一种铁路车辆及其车辆连接装置 |
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| 申请号 | CN201510455474.X | 申请日 | 2015-07-29 | 公开(公告)号 | CN104960539A | 公开(公告)日 | 2015-10-07 |
| 申请人 | 齐齐哈尔轨道交通装备有限责任公司; | 发明人 | 李斌斌; 姜岩; 崔英俊; 金朋迪; 于跃斌; 胡海滨; 孟庆民; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开了一种 铁 路车辆及其车辆连接装置，包括凸关节、凹关节，凸关节和凹关节两者之一设置有球头，球头的球形表面向上或向下凸起，另一者设置有球座，球座加工有与球头配合的球窝；车辆连接装置还包括将球头限位于球窝内的限位部件；本文车辆连接装置拉伸 载荷 、压缩载荷、垂向载荷均通过球头与球窝之间的球形配合表面进行传递，即球形配合面形成的 力 传递表面，球形配合面的面积比较大，相 应力 承载面积就比较大，有利于载荷均匀传递，并且即使车辆连接装置处于比较大的转 角 状态下，球面 接触 也能够保证承载面具有比较大的接触面积，避免局部载荷过大出现承载件断裂现象，保证车辆运行安全性以及提高承载件的使用寿命。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种车辆连接装置，包括凸关节(1)、凹关节(3)，其特征在于，所述凸关节(1)和所述凹关节(3)两者之一设置有球头，所述球头的球形表面向上或向下凸起，另一者设置有球座，所述球座加工有与所述球头配合的球窝；所述车辆连接装置还包括将所述球头限位于所述球窝内的限位部件。 |
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| 说明书全文 | 一种铁路车辆及其车辆连接装置技术领域[0001] 本发明涉及车辆连接技术领域，特别涉及一种铁路车辆及其车辆连接装置。 背景技术[0003] 请参考图1，图1为现有技术车辆连接装置的结构示意图。 [0004] 图1中的车辆连接装置能够实现相邻两辆列车共同支撑在同一转向架上，允许相互间的水平和垂向方向上具有一定的转角，车辆外端以常规方式支撑在独立的转向架上。该车辆连接装置包括凸关节1’组件、凹关节2’、固定连接装置和防尘盖5’，凸关节1’组件包括凸关节1’、球形轴承3’、轴承圈；固定连接装置包括螺栓41’、碟簧42’、楔块43’、垫圈 44’、螺母45’。固定连接装置将球形轴承3’的水平轴的两端轴柄31’固定在凹关节2’上，实现凸关节1’组成与凹关节2’的连接。楔块43’能够消除凸关节1’、凹关节2’之间的间隙，当磨耗发生后，楔块43’下落时，在碟簧42’回复力的作用下，碟簧42’将推动楔块43’向下运动，使楔块43’的两侧始终挤压位于凸关节1’上的球形轴承3’和凹关节2’，从而将凸关节1’和凹关节2’之间的间隙消除。 [0005] 从以上结构描述可以看出，现有技术中的车辆连接装置因采用球形轴承3’，故可以实现水平、垂向、侧向的转动，从而满足两相邻车体转动需求。 [0006] 车辆连接装置在使用过程中主要承受拉伸载荷、压缩载荷、垂向载荷。当车辆连接装置承受拉伸载荷，力的传递方向为：凸关节1’→球形轴承3’→凹关节2’；当车辆连接装置承受压缩载荷时，车辆连接装置中力的传递方向为：凸关节1’→球形轴承3’→楔块43’→凹关节2’；当车辆连接装置承受垂向载荷时，车辆连接装置中力的传递方向为：凸关节1’→球形轴承3’→凹关节2’。 [0007] 从以上描述可以看出，无论车辆连接装置承受哪一种载荷，凸关节1’上的力的传递均是通过球形轴承3’传递至凹关节2’的，具体而言，是通过球形轴承3’两端部的轴柄31’传递的。 [0008] 然而，现有技术车辆连接装置工作过程中容易出现轴柄31’断裂的现象，严重影响了车辆行驶的安全性。 [0009] 故，如何提高现有技术中车辆连接装置连接可靠性，是本领域技术人员亟待解决的技术问题。 发明内容[0010] 本发明的目的为提供一种铁路车辆及其车辆连接装置，该车辆连接装置力传递面积比较大，可大大提高车辆连接装置在力传递过程中的可靠性，进一步提高了车辆行驶的安全性。 [0011] 为解决上述技术问题，本发明提供一种车辆连接装置，包括凸关节、凹关节，所述凸关节和所述凹关节两者之一设置有球头，所述球头的球形表面向上或向下凸起，另一者设置有球座，所述球座加工有与所述球头配合的球窝；所述车辆连接装置还包括将所述球头限位于所述球窝内的限位部件。 [0012] 当使用上述结构的车辆连接装置连接两车体时，因本文中凸关节和凹关节两者通过球头和球座之间的球形配合面构成转动副，故可实现辆车体围绕通过球心的竖直线各个方向的旋转。其次，当车辆连接装置传动拉伸载荷时，拉伸力由前一车体传递至后一车体，车辆连接装置中凸关节的拉伸力通过球头和球座相互配合的球形配合面传递至凹关节，即力传递方向为：凸关节→球头、球座→凹关节；同理，当车辆连接装置传动压缩载荷、垂向载荷时，凸关节的压缩力和垂向力均通过球头和球座相互配合的球形配合面传递至凹关节，即力传递方向均为为：凸关节→球头、球座→凹关节。 [0013] 与现有技术中通过轴柄传递载荷相比，本文车辆连接装置拉伸载荷、压缩载荷、垂向载荷均通过球头与球窝之间的球形配合表面进行传递，即球形配合面形成的力传递表面，球形配合面的面积比较大，相应力承载面积就比较大，有利于载荷均匀传递，并且即使车辆连接装置处于比较大的转角状态下，本文中的球面接触也能够保证承载面具有比较大的接触面积，避免局部载荷过大出现承载件断裂现象，保证车辆运行安全性以及提高承载件的使用寿命，进而提高车辆连接装置的使用寿命。 [0014] 可选的，所述球座设于所述凸关节，且所述球窝开口向下，所述球头设置于所述凹关节，并且所述球头压装于所述球窝的内部。 [0015] 可选的，所述球头与所述球窝配合表面大于整球表面的二分之一，并且当所述球头和所述球窝装配时，所述球窝自上而下压装入所述球头。 [0016] 可选的，所述球窝的内表面或所述球头的外表面设有自润滑耐磨材料层，所述自润滑耐磨材料层形成与另一者配合的球面。 [0017] 可选的，所述凹关节与所述球头为分体式结构，所述凹关节的连接端部设置有安装腔，所述安装腔的腔壁内表面开设有安装孔，所述球头定位于所述安装孔内；并且，所述安装腔底壁和所述球头二者相对的两安装面其中一者设置有定位凹槽，另一者设置有与所述定位凹槽相配合的定位凸起。 [0018] 可选的，所述凸关节与所述球座为分体式结构，所述凸关节向后伸出的连接端部设置有安装孔，所述球座具有与所述安装孔相配合的外表面，所述球座压装于所述安装孔内部。 [0019] 可选的，所述限位部件为横向设置于所述凹关节的连接销轴，所述连接销轴位于所述球头的上方，所述球头和所述球座的球窝装配后，所述连接销轴与所述球座的上表面之间具有预定间隙，以限制所述凸关节向上动作的位移。 [0020] 可选的，所述限位部件还包括开口销，所述连接销轴的自由端设置有径向通孔，所述开口销设置于所述径向通孔的内部。 [0021] 可选的，所述球座的上表面设置有锥形面，所述锥形面向上凸起，并且所述锥形面的顶点与所述球座的球心位于同一竖直线。 [0022] 此外，本发明还提供了一种铁路车辆，包括转向架和固定于转向架上的车辆连接装置，其特征在于，所述车辆连接装置为上述任一项所述的车辆连接装置，所述凸关节和所述凹关节的两端部分别与前后两相邻车体固定连接。 [0024] 图1为现有技术车辆连接装置的结构示意图； [0025] 图2为本发明一种实施例中车辆连接装置的结构示意图； [0026] 图3为图2所示车辆连接装置的俯视示意图； [0027] 图4为球座与球头组装后的结构示意图； [0028] 图5为本发明另一种实施例中车辆连接装置的纵向剖视图； [0029] 图6为图5中球座压装于凸关节的组装示意图。 [0030] 其中，图1中部件名称与附图标记之间的一一对应关系如下所示： [0031] 凸关节1’、凹关节2’、球形轴承3’、轴柄31’、螺栓41’、碟簧42’、楔块43’、垫圈44’、螺母45’、防尘盖5’ [0032] 其中，图2至图6中部件名称与附图标记之间的一一对应关系如下所示： [0033] 凸关节1、连接端部11、锥形面11a、球头2、定位凹槽21、凹关节3、定位凸起31、球座12、锥形面12a、连接销轴4、垫圈5、开口销6、中心销7、自润滑耐磨材料层8具体实施方式 [0034] 本发明的核心为提供一种铁路车辆及其车辆连接装置，该车辆连接装置力传递面积比较大，可大大提高车辆连接装置在力传递过程中的可靠性，进一步提高了车辆行驶的安全性。 [0035] 经过大量研究证实，现有技术中车辆连接装置出现轴柄31’断裂现象的主要原因为：凹关节2’和凸关节1’之间载荷传递均是依靠轴柄31’与凹关节2’之间的配合表面进行传递的，轴柄31’轴向水平设置，这样在力传递过程中轴柄31’与凹关节2’之间的接触面比较小，在传递比较大的力载荷时，轴柄31’局部因承受的压强过大，故容易出现断裂技术问题。 [0036] 针对以上技术问题，本文提出了一种解决方案，具体方案详见以下描述。 [0037] 本文以车辆连接装置在铁路货车中的应用为例，也就是说铁路车辆为铁路货车，进行介绍技术方案和技术效果，本领域内技术人员应当理解，本文技术方案在其他铁路车辆中的应用也在本文的保护范围内。 [0038] 为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。 [0039] 请参考图2至图4，图2为本发明一种实施例中车辆连接装置的结构示意图；图3为图2所示车辆连接装置的俯视示意图；图4为球座与球头组装后的结构示意图。 [0040] 本发明提供了一种车辆连接装置，包括凸关节1、凹关节3，一般地，凸关节1的尾部连接相邻两车体中前一车体的中梁，凹关节3的尾部连接后一车体的中梁，需要说明的是，本文将靠近车头方向定义为前，相应的靠近车尾方向定义为后。其中凹关节3、凸关节1与车体可以通过焊接方式固定连接。组装后的凸关节1和凹关节3共同固定于转向架上，一般为了安装定位准确，凹关节上还设置有安装孔，用于定位中心销7，转向架的配合位置也设置有与中心销7配合的安装孔。凸关节的连接端部可以设置有安装腔，用于安装中心销7的安装孔设于安装腔的底壁。 [0041] 本发明中凸关节1和凹关节3两者之一设置有球头2，球头2的球形表面向上或向下凸起，另一者设置有球座12，球座12上加工有与球头2配合的球窝，也就是说，球头2可以设置于凹关节3，也可以设置于凸关节1。需要说明的是，本文中凡是提及球面，可以是一个球体的表面的一部分，并非指整个球面，也可以为整个球面。换言之，本文所述的球面是广义上的球面，可以为整个球面，也可以仅是整个球体表面的一部分，只要球面的设置能够满足凸关节1与凹关节3在水平方向、侧向以及垂向的转动需求即可。 [0042] 本文所述的水平方向即为平行车体方向，侧向即为水平面内垂直于水平方向的方向，即图4中的左右方向，垂向为垂直于水平面的方向，即图4中的上下方向。 [0043] 除上述外，本文还进一步增加了限位部件，限位部件可以将球头2限位于球窝内部，从而保证力传递过程中，球头2从球窝中脱出。根据两节连接车体运动时，所允许相对运动的各个方向的相对位移均可以通过限位部件实现。 [0044] 当使用上述结构的车辆连接装置连接两车体时，因本文中凸关节1和凹关节3两者通过球头2和球座12之间的球形配合面构成转动副，故可实现辆车体围绕通过球心的竖直线各个方向的旋转。其次，当车辆连接装置传动拉伸载荷时，拉伸力由前一车体传递至后一车体，车辆连接装置中凸关节1的拉伸力通过球头2和球座12相互配合的球形配合面传递至凹关节3，即力传递方向为：凸关节1→球头2、球座12→凹关节3；同理，当车辆连接装置传动压缩载荷、垂向载荷时，凸关节1的压缩力和垂向力均通过球头2和球座12相互配合的球形配合面传递至凹关节3，即力传递方向均为为：凸关节1→球头2、球座12→凹关节3。 [0045] 与现有技术中通过轴柄传递载荷相比，本文车辆连接装置拉伸载荷、压缩载荷、垂向载荷均通过球头2与球窝之间的球形配合表面进行传递，即球形配合面形成的力传递表面，球形配合面的面积比较大，相应力承载面积就比较大，有利于载荷均匀传递，并且即使车辆连接装置处于比较大的转角状态下，本文中的球面接触也能够保证承载面具有比较大的接触面积，避免局部载荷过大出现承载件断裂现象，保证车辆运行安全性以及提高承载件的使用寿命，进而提高车辆连接装置的使用寿命。 [0047] 下面本文以球座12设于凸关节1，球头2设于凹关节3为例，进一步介绍技术方案和技术效果。 [0048] 请再次参考图2，在一种具体实施例中，球座12设置于凸关节1上，球窝开口向下，凹关节3上的球头2通过压装工艺与球窝的内表面配合。其中，球头2与凹关节3、球座12与凸关节1可以为一体式结构，即在凹关节3、凸关节1上直接加工球头2、球座12；球头2与凹关节3、球座12与凸关节1可以为分体结构，即单独加工球头2、球座12，将加工好的球头2、球座12安装至凹关节3和凸关节1上。 [0049] 为了增加球头2和球窝配合的可靠性，球头2与球窝配合表面大于整球表面的二分之一，也就是说，球头2伸进球窝的配合部分大于半球，即球窝包覆大半个球头2。这样球头2与球窝压装后，球座12下表面低于球窝内表面与球头2外表面共同球心的水平高度。请再次参考图4，球心与球座12下表面具有高度差H。并且当球头2和球窝装配时，球窝自上而下压装在球头2上，这种球窝自上而下压装在球头2上的连接方式能够消除由生产制造、焊接等组装工艺过程带来的误差，有利于组装。 [0050] 球头2和球窝长期使用后，两者的接触配合球面必然存在一定量的磨损量，球头2和球窝配合球面磨损可能会影响力传递的稳定性。故本文还进行了如下设置。 [0051] 进一步地，上述各实施例中的球窝内表面或球头2的外表面设有自润滑耐磨材料层8，自润滑耐磨材料层8形成与另一者配合的球面。也就是说，球窝的内表面可以设置一层自润滑耐磨材料层8，球头2的外表面也可以设置一层自润滑耐磨材料层8，球头2和设置球窝的球座12可以使用钢材料，自润滑耐磨材料层8可以具有以下特点：附着性能好、对钢摩擦系数低、耐磨、具有一定的承载能力。 [0052] 这样球窝和球头2之间设置有自润滑耐磨材料层8，自润滑耐磨材料层8不仅能够提高球头2和球窝相对运动时的灵活性，并且可以降低球头2或球窝的转动摩擦损耗，提高球头2和球窝的使用寿命。并且，因自润滑耐磨材料层8较球座12、球头2材料更耐磨，故可以延长检修周期，减少检修频率，有利于铁路货车长时间免维护作业。 [0053] 另外，当自润滑耐磨材料层8、球头2或球窝的磨损量大于预设值时，可以仅将自润滑耐磨材料层8以及球头2或球窝中的一者更换即可，节省使用成本。 [0054] 在一种具体的实施方式中，凹关节3的连接部可以设置有安装腔，所述安装腔的腔壁内表面开设有安装孔，所述球头2定位于所述安装孔内；其中安装孔的设置方式可以有多种方式，只要能实现球头2与凹关节3两者的可靠定位即可。 [0055] 并且，安装腔底壁和球头2二者相对的两安装面其中一者设置有定位凹槽，另一者设置有与定位凹槽相配合的定位凸起。请参考图4，图4中给出了球头2的底部安装面设有定位凹槽21，安装腔底壁设置定位凸起31的具体实施例，其中定位凹槽、定位凸起可以为环形结构，当然定位凹槽、定位凸起不局限于环形结构，也可以为其他结构，只要能够实现球头2安装于安装腔内的定位，满足车辆正常行驶两车体之间力的可靠传递即可。 [0056] 当球头2安装于安装腔内部时，可以通过定位凹槽和定位凸起的配合快速实现球头2在安装腔位置的确定，提高安装效率。 [0057] 对于球座12与凸关节1为分体结构的车辆连接装置，球座12与凸关节1的连接方式有多种形式，两者可以通过压装组合为一整体，例如：凸关节1向后伸出的连接端部11可以设置有安装孔，球座12具有与安装孔相配合的外表面，球座12压装于安装孔内部。 [0058] 上述各实施例中的限位部件可以为横向设置于所述凹关节3的连接销轴4，例如当凹关节3的连接端设置有安装腔，连接销轴4横向固定于安装腔的两侧壁，需要说明的是，本文将水平面内垂直于车体方向的方向定义为横向。并且所述连接销轴4位于所述球头2的上方，优选。连接销轴4位于球头2的正上方，即通过球头2的球心的竖直线穿过连接销轴4的轴线。球头2和所述球座12的球窝装配后，所述连接销轴4与所述球座12的上表面之间具有预定间隙，以限制所述凸关节1向上动作的位移。本领域内技术人员可以根据具体车辆，选取合适的预定间隙的数值，只要能满足车辆正常安全行驶，避免球头2与球窝的脱离即可。 [0059] 当上述实施例中的车辆连接装置组装时，先将球头2定位于凹关节3安装腔的安装孔内、将球座12压装于凸关节1的安装孔内，然后再将球窝自上而下压装在球头2上，最后将连接销轴4安装于凹关节3上。 [0060] 当球头2与球窝因长期使用具有间隙，在车辆行驶过程中容易脱离时，设置于球座12上方的连接销轴4可以限制球座12上行位移，避免球座12与球头2二者完全脱离，提高行车安全性。 [0061] 进一步地，为了便于连接销轴4的安装、拆卸，限位部件还可以包括开口销6，连接销轴4的自由端设置有径向通孔，开口销6设置于径向通孔的内部，避免连接销轴4从凹关节3的安装孔内脱离，并且该固定方式快速、简单。 [0062] 另外，限位部件中还可以增加垫圈5，垫圈5设置于开口销6与凹关节3之间，避免开口销6磨损凹关节3。 [0063] 两相邻车体之间的侧向转角越大，车辆行驶的稳定性相对越差，但是两相邻车体之间的侧向转角如果过小，则车辆行驶的灵活性也将降低。为了满足车辆行驶稳定性与灵活性的合理匹配，本文还进一步进行了如下设置。 [0064] 请参考图5和图6，图5为本发明另一种实施例中车辆连接装置的纵向剖视图；图6为图5中球座压装于凸关节的组装示意图。 [0065] 在另一种具体的实施例中，球座12的上表面可以设置有锥形面12a，锥形面12a向上凸起，并且锥形面12a的顶点与球座12的球心位于同一竖直线。需要说明的是，本文中所述锥形面12a可以为圆锥面，也可以为有多个斜面组成的锥形面，即锥形面也是广义上的锥形面。 [0066] 当球座12的侧向转动角度小于锥形表面与水平方向的夹角时，球座12可以围绕球头2正常转动；但是当球座12的侧向转动角度等于锥形表面与水平方向的夹角时，球座12的锥形面将抵靠连接销轴4，此时因球座12锥形面与连接销轴4抵靠将限制球座12继续侧向转动，即球座12的侧向转动角度范围为：0度至锥形面与水平面夹角。 [0067] 该实施方式中限制球座12与球头2的相对转动角度有利于车辆稳定行驶。 [0068] 当然，安装球座12的凸关节1的连接端部11也可以相应设计为锥形面11a，与球座12的锥形面12a形成完整的锥形面。 [0069] 在上述车辆连接装置的基础上，本文还提供了一种铁路车辆，包括转向架和固定于转向架上的车辆连接装置，所述车辆连接装置为上述任一实施例所述的车辆连接装置，所述凸关节1和所述凹关节3的两端部分别与前后两相邻车体固定连接。 [0070] 以上对本发明所提供的一种铁路车辆及其车辆连接装置进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。 |
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