一种板弹簧保护结构和悬挂系统的制作方法

1.本发明属于转向架一系悬挂系统领域，具体是涉及一种板弹簧保护结构和悬挂系统。


背景技术：

2.转向架是轨道车辆关键部件之一，其性能几乎决定了整车的动力学性能。而一系悬挂是转向架重要组成部分，其可靠性直接关系到整车的行车安全。目前常用的一系悬挂系统多由钢螺旋弹簧或橡胶弹簧组成，普通的沙石冲击对一系悬挂系统不会造成影响。当复合材料应用于一系悬挂时，高速下的沙石冲击会对复合材料造成损伤，严重影响其可靠性和使用寿命。
3.应用于一系悬挂的复合材料板弹簧，其中部约束，两侧变形区域与周围配合件形成空腔，由于结构空间和结构强度限制，很难设计有效的排水结构。车辆运行或存放最低温度低于0℃，当处于低温环境中时，复合材料板弹簧与周围配合件形成的空腔中堆积的雪、水将结成冰，当形成的冰到一定高度时，会接触到板弹簧表面，从而对复合材料造成损伤，严重影响其可靠性和使用寿命。
4.板弹簧主要为两片对扣式椭圆形板弹簧。椭圆形板弹簧上、下板弹簧在受到垂向载荷时，两端向外伸长同时端部绕板弹簧宽度方向的轴转动。其端部连接装置不仅连接上下板弹簧、传递垂向力，在垂向受载过程中上下板弹簧间可以绕共端部轴心转动并且长度方向上伸长。但在实际应用工况中，板弹簧的上、下弹簧片的刚度不可能完全相同，因此在受载时上、下弹簧片的伸长量不可能完全一致。
5.为了解决上述问题，现有技术中多采用叠层弹簧或橡胶衬套的端部连接方式，其设计核心都集中在如何实现端部连接装置对上、下弹簧片起连接作用，能传递垂向承载力，且可通过橡胶衬套使得板弹簧在承受载荷时消除上、下弹簧片之间的纵向位移，并使得上、下弹簧片可绕两端部转动。其连接多采用销孔配合和螺栓连接，能起到一定的防脱出作用，但销孔配合和螺栓连接都需要在板弹簧本体上加工孔，会导致连续纤维断裂，大幅降低板弹簧本体寿命。


技术实现要素：

6.本发明要解决的技术问题是提供一种板弹簧保护结构和悬挂系统，可以有效的保护板弹簧，防止损伤。
7.本技术提供一种板弹簧保护结构，包括设置在板弹簧的上下外表面且和板弹簧的弹簧片贴合的弹性块，和弹簧片贴合的弹性块的一侧的形状与弹簧片形状相匹配，所述弹性块的另一侧的形状和安装件的形状相匹配，所述弹性块的两端延伸至板弹簧的端部连接件。
8.所述板弹簧的上下外表面为板弹簧的上弹簧片的上表面以及下弹簧片的下表面。所述贴合的意思为紧贴，一般来说，安装件为平直形状，即为水平面，那么弹性块的形状为
中部薄，两端逐渐厚的形状，弹性块将弹簧片和安装件之间的空间填满，防止外部杂物，比如碎石、冰块进入上述空间，在挤压的过程中损伤板弹簧或相关附件。
9.一个实施例中，所述弹性块还包括覆盖端部连接件或者露出至板弹簧外的弹性块延伸段。
10.一个实施例中，板弹簧保护结构包括设置在板弹簧的上弹簧片上部的上压板以及围合在上弹簧片上且两端和上压板连接的呈u型的上夹板。
11.一个实施例中，板弹簧保护结构包括设置在板弹簧的下弹簧片上部的垂向止挡以及设置在板弹簧的下弹簧片下部的下压板。
12.一个实施例中，所述安装件为安装在板弹簧上部的转向架以及安装在板弹簧下部的橡胶弹簧。所述弹性块的另一侧的形状为平直型，其和安装件的形状匹配。
13.本发明提供一种悬挂系统，包括板弹簧以及设置在板弹簧上的所述板弹簧保护结构，所述板弹簧包括连接两块上下相对设置的弹簧片的端部连接件，所述端部连接件包括转轴以及套接在转轴上的分别固定两块弹簧片的两个能相对转动的固定座，所述固定座包括围合弹簧片端部至少三个方向的围合部，以固定弹簧片。
14.本发明的所述的三个方向，至少包括弹簧片的底部、上部和端部，还可以包括弹簧片的1个或2个侧部。至少三个方向的围合部，以固定弹簧片，保证上下弹簧片纵向和横向定位以及限制纵向和横向移动，同时防止上下弹簧片垂向脱开和纵向移位。
15.所述固定座包括套接在转轴上的固定套、固定在固定套上且和弹簧片适配的承载板以及固定在承载板上且位于弹簧片端部的端部挡板和位于弹簧片侧部的侧面挡板，所述弹簧片上设置有端部限位板，所述端部限位板上设置有卡槽，端部挡板或者侧面挡板上固定有和卡槽适配的用于固定弹簧片的扣板。
16.所述承载板和弹簧片适配，所述端部挡板位于弹簧片端部，所述侧面挡板位于弹簧片侧部。
17.在一个实施例中，所述固定座包括固定一个弹簧片的2个支撑座以及固定另一个弹簧片的2个外套座，2个支撑座位于2个外套座的两侧，本发明的端部连接件有2个，每个端部连接件中含有4个固定座，4个固定座相互之间都是独立的，两个固定座在中间，为外套座，两个固定座在两端，为支撑座，优选的，外套座用于固定下弹簧片，支撑座用于固定上弹簧片，可以避免外套座中部与支撑座之间形成的便于转动的空腔内积水或杂物，造成端部连接件损伤；外套座位于中间，可以更好的承载压力。本技术的端部连接件有2个，分别设置在弹簧片的两端，弹簧片包括上弹簧片和下弹簧片，本技术的支撑座的承载板和上弹簧片的上部适配，贴合，本技术的外套座的承载板和下弹簧片的上部适配，贴合。具体来说，对于下弹簧片来说，下弹簧片的端部抵靠端部挡板，下弹簧片的侧部抵靠侧面挡板，下弹簧片的下部抵靠扣板，因此，下弹簧片的端部的5个方向都被端部连接件所限制，同理，上弹簧片的两端也被限制。且弹簧片上并没有开设任何的槽孔，避免弹簧片的连续纤维被切断，保证了弹簧片的结构强度，可以有效的延长板弹簧的使用寿命。
18.为了进一步的限制端部连接件与弹簧片的相对位移，本技术在弹簧片上设置有端部限位板，所述端部限位板上设置有卡槽，卡槽和扣板配合，进一步的限制了弹簧片和端部连接件产生位移的可能，防止弹簧片在复杂工况下和端部连接件产生移位，导致弹簧片从端部连接件中脱出，损伤弹簧片和端部连接件。
19.在一个实施例中，所述侧面挡板上固定有和卡槽适配的用于固定弹簧片的扣板，扣板设置在侧面挡板上，一方面离力矩中心更近，另一方面包裹性更好，可以更好的防止弹簧片从端部连接件中脱出，以及弹簧片和端部连接件的损伤。
20.在一个实施例中，所述端部限位板为玻纤板，其可以和弹簧片的材质相同，可以更好的一体化，同时又可以避免对弹簧片的主体产生损伤。
21.在一个实施例中，所述转轴内设置有通孔，还包括穿过通孔的用于使2个固定座铰接的螺栓，螺栓的端部通过螺母固定，结构简单。
22.在一个实施例中，所述转轴上设置有衬套(优选为橡胶衬套)，所述外套座套接在衬套上，所述支撑座套接在转轴上，本发明的衬套并不是位于转轴的全部，只位于中部，即外套座所在的位置，此时，外套座和支撑座之间需要有不同的孔径以适配中部不同的转轴直径，因此，外套座和支撑座之间会被橡胶衬套在一定程度上隔离，防止两者在转动时，相互挤压碰撞，损坏彼此，另外，衬套也可以防止转动时，损坏转轴和固定座。
23.在一个实施例中，所述弹簧片的中部设置有垫板，垫板优选为非金属垫板。
24.在一个实施例中，所述弹簧片从中部到端部包括依次连接的中部连接段、中间等应力段和端部连接段，所述中间等应力段的厚度按照抛物线的方式进行变化，可降低板弹簧层间剪切应力。
25.本发明的有益效果是，板弹簧在使用过程中，会处于压缩和伸展两个运动维度上反复运动，其需要保持板弹簧和安装件比如橡胶弹簧和转向架之间有足够的空间供上述运动，但是如果上述空间在运行过程中进入杂物，将导致在压缩过程中，杂物被挤压，此时，一方面减少了空间的体积，另一方面将导致杂物处的板弹簧的受力明显高于其他部位，这种情况下，很容易损伤板弹簧，但是因为板弹簧运行时，需要这个空间，所以技术人员一般不会去把这个空间填满，一般的做法主要为保持环境清洁，定时清理等尽量降低杂物进入上述空间的可能性。本发明的弹性块采用硅橡胶、聚氨酯等弹性高分子材料通过发泡工艺制作，具有优异的压缩弹性，非常小的密度，其刚度比板弹簧本体刚度小20倍以上，本发明使用弹性块填充板弹簧和安装件之间的空间，可随板弹簧的变形而变形，不会影响整体的刚度性能，彻底的避免了损伤的可能，更重要的是，其保持了可压缩的空间，不会产生额外的阻力，不会影响板弹簧本身的运行。
26.本发明实现了端部连接的功能，具有防脱出结构，没有破坏板弹簧增强纤维的连续性，有效的降低了维护成本，延长了板弹簧的使用寿命。
27.本发明采用端部连接件，在不损伤板弹簧端部纤维连续性的情况下，对上、下弹簧片起连接作用，可传递垂向承载力，且板弹簧的上、下弹簧片可由纤维增强复合材料制成，并使得板弹簧在承受载荷时可消除上、下弹簧片之间的纵向位移并能绕两端部转动，具有防脱出结构，有效提高了复合材料板弹簧本体的使用寿命以及总成的安全性、可靠性；本发明采用的板弹簧结构应力分布均匀且用材料最少，可降低层间剪切应力，以及采用可靠性高的非金属垫板，都可以提高复合材料板弹簧本体的可靠性，降低生产和维护成本。
附图说明
28.图1为本发明的一个实施例的板弹簧的结构示意图。
29.图2为本发明的一个实施例的弹簧片侧视示意图。
30.图3为本发明的一个实施例的端部连接件分解示意图。
31.图4为本发明的一个实施例的外套座结构示意图。
32.图5为本发明的一个实施例的支撑座结构示意图。
33.图6为本发明的一个实施例的板弹簧保护结构组装示意图。
34.图7为本发明的一个实施例的板弹簧保护结构示意图。
35.图8为本发明的一个实施例的板弹簧保护结构的剖面结构示意图。
36.图9为弹性块的结构示意图。
37.在图中，1弹簧片，11中部连接段，12中间等应力段，13端部连接段，14为端部限位板，2端部连接件，21左支撑座，22左外套座，23右外套座，24右支撑座，25衬套，26螺栓，27垫片，28螺母，29转轴；211支撑座侧面挡板，212支撑座承载板，213支撑座端部挡板，214支撑座安装孔，215支撑座扣板；221外套座侧面挡板，222外套座承载板，223外套座端部挡板，224外套座安装孔，225外套座扣板，3垫板；4转向架，5橡胶弹簧，6垂向止挡，7弹性块，15上弹簧片，8上压板，9上夹板，10下压板，16下弹簧片，71弹性块延伸段。
具体实施方式
38.实施例1
39.一种板弹簧保护结构，包括设置在板弹簧的上下外表面且和板弹簧的弹簧片1贴合的弹性块7，和弹簧片1贴合的弹性块7的一侧的形状与弹簧片1形状相匹配，所述弹性块7的另一侧的形状和安装件的形状相匹配，所述弹性块7的两端延伸至板弹簧的端部连接件2。
40.所述安装件为安装在板弹簧上部的转向架4以及安装在板弹簧下部的橡胶弹簧5。所述弹性块的另一侧的形状为平直型，其和安装件的形状匹配。弹性块7粘接在转向架4和橡胶弹簧5上。弹性块7的上述形状即可以避免异物损伤，又不会影响板弹簧的运行。
41.所述弹性块7还包括覆盖端部连接件2或者露出至板弹簧外的弹性块延伸段71，弹性块延伸段71覆盖在板弹簧外露表面，可以有效保护板弹簧外露表面不受到砂石冲击。弹性块7的形状与板弹簧和安装配合面所形成的空腔的形状相同，组装后，弹性块7将空腔填满，以防沙石、水、雪等进入并堆积，影响可靠性和寿命。
42.板弹簧保护结构包括设置在板弹簧的上弹簧片15上部的上压板8以及围合在上弹簧片15上且两端和上压板8连接的呈u型的上夹板9。上压板8位于上弹簧片15中部上表面，避免板弹簧与其配合的安装件直接接触，有效保护板弹簧，提高其可靠性和使用寿命；上夹板9为u型，两侧通过螺栓连接到与板弹簧总成配合的安装件上，上夹板9与上弹簧片15内弧面之间设置有垫板3，避免上弹簧片15与上夹板9直接接触。
43.板弹簧保护结构包括设置在板弹簧的下弹簧片16上部的垂向止挡6以及设置在板弹簧的下弹簧片16下部的下压板10。垂向止挡6安装在上下弹簧片之间的空腔中，其可以通过螺栓连接到橡胶弹簧5的顶板上。下压板10位于下弹簧片16外弧面中部，避免下弹簧片16与橡胶弹簧5金属顶板直接接触；下弹簧片16内弧面中部设置由高分子的垫板3，避免板弹簧与垂向止挡6的金属底座直接接触。
44.板弹簧的上压板8四个角设有凹陷的缺口，与上夹板9四个角凸出的台阶配合，可以防止在组装的时候板弹簧的上压板8转动，降低组装难度，提高牢固度。
45.本发明的弹性块7由硅橡胶、聚氨酯等弹性高分子材料发泡工艺制作得到，具有优异的压缩弹性和非常小的材料密度。当复合材料板弹簧在车辆正常运行时，下弹簧片16会以固定载荷+振幅做开合变形，与橡胶弹簧5顶板之间形成的喇叭口也会随之做开合变形，弹性块7可以随着下弹簧片16的变形而变形，并且不影响整体的刚度性能，并且弹性块7重量非常轻，在实现功能的同时，系统重量增加非常小，不影响整体的轻量化。
46.弹性块7在模具中发泡成型，模具型腔形状与弹性块7形状相同，制作的弹性块7外表面连续闭合。不会有水进入内部气孔中，可以有效避免低温下由于内部存在的水结冰，而增大弹性块的刚度，影响整体性能。
47.实施例2
48.如图1-5所示，一种使用寿命长的板弹簧，包括连接两块上下相对设置的弹簧片1的端部连接件2，所述端部连接件2包括转轴29以及套接在转轴29上的固定两块弹簧片的2个固定座，所述固定座包括套接在转轴29上的固定套、固定在固定套上且和弹簧片1适配的承载板以及固定在承载板上且位于弹簧片1端部的端部挡板和位于弹簧片侧部的侧面挡板，所述弹簧片1上设置有端部限位板14，所述端部限位板14上设置有卡槽，端部挡板或者侧面挡板上固定有和卡槽适配的用于固定弹簧片的扣板。
49.弹簧片为弓形，两片弹簧片分置上下通过端部连接件2组成椭圆形板弹簧。弓形板弹簧采用采用单片结构，材料采用环氧树脂增强纤维预浸料，增强纤维为玻璃纤维、碳纤维等连续纤维。
50.所述侧面挡板上固定有和卡槽适配的用于固定弹簧片的扣板。
51.所述端部限位板14为玻纤板。
52.所述转轴29内设置有通孔，还包括穿过通孔的用于使2个固定座铰接的螺栓26。
53.所述固定座包括固定一个弹簧片的2个支撑座以及固定另一个弹簧片的2个外套座，2个支撑座位于2个外套座的两侧。
54.所述转轴29上设置有衬套25，所述外套座套接在衬套25上，所述支撑座套接在转轴29上。
55.所述衬套25为橡胶衬套。
56.如图3-5所示，外套座包括左外套座22和右外套座23，每个外套座都包括固定套、外套座承载板222、外套座端部挡板223、外套座侧面挡板221。固定套上设置有外套座安装孔224，用于和衬套25配合。在左右外套座上还设置有外套座扣板225，用于和卡槽配合，具有压装定位和防转动功能，可以防止板弹簧端部从端部外套座中脱出。
57.支撑座包括左支撑座21和右支撑座24，每个支撑座都包括固定套、支撑座侧面挡板211、支撑座承载板212和支撑座端部挡板213，固定套上设置有支撑座安装孔214，用于和转轴配合，支撑座侧面挡板211上设置有支撑座扣板215，用于和卡槽配合，具有压装定位和防转动功能，可以防止板弹簧端部从端部外套座中脱出。
58.首先，在转轴29上安装衬套25，将左外套座22和右外套座23套装在衬套25上，然后将左支撑座21和右支撑座24安装在转轴上，将弹簧片的端部安装在承载板、端部挡板、侧面挡板以及扣板围合形成的空间内，插上螺栓26、垫片27，拧紧螺母28，将其固定。此时，上下弹簧片可以以转轴方向做一定程度的相对运动，形成板弹簧。
59.本发明所述的衬套25过盈压入左外套座22和右外套座23；转轴29过盈压入左支撑
座21、右支撑座24和衬套25。衬套25与转轴29过盈连接部位为一圈薄橡胶层。
60.所述弹簧片1的中部设置有垫板3，垫板3为非金属垫板，非金属垫板采用多层浸胶帘布或浸胶帆布，浸胶帘布和浸胶帆布可先硫化再粘结到弓形板弹簧上，也可以直接铺在弓形板弹簧上与板弹簧一同固化成型，提高了非金属垫板的可靠性，有效保护复合材料板弹簧。
61.所述弹簧片1从中部到端部包括依次连接的中部连接段11、中间等应力段12和端部连接段13，所述中间等应力段12的厚度按照抛物线的方式进行变化。中间等应力段采用抛物线变厚度设计实现沿板弹簧长度方向应力相等并且材料最少；中部连接段和端部连接段采用增加厚度设计，厚度增加2mm～10mm，可降低板弹簧层间剪切应力。
62.所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本技术的保护范围限于这些例子；在本技术的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本技术中一个或多个实施例的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。
63.本技术中一个或多个实施例旨在涵盖落入本技术的宽泛范围之内的所有这样的替换、修改和变型。因此，凡在本技术中一个或多个实施例的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。