一种应用于列车转向架的纤维增强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纤维增强复合材料板簧总成。


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纤维增强复合材料板簧总成，该板簧总成能够使得列车转向架整体质量显著降低，并且能够有效地限制上下两板簧之间的相对位移。
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纤维增强复合材料板簧总成，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、端部上垫片、端部下垫片等部分。
8.本发明的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，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。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通槽。端部连接件分为上中下三部分，各部分均有向板簧通槽内沿伸的矩形凸起，并在中间部位开有圆孔，通过螺栓将各部分固定在一起。
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本体。
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端部内侧均设有矩形通槽。
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，避免上板簧本体与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，端部连接件各部分均设有向板簧通槽内沿伸的矩形凸起。
20.作为优选，端部上定位件与端部下定位件外侧均设有矩形垫片。
21.作为优选，端部连接件与端部垫片中心均开有圆孔。
22.作为优选，矩形垫片与端部上、下连接件外侧面大小相同。
23.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。
24.有益效果：
25.1、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。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。
26.2、本发明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端部内侧均设有矩形通槽，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。
27.3、本发明所述上垫板与下垫板均为橡胶材料制成，避免上板簧本体与下板簧本体与垫板刚性接触加剧损伤。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。
28.4、本发明端部连接件各部分均设有向板簧通槽内沿伸的矩形凸起，端部上定位件与端部下定位件外侧均设有矩形垫片，端部连接件与端部垫片中心均开有圆孔，矩形垫片与端部上、下连接件外侧面大小相同，板簧的整体垂向刚度值设定为1000n/mm，正负3％误差，满足列车运行对振动参数的要求。
附图说明
29.图1为本发明的板簧总成示意图。
30.附图说明：1
‑
外部构架；2
‑
上垫板；3
‑
上板簧本体；4
‑
端部上定位件；5
‑
端部中定位
件：6
‑
端部下定位件；7
‑
矩形垫片；8
‑
下板簧本体；9
‑
下垫板；10
‑
橡胶弹簧；11
‑
外部轴箱。
31.图2为本发明的列车转向架用板簧端部连接件示意图。
32.附图说明：1
‑
外部构架；2
‑
上垫板；3
‑
上板簧本体；12
‑
上扣件；13
‑
挡板；14
‑
垂向止挡。
33.图3为构架处结构连接示意图。
34.附图说明：8
‑
下板簧本体；9
‑
下垫板；10
‑
橡胶弹簧；11
‑
外部轴箱。
35.图4为橡胶弹簧处结构连接示意图。
36.附图说明：3
‑
上板簧本体；4
‑
端部上定位件；5
‑
端部中定位件：6
‑
端部下定位件；7
‑
矩形垫片；8
‑
下板簧本体；15
‑
端部整体定位件。
37.图5为本发明的列车转向架用板簧端部连接件示意图。
38.附图说明：3
‑
上板簧本体；8
‑
下板簧本体；15
‑
端部整体定位件。
39.图6为本发明的列车转向架用板簧端部连接件示意图。
40.附图说明：3
‑
上板簧本体；8
‑
下板簧本体；19
‑
矩形橡胶垫。
41.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
42.下面结合说明书附图对本发明创造作进一步的详细说明。
43.本发明提出的一种应用于列车转向架的纤维增强复合材料板簧总成，该板簧总成整体刚度值为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。
44.如图1所示，本发明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设置有下垫板。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。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通槽，端部连接件与板簧通过螺栓固定在一起。
45.如图2所示的结构为端部连接件示意图，端部上、中、下定位件均有与板簧通槽相匹配的矩形凸起，同时在端部上定位件、端部下定位件外侧设有矩形垫片。在矩形垫片、端部定位件与板簧的中心部位均设有圆孔，采用螺栓固定。
46.如图3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。
47.如图4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。
48.如图5所示端部连接结构与图2基本相同，区别在于：取消了螺栓以及螺栓孔的设置，板簧端部内侧设有倒v形凸起，同时在侧壁设有倒三角形交错结构，端部整体定位件内侧的侧壁与中间部位分别设有与上、下板簧相配合的交错结构与凹槽，实现固定连接。
49.如图6所示端部连接结构与图2基本相同，区别在于：取消了螺栓以及螺栓孔的设置，板簧端部内侧采用圆弧形，矩形橡胶垫整体结构为长方体，并做防粘处理，通过板簧端
部挤压使矩形橡胶垫变形，实现固定连接。
50.如图7所示为纤维增强复合材料板簧在铺层方向示意图，板簧全段保持厚度不变。
51.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。