阅读说明：本技术 板式变刚度复合关节应用于轻量车钩的连接方法及装置 (Connecting method and device for applying plate type variable-rigidity composite joint to light-weight coupler ) 是由 冯万盛 柳禄泱 董永 林胜 罗鑫 罗乡源 于 2020-04-20 设计创作，主要内容包括：板式变刚度复合关节应用于轻量车钩的连接方法及装置,在金属关节中设置有销轴,将金属关节安装在橡胶关节中形成复合关节,再将复合关节安装在前车钩中,然后将后车钩铰接在金属关节的销轴上,从而将前车钩、复合关节和后车钩连接在一起。辅助环内壁与中间板组成存在间隙,在间隙消失前产品提供小刚度的性能,便于车辆正常运行。当车辆启动制动时,间隙消失,提供大刚度。车辆挂钩时,间隙消失,能够承受冲击载荷。垂向方向,能够承受大载荷,能够保持车体的平稳性,并且在极端时支撑整个车体的重量。采用上下对称结构,有利于产品能够两节编组上下载荷的波动。(A method and a device for connecting a plate-type variable-rigidity composite joint applied to a light-weight coupler are characterized in that a pin shaft is arranged in a metal joint, the metal joint is arranged in a rubber joint to form the composite joint, then the composite joint is arranged in a front coupler, and a rear coupler is hinged on the pin shaft of the metal joint, so that the front coupler, the composite joint and the rear coupler are connected together. The inner wall of the auxiliary ring and the middle plate form a gap, and a product has low rigidity before the gap disappears, so that the vehicle can normally run conveniently. When the vehicle starts to brake, the gap disappears, providing a large stiffness. When the vehicle is hooked, the gap disappears, and the impact load can be borne. The vertical direction can bear large load, can keep the stability of the vehicle body, and can support the weight of the whole vehicle body in extreme. And the vertical symmetrical structure is adopted, so that the fluctuation of the upper load and the lower load of the product can be formed by two sections.)

板式变刚度复合关节应用于轻量车钩的连接方法及装置

技术领域

本发明涉及轨道交通领域，具体涉及轨道车辆中相邻的两节车厢之间车钩的连接方法和连接结构。

背景技术

目前铁路机车制造过程中，相邻的两节车厢之间广泛采用车钩连接，车钩作为车辆的关键部件，其对车辆的动力学性能和运行品质有着重要的影响。随着铁路提速、重载战略的实施，车钩因缺少变刚度，因橡胶部件的疲劳损坏而影响机车运行性能的故障逐渐增多，机车运行的稳定性变差，给行车安全造成了隐患。

目前的车钩有的是刚性连接，缓冲性能很差。也有的车钩具有缓冲结构，但在刚度调节方面较单一，缺少变刚度，难以满足车辆在大载荷下，以较小的刚度启动具备良好的缓冲性能；而紧急刹车或转弯时能产生变刚度，从而大幅度增加车钩处的刚度，确保车辆的稳定性能。

通过国内检索发现以下专利与本发明有相似之处：

申请号为201821767791 .0，名称为“一种减震公铁两用车自动车钩装置”的实用新型提供一种减震公铁两用车自动车钩装置，包括钩连接座、上下调节螺杆、滑套、转动机构、车钩和减震机构，车钩连接座具有沿上下连通的内腔，上下调节螺杆穿过内腔并可转动，滑套一端与上下调节螺杆螺纹连接，另一端伸出内腔与转动机构固定连接，转动机构包括铰座、销轴和关节轴承，铰座与车钩连接座通过螺栓连接，销轴贯穿铰座耳座的通孔将关节轴承固定在铰座上，车钩的一端固定套接在关节轴承上，另一端设置有钩头，车钩沿销轴向左或者向右转动180°，连接有钩头的车钩的一端设置有传感器，减震机构一端套接在销轴上，另一端与车钩固定连接。此新型车钩装置能左右摆动范围更大、应用范围广、自动上下调节、减震效果好，使用寿命长。

申请号为CN201120010336.8，名称为“金属关节轴承回转机构”的实用新型涉及一种金属关节轴承回转机构，在所述的金属关节轴承回转机构上设置阻尼限位机构。本实用新型主要用于单轨列车中间车钩的自由转动角度的限位，作为金属关节轴承回转单元的辅助元件，共同保证和满足列车运行及舒适度的要求。本实用新型的阻尼限位机构具有适当的刚度，正常位置时刚度最小，随着中间车钩的转动其压缩量逐渐增大，与此同时限位机构的刚度也同步增大，这样限位机构即可有效限制金属关节轴承过渡灵活转动，又不影响轴承在各个方向上的转动，增加了乘车的安全性和舒适性。

上述专利虽然都有金属关节结构都能灵活的大角度转动，但都没有通过板式的圆环状像胶体来调节径向方向的刚度的结构及调节径向刚度的方法，也没有通过将金属关节安装在橡胶关节中，组装成复合关节，再将复合关节安装在前车钩中，并用压板压紧，然后将后车钩铰接在金属关节的销轴上，组装成复合连接车钩。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：如何让连接相邻两节车厢的车钩在刚度上具备非线性，从而满足车辆小刚度启动和大刚度制动的动力学性能要求。

针以上述问题，本发明提出的技术方案是：板式变刚度复合关节应用于轻量车钩的连接方法，在金属关节中设置有销轴，将金属关节安装在橡胶关节中形成复合关节，再将复合关节安装在前车钩中，然后将后车钩铰接在金属关节的销轴上，从而将前车钩、复合关节和后车钩连接在一起。

优选的，橡胶关节包括端板、中间隔板和橡胶体，中间隔板包括竖隔板和横隔板，将横隔板设置成圆环状，在竖隔板上开有贯通竖隔板的隔板通孔，横隔板无缝连接在竖隔板的外侧；端板包括上端板和下端板，上端板通过橡胶体硫化连接在横隔板的上方，下端板通过橡胶体硫化连接在横隔板的下方。

优选的，在前车钩中开设前钩空腔，橡胶关节还包括辅助环，将辅助环设置为分瓣式结构，将辅助环放置在上端板与下端板之间；将橡胶关节采用过盈配合安装在前钩空腔中，使辅助环的外侧与前车钩内侧相顶。

优选的，金属关节包括关节外圈、关节内圈和销轴，在关节内圈的中间开贯通关节内圈的内圈通孔；将销轴安装在内圈通孔中，关节外圈套在关节内圈上，金属关节以过盈配合的方式安装在隔板通孔中，使得关节外圈的外侧与竖隔板的内侧相顶，从而将金属关节和橡胶关节连接在一起形成复合关节。

优选的，前车钩包括前钩体和前钩底板，前钩底板无缝连接在前钩体的下方，前钩底板上开有贯通前钩底板的前底板孔，且在径向方向前底板孔的尺寸小于前钩空腔；复合关节以过盈配合的方式安装在前钩空腔，复合关节的上方还设置有压板，压板中间开有贯通压板的板体通孔，压板盖合在橡胶关节上方，螺栓穿过压板和前钩体将橡胶关节压紧在前钩空腔中，使橡胶关节预压缩在前钩空腔中。

板式变刚度复合关节应用于轻量车钩的连接装置，复合关节包括橡胶关节和金属关节，车钩包括前车钩和后车钩，橡胶关节安装在前车钩中，金属关节安装在橡胶关节中，金属关节中设置有销轴，后车钩铰接在所述的销轴上，从而将复合关节安装在车钩中。

优选的，橡胶关节包括端板、中间隔板和橡胶体，中间隔板包括竖隔板和横隔板，且竖隔板和横隔板一体成型，在竖隔板中间开有贯通竖隔板的隔板通孔；在横隔板的上方设置有上端板，在横隔板的下方设置有下端板，采用橡胶体将横隔板分别与上端板、下端板都硫化连接成一个整体。

优选的，在硫化时让所述的上端板和下板端板都与竖隔板之间留有间隙，并在上端板与下端板之间设置辅助环，辅助环还设置在横隔板的外侧，从而连接成橡胶关节。

优选的，金属关节包括关节外圈、关节内圈和销轴，关节外圈套在关节内圈上，关节内圈的中间开有贯通关节内圈的内圈通孔，销轴嵌在所述的内圈通孔中；再将金属关节以过盈配合的方式安装在隔板通孔中，从而将金属关节和橡胶关节连接在一起形成复合关节。

优选的，前车钩包括前钩体和前钩底板，前钩底板无缝连接在前钩体的下方，前钩体上开有贯通前钩体的前钩空腔，复合关节以过盈配合的方式安装在前钩空腔，复合关节的上方还设置有压板，压板盖合在橡胶关节上方，并用螺栓将橡胶关节压紧在前钩空腔中；后车钩包括后钩体和后钩端板，后钩体的一侧开有贯通后钩体的后钩板孔，从而使后钩板孔的上方和下方都形成有后钩端板，在所述的上方和下方的后钩端板的外侧都开有贯通后钩端板的轴安装孔，销轴从上到下依次穿过上方后钩端板的轴安装孔、板体通孔、内圈通孔和下方后钩端板的轴安装孔，并用开口销穿过轴体的下端的通孔，将后车钩铰接在金属关节的销轴上，从而使得前车钩、复合关节与后车钩连接在一起。

本发明的有益技术效果是：辅助环内壁与中间板组成存在间隙，在间隙消失前产品提供小刚度的性能，便于车辆正常运行。当车辆启动制动时，间隙消失，提供大刚度。车辆挂钩时，间隙消失，能够承受冲击载荷。垂向方向，能够承受大载荷，能够保持车体的平稳性，并且在极端时支撑整个车体的重量。采用上下对称结构，有利于产品能够两节编组上下载荷的波动。

复合关节中设置金属关节，能让车辆的径向和轴向承载能力大，偏扭刚度小，金属关节，采用过盈压装，可以提升产品过曲线的能力，适应车体的浮动，匹配更好的车辆动力学性能。既能满足径向和轴向的需求，又能提供偏扭刚度小的性能，有利于车辆过小曲线能力。

且当车体上下浮动时，由金属关节提供无障碍偏转角度，当过曲线时，金属关节能够提供无障碍的转动，当车辆启动制动和挂车时，可以提供大的载荷，当正常运行时，橡胶能够提供小的刚度，舒适性更好。垂向方向载荷可以提供很大。该复合关节可以提供更好的动力学要求，脱轨系数更低，小曲线上运行，可以减缓轮对和钢轨的磨耗。

附图说明

图1为实施例一的整体结构示意图；

图2为图1中去除后车钩和销轴的结构示意图；

图3为图1中去除后车钩和金属关节的结构示意图；

图4为图2中去除前车钩和压板的结构示意图；

图5为实施例一中橡胶关节的结构示意图；

图6为实施例一中前车钩的结构示意图；

图7为实施例一中压板的结构示意图；

图8为实施例一中金属关节的结构示意图；

图9为实施例一中后车钩的结构示意图；

图中：1橡胶关节、11上端板、12下端板、13上橡胶体、14下橡胶体、15竖隔板、16横隔板、17隔板通孔、18辅助环、21关节外圈、22关节内圈、221内圈通孔、23销轴、231耳板、232轴体、24开口销、31前车钩、311前钩体、312前钩底板、313前钩空腔、314前底板孔、32后车钩、321后钩体、322后钩端板、323后钩板孔、324轴安装孔、33压板、331板体通孔。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明做进一步的描述：

实施例一

如图1、图2和图3所示，复合连接车钩包括前车钩31、后车钩32、橡胶关节1、金属关节和压板33。将金属关节安装在橡胶关节1中，组装成复合关节。再将复合关节安装在前车钩31中，并用压板33压紧，然后将后车钩32铰接在金属关节的销轴23上，组装成复合连接车钩。

如图1、图4和图5所示，橡胶关节1包括端板、中间隔板、橡胶体和辅助环18。而中间隔板包括竖隔板15和横隔板16，在竖隔板15中间开有贯通竖隔板15的隔板通孔17，使得竖隔板15为空心圆管状。横隔板16一体成型在竖隔板15的外侧，横隔板16为空心的圆环状。将中间隔板沿垂向方向剖开时，其剖面为两个横向的且相对分布的T字形剖面。

在横隔板16的上方设置有上端板11，在横隔板16与上端板11之间通过上橡胶体13硫化成一个整体。在横隔板16的下方设置有下端板12，在横隔板16与下端板12之间通过下橡胶体14硫化成一个整体。其中，上端板11、上橡胶体13、下端板12和下橡胶体14都是空心的圆环状，且上端板11、上橡胶体13、下端板12和下橡胶体14都与竖隔板15之间保留有一定间距的间隙S1，而横隔板16穿过所述的间隙S1，且横隔板16将所述的间隙分隔成上、下两个空心的圆环状间隙S1。

辅助环18设置在上端板11与下端板12之间，且辅助环18还设置在横隔板16的外侧，为了方便辅助的装配，辅助环18不宜设置成一个环状整体。本实施例中，辅助环18可以由弹性材料制成，辅助环18也可以是橡胶和金属硫化在一起，其中橡胶设置在辅助环18内侧，金属设置在辅助环18外侧。辅助环18为分瓣式结构，且辅助环18的瓣数为2瓣，所述2瓣辅助环18相顶在上端板11与下端板12之间，使得辅助环18在径向方向上总与横隔板16之间保留有一定间距的间隙S2。本实施例中，辅助环18与横隔板16之间的间隙S2要稍小于或等于上端板11和下端板12与横隔板16之间的间隙。且辅助环18与横隔板16之间的间隙S2还小于上端板11和下端板12与竖隔板15之间的间隙S1。

如图6、图7和图9所示，前车钩31包括前钩体311和前钩底板312，前钩底板312无缝连接在前钩体311的下方，前钩体311上开有贯通前钩体311的前钩空腔313，前钩底板312上开有贯通前钩底板312的前底板孔314，且在径向方向前底板孔314的尺寸小于前钩空腔313。压板33中间开有贯通压板33的板体通孔331。

后车钩32包括后钩体321和后钩端板322，后钩体321的一侧开有贯通后钩体321的后钩板孔323，从而使后钩板孔323的上方和下方都形成有后钩端板322，在所述的上方和下方的后钩端板322的外侧都开有贯通后钩端板322的轴安装孔324。

如图8所示，金属关节包括关节外圈21、关节内圈22和销轴23，关节外圈21套在关节内圈22上，关节内圈22的中间开有贯通关节内圈22的内圈通孔221，销轴23以过盈配合的方式安装在所述的内圈通孔221中。销轴23包括耳板231和轴体232，耳板231一体成型在轴体232的上端，轴体232的下端开有通孔，开口销24穿过轴体232的下端的通孔。关节内圈22的外侧表面为球面，关节外圈21的内侧表面为与关节内圈22的外侧表面相匹配的球面，使得销轴23转动时能带动关节内圈22相对于关节外圈21转动。

如图1至图9所示，复合连接车钩的具体安装过程如下：将端板、中间隔板和橡胶体硫化成一个整体，并装配好辅助环18后就组装成了橡胶关节1。将金属关节的关节内圈22和关节外圈21一起过盈配合安装在竖隔板15的隔板通孔17中，就能将金属关节和橡胶关节1组合成一个复合关节。然后将复合关节以过盈配合的方式安装在前车钩31内，使辅助环18、上端板11和下端板12的外侧与前车钩31的内侧都相顶。再接着将压板33盖合在橡胶关节1上方，螺栓穿过压板33和前钩体311将橡胶关节1压紧在前钩空腔313中。最后将销轴23从上到下依次穿过上方后钩端板322的轴安装孔324、板体通孔331、内圈通孔221和下方后钩端板322的轴安装孔324，并用开口销24穿过轴体232的下端的通孔，从而将后车钩32铰接在金属关节的销轴23上。至此，前车钩31、橡胶关节1、金属关节和后车钩32依次连接成了复合连接车钩。

本实施例的复合关节中的金属关节主要提供轴向的大角度偏转能力和很小的偏转刚度，而复合关节中的橡胶关节1则主要提供良好的径向缓冲性能和较小的径向刚度。例如：将本实施例的复合连接车钩的前车钩31与一个车厢连接，后车钩32与另一个车厢连接，车辆在转弯时，两个车钩会发生相对转动，由于复合关节中有金属关节，因此，车辆能很好的小半径转弯。而当车辆在大载荷下进行启动和制动的过程中，复合关节中的橡胶关节1能提供良好的缓冲性能。

具体来说，当将后面车厢的车钩铰接在销轴23上，而复合关节安装在前面车厢的车钩内，辆在大载荷下紧急制动时橡胶关节1提供的良好的缓冲性能是通过下述原理来实现的：由于惯性的作用后面车厢会通过后车钩32向前推动销轴23，使得金属关节向前推动中间隔板。而此时，由于辅助环18、上端板11和下端板12的外侧与前面车厢的前车钩31的内侧都相顶，因此，金属关节会相对于橡胶关节1在径向方向产生相对运动。相对运动时，首先会是上橡胶体13和下橡胶体14产生剪切形变提供阻尼力，起到缓冲的作用。随着金属关节相对于橡胶关节1进一步运动，横隔板16的外侧会与辅助环18相顶，由于辅助环18由弹性材料制成，因此，横隔板16向前挤压辅助环18时，辅助环18会产生形变提供阻尼力，进一步起到缓冲的作用。但由于辅助环18与前车钩31的内侧相顶，因此，辅助环18被压缩到一定程度后就难以进一步被压缩，此时，辅助环18会和前车钩31一起形成硬止档功能，使得复合关节产生变刚度，刚度大幅度提升，能阻止金属关节继续相对于橡胶关节1向前运动。

很显然，在不脱离本发明所述原理的前提下，作出的若干改进或修饰都应视为本发明的保护范围。