[发明专利]基于磁流变液的火车用变刚度橡胶节点

说明书

技术领域

本发明涉及火车用变刚度装置的技术领域，具体涉及一种基于磁流变液的火车用变刚度橡胶节点。

背景技术

随着高速铁路的快速发展，高铁的稳定性，舒适性和安全性等问题变得越来越重要。火车在直道和弯道上行驶时对于转向架的要求是不一样。在直道上特别是直道高速行驶时要求转向架具有较大刚度和阻尼来保证列车的稳定性和安全性。而当列车行驶在弯道时，要求转向架刚度，特别是纵向刚度较小以提高铁路机车的弯道通过性能。而上述对于转向架参数可调的要求，被动的转向架很难达到。因此亟需寻求刚度参数可调，易于控制，稳定性好的控制方法来提升火车的整体性能，为此本发明提出了一种基于磁流变液的新型刚度可控轮对定位橡胶节点。橡胶节点是用来连接转向架构架和轮对的装置。这一橡胶节点的使用能够限制轴箱和构架之间纵向和横向的相对位移同时实现弹性定位，决定了轮对纵向定位刚度。而这一刚度数值对火车弯道通过性和高速稳定性有这至关重要的影响。

磁流变技术是一种典型的半主动控制技术。它利用磁流变这一智能材料其自身物理性质由外界磁场可控的特性开发而成。磁流变液作为一种典型的磁流变材料，具有可逆性好(撤去磁场后又恢复初始状态)，响应速度快(ms量级)，控制参数简单(调节电流)等优点。磁流变器件可以分为两种状态，被动状态和激励状态。在被动状态时，没有外加电流，磁流变器件与普通的被动式减振器件相似。而在激励状态，磁流变材料的流变性发生改变，其自身粘度随磁场的变化而发生变化，经过设计与优化，磁流变器件的阻尼特性或刚度特性也随着外加电流的变化而变化。综上所述磁流变技术是用来开发刚度可变火车轮对定位节点最为理想的技术。

具体来说，在列车设计过程中，橡胶节点的刚度对于列车的高速稳定性和曲线通过性能的影响完全是相反的，在设计中也是相互矛盾的。一方面，较小的轮对纵向刚度能使列车获得良好的弯道通过性能，同时能够大幅度降低列车的轮轨力，轮轨磨耗和轮轨噪声。这样一来，当列车在曲线上行驶时，利用自导向效应，轮对可以径向调整，从而减小轮缘对轨道的冲角提高车辆的曲线通过性能。另一方面。现代行走机构必须达到200km/h或者更高的高速运行速度。这样一来，就需要保证列车在高速行驶时的稳定性。高速行驶的稳定性就需要尽可能的提高轮对的纵向定位刚度。综上所述，橡胶节点刚度的设计至关重要，同时刚度不可变的被动橡胶节点又很难同时满足弯道行驶和直线行驶对于橡胶节点刚度的不同要求。所以开发一种智能的，刚度可调的橡胶节点来满足列车的高速稳定性和曲线通过性的不同刚度需求至关重要。为解决这一问题，本发明提出了一种基于磁流变技术的刚度可调的列车用弹性橡胶节点。这一新型轮对定位节点能够为直道和弯道对橡胶节点的不同刚度需求提供的完美的解决方案。

发明内容

本发明要解决的技术问题为：列车行驶在弯道和直道铁轨上时对于转向架的参数要求差异较大，具体来说列车需要较大的纵向定位刚度来确保列车在直道上高速行驶时的稳定性，同时列车又需要较小的纵向刚度来提高列车的弯道通过性能。现有的被动式橡胶节点无法满足这一相互矛盾的刚度需求。为克服现有被动式橡胶节点的缺点，本发明提出了一种基于磁流变液的刚度可控的橡胶节点。这一节点可在车辆高速行驶时提供较大的定位刚度来保证车辆的行驶稳定性和安全性，当车辆低速通过弯道时，提供较小的轮对定位刚度来提高火车的弯道通过性能，从而降低轮对和铁轨磨损降低维护成本。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案为：

一种基于磁流变液的火车用变刚度橡胶节点，包括磁流变液，节点弹性体，励磁线圈，还包括节点芯轴一，励磁线圈绕在节点芯轴一的两端凹槽内，节点芯轴一中部开有中心口保证磁流变液可以流过，磁流变液的流变特性由励磁线圈控制，磁流变液流变特性的改变会引起节点刚度的改变。

其中，节点芯轴一中间位置开有通孔供磁流变液流经使用，节点芯轴一本身为非导磁性材料，节点芯轴一内部开有通孔，通孔中装有两根导磁性轴，在安装过程中，两根导磁性轴中部留有间隙供磁流变液流经使用，此间隙在励磁线圈通电时会产生磁场从而控制磁流变液的流变特性，从而控制节点刚度。

其中，节点弹性体的中间部位内侧开有凹槽，节点在励磁线圈未通电状态下工作时凹槽侧面和上部弹性体都被压缩，整体刚度较低，当励磁线圈通电时，磁流变液会转变成半固体状态，凹槽侧面弹性体不会被压缩，只有凹槽上部的弹性体被压缩，表现出来大刚度。