负3％误差，满足了列车运行对振动参数的要求。
附图说明
32.图1为现有列车转向架结构图。
33.标识说明：1
‑
转向架构架；2
‑
轴箱；3
‑
一系悬挂(板簧或钢弹簧)；4
‑
轮轴；5
‑
车轮：6
‑
二系悬挂(空气弹簧)。
34.图2为现有技术中采用的金属弹簧钢的刚度曲线示意图。
35.图3为本发明的板簧总成示意图。
36.标识说明：7
‑
外部构架；8
‑
上垫板；9
‑
上板簧；10
‑
端部连接件；11
‑
下板簧；12
‑
下垫板；13
‑
橡胶弹簧；14
‑
外部轴箱；15
‑
上扣件；16
‑
挡板；17
‑
垂向止挡。
37.图4为本发明的列车转向架用板簧端部连接件示意图。
38.标识说明：9
‑
上板簧；11
‑
下板簧；18
‑
端部上定位件；19
‑
螺母；20
‑
开口橡胶垫；21
‑
端部下定位件；22
‑
金属衬套；23
‑
销轴。
39.图5为构架处结构连接示意图。
40.标识说明：7
‑
外部构架；8
‑
上垫板；9
‑
上板簧；15
‑
上扣件；16
‑
挡板；17
‑
垂向止挡。
41.图6为橡胶弹簧处结构连接示意图。
42.标识说明：11
‑
下板簧；12
‑
下垫板；13
‑
橡胶弹簧；14
‑
外部轴箱。
43.图7为本发明的列车转向架用板簧铺层方向示意图。
具体实施方式
44.下面结合说明书附图对本发明创造作进一步的详细说明。
45.如图1所示为目前使用的高速列车转向架示意图，整体布局采用外置转向架结构，一系悬挂系统采用钢弹簧，使转向架整体质量较大，不利于实现列车整体轻量化。
46.本发明提出的一种应用于列车转向架的对扣式销连接复合材料板簧总成，该板簧整体刚度值为1000n/mm，正负3％误差，由玻璃纤维与环氧树脂复合的单向预浸料制成，复合材料板簧本体与轴箱和转向架构架之间分别通过下垫板与扣件连接。上板簧本体中部设置有凸起，与上扣件中部凹陷处相配合。
47.如图3所示，列车转向架用板簧的安装示意图中，橡胶弹簧与外部轴箱相连接，并在下板簧本体与橡胶弹簧之间相隔有下垫板。上扣件套在上板簧本体中部，在上板簧本体外侧通过上垫板与外部构架连接。挡板设置在上扣件下侧，通过螺栓与上扣件、上垫板、外部构架等固定在一起。垂向止挡固定于挡板与上扣件之间。上板簧本体与下板簧本体均开有矩形槽，端部连接件通过外侧凸起与板簧固定在一起。
48.图4所示结构为端部连接件示意图，上板簧本体与下板簧本体通过端部的矩形槽与端部上、下定位件相连接。销轴末端共有螺纹，与螺母配合起固定作用。销轴外套有开口橡胶垫，开口橡胶垫与端部定位件配合处套有金属衬套。
49.图5所示结构为构架处结构连接示意图，构架与上板簧之间相隔有上垫板，上扣件套在上板簧中部外侧，与上板簧中部的倒v形结构相配合。挡板位于上扣件下侧，通过螺栓与上扣件、上垫板、构架相连接。垂向止挡由挡板固定在挡板与上扣件之间。
50.图6所示结构为橡胶弹簧处结构连接示意图，橡胶弹簧位于轴箱上方，下垫板通过下侧矩形凸起与橡胶弹簧平台中部的矩形凹槽相配合，下板簧中部位于下垫板上。
51.图7所示为纤维增强复合材料板簧本体在铺层方向示意图，板簧本体全段保持厚
度不变。
52.需要说明的是，以上具体实施方式的描述并不用以限制本发明，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，均应包含在本发明的保护范围之内。