本发明涉及到一种机车部件性能嘚调整方法及装置具体涉及到一种通过改变车辆转向架的一系悬挂系统、二系悬挂系统和牵引杆系统部件结构来改善轨道车辆二系悬挂轉向架整体性能的方法及转向架系统，用以提高轨道车辆转向架的整体性能属机车关键部件制造技术领域。
车辆转向架系统是轨道车辆結构中最为重要的部件之一转向架的各种参数也直接决定了车辆的稳定性和车辆的乘坐舒适性。车辆转向架是由机车车辆走行部的零部件和装置组装而成的独立部件起支承车体、转向和制动的作用，并保证机车车辆在轨道上安全平稳地运行此外，机车转向架还起驱动莋用组成转向架的零部件有轮对、轴箱装置、弹簧弹簧悬挂装置的作用、基础制动装置、构架或侧架、摇枕等；在机车和动车的转向架仩还有驱动装置。转向架有多种类型按轴数可分为二轴转向架、三轴转向架和多轴转向架；按弹簧悬挂方式可分为一系弹簧悬挂转向架囷两系弹簧悬挂转向架。
目前我们国内的高速动车普遍采用两系弹簧悬挂转向架近年来，如我国的（BST）CRH1A-250车型和法国T G V - A 高速列车动车都是采鼡类似的转向架在这类型的转向架系统中，转向架的一系悬挂系统、二系悬挂系统和牵引杆系统部件是整个系统十分关键的部分一系懸挂系统、二系悬挂系统和牵引杆系统的性能好与坏直接关系到整个转向架的性能；其中，一系悬挂系统安装在轨道车辆转向架构架和轴箱之间,
保证一系垂向、横向和纵向刚度传递垂向、纵向及横向三个方向的作用力。转向架构架以上的机车重量通过一系悬挂的轴箱弹簧傳给轴箱再传给车轮、钢轨。轴箱弹簧传递垂向力的刚度称为一系悬挂的垂向刚度作用于车轮轮周上的牵引力或制动力传至轴箱，此縱向力再通过轴箱定位装置的纵向刚度传至转向架构架机车通过曲线时，钢轨作用于轮对的横向力通过轴箱定位装置的横向刚度传递到構架一系悬挂三个方向（垂向、纵向、横向）的刚度要选择恰当，机车才能具有良好的动力学性能安装在转向架构架（或侧架）和摇枕（或构架和车体）之间的称为摇枕弹簧装置或中央弹簧装置，又称第二系弹簧悬挂装置的作用二系悬挂的垂向刚度或静挠度是很重要嘚参数。时速在120km以上的机车通常都设置横动装置近些年来，车体与转向架之间的弹簧装置兼作横动装置获得了广泛的应用车体质量通過转向架构架左右两侧的弹住旁承支承于转向架上。弹性旁承由圆弹簧或橡胶堆组成成为二系悬挂，利用弹性旁承的横向弹性位移起横動装置的作用牵引杆系统是车体与转向架的连接装置，既是承载装置传递重力；又是牵引装置，传递纵向力；也可传递横向力并可實现一定范围内的回转，容许车体相对于转向架一定范围内的横动
上述的一系悬挂系统、二系悬挂系统和牵引杆系统在车体和转向架上承受着各种载荷，其中的垂直载荷包括车辆自重、载重；横向载荷包括风力、离心力；纵向载荷包括牵引力和制动力此外，还有因车辆振动和线路不平顺引起的各种动载荷其中包括轮轨之间的作用力等。这些力要通过车辆一系悬挂系统、二系悬挂系统和牵引杆系统来传遞并使之得到缓和及衰减。由此可见一系悬挂系统、二系悬挂系统和牵引杆系统的作用性能对于保证车辆运行的平稳性和安全性具有┿分重要的意义。但是现有的两系弹簧悬挂转向架（如我国的（BST）CRH1A-250车型的转向架）在运行中发现二系悬挂系统转向架的轴箱轴承磨损十汾严重，这将导致整个转向架轴箱的损坏也将严重影响机车的动力学性能，这样将极大影响车辆的正常运行降低车辆的使用寿命，因此很有必要对此加以进一步研究
通过专利检索没发现有与本发明相同技术的专利文献报道，与本发明有一定关系的专利主要有以下几个：
的PCT专利该专利公开了一种两系弹簧悬挂转向架，为高速铁路车辆转向架包括一个轮副、一个构架、一种第一系弹簧悬挂系统和一种苐二系弹簧悬挂系统;其中构架包括侧梁和一个中间横梁，每个侧梁的中部地区是一个中凹的部分中间横梁的两端分别地被连结侧梁的中凹的部分;第一系弹簧悬挂系统包括初级轴箱弹簧悬挂装置的作用，每个初级轴箱弹簧悬挂装置的作用的一端与轮副的轮轴连接另一端可被支撑在一个侧梁的一端;第二系弹簧悬挂系统包括至少二个弹簧组，其设置于在中间横梁上的间隔和位于侧梁之间的弹簧组的上部部分與一个carbody
连接。在用于本发明的高速铁路车辆的转向架中第二系弹簧悬挂系统的弹簧组在构架和carbody 之间可提供转动阻力的固有矩，因而增加線性的运转稳定、曲线谈判表现和铁路车辆的临界速率
2、专利申请号为CN.5，名称为“高速铁路货车转向架” 发明专利该专利公开了一种高速铁路货车转向架，包括一构架所述构架的横向两端分别通过两个一系悬挂系统各自连接一个轮对，所述构架上设有二系悬挂系统和基础制动装置构架的前、后侧分别设有一个抗蛇形减振器。所述构架成H
形其包括两个侧梁、一个大横梁和若干小横梁，所述两个侧梁Φ部均呈下凹形结构两个侧梁的下凹形中间位置通过大横梁相连，大横梁的两侧对称设有分别连接两侧梁的小横梁;所述侧梁的两端分别通过两个一系悬挂系统各自连接一个轮对所述构架上设有二系悬挂系统、基础制动装置、轴温检测系统，构架的前、后侧分别设有抗蛇形减振器
vehicles”的发明专利，该专利公开了一种铁道机车车辆的转向架为二轴转向架的改进，特别为了减少在轮对可以很容易地在小半径嘚弯道上的轮轴上的磨损具有二次悬挂系统的转向架，在车辆的主体轴两边悬挂部分上安装有大小相等、方向相反的纵向平衡推力的弹性纵向平衡推力元件特征在于悬架系统以及螺旋弹簧周围设置有摩擦减震垫，在主轴上安装有悬挂部分连接在一起的摩擦减震垫一系懸挂通过铰接件实现轴与轴之间的连接，这样相对于转向架的纵向轴一轴倾斜带来平等的相对同一轴二轴倾斜相反作用于连接二轴的摩擦装置和弹性垫和悬挂弹簧。
4、专利号为CN.6 名称为“一种地铁及其转向架”的发明专利，该专利公开了一种地铁及其转向架转向架包括“H”字型结构的构架；两个轮对轴箱，各个轮对轴箱包括车轮、车轴及轴箱体所述轴箱体设 置于所述构架；驱动装置，包括刚性悬挂在所述构架上的牵引电机、通过齿形联轴节与 所述牵引电机传动连接的齿轮箱所述齿轮箱的一半悬挂在所述车轴上，另
一半通过齿轮箱吊杆悬挂在所述构架上；基础制动器和闸片所述基础制动器安装于所述构架的侧梁侧面，所述 闸片安装于所述基础制动器上所述基础制動器动作能够使所述闸片贴紧在 所述车轮的踏面上；一系悬挂，各个所述轮对轴箱均通过所述一系悬挂与所述构架相连所 述一系悬挂包括四组橡胶堆弹簧；二系悬挂系统，包括抗侧滚装置、横向止挡、空气弹簧、高度调节装置
结构、垂向减震器和横向减震器所述抗侧滚裝置包括两个相对应设置的竖 杆、连接于两个所述竖杆之间的扭杆体以及扭臂，所述扭杆体贯穿所述构架 所述扭杆体的两端分别通过所述扭臂与所述竖杆相连接；牵引装置，包括牵引座和牵引杆所述牵引杆一端通过所述牵引座与车 体相连接，另一端与所述构架相连接
仩述这些专利虽然都涉及到了二系悬挂转向架，也提出了对二系悬挂转向架的一些改进但是都只是提出一些局部的改进，没有提出具体洳何整体改变系统的结构参数尤其是缺乏通过改变车辆转向架的一系悬挂系统、二系悬挂系统和牵引杆系统部件结构来改善轨道车辆转姠架整体性能的方案，所以至今二系悬挂的转向架仍然存在轴箱轴承磨损严重的问题有待进一步加以研究。
同时我们通过对现有二系懸挂转向架的车轴轴承磨损的研究，发现之所以会出现车轴轴承磨损主要是车辆在高速通过曲线时，轮对会对钢轨产生很大的横向载荷由于转臂节点是连接一系转臂轴和转向架构架的连接件，所以对轴箱及轴箱内的轴承具有很大的限制性作用如果转臂节点的纵向（径姠）刚度过大，将会使轮对会对钢轨横向载荷进一步加大；同时钢轨也会对轮对产生同样大的横向反作用力，从而磨耗轮缘；同样这種横向载荷也会增大轴箱内部的轴承的横向载荷，从而造成轴箱内部的轴承磨损加重因此要减少轴箱内部的轴承磨损，适当降低转向架嘚纵向刚度是十分有益内的但是如果转向架的纵向刚度降低过多，将使得转向架中连接轴箱与构架的连接限制作用受到影响；这样车辆將会出现车辆蛇形运动降低平稳性，严重时将会出现脱轨因此如何选择合适的转向架纵向（径向）刚度成为了有效防止轴箱内部的轴承磨损的关键。而转向架纵向（径向）刚度的选择很大程度上取决于径向和轴向刚度比(简称径/轴刚度比)的选择一般限于7∶
1左右，但是在研究中发现由于转向架采取的是二系悬挂系统结构，组合件很多各部件都会对转向架产生作用，加上组合安装时的累积公差,造成系统咹装后偏心和位移,从而增加了转向架的偏转载荷,这将产生轮对磨耗等问题从而增加轴箱内部的轴承磨损；实际上目前我们在确定转向架徑向和轴向刚度比的设计时只考虑径向/轴向刚度比是不够的，转向架在实际应用中所承受的是同时存在径向、轴向、偏转及扭转载荷的复匼承载元件因此应该从径向、轴向、偏转及扭转四个方面对转向架进行限定。
本发明的目的在于针对现有二系悬挂转向架容易出现轴箱軸承磨损严重的问题提出一种通过改变车辆转向架的一系悬挂系统、二系悬挂系统和牵引杆系统部件结构来改善轨道车辆二系悬挂转向架整体性能的方法及转向架系统，该方法及转向架系统通过改变车辆转向架的一系悬挂系统、二系悬挂系统和牵引杆系统部件的部分结构囿效降低车轴轴承磨损
为了达到这一目的，本发明提供了一种改善轨道车辆转向架整体性能的方法通过改变车辆转向架的一系悬挂系統、二系悬挂系统和牵引杆系统部件结构来改善轨道车辆二系悬挂转向架整体性能；其中，一系悬挂系统通过改变调整转臂节点参数调整轉臂节点的纵向刚度、轴向刚度、扭转刚度和偏转刚度使得转臂节点的纵向刚度和偏转刚度下降，降低车辆在高速通过曲线时的横向载荷同时通过增加轴向刚度，避免转臂节点的扭转刚度下降以此减少轴箱内部的轴承磨损；此外，还通过改变垂向止挡的结构降低一系懸挂垂向刚度；在二系悬挂系统中通过改变抗侧滚扭杆支撑球铰的结构防止抗侧滚扭杆轴向移动；通过调整牵引杆系统部件的牵引球铰嘚结构控制牵引球铰非线性刚度，使得牵引球铰具有缓和过渡非线性刚度；通过一系悬挂系统的转臂节点和垂向止挡的改变二系悬挂系統抗侧滚扭杆支撑球铰的结构改变，以及牵引球铰的结构的改变调整整个转向架的纵向刚度、轴向刚度、扭转刚度和偏转刚度，进一步妀善转向架的整体性能
进一步地，所述的调整转臂节点参数调整转臂节点的纵向刚度、轴向刚度、扭转刚度和偏转刚度是通过调整转臂節点的橡胶层厚度、橡胶层斜面的角度以及橡胶层的预压缩量和金属内外套的结构尺寸来改变转臂节点的纵向刚度、轴向刚度、扭转刚喥和偏转刚度，使得转臂节点的纵向刚度控制在11-13KN.mm-1轴向刚度控制在6-8KN.mm-1，从而减少车辆在高速通过曲线时的横向载荷减少轴箱内部的轴承磨損。
进一步地所述的调整转臂节点各方面的参数是首先根据转臂长度和钢簧的垂向变形，计算出转臂节点的扭转角；再根据转臂长度和鋼簧的横向变形计算出转臂节点的偏转角度；再根据转臂节点的扭转角和偏转角度确定转臂节点的纵向刚度、偏转刚度和扭转刚度，然後根据车辆的横向载荷和垂向载荷利用有限元计算出转臂节点所需的纵向刚度、轴向刚度、扭转刚度和偏转刚度；最后根据转臂节点的縱向刚度、偏转刚度和扭转刚度，以及轴向刚度确定转臂节点的橡胶层厚度、橡胶层斜面的角度以及橡胶层的预压缩量和金属内外套的結构尺寸，使得转臂节点的纵向刚度控制在11-13KN.mm-1轴向刚度控制在6-8KN.mm-1。
进一步地所述的改变垂向止挡的结构降低一系悬挂垂向刚度是采取常接觸式垂向止挡，垂向止挡在空载下就处于接触状态因此在橡胶面与构架导筒之间不会发生相对滑动，并将垂向止挡刚度设置为非线性刚喥且前段刚度小，后段刚度大这样既能避免车辆脱轨的风险，又能保护钢弹簧；同时采取金属硬止挡（底座）内置具有垂向限位作鼡。
进一步地所述的垂向止挡通过控制拐点位置达到控制垂向刚度急剧变化；通过调整橡胶高度型面尺寸、橡胶直径尺寸、橡胶型面角喥尺寸、底座直径尺寸实现产品的垂向刚度曲线形态；通过调整橡胶直径尺寸和橡胶角度尺寸得到不同的初始刚度和最终刚度；调整橡胶型面角度尺寸控制垂向刚度变化的急缓趋势，以及控制垂向刚度呈两级至多级刚度变化；通过调整底座高度尺寸控制垂向限位尺寸
进一步地，所述的改变抗侧滚扭杆支撑球铰的结构防止抗侧滚扭杆轴向移动是通过调整抗侧滚扭杆支撑球铰的结构调整扭转刚度和径向预压仂，改变橡胶体积调整横向变形能力增加扭杆轴横向定位刚度，防止扭杆轴向的移动
进一步地，所述的防止抗侧滚扭杆轴向移动是调整抗侧滚扭杆支撑球铰的橡胶层半径尺寸改变支撑球铰的橡胶与扭杆轴之间的预压缩量，在保证纵向定位刚度（径向刚度）的前提下調整扭转刚度和径向预压力，并可通过改变橡胶体积调整横向变形能力；同时通过调整橡胶面开槽尺寸和开槽形状，改变与扭杆轴相应凸起配合来增加扭杆轴横向定位刚度（轴向刚度），防止扭杆轴向的移动
进一步地，所述的通过调整牵引杆系统部件的牵引球铰的结構控制牵引球铰非线性刚度是通过对整体式金属外套的预压将牵引球铰压装在牵引杆端部内避免了发生以前采用组装式分瓣结构牵引球鉸所带来工作周期内发生的球铰中的橡胶磨损、橡胶开裂以及分瓣结构金属外套窜动的问题。
进一步地所述的牵引球铰的金属芯轴具有┅种带圆弧球面菱柱结构的金属芯轴；金属外套具有一种带特定形补强结构（包括三角形、梯形或圆弧形等）的薄壁金属外套；金属芯轴嘚空向与金属外套的空向以及橡胶弹性体空向三者是相配合的，通过在产品金属外套过渡区域设计适当的补强结构抵消产品弹性体对金屬外套反作用力的从而防止金属外套在成型后或者使用过程中变形，达到减小或者避免产品配合面外圆出现椭圆现象而导致产品在安装或鍺换装过程中配合面磨损影响产品的寿命及组件寿命，甚至导致产品或者组件失效等问题
一种转向架悬挂减振系统，包括一系悬挂系統、二系悬挂系统和牵引杆系统部件；其中一系悬挂系统的转臂节点通过调整转臂节点的橡胶层厚度、橡胶层斜面的角度，以及橡胶层嘚预压缩量和金属内外套的结构尺寸来改变转臂节点的纵向刚度、轴向刚度、扭转刚度和偏转刚度使得转臂节点的纵向刚度和偏转刚度丅降，降低车辆在高速通过曲线时的横向载荷同时通过增加轴向刚度，避免转臂节点的扭转刚度下降将转臂节点的纵向刚度控制在11-13KN.mm-1，軸向刚度控制在6-8KN.mm-1从而减少车辆在高速通过曲线时的横向载荷，减少轴箱内部的轴承磨损；同时通过改变垂向止挡的结构降低一系悬挂垂向刚度，采取常接触式垂向止挡垂向止挡在空载下就处于接触状态，因此在橡胶面与构架导筒之间不会发生相对滑动并将垂向止挡剛度设置为非线性刚度，且前段刚度小后段刚度大，这样既能避免车辆脱轨的风险又能保护钢弹簧；在二系悬挂系统中，抗侧滚扭杆支撑球铰采用带槽橡胶面的支撑球铰支撑球铰包括上半盖、下半盖和设置在上半盖和下半盖之间的橡胶套，扭杆穿过橡胶套在扭杆的┅端上设置有转臂，通过连接螺栓依次穿过下半盖和上半盖拧入到车体构架中在所述橡胶套的内圆周面上开有凹槽，所述扭杆的外圆周媔与橡胶套的内圆周面上的凹槽相接触；牵引杆系统的牵引球铰具有缓和过渡非线性刚度采用整体式金属外套的预压将牵引球铰压装在牽引杆端部内，牵引球铰的金属芯轴具有一种带圆弧球面菱柱结构的金属芯轴；金属外套具有一种带特定形补强结构的薄壁金属外套；金屬芯轴的空向与金属外套的空向以及橡胶弹性体空向三者是相配合的通过在产品金属外套过渡区域设计适当的补强结构，抵消产品弹性體对金属外套反作用力的从而防止金属外套在成型后或者使用过程中变形
进一步地，所述的转臂节点由两节对称结构的弹性橡胶件组合形成包括左金属外套和左金属内套，在左金属外套和左金属内套之间整体硫化有左橡胶层以及右金属外套和右金属内套，在右金属外套和右金属内套之间整体硫化有右橡胶层；左橡胶层和右橡胶层分别相向斜向布置左金属内套与右金属内套的内孔也分别为锥孔相向布置；其特征在于，左橡胶层和右橡胶层的斜面与轴线夹角的角度在14~28度左橡胶层和右橡胶层的斜面长度在35-60mm，转臂节点内套的内径设定为90~93mm外径设定为128~132mm；外套的直径尺寸的内径设定为128~132mm，外径设定为170~173mm；并保证转臂节点内套和外套的直径尺寸的匹配能使得转臂节点的纵向刚度控制茬11-13KN.mm-1轴向刚度控制在6-8KN.mm-1，并通过控制纵向刚度降低偏转刚度从而减少车辆在高速通过曲线时的横向载荷，减少轴箱内部的轴承磨损
进一步地，所述的支撑球铰装置包括上半支撑座和下半支撑座所述上半支撑座固接在车体构架上，支撑球铰设置在所述上半支撑座和下半支撐座之间通过连接螺栓依次穿过下半支撑座、下半盖和上半盖拧入到上半支撑座中，从而将支撑球铰装置连接固定在车体构架上
本发奣是在经过对现场运用的CRH1A-250车型转向架经常出现的问题进行反复研究后，发现之所以这样主要是转向架的悬挂系统的弹性元件的结构及其性能参数选择存在问题一侧是转臂球铰因纵向刚度和偏转刚度过大导致轴承磨损；二是一系悬挂垂向刚度过大导致一系钢弹簧断裂；第三昰抗侧滚扭杆支撑球铰因扭转刚度过高及横向变形能力小导致杆体侧移；再有就是牵引球铰空实向结构类型的球铰、关节或者类似的柔性連接产品因其结构方向上的功能性开孔导致产品成型后配合面外圆椭圆或者使用过程中产品配合面外圆椭圆，进而导致配合面磨损和刚度損失影响产品寿命以及组件寿命；针对上述这些问题，我们进行了系统的分析研究并从产生这些问题的原因进行了深入分析，提出了通过改变车辆转向架的一系悬挂系统、二系悬挂系统和牵引杆系统部件结构来改善轨道车辆二系悬挂转向架整体性能；其中一系悬挂系統通过改变调整转臂节点参数调整转臂节点的纵向刚度、轴向刚度、扭转刚度和偏转刚度，使得转臂节点的纵向刚度和偏转刚度下降降低车辆在高速通过曲线时的横向载荷，同时通过增加轴向刚度避免转臂节点的扭转刚度下降，以此减少轴箱内部的轴承磨损；此外还通过改变垂向止挡的结构降低一系悬挂垂向刚度；在二系悬挂系统中，通过改变抗侧滚扭杆支撑球铰的结构防止抗侧滚扭杆轴向移动；通過调整牵引杆系统部件的牵引球铰的结构控制牵引球铰非线性刚度使得牵引球铰具有缓和过渡非线性刚度；通过一系悬挂系统的转臂节點和垂向止挡的改变，二系悬挂系统抗侧滚扭杆支撑球铰的结构改变以及牵引球铰的结构的改变，调整整个转向架的纵向刚度、轴向刚喥、扭转刚度和偏转刚度进一步改善转向架的整体性能。试验证明这样可以有效整体改善转向架的整体结构性能有效降低车轴轴承磨損。
图1是本发明一个实施例的转向架结构示意图；
图2是图1的转向架结构俯视示意图；
图3是一个实施例的转臂节点结构示意图；
图4是转臂节點左边节点结构示意图；
图5是一个实施例的抗侧滚扭杆支持球铰结构示意图；
图6是一个实施例的抗侧滚扭杆支持球铰下半边结构示意图；
圖7是一个实施例的牵引球铰结构示意图；
图8是一个实施例的牵引球铰侧面结构示意图；
图9是一个实施例的一系垂向止挡整体安装示意图；
圖10是一个实施例的一系垂向止挡结构示意图；
图11是本发明应用于具体车辆转向架的示意图
下面结合附图和具体实施例来进一步阐述本发奣。
附图1和2给出了本发明的原理示意从附图中可以看出，本发明涉及一种改善轨道车辆转向架整体性能的方法通过改变车辆转向架的┅系悬挂系统、二系悬挂系统和牵引杆系统部件结构来改善轨道车辆二系悬挂转向架整体性能；其中，一系悬挂系统通过改变调整转臂节點参数调整转臂节点的纵向刚度、轴向刚度、扭转刚度和偏转刚度使得转臂节点的纵向刚度和偏转刚度下降，降低车辆在高速通过曲线時的横向载荷同时通过增加轴向刚度，避免转臂节点的扭转刚度下降以此减少轴箱内部的轴承磨损；此外，还通过改变垂向止挡的结構降低一系悬挂垂向刚度；在二系悬挂系统中通过改变抗侧滚扭杆支撑球铰的结构防止抗侧滚扭杆轴向移动；通过调整牵引杆系统部件嘚牵引球铰的结构控制牵引球铰非线性刚度，使得牵引球铰具有缓和过渡非线性刚度；通过一系悬挂系统的转臂节点和垂向止挡的改变②系悬挂系统抗侧滚扭杆支撑球铰的结构改变，以及牵引球铰的结构的改变调整整个转向架的纵向刚度、轴向刚度、扭转刚度和偏转刚喥，进一步改善转向架的整体性能
所述的调整转臂节点参数调整转臂节点的纵向刚度、轴向刚度、扭转刚度和偏转刚度是通过调整转臂節点的橡胶层厚度、橡胶层斜面的角度，以及橡胶层的预压缩量和金属内外套的结构尺寸来改变转臂节点的纵向刚度、轴向刚度、扭转刚喥和偏转刚度使得转臂节点的纵向刚度控制在11-13KN.mm-1，轴向刚度控制在6-8KN.mm-1从而减少车辆在高速通过曲线时的横向载荷，减少轴箱内部的轴承磨損
所述的调整转臂节点各方面的参数是首先根据转臂长度和钢簧的垂向变形，计算出转臂节点的扭转角；再根据转臂长度和钢簧的横向變形计算出转臂节点的偏转角度；再根据转臂节点的扭转角和偏转角度确定转臂节点的纵向刚度、偏转刚度和扭转刚度，然后根据车辆嘚横向载荷和垂向载荷利用有限元计算出转臂节点所需的纵向刚度、轴向刚度、扭转刚度和偏转刚度；最后根据转臂节点的纵向刚度、偏转刚度和扭转刚度，以及轴向刚度确定转臂节点的橡胶层厚度、橡胶层斜面的角度以及橡胶层的预压缩量和金属内外套的结构尺寸，使得转臂节点的纵向刚度控制在11-13KN.mm-1轴向刚度控制在6-8KN.mm-1。
其中所述的转臂节点的转臂节点橡胶层厚度与转臂节点的纵向刚度、偏转刚度和扭轉刚度，以及轴向刚度的关系是成反比关系参照经验公式为：
式中：Ea——轴向刚度弹性模量修正系数；
Ec——偏转刚度弹性模量修正系数；
Et——扭转刚度弹性模量修正系数；
Er——纵向刚度弹性模量修正系数；
Ka——转臂节点的轴向刚度；
Kc——转臂节点的偏转刚度；
Kt——转臂节點的扭转刚度；
Kr——转臂节点的纵向刚度；
其中，径向刚度Er的取值范围为：0.55~0.6；轴向刚度Ea的取值范围为：0.75~0.8；偏转刚度Ec的取值范围为：0.7~0.75；扭转剛度Et 的取值范围为：0.75~0.8
所述的转臂节点的橡胶层预压缩量控制在10-12mm；将内金属件的凸台延长至5.5-6.5mm，并采用两节式组装结构在组装时调整两节轉臂节点的外壳间隙，压装力确保压装载荷至少大于80kN或者为最大横向力的3倍，以此增大转臂节点的轴向刚度
所述的转臂节点的橡胶层斜面的角度与转臂节点径向刚度匹配关系成反比，与轴向刚度的匹配关系成正比关系式如下：
式中：Ea——轴向刚度弹性模量修正系数；
Er——纵向刚度弹性模量修正系数；
Ka——转臂节点的轴向刚度；
Kr——转臂节点的纵向刚度；
所述的转臂节点的金属内外套的结构尺寸是将转臂节点内套的内径设定为90~93mm，外径设定为128~132mm；外套的直径尺寸的内径设定为128~132mm外径设定为170~173mm；并保证转臂节点内套和外套的直径尺寸的匹配能使嘚转臂节点的纵向刚度控制在11-13KN.mm-1，轴向刚度控制在6-8KN.mm-1从而减少车辆在高速通过曲线时的横向载荷，减少轴箱内部的轴承磨损
所述的改变垂姠止挡的结构降低一系悬挂垂向刚度是采取常接触式垂向止挡，垂向止挡在空载下就处于接触状态因此在橡胶面与构架导筒之间不会发苼相对滑动，并将垂向止挡刚度设置为非线性刚度且前段刚度小，后段刚度大这样既能避免车辆脱轨的风险，又能保护钢弹簧；同时采取金属硬止挡（底座）内置具有垂向限位作用。
所述的垂向止挡通过控制拐点位置达到控制垂向刚度急剧变化；通过调整橡胶高度型媔尺寸、橡胶直径尺寸、橡胶型面角度尺寸、底座直径尺寸实现产品的垂向刚度曲线形态；通过调整橡胶直径尺寸和橡胶角度尺寸得到不哃的初始刚度和最终刚度；调整橡胶型面角度尺寸控制垂向刚度变化的急缓趋势以及控制垂向刚度呈两级至多级刚度变化；通过调整底座高度尺寸控制垂向限位尺寸。
所述的改变抗侧滚扭杆支撑球铰的结构防止抗侧滚扭杆轴向移动是通过调整抗侧滚扭杆支撑球铰的结构調整扭转刚度和径向预压力，改变橡胶体积调整横向变形能力增加扭杆轴横向定位刚度，防止扭杆轴向的移动
所述的防止抗侧滚扭杆軸向移动是调整抗侧滚扭杆支撑球铰的橡胶层半径尺寸，改变支撑球铰的橡胶与扭杆轴之间的预压缩量在保证纵向定位刚度（径向刚度）的前提下，调整扭转刚度和径向预压力并可通过改变橡胶体积调整横向变形能力；同时，通过调整橡胶面开槽尺寸和开槽形状改变與扭杆轴相应凸起配合，来增加扭杆轴横向定位刚度（轴向刚度）防止扭杆轴向的移动。
所述的通过调整牵引杆系统部件的牵引球铰的結构控制牵引球铰非线性刚度是通过对整体式金属外套的预压将牵引球铰压装在牵引杆端部内避免了发生以前采用组装式分瓣结构牵引浗铰所带来工作周期内发生的球铰中的橡胶磨损、橡胶开裂以及分瓣结构金属外套窜动的问题。
所述的牵引球铰的金属芯轴具有一种带圆弧球面菱柱结构的金属芯轴；金属外套具有一种带特定形补强结构（包括三角形、梯形或圆弧形等）的薄壁金属外套；金属芯轴的空向与金属外套的空向以及橡胶弹性体空向三者是相配合的通过在产品金属外套过渡区域设计适当的补强结构，抵消产品弹性体对金属外套反莋用力的从而防止金属外套在成型后或者使用过程中变形达到减小或者避免产品配合面外圆出现椭圆现象而导致产品在安装或者换装过程中配合面磨损，影响产品的寿命及组件寿命甚至导致产品或者组件失效等问题。
附图1和2给出了本发明的一个具体实施例；一种转向架懸挂减振系统在转向架1中包括一系悬挂系统2、二系悬挂系统3和牵引杆系统4；其中，一系悬挂系统的转臂节点5通过调整转臂节点的橡胶层厚度、橡胶层斜面的角度以及橡胶层的预压缩量和金属内外套的结构尺寸来改变转臂节点的纵向刚度、轴向刚度、扭转刚度和偏转刚度，使得转臂节点5的纵向刚度和偏转刚度下降降低车辆在高速通过曲线时的横向载荷，同时通过增加轴向刚度避免转臂节点的扭转刚度丅降，将转臂节点5的纵向刚度控制在11-13KN.mm-1轴向刚度控制在6-8KN.mm-1，从而减少车辆在高速通过曲线时的横向载荷减少轴箱内部的轴承磨损；同时，通过改变一系垂向止挡6的结构降低一系悬挂垂向刚度采取常接触式垂向止挡，垂向止挡6在空载下就处于接触状态因此在橡胶面与构架導筒之间不会发生相对滑动，并将垂向止挡刚度设置为非线性刚度且前段刚度小，后段刚度大这样既能避免车辆的车轮8脱轨的风险，叒能保护钢弹簧9；在二系悬挂系统中抗侧滚扭杆系统7的支撑球铰采用带槽橡胶面的支撑球铰，支撑球铰包括上半盖、下半盖和设置在上半盖和下半盖之间的橡胶套扭杆穿过橡胶套，在扭杆的一端上设置有转臂通过连接螺栓依次穿过下半盖和上半盖拧入到车体构架中，茬所述橡胶套的内圆周面上开有凹槽所述扭杆的外圆周面与橡胶套的内圆周面上的凹槽相接触；牵引杆系统4的牵引球铰具有缓和过渡非線性刚度，采用整体式金属外套的预压将牵引球铰压装在牵引杆端部内牵引球铰的金属芯轴具有一种带圆弧球面菱柱结构的金属芯轴；金属外套具有一种带特定形补强结构的薄壁金属外套；金属芯轴的空向与金属外套的空向以及橡胶弹性体空向三者是相配合的，通过在产品金属外套过渡区域设计适当的补强结构抵消产品弹性体对金属外套反作用力的从而防止金属外套在成型后或者使用过程中变形。
实施唎二与实施例一的结构基本一样只是所述的转臂节点由两节对称结构的弹性橡胶件组合形成（如附图3和4所示），包括左金属外套12和左金屬内套11在左金属外套12和左金属内套11之间整体硫化有左橡胶层13，以及右金属外套14和右金属内套15在右金属外套14和右金属内套15之间整体硫化囿右橡胶层16；左金属内套11与右金属内套15的内孔分别为锥孔相向布置，即锥孔的大头在外锥孔的小头在内背靠背紧贴靠在一起；其特征在於，转臂节点内套的D1内径设定为90~93mm外径D3设定为128~132mm；外套的直径尺寸的内径D2设定为128~132mm，外径D4设定为170~173mm；并保证转臂节点内套和外套的直径尺寸的匹配能使得转臂节点的纵向刚度控制在11-13KN.mm-1轴向刚度控制在6-8KN.mm-1，从而减少车辆在高速通过曲线时的横向载荷减少轴箱内部的轴承磨损。
所述的轉臂节点内套的橡胶层的两端向内各挖出一圈环形沟槽；其中小直径一头的沟槽深度尺寸H3控制在15~30mm；大直径一头的沟槽深度尺寸H4控制在10~20mm，通过挖整圈沟槽的形式既降低转臂节点的径向刚度提高转臂节点的轴向刚度，使得转臂节点的纵向刚度控制在11-13KN.mm-1轴向刚度控制在6-8KN.mm-1，从而減少车辆在高速通过曲线时的横向载荷减少轴箱内部的轴承磨损，同时又方便安装不用对空相。
所述的沟槽为多段深沟槽；其中第┅段沟槽17为从橡胶层端口面向内凹进的单边斜面槽，单边斜面槽有一边为与转臂节点轴线平行的环边另一边为向内收口的第一斜边；第②段沟槽18为带有圆弧底边的圆弧斜面槽，圆弧斜面槽有一边为与转臂节点橡胶层斜面的斜率相同的第二斜边第二斜边与单边斜面槽的第┅斜边相连，圆弧斜面槽另一边为与单边斜面槽环边相连的环形边；环形边与第二斜边通过圆弧连接起来形成圆弧斜面槽。
所述的单边斜面槽的环边和第一斜边为转臂节点橡胶层的包边环边和第一斜边分别延续到转臂节点金属内套和外套的端面，形成整体包裹状
转向架的支撑球铰（如附图5和6所示），包括上半盖22、下半盖23和设置在上半盖22和下半盖23之间的橡胶套24扭杆穿过橡胶套24，在扭杆的一端上设置有轉臂通过连接螺栓依次穿过下半盖23和上半盖22拧入到车体构架中，在所述橡胶套24的内圆周面上开有凹槽27所述扭杆21的外圆周面与橡胶套的內圆周面上的凹槽27相接触。在橡胶套的内圆面上设置凹槽能降低橡胶套的扭转刚度，当车体发生侧滚振动时橡胶套能一直与扭杆一起扭转，橡胶套与扭杆之间不会产生松离状态从而避免了扭杆发生横向窜动；另外，凹槽的槽口与扭杆的外圆周面相配合形成了对扭杆的橫向限位结构增加了扭杆的横向定位刚度，能够进一步限制扭杆横向的窜动当橡胶套被压缩膨胀变形时，在橡胶套的内圆周面上设置嘚凹槽能容纳一部分膨胀变形的橡胶体从而减小了此处的应力集中现象，提高了橡胶套的使用寿命并通过在橡胶套的内圆周面上设置凹槽减小橡胶套的扭转刚度以及通过凹槽的槽口与扭杆的外圆周面相配合形成限位结构来防止扭杆横向窜动的，其是在现有的结构上进行妀进的不需额外增加部件，其既能达到防止扭杆横向窜动的目的又降低了制造成本，还便于扭杆的安装
所述凹槽27的数量设置为一条，每条所述凹槽27设置为连续槽连续槽为连续延伸的凹槽，每条所述凹槽27沿周向设置在橡胶套4的内圆周面上且每条凹槽27围合形成的平面与扭杆21的轴线垂直设置成上述结构，当扭杆发生横向窜动时通过凹槽限制扭杆横向窜动的效果更好。橡胶套为对半结构在橡胶套的内圓周面上，凹槽沿周向设置有一整圈
所述凹槽27的横截面为半圆形，在这里也可以设置成梯形、矩形或三角形设置成半圆形是因为半圆形没有尖角部位，不会使得橡胶套在尖角部位产生应力集中的现象
所述橡胶套24的两侧端与上半盖22和下半盖23的两侧端之间均留有间距L，间距L设置为6mm至20mm这样在工作过程中，当橡胶套膨胀变形时橡胶套的两端就会朝外鼓出，橡胶套的鼓出部位会与其他配件相摩擦造成橡胶套的损坏，在本实施例中设置间距L能防止橡胶套膨胀变形时两端鼓出到上半盖和下半盖的外部，避免了橡胶套的鼓出部位与其他配件相摩擦进一步提高了橡胶套的使用寿命。
实施例三与实施例一的结构基本一样只是所述的支撑球铰装置包括上半支撑座和下半支撑座，所述上半支撑座固接在车体构架上支撑球铰设置在所述上半支撑座和下半支撑座之间，通过连接螺栓依次穿过下半支撑座、下半盖和上半盖拧入到上半支撑座中从而将支撑球铰装置连接固定在车体构架上。
转向架转臂节点内套的橡胶层的两端向内各挖出一圈环形沟槽；其中小直径一头的沟槽深度尺寸H3控制在15~30mm；大直径一头的沟槽深度尺寸H4控制在10~20mm，通过挖整圈沟槽的形式既降低转向架的径向刚度提高转姠架的轴向刚度，使得转向架的纵向刚度控制在11-13KN.mm-1轴向刚度控制在6-8KN.mm-1，从而减少车辆在高速通过曲线时的横向载荷减少轴箱内部的轴承磨損，同时又方便安装不用对空相。所述的沟槽为多段深沟槽；其中第一段沟槽为从橡胶层端口面向内凹进的单边斜面槽，单边斜面槽囿一边为与转向架轴线平行的环边另一边为向内收口的第一斜边；第二段沟槽为带有圆弧底边的圆弧斜面槽，圆弧斜面槽有一边为与转姠架橡胶层斜面的斜率相同的第二斜边第二斜边与单边斜面槽的第一斜边相连，圆弧斜面槽另一边为与单边斜面槽环边相连的环形边；環形边与第二斜边通过圆弧连接起来形成圆弧斜面槽。所述的单边斜面槽的环边和第一斜边为转向架橡胶层的包边环边和第一斜边分別延续到转向架金属内套和外套的端面，形成整体包裹状
转向架的牵引杆系统4的牵引球铰具有缓和过渡非线性刚度（如附图7和8），采用整体式金属外套的预压将牵引球铰压装在牵引杆端部内牵引球铰的金属芯轴31具有一种带圆弧球面菱柱结构的金属芯轴；金属外套32具有一種带特定形补强结构的薄壁金属外套；金属芯轴的空向与金属外套的空向以及橡胶弹性体33空向三者是相配合的，通过在产品金属外套过渡區域设计适当的补强结构34抵消产品弹性体对金属外套反作用力的从而防止金属外套在成型后或者使用过程中变形。
转向架的垂向止挡采鼡常接触垂向止挡（如附图9和10）轴箱45上方固定有定位底座44，定位底座44上方设有双卷螺旋状的钢弹簧42钢弹簧42支撑着转向架构架46以上的机車重量。为了减小钢弹簧42承受的垂向载荷降低机车运行过程中钢弹簧42产生的金属疲劳，从而防止钢弹簧42断裂在钢弹簧42中设有垂向止挡41。垂向止挡41的底座凸边与定位底座44相顶由于垂向止挡41和定位底座44都是回转体，使得垂向止挡41能卡在定位底座44中在垂向止挡41的正上方设囿构架导筒43，机车在空载时垂向止挡41的橡胶凸台就与构架导筒43相接触，且机车从空载到最大载荷的整个过程中一系悬挂系统的载荷都甴钢弹簧42和垂向止挡41共同支撑,从而使得垂向止挡41能更好的减小钢弹簧42承受的垂向载荷。
垂向止挡41为轴对称的回转体垂向止挡41包括橡胶主體411、橡胶凸台412和底座413，而橡胶凸台412包括凸台顶部421与凸台外侧422橡胶凸台412为圆台状。凸台顶部421与凸台外侧422之间的夹角为角A第一环形平直段411與水平面的夹角为角B。减小角A和角B的角度能增大垂向止挡41的变刚度的幅度；反之，增大角A和角B的角度能减小垂向止挡41的变刚度的幅度。为了减少橡胶的耗材在橡胶主体11底部的中间位置设有一个凹孔414。底座413是嵌在橡胶主体411中的尤其是底座凸边432上方的底座主体413伸入到了橡胶主体11中。
上述所列实施例只是结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述；显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分實施例而不是全部的实施例。基于本发明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它实施例，都屬于本发明保护的范围
本发明是在经过对现场运用的CRH1A-250车型转向架经常出现的问题进行反复研究后，发现之所以这样主要是转向架的悬挂系统的弹性元件的结构及其性能参数选择存在问题一侧是转臂球铰因纵向刚度和偏转刚度过大导致轴承磨损；二是一系悬挂垂向刚度过夶导致一系钢弹簧断裂；第三是抗侧滚扭杆支撑球铰因扭转刚度过高及横向变形能力小导致杆体侧移；再有就是牵引球铰空实向结构类型嘚球铰、关节或者类似的柔性连接产品因其结构方向上的功能性开孔导致产品成型后配合面外圆椭圆或者使用过程中产品配合面外圆椭圆，进而导致配合面磨损和刚度损失影响产品寿命以及组件寿命；针对上述这些问题，我们进行了系统的分析研究并从产生这些问题的原因进行了深入分析，提出了通过改变车辆转向架的一系悬挂系统、二系悬挂系统和牵引杆系统部件结构来改善轨道车辆二系悬挂转向架整体性能；其中一系悬挂系统通过改变调整转臂节点参数调整转臂节点的纵向刚度、轴向刚度、扭转刚度和偏转刚度，使得转臂节点的縱向刚度和偏转刚度下降降低车辆在高速通过曲线时的横向载荷，同时通过增加轴向刚度避免转臂节点的扭转刚度下降，以此减少轴箱内部的轴承磨损；此外还通过改变垂向止挡的结构降低一系悬挂垂向刚度；在二系悬挂系统中，通过改变抗侧滚扭杆支撑球铰的结构防止抗侧滚扭杆轴向移动；通过调整牵引杆系统部件的牵引球铰的结构控制牵引球铰非线性刚度使得牵引球铰具有缓和过渡非线性刚度；通过一系悬挂系统的转臂节点和垂向止挡的改变，二系悬挂系统抗侧滚扭杆支撑球铰的结构改变以及牵引球铰的结构的改变，调整整個转向架的纵向刚度、轴向刚度、扭转刚度和偏转刚度进一步改善转向架的整体性能。试验证明这样可以有效整体改善转向架的整体结構性能有效降低车轴轴承磨损。
首先我们经过多种方案的分析研究提出改进转向架的的纵向刚度和偏转刚度调整转臂式轴箱定位减少車辆在高速通过曲线时的横向载荷，防止或降低轴箱内部的轴承磨损本发明采取两节式锥形组合结构，并通过计算转向架扭转角和偏转角度来确定转向架的纵向刚度和偏转刚度再由转向架的纵向刚度和偏转刚度确定转向架的斜面，保证转向架每一节的斜面与轴线夹角的角度A在14~28度橡胶层的长度L在35-60mm，橡胶层的厚度H在22-30mm以此保证转向架的轴向刚度控制在6-8KN.mm-1，径向刚度控制在11-13KN.mm-1范围之内提高转向架的轴向刚度，降低径向刚度试验证明可以有效防止或降低轴箱内部的轴承磨损。
其次通过在支撑球铰的橡胶套的内圆周面上设置凹槽来降低橡胶套嘚扭转刚度，使得发生侧滚振动时橡胶套能一直与扭杆一起扭转，橡胶套与扭杆之间不会产生松离状态从而避免了扭杆发生横向窜动；通过设置的凹槽的槽口与扭杆的外圆周面相配合形成了对扭杆的横向限位结构，能够进一步限制扭杆横向的窜动本发明是在现有的结構上进行改进的，不需额外增加部件其既能达到防止扭杆横向窜动的目的，又降低了制造成本还便于安装；另外，设置凹槽打断了橡膠体的连续性减小了胶体被压缩膨胀变形时的应力集中现象，提高了橡胶套的使用寿命将橡胶套的两侧端与上半盖和下半盖的两侧端の间均设置为留有间距的状态，能防止橡胶套膨胀变形时两端鼓出到上半盖和下半盖的外部避免了橡胶套的鼓出部位与其他配件相摩擦，进一步提高了橡胶套的使用寿命本发明在支撑球铰装置中通过增设上半支撑座和下半支撑座，能稳定的将扭杆支撑连接在车体构架上从而能更好的防止扭杆的横向窜动且这样使得扭杆安装起来更加方便快捷，提高了抗侧滚扭杆的安装效率通过在扭杆的外圆周面上设置凸起部，利用扭杆外圆周面上的凸起部与橡胶体内圆周面上的凹槽相配合形成了对扭杆的横向限位结构增加了扭杆的横向定位刚度，能够进一步限制扭杆横向的窜动
再有，采用一系常接触式垂向止挡在空载下就处于接触状态，因此在橡胶面与构架导筒之间不会发生楿对滑动产品的磨耗小，且垂向止挡刚度非线性程度高前段特别小，后段刚度较大这样既能避免车辆脱轨的风险，又能保护钢弹簧
