超輕量化高強度過渡車鉤的製作方法

2023-12-08 00:59:41 1

本發明涉及軌道列車連接技術領域，具體而言，涉及超輕量化高強度過渡車鉤。

背景技術：

過渡車鉤是連接軌道列車的核心零部件，同時也是極為重要的安全結構，是地鐵列車、有軌電車(低地板列車)和普通客運列車、高速動車組在編組、救援、調車等過程中常用的工具，在回送和救援時需要人工搬運到列車端部的車鉤位置，進行人工安裝，因此要求過渡車鉤能夠搬運方便，安裝快捷，工作安全可靠，並且在不降低車鉤性能的前提下減少車鉤的重量。uic660-2002規定：過渡車鉤應採用緊湊的輕型結構，以方便搬運，並在10min內完成裝備，過渡車鉤的每個構件最大質量必須小於50kg。

然而現有技術中的過渡車鉤仍不能滿足uic660-2002規定。例如，對地鐵而言，其編組頻率高，過渡車鉤使用頻繁，然而當前使用的過渡車鉤的重量高達74-84kg，換裝需要3-5個工人協力安裝，很不方便，稍有不慎就造成人員受傷或設備損壞。對動車而言，救援時時間要求緊，要求過渡車鉤快速、精確安裝，然而當前國產動車組車鉤的主流技術是採用鋼結構，重量大、人工移動和對準十分困難，而且一些結構為焊接接頭，可靠性也難以保證。

對於過渡車鉤的輕量化製備方法，目前主要有選用高強度低合金鋼等材料製備，高強度低合金鋼過渡車鉤主要為鑄造或焊接生產，現階段使用的鋼製過渡車鉤存在以下技術缺陷：(1)重量大，人工移動和對準困難；(2)結構強度和塑性離散性大，鉤體材料均質化程度較低；(3)製造精度較低，難以成型複雜微細結構，需要後續大量機械加工實現精密成型；(4)鑄造成型產品具有較多的縮孔、縮松、夾雜、氣孔等鑄造缺陷，嚴重影響車鉤的服役性能。焊接過渡車鉤同樣存在缺陷率高而且不易控制、尺寸精度較低，導致結構可靠性差，使用過程中的鉤體接觸表面易於磨損，防脫性能下降，正常作業性能被破壞，出現縱向間距迅速增大等不良狀態。也有新近開發採用碳纖維複合材料、鋁合金材料等輕量化材料製備，其中，碳纖維材質的過渡車鉤已由英國鐵路公司生產商試製出來，但造價過於昂貴，數百倍於現有鋼結構車鉤，在歐洲也難以推廣，同時由於構成碳纖維複合材料基體的樹脂要發生老化，性能會不可避免地隨時間發生衰減，造成可靠性能逐漸降低。

技術實現要素：

本發明的主要目的在於提供超輕量化高強度過渡車鉤，以解決現有技術中過渡車鉤存在的上述問題。

為了實現上述目的，提供了一種超輕量化高強度過渡車鉤。該超輕量化高強度過渡車鉤包括超塑性一體成型的框架，所述框架包括背板、與所述背板一側連接的鉤體和導向板、與所述背板的另一側連接的上連接部和下連接部、形成於所述上連接部和下連接部之間的內腔、貫穿所述上連接部和下連接部並與所述內腔導通的芯孔、位於所述上連接部上表面的第一加強結構以及位於所述下連接部下表面的第二加強結構；所述框架的材質為鎂合金或鋁合金；還包括對接組件，所述對接組件包括與所述芯孔匹配的芯軸、位於所述內腔中並與所述芯軸套接的轉板以及一端與所述轉板鉸接並可沿所述芯軸的徑向轉動的活動杆；所述活動杆的另一端和所述轉板的相互配合處設有相互配合的卡槽和限位塊；還包括定位組件，所述定位組件包括連接所述上連接部和下連接部且具有兩個通孔的掛板、與其中一個通孔連接的凸錐以及連接所述轉板和凸錐的彈性部件；所述凸錐上設有供所述活動杆穿過的導向孔。使用時，首先將本發明的過渡車鉤的凸錐伸入對應的車鉤的閒置通孔中、將對應的車鉤的凸錐伸入本發明的過渡車鉤的閒置通孔中，然後將本發明的過渡車鉤的活動杆與對應的車鉤內的轉板連接、將對應的車鉤內的活動杆與本發明的過渡車鉤的轉板連接，即完成組裝。

首先，本發明的過渡車鉤具有一體成型的框架，不僅使得車鉤結構緊湊、便於保存，可靠性較高，使用壽命較長，而且在確保全部功能的基礎上，可在使用時免去鉤體與上連接部和下連接部的連接步驟，節約了安裝時間；該框架具有加強結構，進一步保證了過渡車鉤的強度；同時，該框架的形狀根據等強度等剛度原則設計，節約了材料用量，降低了車鉤質量；其次，框架採用超塑性一體成型，不僅具有比鑄造成型更高的精度，顯著減少了縮孔、縮松、夾雜、氣孔等缺陷，提升了過渡車鉤的抗變形、抗疲勞能力，有效延長車鉤的使用壽命，而且消除了焊接所帶來的脆性斷裂危險、疲勞壽命低、可靠性低等安全隱患；再者，由於框架採用超塑性一體成型，因此框架的材質可以採用輕質的鎂合金或鋁合金，解決了鍛造鎂合金和鋁合金時易開裂的問題，在實現了車鉤超輕量化設計的同時，又保證了車鉤使用的強度要求，經驗證，本發明的過渡車鉤重量可下降至現有鑄造車鉤重量的35％，減輕了工人安裝時的負擔，縮短了車鉤安裝時間一倍以上；此外，對接組件的結構簡單，對活動杆和轉板的加工精度要求低。同時，定位組件中的凸錐可以保證兩個車鉤快速地找到配合之處，縮短安裝時間，而彈性部件既可以保證轉板轉動時遇到較小的阻力，又可以保證安裝後活動杆與轉板緊密結合，還可以保證拆卸後轉板回彈至初始狀態以便於快速安裝。其中，除框架外的其它部件可以採用屈服強度≥345mpa的合金鋼，確保較好的使用效果。

進一步地，所述凸錐包括與所述轉板形狀配合的配合面，即當凸錐伸入對應的車鉤的閒置通孔中時與該車鉤內的轉板緊密配合。由此，時組裝後的結構更為緊湊，可進一步實現輕量化。

進一步地，所述凸錐與所述掛板採用螺栓組件連接。由此，便於拆裝。

進一步地，所述凸錐與所述掛板的連接面上設有潤滑劑。由此，防止接觸面磨損。

進一步地，所述活動杆包括第一活動杆和第二活動杆，所述第一活動杆一端設有第一通孔，所述第二活動杆的一端設有第二通孔，所述轉板的上表面設有穿過所述第一通孔的第一圓柱，所述轉板的下表面設有穿過所述第二通孔的第二圓柱。由此，結構簡單且實現了活動杆的轉動。

進一步地，所述轉板的邊緣處設有第一凸杆和第二凸杆，所述第一凸杆和第二凸杆之間形成底面為圓弧面的卡槽，所述活動杆還包括連接所述第一活動杆和第二活動杆的另一端並與所述圓弧面匹配的圓柱形的限位塊以及形成於所述第一活動杆和第二活動杆之間的供所述第一凸杆或第二凸杆穿過的條形孔。由此，通過卡槽與限位塊的相互配合以及第一凸杆或第二凸杆與條形孔的配合，確保了組裝後的穩定性。

進一步地，所述第一圓柱或第二圓柱的圓心與所述圓弧面的圓心的連線與所述芯軸的軸線相交。由此，使轉板的受力更加均勻。

進一步地，所述轉板上設有第三凸杆，所述第三凸杆和所述凸錐上設有掛口，所述彈性部件包括兩端的與所述掛口連接的掛鈎以及位於兩個掛鈎之間的彈簧。由此，結構簡單，連接穩定。

進一步地，在所述轉板上還設有推動所述轉板沿所述芯軸的徑向轉動的第四凸杆。由此，轉動轉板時更加省力且更有控制轉板的轉動程度。

進一步地，所述鉤體的側面設有凹槽；所述導向板的側面設有貫穿所述導向板的通孔。由此，進一步降低框架的重量。

進一步地，所述轉板的上表面與所述上連接部的下表面之間以及所述轉板的下表面與所述下連接部的上表面之間均設有與所述芯軸套接的定位板。由此，使轉板始終保持水平且與所述凸錐的高度相匹配。

進一步地，所述上連接部的下表面和/或所述下連接部的上表面設有凸臺，所述芯孔貫穿所述凸臺。由此，通過設置凸臺，可保證使用強度的前提下降低上連接部和下連接部的厚度，從而增加內腔的大小，更加便於拆裝操作。

進一步地，所述上連接部的上表面端部和下連接部的下表面端部設有凸板，所述掛板與所述凸板採用螺栓組件連接。由此，更便於拆裝和加工。

進一步地，所述第一加強結構包括具有弧形凹陷的第一加固面以及位於所述第一加固面與所述上連接部上表面之間的加強筋；所述第一加固面一端與所述上連接部的凸板連接，另一端與所述背板連接；所述第二加強結構包括第二加固面以及位於所述第二加固面與所述下連接部下表面之間的加強筋；所述第二加固面一端與所述下連接部的凸板連接，另一端與所述下連接部的下表面連接。由此，確保在使用較少的材料的前提下使框架具有較高的強度。

可見，本發明的過渡車鉤具有以下優點：1)一體成型的框架使得車鉤結構緊湊、便於保存，強度高，使用壽命較長，在使用時可免去鉤體與上連接部和下連接部的連接步驟，節約了安裝時間；2)框架的形狀根據等強度等剛度原則設計，節約了材料用量，降低了車鉤質量；3)框架採用超塑性一體成型，不僅具有比鑄造成型更高的精度，顯著減少了縮孔、縮松、夾雜、氣孔等缺陷，提升了過渡車鉤的抗變形、抗疲勞能力，有效延長車鉤的使用壽命，而且消除了焊接所帶來的脆性斷裂危險、疲勞壽命低、可靠性低等安全隱患；4)框架的材質為輕質的鎂合金或鋁合金，解決了鍛造鎂合金和鋁合金時易開裂的問題，在實現了車鉤超輕量化設計的同時，又保證了車鉤使用的強度要求；5)對接組件的結構簡單，對活動杆和轉板的加工精度要求低；6)定位組件中的凸錐可以保證兩個車鉤快速地找到配合之處，縮短安裝時間；7)而彈性部件既可以保證轉板轉動時遇到較小的阻力，又可以保證安裝後活動杆與轉板緊密結合，還可以保證拆卸後轉板回彈至初始狀態以便於快速安裝。

下面結合附圖和具體實施方式對本發明做進一步的說明。本發明附加的方面和優點將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本發明的實踐了解到。

附圖說明

構成本發明的一部分的附圖用來輔助對本發明的理解，附圖中所提供的內容及其在本發明中有關的說明可用於解釋本發明，但不構成對本發明的不當限定。在附圖中：

圖1為本發明一種超輕量化高強度過渡車鉤的立體圖。

圖2為本發明一種超輕量化高強度過渡車鉤的俯視圖。

圖3為圖2中a-a向剖視圖。

圖4為本發明一種超輕量化高強度過渡車鉤的側視圖。

圖5為圖4中b-b向剖視圖。

圖6為本發明一種超輕量化高強度過渡車鉤的使用狀態圖。

圖7為本發明一種超輕量化高強度過渡車鉤的轉板與活動杆的連接狀態圖。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明進行清楚、完整的說明。本領域普通技術人員在基於這些說明的情況下將能夠實現本發明。在結合附圖對本發明進行說明前，需要特別指出的是：

(1)本發明中在包括下述說明在內的各部分中所提供的技術方案和技術特徵，在不衝突的情況下，這些技術方案和技術特徵可以相互組合。

(2)下述說明中涉及到的本發明的實施例通常僅是本發明一部分的實施例，而不是全部的實施例。因此，基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動的前提下所獲得的所有其他實施例，都應當屬於本發明保護的範圍。

(3)關於對本發明中術語的說明。本發明的說明書和權利要求書及有關的部分中的術語「第一」、「第二」等是用於區別容易引起混同的對象，而不必用於描述特定的順序或先後次序。此外，術語「包括」和「具有」以及它們的任何變形，意圖在於覆蓋不排他的包含。

如圖1-7所示的超輕量化高強度過渡車鉤，包括超塑性一體成型的框架，所述框架包括背板11、與所述背板11一側連接的鉤體12和導向板13、與所述背板11的另一側連接的上連接部14和下連接部15、形成於所述上連接部14和下連接部15之間的內腔101、貫穿所述上連接部14和下連接部15並與所述內腔101導通的芯孔、位於所述上連接部14上表面的第一加強結構16以及位於所述下連接部15下表面的第二加強結構17。

所述鉤體12的側面設有凹槽120；所述導向板13的側面設有貫穿所述導向板13的通孔130。

所述框架的材質為鎂合金；

所述轉板22的上表面與所述上連接部14的下表面之間以及所述轉板22的下表面與所述下連接部15的上表面之間均設有與所述芯軸21套接的定位板102；所述上連接部14的下表面和所述下連接部15的上表面設有凸臺100，所述芯孔貫穿所述凸臺100。在所述轉板22上還設有推動所述轉板22沿所述芯軸21的徑向轉動的第四凸杆226。

還包括對接組件，所述對接組件包括與所述芯孔匹配的芯軸21、位於所述內腔101中並與所述芯軸21套接的轉板22以及一端與所述轉板22鉸接並可沿所述芯軸21的徑向轉動的活動杆23；所述活動杆23包括第一活動杆231和第二活動杆232，所述第一活動杆231一端設有第一通孔，所述第二活動杆232的一端設有第二通孔，所述轉板22的上表面設有穿過所述第一通孔的第一圓柱221，所述轉板22的下表面設有穿過所述第二通孔的第二圓柱。

所述轉板22的邊緣處設有第一凸杆223和第二凸杆224，所述第一凸杆223和第二凸杆224之間形成底面為圓弧面的卡槽201，所述活動杆23還包括連接所述第一活動杆231和第二活動杆232的另一端並與所述圓弧面匹配的圓柱形的限位塊202以及形成於所述第一活動杆231和第二活動杆232之間的供所述第一凸杆223或第二凸杆224穿過的條形孔233。所述第一圓柱221或第二圓柱的圓心與所述圓弧面的圓心的連線與所述芯軸21的軸線相交。

還包括定位組件，所述定位組件包括連接所述上連接部14和下連接部15且具有兩個定位孔310的掛板31、與其中一個定位孔310連接的凸錐32以及連接所述轉板22和凸錐32的彈性部件；所述凸錐32上設有供所述活動杆23穿過的導向孔。

所述凸錐32包括與所述轉板22形狀配合的配合面320；所述凸錐32與所述掛板31採用螺栓組件連接；所述凸錐32與所述掛板31的連接面上設有潤滑劑。

所述轉板22上設有第三凸杆225，所述第三凸杆225和所述凸錐32上設有掛口，所述彈性部件包括兩端的與所述掛口連接的掛鈎24以及位於兩個掛鈎24之間的彈簧25。

所述上連接部14的上表面端部和下連接部15的下表面端部設有凸板103，所述掛板31與所述凸板103採用螺栓組件連接。所述第一加強結構16包括具有弧形凹陷的第一加固面160以及位於所述第一加固面160與所述上連接部14上表面之間的加強筋18；所述第一加固面160一端與所述上連接部14的凸板103連接，另一端與所述背板11連接；所述第二加強結構17包括第二加固面170以及位於所述第二加固面170與所述下連接部15下表面之間的加強筋18；所述第二加固面170一端與所述下連接部15的凸板103連接，另一端與所述下連接部15的下表面連接。

圖6-7所示為上述超輕量化高強度過渡車鉤與列車端部的閒置車鉤的相互配合使用時的連接狀態圖，可以看出所述過渡車鉤與閒置車鉤具有相互匹配的對接組件和定位組件，其中，過渡車鉤的凸錐32伸入閒置車鉤的閒置定位孔中並使過渡車鉤凸錐32的配合面320與閒置車鉤的轉板相配合，而閒置車鉤的凸錐伸入過渡車鉤的閒置定位孔310中並使閒置車鉤凸錐的配合面與過渡車鉤的轉板22相配合，同時，過渡車鉤的活動杆23的限位塊202與閒置車鉤內的轉板上的卡槽相配合，而閒置車鉤內的活動杆的限位塊與過渡車鉤的轉板22上的卡槽201相配合。當需要拆卸時，推動第四凸杆226以使轉板22轉動，從而使卡槽201與限位塊202脫離，即實現過渡車鉤與閒置車鉤的分離。

需要說明的是，本發明的框架為超塑性一體成型的框架，即所述框架的製備採用超塑性成型技術一體成型，具體的，該框架採用超塑性成型技術中的精密模鍛成型方法，這是一種使用等溫環境進行成型且同時降低成型時加載速度的方法，由於成型過程中材料處於三向受力狀態，使得材料穩定的向一個方向流動以進行填充，因此成型得到的框架中的各部分等效應變較小且分布均勻，避免了鎂合金塑性成型過程中晶粒長大而開裂的問題，實現了近淨成型和短流程製造，節約了原材料和製造成本一倍以上。上述框架的超塑性成型可以採用但是不限於中國發明專利cn105274457a所公布的方法。