一种吊挂装置、采用该装置的制动夹钳单元及吊挂连接方法
阅读说明：本技术 一种吊挂装置、采用该装置的制动夹钳单元及吊挂连接方法 (Hanging device, brake clamp unit adopting same and hanging connection method ) 是由 兴百宪 韩红文 郑志立 苟青炳 于 2021-09-16 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种制动夹钳单元的吊挂装置,属于轨道交通技术领域。该装置由相互分离的前、后吊挂以及吊挂销轴组成；前吊挂具有垂向呈T形的前主体；前主体的下部制有前穿装孔,上部两端分别制有前吊挂孔；前穿装孔后部延伸出制有防偏摆约束平面的定位杆；后吊挂具有呈T形的后主体；后主体的下部制有后穿装孔,上部两端分别制有垂向的后吊挂孔；吊挂销轴的两端分别与前、后穿装孔连接；至少吊挂销轴的一端与前穿装孔和后穿装孔之一弹性契紧连接,吊挂销轴两端之间的外径与夹钳主体的安装孔内径相配。本发明不仅工艺性良好,更重要的是可以有效减小内应力,从而显著延长制动夹钳单元吊挂装置的疲劳寿命,并且整体重量明显减轻。(The invention relates to a hanging device of a brake clamp unit, and belongs to the technical field of rail transit. The device consists of a front hanger, a rear hanger and a hanging pin shaft which are separated from each other; the front hanger is provided with a vertical T-shaped front main body; the lower part of the front main body is provided with a front penetrating hole, and the two ends of the upper part are respectively provided with a front hanging hole; a positioning rod provided with an anti-deflection constraint plane extends out of the rear part of the front through hole; the rear hanger is provided with a T-shaped rear main body; the lower part of the rear main body is provided with a rear penetrating hole, and two ends of the upper part are respectively provided with a vertical rear hanging hole; two ends of the hanging pin shaft are respectively connected with the front and rear through holes; at least one end of the hanging pin shaft is elastically wedged and connected with one of the front penetrating hole and the rear penetrating hole, and the outer diameter between the two ends of the hanging pin shaft is matched with the inner diameter of the mounting hole of the clamp main body. The invention has good manufacturability, and more importantly, can effectively reduce the internal stress, thereby obviously prolonging the fatigue life of the hanging device of the brake clamp unit and obviously reducing the whole weight.)
技术领域
本发明涉及一种制动夹钳单元的吊挂装置，尤其是一种适用于城轨车辆制动夹钳单元的分体吊挂连接组件，同时还涉及采用该装置的制动夹钳单元以及吊挂连接方法，属于轨道交通技术领域。
背景技术
制动夹钳单元是保证轨道车辆安全的重要部件，其安装方式有三点吊装和四点吊装两种（详见2015年中国铁道学会车辆委员会快捷货车制动技术交流会论文集《制动夹钳单元及闸片在快捷货车上的应用研究》一文），前者由于需要较大的转向架，因此安装空间较大；后者结构紧凑，适用于制动安装空间较小的场合。
由于受安装空间限制，申请人需要选择四点吊装方式。在进行疲劳试验之后发现，与传统的三点吊装相比，四点吊装的疲劳性能有所下降，甚至出现吊挂件断裂现象。为了确保安全，申请人从吊挂受力分析角度深入研究分析后得到的结论是：三点吊装由于符合三点确定一个平面的几何原理，因此理论上可以避免制造及装配误差产生的内应力，而四点吊装理论上的过定位，容易因制造及装配误差产生内应力，从而导致其在车辆运行颠簸过程中的抗疲劳性能下降（参见图10）。实践中，通过四个连接螺栓紧固的整体式连接结构，有可能因过度约束造成连接件的变形、产生内部应力。而内部应力的存在使得连接螺栓除受拉应力外，还承受剪切应力，在剪切应力与拉应力的共同作用下，疲劳寿命极大缩短。疲劳试验中曾发生过螺栓断裂的情况。如何能保证四点吊装具有理想的抗疲劳性能成为一道攻关难题。
此外，现有技术的四点吊装为一体式连接组件，将四个连接点设置在一个零件上，通过两条横梁将前端两个吊挂点与后端两个吊挂点相连，借助四颗连接螺栓将制动夹钳单元固定在转向架上。其铸造、机加工难度大，因为工艺过程需要同时考虑多个铸造基准与机加工基准的配合，既增加了不必要的材料，又增加了工艺成本，且一体式连接组件整体重量重，难以适应车辆高速化、轻量化的发展需要。
检索可知，申请号为201922050720 .X的中国专利提供了一种吊挂组件，该吊挂组件用于将包含其的制动夹钳单元吊挂在转向架上，其包括：吊架，其上部被构造成沿纵向延伸的悬挂臂，所述悬挂臂上设置至少两个沿横向延伸的第一安装通孔；且所述吊架的下部被构造成沿竖向延伸的两个支承臂，各个所述支承臂上分别设置沿竖向延伸的第二安装通孔；所述两个支承臂分别位于所述悬挂臂的两侧；两个安装座，其上具有至少两个沿横向延伸的第三安装通孔，以及至少两个沿竖向延伸的第四安装孔，且所述安装座分别安装在所述悬挂臂的两侧；以及吊轴，其中部插设在所述悬挂臂的第一安装通孔中，且其端部插设在所述安装座的第三安装通孔中。该技术方案通过将吊装组件安装座左右分体进一步减小了安装空间，但由于两安装座需要通过前后吊轴刚性组装连接，同侧的前后吊挂之间形成刚性结构，不能缓解车辆运行时前后方向颠簸振动导致的疲劳，因此该技术方案未能妥善解决四点吊装抗疲劳性能差的问题。
发明内容
本发明的目的在于：针对上述现有技术存在的缺点，通过结构改进，提出一种可以有效抑制四点吊装内应力从而获得理想抗疲劳性能的吊挂装置，同时给出采用该装置的制动夹钳单元及其吊挂连接方法。
为了达到以上目的，本发明吊挂装置的基本技术方案为：
由相互分离的前吊挂和后吊挂以及吊挂销轴组成；
所述前吊挂具有垂向呈T形的前主体；所述前主体的下部制有水平的前穿装孔，上部两端分别制有垂向的前吊挂孔；所述前吊挂孔后部延伸出制有防偏摆约束平面的定位杆；
所述后吊挂具有垂向呈T形的后主体；所述后主体的下部制有水平的后穿装孔，上部两端分别制有垂向的后吊挂孔；
所述吊挂销轴的两端分别与所述前穿装孔和所述后穿装孔连接；所述吊挂销轴至少一端与所述前穿装孔或所述后穿装孔弹性契紧连接，所述吊挂销轴两端之间的外径与夹钳主体的安装孔内径相配。
采用该装置的制动夹钳单元，包括中部分别铰装在夹钳主体两侧的一对制动杠杆，所述夹钳主体装有制动驱动机构，所述制动杠杆的一端通过闸片托架装有制动闸片；
所述夹钳主体通过吊挂装置吊装于车辆转向架上，所述吊装装置由相互分离的前吊挂和后吊挂以及吊挂销轴组成；
所述前吊挂具有垂向呈T形的前主体；所述前主体的下部制有水平的前穿装孔，上部两端分别制有垂向的前吊挂孔；所述前穿装孔后部延伸出上表面制有防偏摆约束平面的定位杆；
所述后吊挂具有垂向呈T形的后主体；所述后主体的下部制有水平的后穿装孔，上部两端分别制有垂向的后吊挂孔；
所述吊挂销轴前端与所述前穿装孔紧配，后端与所述后穿装孔弹性契紧连接，两端之间的外径与夹钳主体的安装孔内径相配。
采用该装置的制动夹钳单元吊挂连接方法包括以下步骤：
第一步、将前吊挂的前穿装孔过盈压装到吊挂销轴的前端，使其成为整体；
第二步、将带有前吊挂的吊挂销轴由前朝后穿过夹钳主体上的水平安装孔，直至轴向限位；
第三步、借助与夹钳主体紧固连接的压板将定位杆的防偏摆约束平面压持于制动夹钳单元的夹钳主体上；
第四步、将后吊挂套装于吊挂销轴的后端，并借助连接件弹性契紧连接；
第五步、借助由下至上分别穿过前主体的前吊挂孔和后主体的后穿装孔的紧固件将制动夹钳单元吊装于车辆转向架上。
与现有技术相比，由于本发明前、后吊挂分体，不仅由于单独制造使得铸造、机加工的工艺性良好，有利于降低制造成本，提高产品的成品率；更重要的是由于前、后吊挂分体结构在吊挂销轴上的轴向、周向相对位置可以按需调适，因此可以有效减小内应力，从而显著延长制动夹钳单元吊挂装置的疲劳寿命。此外，前、后吊挂分体结构省去了原先相互之间的实体连接部分，因此使得制动夹钳单元分体连接组件的整体重量明显减轻，同时拆装和调试也更加方便，且便于以较低的模具成本生产模块化程度高的谱系化产品，从而能够适用于不同转向架的接口要求，实现快速响应用户的需求。
附图说明
以下结合附图给出的实施例对本发明作进一步详细的说明。
图1是本发明一个实施例各零件组装后的立体结构示意图。
图2是图1实施例与制动夹钳主体的安装结构剖视示意图。
图3是采用图1实施例的制动夹钳单元立体结构示意图。
图4是图1实施例的前吊挂立体结构示意图。
图5是图1实施例的前吊挂平面投影结构示意图。
图6是图5的左视结构示意图。
图7是图6的仰视结构示意图。
图8是图1实施例的后吊挂立体结构示意图。
图9是图1实施例的后吊挂平面投影结构示意图。
图10是现有技术的吊装受力图。
图11是图1实施例的吊装受力图。
具体实施方式
实施例一
本实施例的吊挂装置D如图1和图2所示，包括相互分离的前吊挂2和后吊挂3以及用于安装时连接夹钳主体J的吊挂销轴1。
前吊挂2如图4至图7所示，具有垂向呈T形的前主体2.1，前主体2.1的下部制有水平的前穿装孔2.2。前主体2.1的上部的前端面呈朝前凸出的弯弧状，两端分别制有垂向的前吊挂孔2.4。两前吊挂孔2.4的后部分别延伸出下表面制有防偏摆约束平面2.31的定位杆2.3。如图２和图３所示，防偏摆约束平面2.31用于与通过紧固螺钉5固定于夹钳主体J顶部上方的压板6配合。
后吊挂3如图8、图9所示，具有垂向呈T形的后主体3.1，后主体3.1的下部制有水平的后穿装孔3.2，上部两端分别制有垂向的后吊挂孔3.3。
需要说明的是，前述前主体2.1、后主体3.1均为垂向呈T形是指前主体2.1、后主体3.1的垂向截面与“T”形大致相似。前主体2.1由大致相互垂直的上部和下部连接而成，其中上部的两端设置有两个垂向的前吊挂孔2.4，两个垂向的前吊挂孔2.4之间的连接水平面低于两个垂向的前吊挂孔2.4的顶面，这样有利于减少连接时的内应力。
吊挂销轴1参见图2，前端为与前穿装孔2.2紧配的缩径段1.1，后端为与后穿装孔3.2可以弹性契紧的锥度段1.2，其锥度为1°-4°、优选2°-3°，吊挂销轴1的后端面具有轴向螺纹孔。当借助拧入轴向螺纹孔的轴端螺钉通过弹性蝶簧垫圈7压持后穿装孔3.2的后端面时，即构成了本实施例吊挂销轴1后端与后穿装孔3.2的弹性契紧连接结构。吊挂销轴1两端之间的中间段1.3的外径与夹钳主体J的安装孔内径相配。
弹性契紧连接结构的具体结构包括：后吊挂3的后穿装孔3.2的后端面设置有容纳弹性蝶簧垫圈7的扩径孔，且弹性蝶簧垫圈7套置于吊挂销轴1的锥度段1.2上。除了蝶簧垫圈7外，还有一个平面垫圈，套置在轴端螺钉的杆身上，垫圈的前端面同时与吊装销轴和蝶簧垫圈7相抵持，垫圈的后端面抵持在轴端螺钉的法兰面上，即轴端螺钉与后吊挂的台阶和吊挂销轴的后端面之间装有套装在吊挂销轴上的垫圈。
采用本实施吊挂装置D的一种制动夹钳单元J的结构如图3所示，包括中部分别铰装在夹钳主体J1两侧的一对制动杠杆J2，制动杠杆J2的一端通过闸片托架J4装有制动闸片，另一端装有缓解间隙调整机构J3。内装制动驱动机构的夹钳主体J1具有前、后两个衬有带密封圈铜套4的安装孔，通过吊挂装置D吊装于车辆转向架上。两个铜套4的安装孔内表面沟槽处衬有密封圈。
吊挂装置D的吊装销轴穿过夹钳主体J1的安装孔，吊挂装置D的前吊挂通过设置在前主体上的定位杆的防偏摆约束平面2.31与通过紧固螺钉5固定于夹钳主体J顶部上方的压板6配合，以对制动夹钳单元的左右偏摆进行限制。
本实施例制动夹钳单元J的详细结构可参见申请号为201120029779.1 、201220106387.5以及201210075036.7的中国专利文献，不另赘述。可以理解 ，本实施吊挂装置D也可以应用于其它结构形式的制动夹钳单元，如制动驱动机构可以是独立于夹钳主体之外，且制动驱动机构内设置有缓解间隙调整机构，一对制动杠杆J2的另一端分别与制动驱动机构的缸体端和活塞杆伸出端连接。
以下结合图2和图3，详述采用本实施例吊挂装置D的制动夹钳单元吊挂连接步骤：
第一步、将前吊挂2的前穿装孔2.2过盈压装到吊挂销轴1的前端缩径段1.1，使两者成为整体。
第二步、将带有前吊挂2的吊挂销轴1由前朝后穿过夹钳主体J上的水平安装孔，直至图2所示的轴向限位。
第三步、借助通过紧固螺钉5与夹钳主体J1连接的压板6将前吊挂的定位杆2.3的防偏摆约束平面2.31压持于制动夹钳单元J的夹钳主体J1上。
第四步、将后吊挂2套装于吊挂销轴1的后端的锥度段1.2，并借助轴端螺钉通过弹性蝶簧垫圈7压持后穿装孔3.2的后端面，构成弹性契紧连接结构。
第五步、借助由下至上分别穿过前主体2的前吊挂孔2.4和后主体3的后穿装孔3.3的四个紧固螺栓将制动夹钳单元吊J装于车辆转向架上。
本实施例的分体式吊挂装置与转向架连接时的优选方式为，先紧固前吊挂两个吊挂点，转动后吊挂，使后吊挂找到合适的姿态，紧固后吊挂两个吊挂点。
轴端螺栓可以利用碟簧的压缩力将后吊挂顶在销轴的锥面上，在外力干预下，后吊挂可以克服弹簧力，使后吊挂绕吊挂销轴转动。紧固后，分体式吊挂装置的连接组件可通过碟簧调整后吊挂与夹钳主体的安装孔、吊挂销轴等各零件的接触状态。克服整体式连接组件紧固后因机加工精度不足或零件变形引起的内部应力。车辆运行时，制动夹钳主体跟随转向架产生纵向、横向、垂向振动，制动夹钳主体的高频次振动对连接组件造成反复冲击，对连接螺栓也是一个考验。此时，分体式连接可以通过后吊挂与吊挂销轴之间的柔性连接（即弹性契紧连接）减轻振动带来的冲击，有效避免振动对连接件（如连接螺栓）的破坏。
如图11所示，分析可知，本实施例安装后转向架受到的重力P由前、后吊挂大致各分担P/2。此时分体式吊挂装置的后吊挂处的弹性契紧连接结构未完全约束绕吊挂销轴转位以及轴向窜动的自由度，因此即使前、后吊挂存在一些制造、安装精度误差，也能在车辆运行的扰动作用下自动调适，从而能够消除前吊挂与后吊挂之间内部应力，有效避免制动夹钳单元吊挂装置及其连接螺栓在运行中因存在内应力导致的疲劳断裂。
试验表明，本实施例具有如下特点：
1）前后分体式吊挂结构至少在吊挂销轴一端的轴向、周向的相对位置可以按需调适，因此可以有效减小内应力，从而显著延长制动夹钳单元吊挂装置的疲劳寿命；
2）弹性契紧的柔性连接结构至少使得前后分体式吊挂结构的前、后吊挂处之一具有周向及轴向自适应性，对连接螺栓的抗疲劳十分有益，并且在列车运行过程中还可以起到缓解振动冲击的作用；
2）前吊挂设置有防偏摆机构，可以有效限制夹钳单元的偏摆，减少闸片偏磨，确保制动可靠和车辆的运行安全；
3）吊挂销轴的一端采用过盈压装固定，另一端采用小角度锥段加弹性碟簧和垫片、轴端螺钉紧固，拆装以及调试均十分方便；
4）前后分体式吊挂结构不仅省去了原先前后的实体连接部分，而且降低了铸造及机加工难度，结果重量减轻15%，生产成本降低20%。
5）前后分体式吊挂结构便于模块化设计，能够适用于不同车型的转向架接口，应用范围广，有效减少了模具成本，提高了谱系化产品的模块化程度，便于快速响应用户需求。
除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。例如，前吊挂也采用与本实施例后吊挂类同的结构；或者将本实施例的前、后吊挂结构互换；等等。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。