CN112406931B - 高性能铁路货车摇枕结构及转向架 - Google Patents

Abstract

本发明涉及高性能铁路货车摇枕结构及转向架，所述高性能铁路货车摇枕结构包括摇枕本体，摇枕本体的中段设置有多个沿着摇枕本体宽度方向设置的第一通道，所述第一通道处填充有第一振动衰减单元；所述摇枕本体的两端分别设置有沿着摇枕本体宽度方向设置的第二通道，所述第二通道处填充有第二振动衰减单元。本发明通过设置第一振动衰减单元和第二振动衰减单元，能够有效衰减高频振动、抑制低频共振干扰，解决现有波形的主频幅值突高的缺陷，从而有利于消除摇枕所在区域的端点振荡、混叠问题，最终能够有效提高摇枕的使用寿命。

Description

高性能铁路货车摇枕结构及转向架

技术领域

本发明涉及高性能铁路货车摇枕结构及转向架，属于铁路技术领域。

背景技术

转向架作为轨道车辆的一个重要部件，其作用是用来承载车辆、提供牵引力、减振、导向，动力转向架还用于提供驱动轨道车辆前进的动力。

转向架是轨道车辆结构中最为重要的部件之一，其主要作用如下：

1）、车辆上采用转向架是为增加车辆的载重、长度与容积、提高列车运行速度，以满足铁路运输发展的需要。

2）、保证在正常运行条件下，车体都能可靠地坐落在转向架上，通过轴承装置使车轮沿钢轨的滚动转化为车体沿线路运行的平动。

3）、支撑车体，承受并传递从车体至车轮之间或从轮轨至车体之间的各种载荷及作用力，并使轴重均匀分配。

4）、保证车辆安全运行，能灵活地沿直线线路运行及顺利地通过曲线。

5）、转向架的结构要便于弹簧减振装置的安装，使之具有良好的减振特性，以缓和车辆和线路之间的相互作用，减小振动和冲击，减小动应力，提高车辆运行平稳性和安全性。

6）、充分利用轮轨之间的粘着，传递牵引力和制动力，放大制动缸所产生的制动力，使车辆具有良好的制动效果，以保证在规定的距离之内停车。

7）、转向架是车辆的一个独立部件，在转向架于车体之间尽可能减少联接件。

摇枕是作为转向架的重要组成部分，其结构如授权公告号 CN208198425U所公开的“一种便于操作的摇枕”。现有摇枕结构如图1所示。

现有铁路货车在行驶过程中，由于铁轨间的轨间缝隙存在，易产生大振幅的高、低频振动，再加上铁路货车在行驶过程中车轮与铁轨之间也会产生大量的小振幅的高、低频振动，上述这些高、低频振动如果不对其进行处理，不衰减高频振动、抑制低频共振干扰，会影响转向架以及摇枕的使用寿命。

发明内容

本发明针对现有技术存在的不足，提供了高性能铁路货车摇枕结构及转向架，具体技术方案如下：

高性能铁路货车摇枕结构，包括摇枕本体，所述摇枕本体的中段设置有多个沿着摇枕本体宽度方向设置的第一通道，所述第一通道处填充有第一振动衰减单元；所述摇枕本体的两端分别设置有沿着摇枕本体宽度方向设置的第二通道，所述第二通道处填充有第二振动衰减单元。

上述技术方案的进一步优化，所述第一通道包括正弦波状第一通孔段，所述第一通孔段的两端分别设置有与摇枕本体宽度方向呈平行设置的第二通孔段，所述第二通孔段的首端与第一通孔段的端部连通，所述第二通孔段的尾端延伸至摇枕本体的侧壁。

上述技术方案的进一步优化，所述第一振动衰减单元包括将第一通孔段完全填充的第一非牛顿流体填充区，所述第二通孔段处填充有将第一非牛顿流体填充区端部堵住的第一非牛顿流体缓冲区，所述第二通孔段处还填充有将第一非牛顿流体缓冲区封住的第一金属封孔柱，所述第一金属封孔柱与摇枕本体密封连接。

上述技术方案的进一步优化，所述第二通道包括圆柱螺旋弹簧状第三通孔段，所述第三通孔段的两端分别设置有与摇枕本体宽度方向呈平行设置的第四通孔段，所述第四通孔段的首端与第三通孔段的端部连通，所述第四通孔段的尾端延伸至摇枕本体的侧壁。

上述技术方案的进一步优化，所述第二振动衰减单元包括将第三通孔段完全填充的第二非牛顿流体填充区，所述第四通孔段处填充有将第二非牛顿流体填充区端部堵住的第二非牛顿流体缓冲区，所述第四通孔段处还填充有将第二非牛顿流体缓冲区封住的第二金属封孔柱，所述第二金属封孔柱与摇枕本体密封连接。

上述技术方案的进一步优化，所述第一非牛顿流体填充区和第二非牛顿流体填充区均采用非牛顿流体填充料填充制成，所述非牛顿流体填充料的制法如下：

将4,4'-二氨基二苯醚、二甲基乙酰胺和均苯四甲酸二酐按照1:（1.5-2）:（7-9）的质量比混合搅拌反应制成聚酰胺酸溶液，将聚酰胺酸溶液、甲基硅油和偶氮二异丁腈按照100:（15-22）:（2.1-2.3）的质量比混合搅拌后在79-88℃的温度下反应2-3h，反应过程中通入氮气；之后，升温至105-110℃的温度下搅拌反应30min，冷却至室温后，在室温下放置10天后即得所述非牛顿流体填充料。

上述技术方案的进一步优化，所述第一非牛顿流体缓冲区和第二非牛顿流体缓冲区均采用软化点为45℃的沥青填充制成。

上述技术方案的进一步优化，所述第一金属封孔柱与摇枕本体之间采用先螺纹连接再满焊焊接的方式密封连接；所述第二金属封孔柱与摇枕本体之间采用先螺纹连接再满焊焊接的方式密封连接。

一种转向架，在所述转向架上安装有上述高性能铁路货车摇枕结构。

本发明的有益效果：

本发明通过设置第一振动衰减单元和第二振动衰减单元，能够有效衰减高频振动、抑制低频共振干扰，解决现有波形主频幅值突高的缺陷，从而有利于消除摇枕所在区域的端点振荡、混叠问题，最终能够有效提高摇枕的使用寿命。

附图说明

图1为现有摇枕的结构示意图；

图2为常规品B的频谱图；

图3为本发明所述高性能铁路货车摇枕结构的结构示意图；

图4为本发明所述摇枕本体的结构示意图；

图5为本发明所述第一通道的结构示意图；

图6为本发明所述第二通道的结构示意图；

图7为本发明所述第一振动衰减单元的结构示意图；

图8为本发明所述第二振动衰减单元的结构示意图；

图9为本发明所述成品A的频谱图；

图10为对照品C1的频谱图；

图11为对照品C2的频谱图；

图12为对照品C3的频谱图；

图13为对照品C4的频谱图；

图14为对照品C5的频谱图；

图15为对照摇枕结构的示意图；

图16为对照品C6的频谱图；

图17为实施例2中的新品的粘度η随存放时间t的变化关系曲线图；

图18为对照品D的粘度η随存放时间t的变化关系曲线图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

如图3-8所示，所述高性能铁路货车摇枕结构，包括摇枕本体10，所述摇枕本体10的中段设置有多个沿着摇枕本体10宽度方向设置的第一通道11，所述第一通道11处填充有第一振动衰减单元20；所述摇枕本体10的两端分别设置有沿着摇枕本体10宽度方向设置的第二通道12，所述第二通道12处填充有第二振动衰减单元30。

进一步地，所述第一通道11包括正弦波状第一通孔段111，所述第一通孔段111的两端分别设置有与摇枕本体10宽度方向呈平行设置的第二通孔段112，所述第二通孔段112的首端与第一通孔段111的端部连通，所述第二通孔段112的尾端延伸至摇枕本体10的侧壁。

进一步地，所述第一振动衰减单元20包括将第一通孔段111完全填充的第一非牛顿流体填充区21，所述第二通孔段112处填充有将第一非牛顿流体填充区21端部堵住的第一非牛顿流体缓冲区22，所述第二通孔段112处还填充有将第一非牛顿流体缓冲区22封住的第一金属封孔柱23，所述第一金属封孔柱23与摇枕本体10密封连接。

进一步地，所述第二通道12包括圆柱螺旋弹簧状第三通孔段121，所述第三通孔段121的两端分别设置有与摇枕本体10宽度方向呈平行设置的第四通孔段122，所述第四通孔段122的首端与第三通孔段121的端部连通，所述第四通孔段122的尾端延伸至摇枕本体10的侧壁。

进一步地，所述第二振动衰减单元30包括将第三通孔段121完全填充的第二非牛顿流体填充区31，所述第四通孔段122处填充有将第二非牛顿流体填充区31端部堵住的第二非牛顿流体缓冲区32，所述第四通孔段122处还填充有将第二非牛顿流体缓冲区32封住的第二金属封孔柱33，所述第二金属封孔柱33与摇枕本体10密封连接。

实施例2

基于实施例1，所述第一非牛顿流体填充区21和第二非牛顿流体填充区31均采用非牛顿流体填充料填充制成，所述非牛顿流体填充料的制法如下：

将4,4'-二氨基二苯醚、二甲基乙酰胺和均苯四甲酸二酐按照1:（1.5-2）:（7-9）的质量比混合搅拌反应制成聚酰胺酸溶液，将聚酰胺酸溶液、甲基硅油和偶氮二异丁腈按照100:（15-22）:（2.1-2.3）的质量比混合搅拌后在79-88℃的温度下反应2-3h，反应过程中通入氮气；之后，升温至105-110℃的温度下搅拌反应30min，冷却至室温后得到新品，新品在室温下放置10天后即得所述非牛顿流体填充料。

优选地，4,4'-二氨基二苯醚、二甲基乙酰胺和均苯四甲酸二酐按照1: 1.8:8.3的质量比混合搅拌反应制成聚酰胺酸溶液。将聚酰胺酸溶液、甲基硅油和偶氮二异丁腈按照100:19:2.2的质量比混合搅拌。

所述第一非牛顿流体缓冲区22和第二非牛顿流体缓冲区32均采用软化点为45℃的沥青填充制成。其中，软化点采用环球法测得。

所述高性能铁路货车摇枕结构的加工方法为：

利用第一个第一金属封孔柱23将第一通道11的其中一端堵住，然后再在该第一通道11的第二通孔段112处填充软化点为45℃的沥青制成第一个第一非牛顿流体缓冲区22，然后向第一通道11处填充非牛顿流体填充料使得非牛顿流体填充料将第一通孔段111全部填满制成第一非牛顿流体填充区21，再向第一通道11处填充软化点为45℃的沥青制成第二个第一非牛顿流体缓冲区22，最后利用第二个第一金属封孔柱23将第一通道11的另一端给堵住，如此，即完成第一振动衰减单元20的制作。

同理：参照上述方法完成第二振动衰减单元30的制作。

对本实施例中的所述高性能铁路货车摇枕结构（简称成品A）按照实施例3中的《摇枕振动测试实验》进行检测，得到成品A的频谱，如图9所示。

实施例3

摇枕振动测试实验

铁路货车的速度为100km/h，通过安装在转向架中摇枕处的加速度传感器采集振动信号，采样频率为10kHz；采用EEMD方法对原始振动信号进行分解，得到IMF分量，选取有效的IMF分量进行信号重构，得到对应振动信号频谱。

实施例4

图1为现有摇枕的结构示意图，其包括摇枕本体10，未设置第一振动衰减单元20和第二振动衰减单元30。

对本实施例中的现有摇枕（简称常规品B）按照实施例3中的《摇枕振动测试实验》进行检测，得到常规品B的频谱，如图2所示。

实施例5

将实施例2中的非牛顿流体填充料替换为纯水，最终得到的对照摇枕（简称对照品C1），对本实施例中的对照品C1按照实施例3中的《摇枕振动测试实验》进行检测，得到对照品C1的频谱，如图10所示。

实施例6

将实施例2中的非牛顿流体填充料替换为软化点为45℃的沥青填充制成；其中，软化点采用环球法测得；最终得到的对照摇枕（简称对照品C2），对本实施例中的对照品C2按照实施例3中的《摇枕振动测试实验》进行检测，得到对照品C2的频谱，如图11所示。

实施例7

将实施例2中的非牛顿流体填充料替换为聚丙烯酰胺水溶液（质量分数为1%），最终得到的对照摇枕（简称对照品C3），对本实施例中的对照品C3按照实施例3中的《摇枕振动测试实验》进行检测，得到对照品C3的频谱，如图12所示。

实施例8

将实施例2中的非牛顿流体填充料替换为淀粉湿料，所述淀粉湿料选用红薯淀粉与自来水之间的质量比为2.7:1；最终得到的对照摇枕（简称对照品C4），对本实施例中的对照品C4按照实施例3中的《摇枕振动测试实验》进行检测，得到对照品C4的频谱，如图13所示。

实施例9

与实施例2相比，本实施例中的第二通道12的第三通孔段121不是圆柱螺旋弹簧状，而是正弦波状。最终得到的对照摇枕（简称对照品C5），对本实施例中的对照品C5按照实施例3中的《摇枕振动测试实验》进行检测，得到对照品C5的频谱，如图14所示。

实施例10

本实施例与实施例2的区别在于，本实施例设置的对照通道一11a中的第一通孔段111为圆柱状结构，对照通道二12a中的第三通孔段121为圆柱状结构，最终得到的对照摇枕结构（简称对照品C6）；对照摇枕结构的结构如图15所示，所述对照通道一11a按照阵列设置有多个，所述对照通道二12a最少设置有两个。

对本实施例中的对照品C6按照实施例3中的《摇枕振动测试实验》进行检测，得到对照品C6的频谱，如图16所示。

实施例11

将实施例2中的新品放置在烧杯中，在室温下放置13天，从第3天开始，每天从烧杯中用吸管或分液漏斗分别取上层液与下层液，用锥板粘度计测定上层液/下层液的粘度，粘度η随存放时间t的变化如图17所示。

实施例12

将4,4'-二氨基二苯醚、二甲基乙酰胺和均苯四甲酸二酐按照1:1.8:8.3的质量比混合搅拌反应制成聚酰胺酸溶液，将聚酰胺酸溶液和甲基硅油按照100:21.2的质量比混合搅拌后在79-88℃的温度下反应2-3h，反应过程中通入氮气；之后，升温至105-110℃的温度下搅拌反应30min，冷却至室温后得到对照品D。

将本实施例中的对照品D放置在烧杯中，在室温下放置13天，从第3天开始，每天从烧杯中用吸管或分液漏斗分别取上层液与下层液，用锥板粘度计测定上层液/下层液的粘度，粘度η随存放时间t的变化如图18所示。

实施例13

所述第一金属封孔柱23与摇枕本体10之间采用先螺纹连接再满焊焊接的方式密封连接；所述第二金属封孔柱33与摇枕本体10之间采用先螺纹连接再满焊焊接的方式密封连接。

采用先螺纹连接的方式，方便安装；采用满焊连接的方式，能够有效密封。上述连接方式结构稳固。

实施例14

一种转向架，在所述转向架上安装有实施例2所述的高性能铁路货车摇枕结构。

在上述实施例中，对比分析图9和图2可知：本发明通过设置第一振动衰减单元20和第二振动衰减单元30，能够有效衰减高频振动、抑制低频共振干扰，解决现有波形主频幅值突高的缺陷，从而有利于消除摇枕所在区域的端点振荡、混叠问题，最终能够有效提高摇枕的使用寿命。

通过分析图10和图2以及图9和图2可知：相对于纯水来说，本发明采用的非牛顿流体填充料更能滤除主频波；因此，相对于图2来说，图10中的杂波虽然大部分被滤除，但是仍存在大量的主频波。大量主频波的存在，说明转向架对摇枕的冲击剧烈且频次高，影响转向架对摇枕的使用寿命。

在本发明中，非牛顿流体填充料是一种特定的高性能非牛顿流体，其能够有效吸收低频、高频振动，从而能够有效抑制低频共振干扰，有利于消除摇枕所在区域的端点振荡、混叠问题。

软化点为45℃的沥青主要起到缓冲作用，沥青易被压缩，从而能够有效缓解非牛顿流体填充料因热胀冷缩带来的应力冲击。沥青本身即为非牛顿流体，与非牛顿流体填充料之间的兼容性好。

由于室温下的沥青粘度非常大，流动性非常差。对比分析图11和图2以及图9和图2可知：无法采用沥青代替非牛顿流体填充料。沥青只能用于缓冲材料。

对比分析图12、图13、图9可知：现有常规材料制成的非牛顿流体（如聚丙烯酰胺水溶液、淀粉湿料），其对主频波的衰减效果非常有限，在100-250Hz这个频段，仍存在大量的幅值较高的主频波。

而采用本发明所述非牛顿流体填充料，其频图中的主频频缓慢过渡到合理区间，主频波幅值突高的情况大量消失。

第二振动衰减单元30与第一振动衰减单元20的区别在于，所述第一非牛顿流体填充区21为正弦波状；第二振动衰减单元30的第二非牛顿流体填充区31为圆柱螺旋弹簧状，而不将其设置为正弦波状结构的原因是因为，第二振动衰减单元30靠近摇枕本体10的两端，而摇枕本体10的两端厚度比摇枕本体10中段要小得多；采用圆柱螺旋弹簧状设置，更能够发挥第二振动衰减单元30的减振效果。

通过分析对比图14和图9可知：采用设置第二非牛顿流体填充区31为圆柱螺旋弹簧状，在100-200Hz这个频段，能够有效滤除低频振动干扰。原因可能是在摇枕的厚薄交界处，低频波的传递更为复杂，圆柱螺旋弹簧状的结构能够接受各个方向的纵波，“吸波/衰减”效果更好。

通过分析对比图16和图9可知：相对于圆柱状结构来说，圆柱螺旋弹簧状以及正弦波状的结构，有助于消除相互之间的干扰。图16中，由于干扰多，导致其频谱中偶尔出现异常的小幅值主频波。

通过分析对比图17和图18可知：才制成的新品稳定性差，长时间静置之后，上下层之间的粘度均在下降且粘度各不相同；当静置最少9天后，新品的上下层粘度趋于稳定。因此，为保险起见，在本发明中。新品在室温下放置10天才用作所述非牛顿流体填充料。

如果在非牛顿流体填充料的制作过程中，不添加偶氮二异丁腈，最终制成的对照品D，随着存放时间的延长，其上下层之间的粘度差异化越来越大，即使存放时间超过13天，也不会趋于稳定。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，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、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.高性能铁路货车摇枕结构，包括摇枕本体，其特征在于：所述摇枕本体的中段设置有多个沿着摇枕本体宽度方向设置的第一通道，所述第一通道处填充有第一振动衰减单元；所述摇枕本体的两端分别设置有沿着摇枕本体宽度方向设置的第二通道，所述第二通道处填充有第二振动衰减单元；

所述第一通道包括正弦波状第一通孔段，所述第一通孔段的两端分别设置有与摇枕本体宽度方向呈平行设置的第二通孔段，所述第二通孔段的首端与第一通孔段的端部连通，所述第二通孔段的尾端延伸至摇枕本体的侧壁；

所述第一振动衰减单元包括将第一通孔段完全填充的第一非牛顿流体填充区，所述第二通孔段处填充有将第一非牛顿流体填充区端部堵住的第一非牛顿流体缓冲区，所述第二通孔段处还填充有将第一非牛顿流体缓冲区封住的第一金属封孔柱，所述第一金属封孔柱与摇枕本体密封连接；

所述第二通道包括圆柱螺旋弹簧状第三通孔段，所述第三通孔段的两端分别设置有与摇枕本体宽度方向呈平行设置的第四通孔段，所述第四通孔段的首端与第三通孔段的端部连通，所述第四通孔段的尾端延伸至摇枕本体的侧壁；

所述第二振动衰减单元包括将第三通孔段完全填充的第二非牛顿流体填充区，所述第四通孔段处填充有将第二非牛顿流体填充区端部堵住的第二非牛顿流体缓冲区，所述第四通孔段处还填充有将第二非牛顿流体缓冲区封住的第二金属封孔柱，所述第二金属封孔柱与摇枕本体密封连接。

2.根据权利要求1所述的高性能铁路货车摇枕结构，其特征在于：所述第一非牛顿流体填充区和第二非牛顿流体填充区均采用非牛顿流体填充料填充制成，所述非牛顿流体填充料的制法如下：

将4,4'-二氨基二苯醚、二甲基乙酰胺和均苯四甲酸二酐按照1:（1.5-2）:（7-9）的质量比混合搅拌反应制成聚酰胺酸溶液，将聚酰胺酸溶液、甲基硅油和偶氮二异丁腈按照100:（15-22）:（2.1-2.3）的质量比混合搅拌后在79-88℃的温度下反应2-3h，反应过程中通入氮气；之后，升温至105-110℃的温度下搅拌反应30min，冷却至室温后，在室温下放置10天后即得所述非牛顿流体填充料。

3.根据权利要求1所述的高性能铁路货车摇枕结构，其特征在于：所述第一非牛顿流体缓冲区和第二非牛顿流体缓冲区均采用软化点为45℃的沥青填充制成。

4.根据权利要求1所述的高性能铁路货车摇枕结构，其特征在于：所述第一金属封孔柱与摇枕本体之间采用先螺纹连接再满焊焊接的方式密封连接；所述第二金属封孔柱与摇枕本体之间采用先螺纹连接再满焊焊接的方式密封连接。

5.一种转向架，其特征在于：在所述转向架上安装有如权利要求1-4任一项所述的高性能铁路货车摇枕结构。

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