[发明专利]一种基于硬磁磁流变弹性体的可变刚度转臂橡胶节点件

说明书

本发明涉及一种基于硬磁磁流变弹性体的可变刚度转臂橡胶节点，属于火车用橡胶节点技术领域。包括节点芯轴、一对电磁线圈、钢环、磁流变弹性体和外壳；节点芯轴的中部径向设于一对线圈槽内；钢环包含两组以上圆环，磁流变弹性体浇注在相邻圆环之间，钢环过盈套设在节点芯轴上，且避开一对电磁线圈；外壳过盈套设在钢环上；不通电时，由磁流变弹性体的内部剩磁提供初始磁场，可变刚度转臂橡胶节点内部形成一个闭合磁路，径向刚度为7.5 MN/m；给电磁线圈施加电流，使可变刚度转臂橡胶节点内部产生与磁流变弹性体内部剩磁相反方向的电磁场，径向刚度为5 MN/m。本发明通过复合磁场的励磁方式，满足列车在不同路段的刚度需求，提升动力学性能。

技术领域

本发明属于火车用橡胶节点件技术领域，具体涉及一种基于硬磁磁流变弹性体的可变刚度转臂橡胶节点件。

背景技术

随着列车速度的提升，对于高铁列车转向架也提出了更高的要求。列车在经过直线和曲线不同路况的轨道区间时，对于转向架的一系纵向定位刚度有着完全相反的刚度需求。在直线区间运行时，高速动车组列车往往需要以300 km/h 及以上的速度运行，此时列车容易产生剧烈的蛇形运动，此时转向架定位就需要较大的刚度来抵抗蛇形运动，从而保证列车的稳定性；而在经过曲线路段时，需要较小的刚度，使轮对能够实现径向调整，利用自导向提高曲线通过能力，并且可以有效减少列车的轮轨磨耗和轮轨噪声，从而具有良好的曲线通过性能。在实际应用中，当前，用来实现转向架纵向定位的转臂橡胶节点，一般由芯轴、橡胶层和外壳组成，橡胶的参数在制作完成后就不再变化使得定位刚度不可调，难以满足这一矛盾性刚度需求，一定程度上限制了列车的最大运行速度和运输效率，也增加了轮轨磨耗和维护成本，难以发挥出更优的动力学性能。

综上所述，当前刚度固定的转臂橡胶节点难以满足列车直线和曲线运行时的矛盾性刚度要求。因此开发一种刚度可调的弹性橡胶节点来满足列车在不同运行路段需要不同刚度的需求十分关键。为解决这一问题，本发明提出了一种基于硬磁磁流变弹性体的可变刚度转臂橡胶节点。这一新型橡胶节点能够在直线运行时，无需通电即可表现为较大的刚度，保证直线稳定性，在经过曲线时施加电流来提升曲线通过性能，为直线和曲线行驶时的不同刚度需求提供解决方案。同时无电状态下的大刚度设计，也具有一定的故障安全特性，在节点意外断电时仍能保证列车的稳定。

发明内容

为了解决被动式橡胶节点不能兼具两种刚度需求的问题，实现在列车正常运行在直线轨道时保持大刚度保证列车高速稳定性，当列车需要转弯时降低刚度从而改善轮轨的磨损来减少运维成本，本发明提供一种基于硬磁磁流变弹性体的可变刚度转臂橡胶节点件。

一种基于硬磁磁流变弹性体的可变刚度转臂橡胶节点件包括节点芯轴1、一对电磁线圈2、钢环3、磁流变弹性体4和外壳5；

所述节点芯轴1的中部径向开设有一对线圈槽，一对电磁线圈2固定设于一对线圈槽内；

所述钢环3包含三组圆环，每组圆环又包含四个以上宽度相同、直径逐渐增大的同轴圆环，所述磁流变弹性体4均匀设于相邻圆环之间，最小直径的圆环过盈套设在节点芯轴1上；所述外壳5为管状，过盈套设在钢环3的最大直径的圆环上；

一组圆环位于一对电磁线圈2之间的节点芯轴1上，另两组圆环分别位于一对电磁线圈2两侧的节点芯轴1上；

当电磁线圈2断电时，由磁流变弹性体4的内部剩磁提供初始磁场，可变刚度转臂橡胶节点件内部形成一个闭合磁路，实现的大刚度为7.5 MN/m；

当电磁线圈2通电时，可变刚度转臂橡胶节点件内部产生与磁流变弹性体4内部剩磁相反方向的电磁场，实现的小刚度为5 MN/m；

通过调控电磁线圈2的断电或通电，实现以毫秒级响应速度实现大刚度与小刚度之间的转变。

进一步的技术方案如下：

所述节点芯轴1上线圈槽的槽宽大于电磁线圈2的宽度，槽深为节点芯轴1半径的三分之一。

所述电磁线圈2的漆包线为直径0.51 mm的铜漆包线，电磁线圈2的匝数为1250匝。