長行程大容量摩擦離合器式緩衝裝置的製作方法
2023-06-01 17:55:31 4
專利名稱：長行程大容量摩擦離合器式緩衝裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種為鐵路車輛消散和吸收衝擊載荷的摩擦離合器式緩衝裝置，尤其涉及一種包括殼體和摩擦離合裝置，有較長行程的，能減少反作用力衝擊的，促使鐵路車輛平穩行駛，提高緩衝器總體效率的緩衝裝置。
背景技術：
利用摩擦離合裝置吸收鐵路車輛在運行中產生的熱能的緩衝裝置被廣泛應用於鐵路車輛行業中。該緩衝裝置位於一個長腔內，這個長腔位於鐵路車輛沿軸向方向的中梁內，連接裝置的後端。
摩擦離合器式緩衝裝置能吸收鐵路車輛運行過程中產生的絕大部分壓縮力和牽引力。在鐵路車輛的正常行駛過程中，這兩種作用力交替作用於鐵路車輛的中梁上。
美國專利2,916,163，3,178,036，3,447,693，4,576,295，4,645,187，4,735,328公布了幾種典型的摩擦離合器式緩衝裝置。上述專利所述的大多數緩衝裝置曾經或仍舊應用在鐵路行業中。除美國專利4,576,295，4,735,328外，上述的專利已為本發明的受讓人所有。這些專利中所給的啟示在此均被引用。
精通摩擦離合器式緩衝裝置的工程師們熟知，在鐵路車輛的運輸過程中，緩衝裝置必須具有額定的最小減震能力。美國鐵路協會對額定的最小減震能力值作了規定。例如，摩擦離合器式緩衝裝置需達到至少36,000英尺磅的額定能力。額定能力低於該值的緩衝裝置都不能應用於鐵路車輛行業中。
必須提及的是，在鐵路車輛的運行過程中，摩擦離合裝置需容易達到吸收最小額定熱能的水平，使中梁承受的牽引力和壓縮力不超過500,000磅。同時，在吸收熱能的過程中，所受的高能衝擊載荷不能對鐵路車輛的耦連裝置，車輛的重要部件和運載物有任何損害。
為滿足鐵路行業的需要，尤其隨著鐵路運輸高速，重載的需求，減少衝擊載荷對鐵路車輛和運載物的危害，儘可能的提高摩擦離合器式緩衝裝置的額定能力，具有重要的現實意義。
美國專利5,590,797公開了一種摩擦離合裝置，為達到上述較高的額定能力，將這種摩擦離合裝置引入到緩衝裝置。在該專利中，通過改進「鞋型」楔塊提高了摩擦離合裝置的緩衝能力。改進的「鞋型」楔塊的布氏硬度在429-495之間，它的內傾的上表面，與內傾的外表面有一公共點，上表面與摩擦離合裝置的中心軸線呈46.5°-48.5°的角。該專利還公布了在不同構件中嵌入青銅鑲條能起到潤滑作用，防止在摩擦離合器式緩衝裝置的動作期間摩擦離合裝置的粘合。
上述摩擦離合器式緩衝裝置的設計較鐵路行業正在使用的現有技術有所改進，但仍沒有達到美國鐵路協會M-901-G條例規定的要求。在對緩衝裝置Super Mark 50進行測試時，在摩擦離合裝置中嵌入了H-911青銅鑲條，測試結果表明在摩擦表面產生了金屬堆積，測試時產成的反作用力衝擊載荷高於500千磅，直接導致其錘擊能力低於每磅36,000英尺。在軌道測試時，在未達到G型緩衝器所要求的每小時5英裡的指標以前，其反作用載荷已經達到500千磅。因此，要達到美國鐵路協會M-901-G條例的規定必須開發新型的緩衝裝置。
另外，有些鐵路系統要求達到4.75英寸的緩衝行程。
然而，在現有的長24.625英寸的緩衝器套口內，緩衝行程僅有3.25英寸。
發明內容
本發明的目的在於提供一種改進的摩擦離合裝置，這種摩擦離合裝置在24.625英寸的緩衝器套口內有較長的緩衝行程，可用於提高鐵路車輛運輸過程中摩擦離合器式緩衝裝置消散和吸收牽引力和壓縮力的能力。
本發明的另一目的在於提供一種緩衝裝置中使用的摩擦離合裝置，這種摩擦離合裝置能有效防止和減輕反作用衝擊載荷。
本發明的再一目的在於提供一種摩擦離合器式緩衝裝置，這種裝置能使鐵路車輛平滑行駛。
本發明的進一步的目的在於提供一種摩擦離合器式緩衝裝置，這種裝置能提高緩衝器的總體效率。
本發明的再一目的在於提供一種摩擦離合器式緩衝裝置，該裝置為全鋼製造，非液壓機械式的，從材料和裝配的角度考慮，可減少生產成本。
除了本發明上述的目的及優點外，其它涉及摩擦離合器式緩衝裝置的變化的特點和目的，在結合本發明優選實施例的基礎上，結合附圖和如下說明將變的顯而易見。
發明內容根據上述目的，本發明包括一種改進的緩衝裝置，該緩衝裝置包括一個殼體，殼體配有一24.625英寸的緩衝器套口，允許4.75英寸的緩衝行程。殼體的開口端有一摩擦離合裝置，用來吸收鐵路車輛用的摩擦離合器式緩衝裝置內的熱能。該摩擦離合裝置包括一對外靜構件，每個外靜構件有一個外表面和一個內表面，外靜構件的外表面與其徑向相對的，靠近開口端的殼體的部分內表面相接合。該摩擦離合裝置還包括一對動構件，每個動構件至少有一預定部分外表面與其各自的外靜構件的內表面摩擦接合，來吸收緩衝裝置運行過程中的至少第一部分熱量。該摩擦離合裝置還包括一對內靜構件，每個內靜構件有一個外表面，每個外表面至少與其各自的動構件的內表面摩擦接合，來吸收緩衝裝置運行過程中的第二部分熱量。每個內靜構件的內表面傾斜，形成第一預定角。該摩擦離合裝置還包括一對「鞋型」楔塊，每個楔塊包括一個傾斜的外表面，這個外表面與其相應傾斜的靜構件的內表面摩擦接合，來吸收緩衝裝置運行過程中的第三部分熱量。該「鞋型」楔塊還包括一個向內傾斜的上表面，自傾斜的外表面上一點向內傾斜，上表面與摩擦離合裝置的中心軸線呈一銳角，錐形上表面的傾角約49°-50°。該「鞋型」楔塊還包括一個底表面，自傾斜的外表面上一點向內傾斜，與摩擦離合裝置的中心軸線的垂線呈一個銳角。該摩擦離合裝置還包括一個中央楔塊，該中央楔塊包括一對相應的傾斜的表面，並與其各自的「鞋型」楔塊的上表面摩擦接合，來吸收緩衝裝置運行過程中的第四部分熱量。中央楔塊的錐形面傾角約49°-50°。
大容量摩擦離合器式緩衝裝置，用於吸收鐵路車輛施加在中梁上的磨擦力或牽引力，這些力產生於鐵路車輛製備過程以及鐵路車輛的運行過程。該緩衝裝置包括一個彈性裝置位於鄰近殼體的封閉端，一個如上所述的摩擦離合裝置，至少部分位於緩衝器殼體的開口端之內，以及一個彈性座位於彈性裝置和摩擦離合裝置之間。
圖1為本發明一種大容量摩擦離合器式緩衝裝置的草圖，其中顯示了現有技術中的一種殼體，殼體中按照本發明優選實施例安裝了摩擦離合器。
圖2為圖1所示的一種大容量摩擦離合器式緩衝裝置的剖視圖，但是其中，具有按需增加了的運輸能力，以與圖1所示的按本發明優選實施例安裝的摩擦離合器相配合。
圖3-6說明了以千磅(KIPS)表示的反作用力(連續的)相對時間(秒)和速度(英裡/小時)的緩衝行程的曲線圖。
圖7-10說明了以千磅(KIPS)表示的反作用力(連續的)相對速度(英裡/小時)的緩衝行程的曲線圖。
具體實施例方式
現在參照附圖進行說明。如圖1所示，一種改進的摩擦離合裝置20，用於吸收摩擦離合器式緩衝裝置10內的熱能，該緩衝裝置被用於鐵路機車內(未示出)。如現有技術所示，該熱能產生於鐵路車輛的裝配過程或者鐵路車輛在鐵軌上的運動過程。
摩擦離合裝置20包括一對外靜構件12，每一個外靜構件都有一個內表面13和外表面14。外表面14與其徑向相對的靠近開口端22的緩衝器殼體18的內表面16相接合。
摩擦離合裝置20進一步包括一對動構件38，每一個動構件38至少有一外表面40的預定部分與其各自的外靜構件12的內表面13摩擦接合，來吸收摩擦離合器式緩衝裝置10運行過程中的第一部分熱量。動構件38一般為矩形，外表面40與外靜構件12的內表面13完全平行。
該摩擦離合裝置20包括一對內靜構件44，每個內靜構件44有一個外表面46，每個外表面46至少與其各自相應的動構件38的內表面39的一部分摩擦接合，來吸收摩擦離合器式緩衝裝置10運行過程中的第二部分熱量。每個內靜構件44具有一個內表面48以第一預定角度呈一錐度。
所述一對內靜構件44的內表面48的第一預見定角度約為4.5°。
該摩擦離合裝置20進一步包括一對「鞋型」楔塊54，每個楔塊54包括一個鍍度外表面56，與其各自的鍍度靜構件44的內表面48摩擦接合，來吸收摩擦離合器式緩衝裝置10運行過程中的第三部分熱量。該「鞋型」楔塊54還包括一個向內傾斜的上表面58，其從錐度外表面56上一點向內傾斜，錐度上表面58的錐度角為49°-50°，優選49.5°。
該「鞋型」楔塊還包括一個底表面60，從外表面56上一點向內傾斜，與摩擦離合裝置的中心軸線的垂線呈一個銳角。
該摩擦離合裝置還包括一個中央楔塊66，該中央楔塊包括一對相應的傾斜的表面68，並與其各自的「鞋型」楔塊54的上表面58摩擦接合，來吸收緩衝裝置10運行過程中的第四部分熱量。中央楔塊66的一對傾角表面68傾角在49°-50°之間，優選49.5°。
該摩擦離合裝置20每個外靜構件12的內表面13包括一個第一延長槽24，長槽24呈弓形，位於與其中心軸線垂直的平面上。第一個潤滑插件28放置在長槽24內，防止在摩擦離合器式緩衝裝置10動作期間摩擦離合裝置20的粘合，第一潤滑插件由預選的潤滑金屬和至少2％的石墨混合構成。
錐形板44的外表面46有第二個長槽52，長槽52呈弓形，位於與其中心軸線垂直的平面上。第二個潤滑插件53放置在長槽52內，防止在摩擦離合器式緩衝裝置10動作期間摩擦離合裝置20的粘合，潤滑插件53同樣由預選的潤滑金屬和至少2％的石墨混合構成。
「鞋型」楔塊54的外表面56有第三個長槽62，長槽62呈弓形，位於與其中心軸線垂直的平面上。第三個潤滑插件64放置在長槽62內，防止在摩擦離合器式緩衝裝置10動作期間摩擦離合裝置20的粘合，這些第三潤滑插件同樣由預選的潤滑金屬和至少2％的石墨混合構成。
本發明的第二方面，提供一種改進的有更高額定吸收能力的摩擦離合器式緩衝裝置10，用於吸收鐵路車輛施加在中梁100上的磨擦力或牽引力，這些力產生於鐵路車輛製備過程以及鐵路車輛的運行過程。
前端104和軸向相對的尾端106固定在中梁100的側板103上，形成一個緩衝器套口108，預選尺寸為24.625英寸。耦合連接器109的連接杆112從連接卡110延伸到緩衝器套口102。耦合連接器109沿中梁100的中心軸線116放置。在鐵路車輛運輸過程中，通過耦合連接器109的連接卡110與另外一個鐵路車輛上類似的伸出部分連接。前端耦合器從動件114位於連接杆112和摩擦離合器式緩衝裝置10之間，用於平穩傳遞來自連接卡110的震動。
在本實施例中，這種摩擦離合器式緩衝裝置10包括一個殼體18，殼體18有一個端壁70用於封閉其第一個末端，殼體18在徑向相對的第二末端22是開放的。如圖2中所示，殼體18包括一個凸臺21，使殼體18加寬，但緩衝器套口仍為24.625英寸。
一個彈性裝置19位於殼體18的空腔內，與殼體18的第一端的端壁70內表面的一部分相鄰，彈性裝置19從第一端壁沿軸向延伸。正如本發明所引用的美國專利所述的，彈性裝置19通常由一系列以不同方式安裝的彈簧組成，或一個彈簧圈與其它一個或多個彈性件如橡膠組合構成，或一個彈簧圈與液壓裝置組合構成。
在施加壓力的時候，彈性裝置19儲存了摩擦離合器式緩衝裝置10產生的一部分能量，然後當該壓力逐步減少或者消失的時候，釋放這部分能量，並恢復摩擦離合器式緩衝裝置10到一開放條件。
如前所述的摩擦離合裝置20至少部分位於殼體18的開口端22。
摩擦離合器式緩衝裝置10同時包括彈簧座74，部分第一表面76與彈性裝置19相對端相接，彈簧座74的第二表面78與摩擦離合裝置20相接。彈簧座74在殼體18內安裝成可軸向運動，來在摩擦離合器式緩衝裝置10施加或釋放力的時候壓縮或釋放彈性裝置19。
本發明Mark550緩衝裝置是為滿足美國鐵路協會的M-901-G的規定而設計的。同Mark50一樣，該裝置採用全鋼設計。在上述進行的SuperMark50緩衝器的實驗中，應用H-911青銅鑲條後，產生了金屬堆積，裝置測試期間產生了高於500000磅的衝擊載荷，導致錘擊能力少於每磅36000英尺。在軌道測試中，在未達到G型緩衝器所要求的每小時5英裡前，其反作用載荷已經達到500千磅。當青銅鑲條換為含2％石墨的插件時，所有的性能指標均優於Mark50。說明安裝這種石墨插件能夠消除前面測試中所遇到的高的反作用力載荷。上述衝擊載荷的減少也說明了中央楔塊的傾角可能是改進的關鍵參數。在衝擊實驗中也發現，高的反作用力載荷被消除。緩衝裝置的緩衝曲線與H-60相似，沒有液壓裝置的初始效應。實驗表明增加「鞋型」楔塊的傾角2°，將增加摩擦塊之間的作用力。運用含2％石墨插件能減少反作用力載荷。將這兩種改進結合，將增加緩衝裝置的性能，且不影響其運行性能。因此，隨著性能的提高，摩擦緩衝器能滿足美國鐵路協會M-901-G的規定，另外，由於採用全鋼設計，不採用液壓裝置，大大降低了成本。
本發明已經全面、清楚、準確和精確地得以說明，使得本領域的普通技術人員可以實現和使用該設備。可以理解，在不背離本發明的精神或不超出以下的權利要求範圍，可以對本發明進行各種變形，改變，等同替換。本領域普通技術人員也同樣可以意識到，前面的說明僅僅是一種示例性說明，而並不將權利要求的範圍限於所描述的具體內容之內。
權利要求
1.一種長行程大容量摩擦離合器式緩衝裝置，用於吸收鐵路車輛組件製造過程中或在鐵路運行過程中施加在中梁上的摩擦力和牽引力，所述的摩擦離合器式緩衝裝置位於固定在中梁上的前端壁和軸向相對的後端壁之間，前端壁和後端壁之間形成一個24.625英寸的緩衝器套口，所述的摩擦離合器式緩衝裝置包括(a)一個殼體，包括一個端壁用於封閉第一端，一對凸臺，位於第一端和徑向相對的第二端之間並且鄰近尾端的工作面，使上述的第一個端板沿梁延伸所述的尾端板的工作表面，保證在24.625英寸的緩衝器套口內有較長的緩衝行程，所述的殼體在所述的徑向相對的第二端處是開放的(b)一個彈性裝置，位於所述殼體的空腔內，與所述位於殼體的第一端的端壁內表面相鄰，所述的彈性裝置沿第一端軸向延長；(c)一個摩擦離合裝置，至少一部分位於所述的殼體的開口端，摩擦離合裝置包括(i)一對外靜構件，所述的每一個外靜構件有一個內表面和外表面，所述的外表面與其各自徑向相對的靠近開口端的緩衝器殼體的內表面相接合；(ii)一對動構件，每個所述的動構件至少有一部分外表面與其各自的外靜構件的內表面摩擦接合，來吸收摩擦離合器式緩衝裝置運行過程中的第一部分熱量；(iii)一對內靜構件，每個所述的內靜構件有一個外表面，每個外表面至少與其各自相應的動構件的內表面的一部分相接合，來吸收摩擦離合器式緩衝裝置運行過程中的第二部分熱量，每個內靜構件的內表面的傾角為第一預定角。(iv)一對「鞋型」楔塊，所述楔塊包括(a)一個傾斜的外表面，與相應傾斜的靜構件的內表面摩擦接合，來吸收摩擦式緩衝置運行過程中的第三部分熱量。(b)一個上表面，自傾斜的外表面上一點向內傾斜，上表面與摩擦離合裝置的中心軸線呈一銳角，所說的傾斜的上表面傾斜的角度為49°-50°；(c)一個底表面，自傾斜的外表面上一點向內傾斜，底表面與與摩擦離合裝置的中心軸線的垂線呈一銳角；(v)一個中央楔塊，所述的中央楔塊包括一對相應的傾斜的表面，並與其各自的「鞋型」楔塊的上表面摩擦接合，來吸收緩衝裝置運行過程中的第四部分熱量；(d)一個彈簧座，具有至少第一表面的一部分與彈性裝置相反端相接，彈簧座的第二表面與摩擦離合裝置相接，彈簧座安裝為在殼體內軸向運動，以便在向摩擦離合器式緩衝裝置施加或釋放力時，壓縮或釋放彈性裝置。
2.如權利要求1所述的大容量摩擦離合器式緩衝裝置，其中所述的「鞋型」楔塊的上表面傾斜的角度為49.5°。
3.如權利要求1所述的大容量摩擦離合器式緩衝裝置，其中所述的彈性裝置至少包括一系列彈簧。
4.如權利要求1所述的大容量摩擦離合器式緩衝裝置，其中所述的外靜構件的內表面包括一個第一長槽，一個第一潤滑插件位於所述的第一長槽內，防止在摩擦離合器式緩衝裝置動作期間摩擦離合裝置的粘合。
5.如權利要求4所述的大容量摩擦離合器式緩衝裝置，其中所述的第一潤滑插件由預選的潤滑金屬和至少2％的石墨混合構成。
6.如權利要求1所述的大容量摩擦離合器式緩衝裝置，其中所述的每個傾斜構件的外表面有一個第二長槽，一個第二個潤滑插件放置在所述第二長槽內，防止在摩擦離合器式緩衝裝置動作期間摩擦離合裝置的粘合。
7.如權利要求6所述的大容量摩擦離合器式緩衝裝置，其中所述的潤滑插件由預選的潤滑金屬和至少2％的石墨混合構成。
8.如權利要求1所述的大容量摩擦離合器式緩衝裝置，其中所述的每一個傾斜構件的外表面包括一個第三長槽，一個第三潤滑插件放置在第三長槽內，防止在摩擦離合器式緩衝裝置動作期間摩擦離合裝置的粘合。
9.如權利要求8所述的大容量摩擦離合器式緩衝裝置，其中所述的潤滑插件由預選的潤滑金屬和至少2％的石墨混合構成。
10.如權利要求1所述的大容量摩擦離合器式緩衝裝置，其中所述的一對內靜構件的內表面的第一預定角為4.5°。
11.如權利要求1所述的大容量摩擦離合器式緩衝裝置，其中所述的中心楔塊的傾斜角為49.5°。
全文摘要
一種摩擦離合器式緩衝裝置10，包括一個具有開口前端22，相對封閉後端21的殼體18，開口前端和封閉後端構成一個槽狀物21，槽狀物內配有一24.625英寸的緩衝器套口。一摩擦離合裝置20包括一對外靜構件12；一對動構件38；一對內靜構件44，內靜構件的內表面48呈約4.5°的錐角；一對「鞋型」楔塊54，楔塊的上表面58與摩擦離合裝置20的中心軸線呈錐形；一個中央楔塊66，中央楔塊包括一對相應的錐形面68。「鞋型」楔塊54的上表面58呈約49.0°～50.0°的錐角。中央楔塊66的錐形面68呈約49.5°的錐角。
文檔編號B61G9/10GK1942357SQ200580011912
公開日2007年4月4日 申請日期2005年4月5日 優先權日2004年4月8日
發明者麥可·E·林, 霍華德·R·索末菲 申請人:西屋氣動剎車技術公司