碳纤维复合材料的机车车辆转向架上下心盘结构的制作方法

1.本实用新型属于机车车辆技术领域，具体为碳纤维复合材料的机车车辆转向架上下心盘结构。


背景技术：

2.机车车辆转向架与车体连接处的上心盘和下心盘新的结构，该种结构主要用于我国货车和部分客车的三大件转向架机车车辆。
3.我国目前主流机车车辆转下架是k1至k6系列的用于货车或部分客车的转向架，为铸钢结构的三大件转向架，既：两个侧架，一个摇枕。摇枕中心上方设有下心盘；车体下部相应位置设有上心盘，上下心盘组合在一起，担负了转向架与车体的链接，是车辆运行牵引的主要连接点和车体载重和纵横受力点。
4.现有技术该上下心盘为铸钢材料制成的平面接触圆盘构件，在使用过程中，产生磨耗、裂纹、锈蚀、灰尘侵入、松动、需要润滑等问题，长期无法解决，由于上述问题，使车辆运行中，转向架与车体相互转向受阻，破坏车辆通过弯道的性能以及车辆运行的稳定性；另一个问题是，当上下心盘间的垫板磨耗到限时需要不断地更换修理维护，同时由于间隙增大，破坏了上下心盘相对运动的稳定性。随着列车运行里程的加长和载重加大，上下心盘的磨耗、裂纹等成为主要问题。而上下心盘直径方向间隙加大，将造成心盘销弯曲、心盘螺栓松动，使上心盘从下心盘里爬出，直接危及列车行车安全。


技术实现要素：

5.针对现有技术的不足，本实用新型提供了碳纤维复合材料的机车车辆转向架上下心盘结构，具备结构简单、使用方便的优点，解决了上述背景技术中所提到的问题。
6.本实用新型是利用一种高强度的碳纤维复合材料，对机车车辆转向架与车体连接处的上下心盘进行的技术改进，提出了一个上盆型下凸型的上心盘、下心盘新的技术方案；将上心盘和下心盘单独制作成一个由碳纤维复合材料制备的新型的构件，利用材质的特性，使受力分配更合理，给出了新的形状的碳纤维复合材料上心盘和下心盘，同时，免除了现有技术需要中间垫板的缺陷。
7.包括上心盘和下心盘，所述上心盘采用盆型结构，所述下心盘采用上凸型，上心盘顶面中间设有第一通孔，所述上心盘顶面圆周外侧为上心盘外缘，上心盘外盘包括所述上心盘外盘侧壁和上心盘外盘底壁，所述上心盘外盘底壁的中心设有第一凸台，所述下心盘的中间设有下心盘内盘，所述上心盘外盘底壁和下心盘内盘侧壁的顶面配合接触；所述上心盘外盘侧壁和下心盘内盘侧壁的上部配合接触，所述下心盘的内部结构为空心结构，所述空心结构沿下心盘轴线剖面为圆形，所述空心结构的下方设有圆孔，所述圆孔从下心盘底面连通所述空心结构内，在所述下心盘底面周向均布。
8.所述上心盘顶面周向均匀分布有第一定位柱，所述第一定位柱与车体相应的孔连接，所述下心盘底面设有安装第二定位柱，所述第二定位柱与摇枕相应孔连接。
9.沿所述上心盘外缘向下向内连接上心盘外盘侧壁，所述上心盘外盘侧壁的内壁设有第一斜面，所述下心盘内盘侧壁的内外设有第二斜面，所述上心盘外缘的下表面与所述上心盘外盘侧壁的外壁通过第二圆弧过渡连接，所述第二圆弧为受力加强圆弧。
10.所述上心盘外盘底壁与第一凸台侧壁和上心盘外盘侧壁两者的连接处均采用第一圆弧过渡连接，所述第二斜面与下心盘外缘通过第五圆弧过渡连接，所述下心盘内盘侧壁的顶面为平面，与所述第二斜面以第三圆弧过度连接。
11.下心盘内盘底壁的中心设有第二通孔，所述第二通孔和所述第一通孔同轴设置。
12.所述上心盘外盘侧壁和所述下心盘内盘侧壁之间存在初次安装间隙。
13.所述上心盘顶面为平面圆盘，所述下心盘内盘侧壁的内壁与所述下心盘内盘底壁之间通过第四圆弧过渡连接。
14.所述第一定位柱为4个，所述第二定位柱为4个。
15.所述第一圆弧、第三圆弧和第四圆弧为半径为10mm的一段圆弧，所述第二圆弧为半径为40mm的一段圆弧，所述第五圆弧为半径为30mm的一段圆弧，所述第一斜面和第二斜面为1：6斜面，所述上心盘外盘侧壁和所述下心盘内盘侧壁之间初次安装间隙为4mm。
16.所述上心盘和所述下心盘采用碳纤维复合材料。
17.与现有技术对比，本实用新型具备以下有益效果：
18.1)本技术中的上心盘由于盆口向下，盆型外壁，除了承受纵向和横向及牵引力外，为扣在上心盘下方的下心盘，阻挡了灰尘侵入，保证了上下心盘相对转动的性能；
19.2)本技术中的上心盘和下心盘侧壁第一斜面和第二斜面采用1：6斜面，初次安装之间的配合间隙a为4mm，如果心盘顶部磨耗，斜面之间的间隙会不断减小，避免了现有技术上下心盘间隙，随着使用时间长，间隙越大的问题；
20.3)本技术中的下心盘，采用上凸结构，而内部采用空心结构，空心结构为圆孔受力结构，提高了车体重量的承载能力；
21.4)第一定位柱和第二定位柱在运用中，可以抵抗来自车辆运行中的纵横向力，为克服现有技术的上下心盘连接螺栓松动的缺陷有所帮助；
22.5)本技术中上心盘和下心盘采用碳纤维复合材料，采用力学性能优于原铸钢材质的碳纤维复合材料使上下心盘不再锈蚀，不需要外加润滑油，依然可以保证相对运动性能。
附图说明
23.图1为本实用新型碳纤维复合材料的机车车辆转向架上下心盘结构的上心盘结构示意图；
24.图2为本实用新型碳纤维复合材料的机车车辆转向架上下心盘结构的下心盘结构示意图；
25.图3为本实用新型碳纤维复合材料的机车车辆转向架上下心盘结构整体结构示意图；
26.图4为本实用新型碳纤维复合材料的机车车辆转向架上下心盘结构a部放大图示意图。
27.图中：1、上心盘；2、下心盘；3、上心盘外缘；4、上心盘外盘侧壁；5、上心盘外盘底壁；6、上心盘顶面；7、第一凸台；8、第一通孔；9、第一凸台顶壁；10、第一凸台侧壁；11、第一
定位柱；12、第一圆弧；13、第二圆弧；14、第一斜面；15、下心盘外缘；16、下心盘内盘侧壁；17、下心盘内盘底壁；18、第二通孔；19、第二定位柱；20、空心结构；21、圆孔；22、第三圆弧；24、第四圆弧；25、第五圆弧；26、第二斜面。
具体实施方式
28.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
29.具体实施例1：请参阅图1-4，碳纤维复合材料的机车车辆转向架上下心盘结构，本实用新型是利用一种高强度的碳纤维复合材料，对机车车辆转向架与车体连接处的上下心盘进行的技术改进，提出了一个上盆型下凸型的上心盘1、下心盘2新的技术方案；将上心盘1和下心盘2单独制作成一个由碳纤维复合材料制备的新型的构件，利用材质的特性，使受力分配更合理，给出了新的形状的碳纤维复合材料上心盘1和下心盘2，同时，免除了现有技术需要中间垫板的缺陷。
30.为了提高机车车辆转向架与车体连接处的上心盘1和下心盘2的可靠性和使用性能，防止此处磨耗、裂纹和不安全等问题发生，本实用新型，提出了一种碳纤维复合材料制备的上心盘1和下心盘2构件。包括：碳纤维复合材料的上心盘1采用盆型结构，下心盘2采用上凸型的新型形状，如图1、图2所示。上心盘顶面6为平面圆盘，所述上心盘顶面6中间设有第一通孔8，所述上心盘顶面6周向均匀分布有第一定位柱11，所述第一定位柱11与车体相应的孔连接，该实施例中第一定位柱11为4个，沿周向均布。所述上心盘顶面6圆周外侧为上心盘外缘3，上心盘外缘3设有一定厚度，该具体实施例中厚度为25mm，沿所述上心盘外缘3向下向内连接上心盘外盘侧壁4，上心盘外盘包括所述上心盘外盘侧壁4和上心盘外盘底壁5，上心盘外盘底壁5的中心设有第一凸台7，所述第一凸台7的轴线与所述第一通孔8的轴线处于同一直线，所述第一凸台7向下凸起，所述第一通孔8从所述上心盘顶面6一直贯通第一凸台7，所述第一凸台7包括第一凸台顶壁9和第一凸台侧壁10，所述第一凸台顶壁9位于所述上心盘外盘侧壁4的顶壁所围成空间内，所述上心盘外缘3的下表面与上心盘外盘底壁5不是位于同一水平高度，两者之间存在高度差，或者说所述上心盘外盘底壁5的厚度要大于所述上心盘外缘3的厚度，该实施例中上心盘外盘底壁5厚度为30mm，所述上心盘外盘底壁5与所述第一凸台侧壁10和上心盘外盘侧壁4均采用第一圆弧12过渡连接，该实施例中为r10的第一圆弧12过渡连接，所述上心盘外盘侧壁4的内壁在第一圆弧12过渡后连接有第一斜面14，所述第一斜面14为1：6斜面，所述上心盘外缘3的下表面与所述上心盘外盘侧壁4的外壁通过第二圆弧13过渡连接，该实施例中第二圆弧13为r40(半径40mm的圆弧)，第二圆弧13为受力加强圆弧，所述上心盘外盘即是受力部件也同时担负防尘功能。
31.下心盘2采用上凸型的新型形状，如图2所述，下心盘底面设有第二定位柱19，该实施例中第二定位柱19为圆柱形、4个，沿周向均布，第二定位柱19与摇枕相应孔连接。下心盘2的圆周外缘为下心盘外缘15，所述下心盘外缘15具有一定厚度，该实施例中下心盘外缘15厚度为25mm，下心盘2的中心设有第二通孔18，上下心盘连接使用时，第二通孔18和第一通孔8同轴设置，是为现有技术中间传立柱销做预留孔。下心盘2上设有第二凸起，第二凸起成
环形设置在下心盘2上，与下心盘外缘15同圆心设置，所述第二凸起作为下心盘内盘侧壁16，第二凸起围成的凹槽底面为下心盘内盘底壁17，下心盘内盘底壁17与下心盘外缘15的上表面存在高度差，二者不在同一水平面上，即下心盘内盘底壁17处的下心盘2厚度大于下心盘外缘15的厚度，下心盘内盘侧壁16内为空心结构20，第二凸起的上端内外两侧转角为第三圆弧22，该实施例中第三圆弧22为r10(半径为10mm的一段圆弧)过渡，所述第三圆弧22沿下心盘内盘侧壁16向下延伸连接第二斜面25，所述第二斜面25为1：6斜面，所述下心盘内盘侧壁16的内壁与下心盘内盘底壁17之间通过第四圆弧23过渡连接，该具体实施例中第四圆弧23为r10(半径为10mm的一段圆弧)，下心盘内盘侧壁16的外壁与下心盘外缘15的上表面过渡处为第五圆弧24，该实施例中第五圆弧24为r30(半径为30mm的一段圆弧)。
32.如图3所示，所述上心盘1和下心盘2配合使用的接触面主要有两部分：一是上心盘外盘底壁5和下心盘内盘侧壁16的顶面相接触；二是上下心盘侧边的1：6斜面相接触即上心盘外盘侧壁4的第一斜面14和下心盘内盘侧壁16的第二斜面25相接触。
33.其中，所述碳纤维复合材料是一种高强度非金属复合材料，它的力学性能各项指标优于铸钢材质。物理性能在于耐腐蚀、摩擦系数底，正负40度性能稳定。
34.其中，上心盘1为盆型结构，如图2所示。其上心盘外盘高75mm(即上心盘外盘侧壁4的顶面与上心盘顶面6的垂直距离为75mm)，上心盘外盘底壁5为摩擦区域，厚度30mm，第一斜面14为1：6的斜面，第二圆弧13为r40(半径40mm的圆弧)，第二圆弧13为受力加强圆弧。
35.其中，上心盘顶面6第一定位柱11为4个，沿着周向平均分布，第一定位柱11的轴线与上心盘外盘侧壁4的中心线处于同一直线的φ388周线上，第一定位柱11的柱体高30mm，直径30mm。
36.其中，下心盘2为上凸起结构，如图2所示。下心盘内盘侧壁16的顶面距下心盘2的底面100mm，下心盘内盘侧壁16的侧面为第二斜面25，第二斜面25为1：6斜面，与外部圆弧第五圆弧24以r30相连，顶部平面与第二斜面25以第三圆弧22以r10过渡。
37.其中，下心盘2内部结构采用直径60mm的空心结构20，空心结构20沿下心盘2轴线剖面为圆形，圆形顶部距离下心盘顶面即下心盘内盘侧壁16的顶面，距离不小于30mm。其下方设有24个直径φ30圆孔21，圆孔21贯穿空心结构20内，周向均布。空心结构20既省料又比实心结构有受力优势。受力后不易发生裂纹。
38.其中，下心盘2底面的第二定位柱19为4个，沿着周向平均分布，设在直径φ350周线上。第二定位柱19柱体高30mm，直径30mm。
39.其中，上心盘1和下心盘2内外壁之间为初次安装留有间隙a，如图4所示，该具体实施例中初次安装间隙a为4mm。所述第一凸台顶壁9与下心盘内盘底壁17之间、上心盘外缘3的下表面和下心盘外缘15的上表面均留有空间，三处空间是考虑磨耗后的下落空间。同时，上心盘外缘3的下表面和下心盘外缘15的上表面两边的空间也是为现有技术上、下心盘分别和车体及摇枕链接螺栓留有空间。
40.利用新型部件在材质和结构上的优点，改进现有心盘形状，降低心盘在垂向和径向的磨耗，保持上下心盘径向间隙不变。由于本技术中上心盘1和下心盘侧壁的第一斜面14和第二斜面25采用1：6斜面，初次安装间隙a为4mm，如果心盘顶部磨耗，斜面之间的间隙会不断减小，避免了现有技术上下心盘间隙，随着使用时间长，间隙越大的问题。
41.本技术中的上心盘1由于盆口向下，盆型外壁，除了承受纵向和横向及牵引力外，
为扣在上心盘下方的下心盘2，阻挡了灰尘侵入，保证了上下心盘相对转动的性能。
42.本技术中的下心盘2，采用上凸结构，而内部采用空心结构20，空心结构20为圆孔受力结构，提高了车体重量的承载能力。
43.第一定位柱11和第二定位柱19在运用中，可以抵抗来自车辆运行中的纵横向力，为克服现有技术的上下心盘连接螺栓松动的缺陷有所帮助。
44.本技术中上心盘1和下心盘2采用力学性能优于原铸钢材质的碳纤维复合材料，使上下心盘不再锈蚀，不需要外加润滑油，依然可以保证相对运动性能。
45.在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制；术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性，此外，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
46.尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。

技术特征：
1.碳纤维复合材料的机车车辆转向架上下心盘结构，包括上心盘和下心盘，其特征在于：所述上心盘采用盆型结构，所述下心盘采用上凸型，上心盘顶面中间设有第一通孔，所述上心盘顶面圆周外侧为上心盘外缘，上心盘外盘包括所述上心盘外盘侧壁和上心盘外盘底壁，所述上心盘外盘底壁的中心设有第一凸台，所述下心盘的中间设有下心盘内盘，所述上心盘外盘底壁和下心盘内盘侧壁的顶面配合接触；所述上心盘外盘侧壁和下心盘内盘侧壁的上部配合接触，所述下心盘的内部结构为空心结构，所述空心结构沿下心盘轴线剖面为圆形，所述空心结构的下方设有圆孔，所述圆孔从下心盘底面连通所述空心结构内，在所述下心盘底面周向均布。2.根据权利要求1所述的碳纤维复合材料的机车车辆转向架上下心盘结构，其特征在于：所述上心盘顶面周向均匀分布有第一定位柱，所述第一定位柱与车体相应的孔连接，所述下心盘底面设有安装第二定位柱，所述第二定位柱与摇枕相应孔连接。3.根据权利要求2所述的碳纤维复合材料的机车车辆转向架上下心盘结构，其特征在于：沿所述上心盘外缘向下向内连接上心盘外盘侧壁，所述上心盘外盘侧壁的内壁设有第一斜面，所述下心盘内盘侧壁的内外设有第二斜面，所述上心盘外缘的下表面与所述上心盘外盘侧壁的外壁通过第二圆弧过渡连接，所述第二圆弧为受力加强圆弧。4.根据权利要求3所述的碳纤维复合材料的机车车辆转向架上下心盘结构，其特征在于：所述上心盘外盘底壁与第一凸台侧壁和上心盘外盘侧壁两者的连接处均采用第一圆弧过渡连接，所述第二斜面与下心盘外缘通过第五圆弧过渡连接，所述下心盘内盘侧壁的顶面为平面，与所述第二斜面以第三圆弧过度连接。5.根据权利要求4所述的碳纤维复合材料的机车车辆转向架上下心盘结构，其特征在于：下心盘内盘底壁的中心设有第二通孔，所述第二通孔和所述第一通孔同轴设置。6.根据权利要求5所述的碳纤维复合材料的机车车辆转向架上下心盘结构，其特征在于：所述上心盘外盘侧壁和所述下心盘内盘侧壁之间为初次安装留有间隙。7.根据权利要求6所述的碳纤维复合材料的机车车辆转向架上下心盘结构，其特征在于：所述上心盘顶面为平面圆盘，所述下心盘内盘侧壁的内壁与所述下心盘内盘底壁之间通过第四圆弧过渡连接。8.根据权利要求2所述的碳纤维复合材料的机车车辆转向架上下心盘结构，其特征在于：所述第一定位柱为4个，所述第二定位柱为4个。9.根据权利要求7所述的碳纤维复合材料的机车车辆转向架上下心盘结构，其特征在于：所述第一圆弧、第三圆弧和第四圆弧为半径为10mm的一段圆弧，所述第二圆弧为半径为40mm的一段圆弧，所述第五圆弧为半径为30mm的一段圆弧，所述第一斜面和第二斜面为1:6斜面，所述上心盘外盘侧壁和所述下心盘内盘侧壁之间初次安装间隙为4mm。10.根据权利要求8或9所述的碳纤维复合材料的机车车辆转向架上下心盘结构，其特征在于：所述上心盘和所述下心盘采用碳纤维复合材料。

技术总结
本实用新型属于机车车辆技术领域，具体为碳纤维复合材料的机车车辆转向架上下心盘结构，包括上心盘和下心盘，所述上心盘采用盆型结构，所述下心盘采用上凸型，上心盘顶面中间设有第一通孔，所述上心盘顶面圆周外侧为上心盘外缘，上心盘外盘底壁的中心设有第一凸台，所述下心盘的中间设有下心盘内盘，所述上心盘外盘底壁和下心盘内盘侧壁的顶面配合接触；上心盘外盘侧壁和下心盘内盘侧壁的上部配合接触，所述下心盘的内部结构为空心结构，所述空心结构的下方设有圆孔，所述圆孔从下心盘底面连通所述空心结构内，在所述下心盘底面周向均布，免除了现有技术需要中间垫板的缺陷，阻挡了灰尘侵入，保证了上下心盘相对转动的性能。保证了上下心盘相对转动的性能。保证了上下心盘相对转动的性能。


技术研发人员：丁宁 赵堂忠
受保护的技术使用者：威海宏盛科技发展有限公司
技术研发日：2022.10.27
技术公布日：2023/4/25