多次变刚度止挡的设计方法及产品与流程

本发明涉及安装在车体和构架间的减振用止挡的设计方法和产品，主要涉及在承载过程中可多次变刚度的止挡的设计方法及产品，满足高速重载机车运行过程中，止挡需多次变刚度的要求，属于机车车辆减振降噪技术领域。

背景技术：

轨道车辆中用的止挡是常用的一种橡胶金属复合的减振、限位元件，主要作用为限制车体和构架的位移、保护车体和构架冲击不破坏。采用金属件与橡胶通过胶黏剂在一定的温度和压力下硫化成一个整体，其作用是采用硫化橡胶起减振缓冲作用，金属件起支承和安装接口。在现有的止挡产品中，一般采用单次刚度设计,在受载情况下，刚度不会出现“阶梯式”变化，产品刚度单一，若要实现多次变刚度需要几个产品组合使用，占用空间大，更换维修等都不方便。

通过国内检索发现，国内轨道车辆用橡胶止挡，可现实承载过程中的一次或两次变刚度：

申请号为 201210036717.2，名称为《一种复合橡胶止挡变刚度缓和过渡方法及复合橡胶止挡》的中国发明专利，此发明公开的橡胶止挡组装方便，又能够实现变刚度缓和过渡带硬止挡功能，并容易改变刚度拐点。通过橡胶与尼龙板中间的凸台的接触，现实止挡刚度的拐点变化。

申请号为201520216990.2，名称为《一种转向架用二次变刚度横向止挡》的中国实用新型专利，公开了一种转向架用二次变刚度横向止挡，通过弹性橡胶体内腔与底座板凸出部一和底座板凸出部二相紧贴接触来实现第一次变刚度，通过顶板凸台与底座板凹槽底面相紧贴接触来实现第二次变刚度。

随着机车车辆技术的发展，特别是高速重载机车技术的发展，止挡为了更好地满足保证车辆的动力学和安全性要求，要求变刚度次数越来越多。上述的两个专利，只能现实止挡在承载过程中的一次变刚度或两次变刚度，而不能现实止挡在承载过程中的多次变刚度，难以满足高速重载机车运行过程中，止挡需多次变刚度的要求，提供一种在承载过程中能多次变刚度且占用空间小的止挡，可更好地满足保证高速重载机车的动力学和安全性要求。

技术实现要素：

本发明针对现有技术中的单个止挡，在承载中无法现实多次变刚度，若同时安装多个止挡来现实承载过程中的多次变刚度，在构架和车体间占用空间大的技术问题，提供了多次变刚度止挡的设计方法及产品，现实对单个止挡在承载过程中多次变刚度， 并对变刚度的次数，刚度变化的大小和刚度变化的位置进行设计，满足不同工况的高速重载机车对止挡变刚度的不同要求。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：多次变刚度止挡的设计方法，由硫化连接的上块、橡胶体和底座组成止挡，上块连接在橡胶体顶部的中间位置，底座置于上块下方连接在橡胶体的外围形成锥形止挡，其特征在于所述的橡胶体的底面为由多段不同斜率和长度的环形平面组合形成的锥形波浪面，并且所述的橡胶体的底面从上块到底座高度逐渐降低，使得越靠近上块锥形波浪面的波谷的位置越高，在止挡承载向下变形过程中，橡胶体底面的波谷从低到高依次与构架相接触使橡胶体的受载面积依次增加，现实止挡多次变刚度，通过设计橡胶体底面的锥形波浪面形状来调整止挡在承载过程中的变刚度的次数、刚度变化的大小以及刚度变化的位置。

进一步的，设计橡胶体底面中环形平面的数量，调整橡胶体底面的锥形波浪面中波谷的数量，从而调整止挡在承载过程中变刚度次数。橡胶体底面中环形平面的数量越多，由不同斜率和长度的环形平面形成的波谷的数量越多，当橡胶体底面的一个波谷与构架接触时，橡胶体的受载面积迅速增加，现实止挡的一次变刚度，波谷的数量越多止挡在承载过程中变刚度的次数就越多。

进一步的，设计橡胶体底面中各环形平面的斜率、长度，调整止挡在承载过程中每次刚度变化的大小和刚度变化的位置。各环形平面的斜率和长度，决定了橡胶体底面中相邻的波谷间的距离，相邻的波谷间的距离越大相邻的两次变刚度体现在止挡向下变位位移中的位置相距越远，各环形平面的斜率，决定了橡胶体底面的波谷接触构架时，橡胶体的承载面积的变化大小，承载面积变化越大则止挡的刚度变化越大。

进一步的，所述的橡胶体的顶面也为由多段不同斜率和长度的环形平面组成形成的锥形波浪面，降低橡胶应力，提高止挡在变形过程中的稳定性。

进一步，所述的橡胶体底面的环形平面中，相邻的两个环形平面通过环形圆弧面过度，在止挡变形过程中降低各环形平面间的应力，橡胶底面始终保持平滑，不会产生褶皱和开裂，保护橡胶体底面在承载变形过程中不受损坏。

进一步 ，所述的橡胶体顶面的环形平面中，相邻的两个环形平面通过环形圆弧面过度，橡胶顶面在变形过程中始终保持平滑，不会产生褶皱和开裂，保护橡胶体顶面在承载变形过程中不受损坏。

采用权利以上所述的多次变刚度止挡的设计方法设计的止挡，由硫化连接的上块、橡胶体和底座组成止挡，上块连接在橡胶体顶部的中间位置，底座置于上块下方连接在橡胶体的外围形成锥形止挡，其特征在于所述的橡胶体的底面为由多段不同斜率和长度的环形平面组合形成的锥形波浪面，并且所述的橡胶体的底面从上块到底座高度逐渐降低，使得越靠近上块锥形波浪面的波谷的位置越高，止挡承载向下变形，橡胶体底面的波谷从低到高依次与构架相接触，橡胶体受载面积依次增加，止挡现实多次变刚度。

进一步，改变所述的橡胶体底面中环形平面的数量即改变橡胶体底面的锥形波浪面中波谷的数量，从而调整止挡在承载过程中变刚度次数；改变橡胶体底面中各环形平面的斜率和长度，从而调整止挡在承载过程中每次刚度变化的大小和刚度变化的位置。

进一步的，所述的橡胶体底面的环形平面中，相邻的两个环形平面通过环形圆弧面过度。在止挡变形过程中降低各环形平面间的应力，橡胶底面始终保持平滑，不会产生褶皱和开裂，保护橡胶体底面在承载变形过程中不受损坏。

进一步的，所述的橡胶体的顶面也为由多段不同斜率和长度的环形平面组成形成的锥形波浪面，且相邻的两个环形平面通过环形圆弧面过度。在止挡变形中过程降低各环形平面间的应力，橡胶顶面始终保持平滑，不会产生褶皱和开裂，保护橡胶体顶面在承载变形过程中不受损坏。

本发明的有益效果是：

1、将橡胶体底面设计成由多个环形平面组合形成的锥形波浪面，且锥形波浪面中波谷的位置从下到上依次递增，在止挡承载向下变形的过程中，橡胶体底面的波谷从低到高依次与构架相接触，每个波谷与构架的接触即为止挡的一次变刚度，通过对橡胶体底面形状的设计，解决了现有技术中的单个止挡，在承载中无法现实多次变刚度的技术问题，现实了单个止挡在承载过程中的多次变刚度。

2、根据不同高速重载机车的运行工况，设计止挡的橡胶体底面的锥形波浪面形状，调整止挡在承载过程中变刚度的次数、刚度变化的大小以及刚度变化的位置，满足不同工况的高速重载机车对止挡变刚度的不同要求。

3、在单个止挡中现实多次变刚度，避免在构架和车体间安装多个止挡，止挡的占用空间大幅减小，解决了同时安装多个止挡来现实承载过程中的多次变刚度，在构架和车体间占用空间大的技术问题。

4、止挡的多次变刚度过程的可控性强，止挡减振降噪性能的可控性更高，更好地满足保证车辆的动力学和安全性要求。

附图说明

图1为实施例中的止挡的结构示意图。

图2为实施例中的止挡在承载中橡胶体底面的波谷与构架依次接触的状态变化过程图。

图3为实施例中的止挡在承载过程中刚度曲线图。

具体实施方式

下面结合图1至图3对本发明的实施例做详细说明。

本发明中的多次变刚度止挡的设计方法的一个具体实施例，由硫化连接的上块1、橡胶体2和底座3组成止挡，如图1所示，上块1连接在橡胶体2顶部的中间位置，底座3置于上块1下方连接在橡胶体2的外围形成锥形止挡，所述的橡胶体2的底面1有4段不同斜率和长度的环形平面21、22、23.24，形成锥形波浪面，并且环形平面22和23之间形成的第一个波谷2.1所在位置高于环形平面24形成的第二个波谷2.2的位置，第一个波谷2.1处于环形平面22与环形平面23之间的最低处，第二个波谷2.1处于环形平面24的最低处。在止挡承载变形过程中，橡胶体2底面的波谷从低到高依次与构架相接触即第一个波谷2.1首先与构架接触，橡胶体2的受载面积迅速增加，止挡的现实第一次变刚度，止挡继续向下变形，第二个波谷2.2与构架接触，橡胶体2的受载面积再次迅速增加，止挡现实第二次变刚度。通过设计橡胶体2底面的锥形波浪面形状来调整止挡在承载过程中的变刚度的次数、刚度变化的大小以及刚度变化的位置，具休来说是指：其一、设计橡胶体底面中环形平面的数量，调整橡胶体底面的锥形波浪面中波谷的数量，从而调整止挡在承载过程中变刚度次数。橡胶体底面中环形平面的数量越多，由不同斜率和长度的环形平面形成的波谷的数量越多，当橡胶体底面的一个波谷与构架接触时，橡胶体的受载面积迅速增加，现实止挡的一次变刚度，波谷的数量越多止挡在承载过程中变刚度的次数就越多。其二、设计橡胶体底面中各环形平面的斜率、长度，调整止挡在承载过程中每次刚度变化的大小和刚度变化的位置。各环形平面的斜率和长度，决定了橡胶体底面中相邻的波谷间的距离，相邻的波谷间的距离越大相邻的两次变刚度体现在止挡向下变位位移中的位置相距越远，各环形平面的斜率，决定了橡胶体底面的波谷接触构架时，橡胶体的承载面积的变化大小，承载面积变化越大则止挡的刚度变化越大。

本实施例中，环形平面21和22间通过环形圆弧面过渡，环形平面22和23之间通过环形圆弧面过渡，环形平面23和24之间通过环形圆弧面过渡，在止挡变形过程中降低各环形平面间的应力，橡胶底面始终保持平滑，不会产生褶皱和开裂，保护橡胶体底面在承载变形过程中不受损坏。所述的橡胶体2的顶面为由环形平面25和环形平面26组成，环形平面25和环形平面26之间通过环形圆弧面过渡，形成锥形波浪面，降低橡胶应力，橡胶顶面在变形过程中始终保持平滑，不会产生褶皱和开裂，保护橡胶体顶面在承载变形过程中不受损坏。

如图2所示为本实施例中的止挡在承载中橡胶体底面的波谷与构架依次接触的状态变化过程图。其中A为止挡开始承载时的状态图，B为止挡发生第一次变刚度时，第一个波谷2.1与构架接触时的状态图，C为止挡发生第二次变刚度，第二个波谷2.2与构架接触的状态图。图2的A中，止挡开始承载，还没有发生向下变形，橡胶体2的底面未与构架相接触，止挡的初始刚度为0，表现在图3中刚度曲线的起点刚度为零，从图2中A状态至B状态的过程中，止挡的刚度沿图3中的0-S1的曲线增加，曲线0-S1为类似线性，当第一个波谷2.1与构架相接触时，止挡变形为图2中B状态，止挡的受载面积迅速增加，橡胶体2底面的第一个波谷2.1以外的橡胶体2与上块1一起承载，止挡现实第一次变刚度，止挡的刚度值为S1即为止挡刚度曲线的第一个拐点刚度值，止挡继续承载向下变形，从图2中的B状态至C状态的过程中，止挡的刚度沿图3中的S1-S2之间的曲线增加，当第二个波谷2.2与构架相接触时，止挡变形为图2中的C状态，止挡的受载面积再次迅速增加，橡胶体2底面的第二个波谷2.2以外的橡胶体2与上块1一起承载，止挡现实第二次变刚度，止挡的刚度值为S2即为止挡刚度曲线的第二个拐点刚度值，第二个波谷2.2与构架接触后，止挡的刚度沿S2以上的曲线增加，当止挡的变形位移达到最大值，上块1与构架相接触时，止挡的刚度达到最大值，完成车体与构架间的减振缓冲过程。

采用以上所述的多次变刚度止挡的设计方法设计的止挡，由硫化连接的上块1、橡胶体2和底座3组成止挡，上块1连接在橡胶体2顶部的中间位置，底座3置于上块1下方连接在橡胶体2的外围形成锥形止挡，所述的橡胶体2的底面为由四段不同斜率和长度的环形平面21、22、23、24组合形成的锥形波浪面，并且所述的橡胶体2的底面从上块1到底座3高度逐渐降低，使得越靠近上块2锥形波浪面的波谷的位置越高，环形平面22和23之间形成的第一个波谷2.1所在位置高于环形平面24形成的第二个波谷2.2的位置，第一个波谷2.1处于环形平面22与环形平面23之间的最低处，第二个波谷2.1处于环形平面24的最低处。止挡承载向下变形，橡胶体2底面的波谷从低到高依次与构架相接触，第一个波谷2.1首先与构架接触，橡胶体2的受载面积迅速增加，止挡的现实第一次变刚度，止挡继续向下变形，第二个波谷2.2与构架接触，橡胶体2的受载面积再次迅速增加，止挡现实第二次变刚度。环形平面21和22间通过环形圆弧面过渡，环形平面22和23之间通过环形圆弧面过渡，环形平面23和24之间通过环形圆弧面过渡，在止挡变形过程中降低各环形平面间的应力，橡胶底面始终保持平滑，不会产生褶皱和开裂，保护橡胶体底面在承载变形过程中不受损坏。所述的橡胶体2的顶面为由环形平面25和环形平面26组成，环形平面25和环形平面26之间通过环形圆弧面过渡，形成锥形波浪面，降低橡胶应力，橡胶顶面在变形过程中始终保持平滑，不会产生褶皱和开裂，保护橡胶体顶面在承载变形过程中不受损坏。

改变以上所述的橡胶体2底面中环形平面的数量即改变橡胶体底面的锥形波浪面中波谷的数量，从而调整止挡在承载过程中变刚度次数。橡胶体底面中环形平面的数量越多，由不同斜率和长度的环形平面形成的波谷的数量越多，当橡胶体底面的一个波谷与构架接触时，橡胶体的受载面积迅速增加，现实止挡的一次变刚度，波谷的数量越多止挡在承载过程中变刚度的次数就越多。改变橡胶体底面中各环形平面的斜率、长度，调整止挡在承载过程中每次刚度变化的大小和刚度变化的位置。各环形平面的斜率和长度，决定了橡胶体底面中相邻的波谷间的距离，相邻的波谷间的距离越大相邻的两次变刚度体现在止挡向下变位位移中的位置相距越远，各环形平面的斜率，决定了橡胶体底面的波谷接触构架时，橡胶体的承载面积的变化大小，承载面积变化越大则止挡的刚度变化越大。

采用以上所述的多次变刚度止挡，安装在车体与构架之间，在底座3的两侧开设安装孔31，将底座3安装在构架上，上块1与车体接触，当车体与构架间发生冲击时，上块1受车体的承载向下移动，使橡胶体2发生向下发生变形，通过橡胶体2底面的波谷与构架的接触，迅速增加止挡的受载面积，现实止挡的变刚度，根据不能高速重载机车的运行工况，改变止挡底面的锥形波浪面形状，使止挡在承载过程中，变刚度的次数，刚度变化的大小和刚度变化的位置，满足不同工况的高速重载机车对止挡变刚度的不同要求。对橡胶体2底面环形平面数量、长度及斜率的调整，控制止挡多次变刚度过程，进而控制止挡减振降噪的效率，提高满足保证车辆的动力学和安全性要求。

本发明的有益效果是：

1．将橡胶体底面设计成由多个环形平面组合形成的锥形波浪面，且锥形波浪面中波谷的位置从下到上依次递增，在止挡承载向下变形的过程中，橡胶体底面的波谷从低到高依次与构架相接触，每个波谷与构架的接触即为止挡的一次变刚度，通过对橡胶体底面形状的设计，解决了现有技术中的单个止挡，在承载中无法现实多次变刚度的技术问题，现实了单个止挡在承载过程中的多次变刚度。

2．根据不同高速重载机车的运行工况，设计止挡的橡胶体底面的锥形波浪面形状，调整止挡在承载过程中变刚度的次数、刚度变化的大小以及刚度变化的位置，满足不同工况的高速重载机车对止挡变刚度的不同要求。

3．在单个止挡中现实多次变刚度，避免在构架和车体间安装多个止挡，止挡的占用空间大幅减小，解决了同时安装多个止挡来现实承载过程中的多次变刚度，在构架和车体间占用空间大的技术问题。

4．止挡的多次变刚度过程的可控性强，止挡减振降噪性能的可控性更高，更好地满足保证车辆的动力学和安全性要求。

以上结合附图对本发明的实施例的技术方案进行完整描述，需要说明的是所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。