一种轨道机车及其排障器结构的制作方法

1.本发明涉及轨道车辆技术领域，尤其涉及一种轨道机车及其排障器结构。


背景技术：

2.排障器设置在轨道车辆前端牵引梁的下方，主要作用是清除轨道上的障碍物，可有效提高列车运行过程中的安全性。目前，既有机车车辆的排障器仅通过螺栓紧固件与车体连接，虽然可以实现排障器的快速拆装、检修便利，但是在现有结构下，用于排障器安装的螺栓紧固件不仅承受排障器自身重量带来的轴向力，而且当排障器与轨道上的障碍物发生碰撞时安装螺栓同时承受由此带来的横向剪切力，发生碰撞时产生的瞬时横向剪切力远大于安装螺栓的抗剪力和所承受的轴向力，因此更容易造成安装螺栓的失效。
3.现有机车车辆排障器主要引用en 15227《铁路应用—铁路车辆的防撞性要求》及tj/jw 102《交流传动机车司机室防撞性暂行技术规范》进行设计，在上述2个标准中都对排障器提出了防撞性要求。在en 15227中，排障器的防撞性要求与机车最大运行速度相关，只有当机车最大运行速度≥160km/h时，排障器底部中央须承受正面300kn的载荷、底部两侧须承受250kn的载荷。而在tj/jw 102中，对排障器防撞性要求更为苛刻，不考虑机车的最大运行速度是否达到160km/h，而是直接规定了排障器中央须承受正面300kn的载荷、底部两侧须承受250kn的载荷。因此在2017年颁布tj/jw 102标准后，国内的机车尤其是干线机车车辆，排障器的设计标准逐渐引用tj/jw 102来代替en 15227，所以如何提供一种满足tj/jw 102的高防撞性能的机车车辆排障器及其安装结构，是本领域技术人员须重点解决的问题。
4.根据以往机车排障器的设计经验，由于排障器两侧的空间相对充足，所以在进行排障器设计时，满足两侧承受250kn载荷的要求容易实现，但满足中央承受300kn载荷的要求更加困难、复杂，这是由于排障器一般位于机车车端钩缓装置前方下部位置，该区域中部一般预留车钩安装空间、车钩横向/垂向运动空间，而且部分机车车辆转向架采用端部低位牵引拉杆时，进一步压缩了排障器中部承载结构及安装结构的设计空间，所以在进行排障器满足300kn中央底部载荷设计时，无足够空间搭建相应承载结构，无法将排障器中部所承受的300kn力流转移到机车车辆的主体结构上。因此技术人员只能选择更大规格的螺栓紧固件或者增加螺栓数量，这又对螺栓的安装空间、安装结构、紧固力矩提出了更高的要求，也造成了生产制造成本增加、检修维护不便，同时也未从本质上改变排障器安装螺栓的受力形式，这对机车的运行带来了安全隐患。
5.中国专利cn203958167u公开了一种大功率电力机车用排障器，包括排障器主体和小排障器两大部件，排障器主体由骨架、围板、斜撑管、脚踏和感应线圈支座组焊而成；小排障器由安装弯板、加强筋板和底板组成，骨架采用大于8mm的厚板组焊，外面再蒙上围板，结构既美观又牢固，另外增加斜撑管作辅助，分散排障器所受冲击载荷，可以简化排障器结构，达到最大强度。这种排障器安装在机车前部，通过排障器上翼板上的安装孔与机车上的牵引梁螺栓连接，排障器作业时，由安装螺栓承受剪切力。但是，受限于螺栓自身结构特点，
即螺栓可承受的横向剪切力远小于轴向力，在满足排障器不断提高的防撞性要求下，如何在排障器端部中央区域空间有限的情况下，提供一种有效、安全的排障器中部承载结构及其安装方式，从本质上优化排障器安装螺栓的受力形式，保证机车安全运行，是本领域技术人员亟需解决的问题。同时排障器属于走行部、车下悬挂式安装部件，采用螺栓与车体相连。为了防止在异常情况下螺栓紧固件断裂、排障器掉落到轨道上影响列车的行车安全，需对排障器进行防脱落设计。


技术实现要素：

6.本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种排障器，不仅能够将排障器中央底部承受的力流直接传递到车体主体结构上，解决排障器安装螺栓承受剪切力的问题，同时能够防止排障器脱落。
7.本发明采用的技术方案如下：
8.一种轨道机车的排障器结构，包括排障板、排障器上翼板，所述排障器上翼板与排障板的上边沿连接，所述排障板朝向排障器上翼板的一侧设置有承载座，所述承载座的一侧与排障板固定连接，所述承载座的另一侧与车体固定连接。
9.排障板用于排除轨道上的障碍物，所述排障器上翼板与车体底架固定连接，所述承载座夹设于排障板与车体之间，承载座能够将排障板受外界撞击时承受的剪切力传递至车体主结构上，提高排器中部能够承受的载荷，避免排障器上翼板上的安装紧固件承受横向剪切力而造成紧固件的失效；所述承载座将排障板与车体连接在一起，避免紧固件断裂造成排障器掉落到轨道上影响列车的行车安全。
10.进一步地，所述排障板的外表面为u形弧面，沿排障板的轴线方向设置有开口，所述开口贯通排障板的上边沿；所述排障器上翼板有2段，2段排障器上翼板分别设置于所述开口两侧。如此，排障板中部设置开口，预留车钩安装空间及车钩横向和垂向运动空间，提高排障器的实用性。排障板的两端向内侧弯曲成u形，有利于降低风阻。
11.进一步地，所述承载座包括承载座立边，所述承载座立边远离排障器上翼板的一端与排障板可拆卸连接，所述承载座立边朝向排障板的一侧设置有第一缺口，所述第一缺口贯通承载座立边的底部，所述第一缺口两侧壁上均设有承载座销轴孔。如此，所述第一缺口将承载座立边的底部打通，保证了承载座的垂向安装路径畅通，而且便于在日常检修中目视检查该处的吊座焊缝，实现了焊缝的可视性。所述第一缺口远离挡块的一侧未打通，在满足吊座空间的同时尽可能保证结构刚度。
12.进一步地，所述排障板朝向排障器上翼板的一侧设置有多个排障器加强筋拼接成的网格状筋板，排障板上开口的两侧设置有挡块，所述挡块与排障器加强筋及排障器上翼板远离排障板的一侧连接。如此，在排障器承载的区域附近合理布置排障器加强筋并且加设挡块，形成箱形结构，有效增加排障器的结构强度和刚度。
13.进一步地，所述挡块远离排障板的一侧固定连接有吊座，所述吊座位于第一缺口内，所述吊座上设置有圆孔，所述圆孔与承载座销轴孔的轴心线在同一条直线上。第一缺口的形状大小与吊座相匹配。
14.进一步地，还包括防落销，所述防落销依次穿过承载座销轴孔和圆孔将承载座立边与挡块转动连接。
15.如此，所述第一缺口为吊座提供空间，承载座销轴孔和吊座上的圆孔共同实现防落销安装，防止排障器由于异常载荷或紧固件松动等原因掉落到轨道上。防落销结构简单，对安装空间、使用空间要求不高，在正常情况下，防落销不受力，仅在异常情况下排障器安装螺栓全部松脱或断裂时才发挥作用。
16.进一步地，所述承载座还包括承载座第一横边，所述承载座第一横边的一端与承载座立边朝向排障板的一侧连接，承载座第一横边的另一端朝向排障器上翼板的一侧与排障器上翼板的上表面连接。如此，承载座第一横边内侧面与排障器上翼板的上表面“面接触”，实现垂向力流传递。
17.进一步地，所述承载座还包括承载座第二横边，所述承载座第二横边与承载座立边远离排障板的一侧连接，所述承载座第二横边上设置有第二缺口，所述第二缺口位于承载座第二横边远离排障板上开口的一侧。
18.本发明还提供一种轨道机车，包括车体底架，车体底架上安装如上述任一项所述的排障器结构。
19.进一步地，所述排障器上翼板通过若干紧固件与车体底架连接。
20.进一步地，所述紧固件包括螺栓。
21.进一步地，还包括牵引座，所述牵引座一端与车体底架连接，牵引座的另一端与承载座永久性连接。牵引座是转向架与车体间传递牵引力和制动力的核心部件，牵引座本身及周边结构的静强度、疲劳强度、刚度都按照较高等级设计，排障器作业时的纵向载荷传递至牵引座对车体整体结构的安全性较好，且有效提高牵引座结构的利用率。
22.进一步地，所述牵引座通过第二缺口与承载座第二横边焊接在一起，承载座第二横边的设计不仅可提高承载座的刚度，而且有效增加与牵引座连接的焊缝长度，有效降低焊缝的应力，提高焊缝区域的安全系数。
23.与现有技术相比，本发明的有益效果是：通过承载座结构设计，选定机车牵引座作为排障器中部力流传递的载体，使排障器承受的纵向载荷尤其是中部纵向载荷，传递到车体的牵引座上，提高了排障器的防撞性能，有效减少安装螺栓数量，不仅降低了生产制造成本，同时也有利于排障器后期的检修维护；销轴孔、吊座的组合设计，实现排障器防脱落功能和轻量化设计，进一步保证了机车的运行安全；承载座与排障板可拆卸连接，便于检修。
24.本发明还提供了一种具有上述排障器结构的轨道机车。由于上述排障器结构具有上述技术效果，具有上述排障器结构的轨道机车也应具有同样的技术效果，在此不再一一累述。
附图说明
25.图1是本发明的排障器结构外侧结构示意图；
26.图2是本发明的排障器结构内侧结构示意图；
27.图3是本发明的承载座第一横边结构示意图；
28.图4是本发明的承载座第二横边结构示意图；
29.图5是本发明的排障器结构安装结构示意图1；
30.图6是本发明的排障器结构安装结构示意图2。
31.附体标记说明：1、承载座，101、承载座立边，1011、承载座立边外侧面，1012、承载
座立边内侧面，1013、承载座销轴孔，1014、承载座立边底部，1015、第一缺口，102、承载座第一横边，1021、承载座顶面，1022、承载座第一横边内侧面，103、承载座第二横边，1031、承载座第二横边内侧面，1032、第二缺口，2、牵引座，3、排障器上翼板，4、紧固件，5、排障板，6、挡块，7、吊座，8、防落销，9、排障器加强筋。
具体实施方式
32.以下将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。为叙述方便，下文中如出现“上”、“下”、“左”、“右”字样，仅表示与附图本身的上、下、左、右方向一致，并不对结构起限定作用。
33.实施例1
34.如图1和图2所示，一种轨道机车的排障器结构，包括排障板5、排障器上翼板3，所述排障器上翼板3的一侧与排障板5内侧的上边沿连接，所述排障板5朝向排障器上翼板3的一侧设置有承载座1，所述承载座1与排障板5可拆卸连接。
35.所述排障板5的外表面为u形弧面，沿排障板5的轴线方向设置有开口，所述开口贯通排障板5的上边沿；所述排障器上翼板3有2段，2段排障器上翼板3分别设置于所述开口两侧。所述排障板5的两端向内侧弯曲成u形，排障板5是一体结构或者拼接结构。
36.如图3和图4所示，所述承载座1包括承载座立边101、承载座第一横边102、承载座第二横边103组成的“t”形结构，所述承载座立边101的下部与排障板5可拆卸连接，所述承载座第一横边内侧面1022与排障器上翼板3的上表面连接。
37.所述承载座立边101与排障板5连接的位置设置有第一缺口1015，所述第一缺口1015位于承载座立边101的下部，所述第一缺口1015左、右两侧壁上均设有承载座销轴孔1013。
38.所述排障板5的内壁上设置有多个排障器加强筋9焊接成的网格状筋板，排障板5开口的左、右两侧设置有挡块6，所述挡块6与排障器加强筋9及排障器上翼板3远离排障板5的一侧焊接在一起。所述排障板5与排障器上翼板3焊接在一起，所述网格状筋板焊接在排障板5的内壁上。
39.所述第一缺口1015将承载座立边101的底部贯通，第一缺口1015的大小与吊座7相匹配，第一缺口1015的后侧壁未贯通。第一缺口1015能够避免承载座立边101与吊座7干涉；第一缺口1015贯通承载座立边底部1014，可确保自下而上安装排障器的可行性，而且吊座7下部的焊缝可视，利于后续的检修工作。
40.所述承载座第二横边103上设置有第二缺口1032，所述第二缺口1032位于承载座第二横边103远离排障板5开口的一侧。
41.所述承载座1的棱角处均采用圆弧过渡，避免应力集中。
42.所述第二缺口1032和承载座第二横边内侧面1031与牵引座2的外形相匹配，承载座第一横边内侧面1022与排障器上翼板3的外形相匹配。
43.综合考虑结构强度、刚度、重量、焊缝数量、工艺加工量，所述承载座1采用加工件，所述承载座1设置两个，承载座1为加工而成的一体式结构，可以从根本上避免板材拼焊造成的焊缝处许用应力减小，从而达到增加强度和安全系数的目的。从重量角度分析，承载座
1为加工件，在满足强度要求的前提下，可以适当减小各部分的厚度，从而达到轻量化设计的目的。
44.如图1所示，所述承载座1与排障板5连接的位置设置有吊座7、防落销8，所述吊座7与挡块6远离排障板5的一侧焊接在一起，所述吊座7上设置有圆孔，所述圆孔与承载座销轴孔1013的轴心线在同一条直线上，所述防落销8穿过承载座销轴孔1013和圆孔将承载座立边101与挡块6转动连接。
45.如图5和图6所示，一种轨道机车，包括车体底架、牵引座2，所述车体底架上安装如上所述的排障器结构。
46.所述牵引座2一端与承载座第二横边103永久性连接，牵引座2的另一端与车体底架连接，所述排障器上翼板3通过若干紧固件4与车体底架连接，所述紧固件4为螺栓。所述承载座1和牵引座2之间通过焊缝连接，且均焊接在车体底架上。承载座立边外侧面1011、承载座第二横边内侧面1031、第二缺口1032均与牵引座2永久性连接。承载座顶面1021与车体底架永久性连接。
47.承载座立边内侧面1012与挡块6“面接触”，不仅实现纵向力流传递，而且可有效增大接触面积。
48.承载座第一横边内侧面1022与排障器上翼板3的上表面“面接触”，实现垂向力流传递。
49.综合考虑牵引座2横向位置、排障器300kn载荷加载位置、车钩安装空间、零件重量、工艺加工等因素，承载座1与牵引座2并非完全对中布置。为满足所述排障器中央底部承受正面300kn载荷的要求，承载座1尽可能在列车横向上靠中布置，其表面与周边零部件尽可能贴合，增大接触面积，增加焊缝长度，降低应力水平。
50.机车运行过程中，在排障板5承受外界撞击时，纵向力通过承载座1直接传递至车体主结构上，力流传递路径为：排障板5
→
排障器加强筋9
→
挡块6
→
承载座1
→
牵引座2
→
车体底架，避免紧固件4承受剪切力，提高了排障器的排障能力，满足tj/jw 102-2017《交流传动机车司机室防撞性暂行技术规范》规定的排障器中央底部承受正面300kn载荷的要求。牵引座2是转向架与车体间传递牵引力和制动力的核心部件，牵引座本身及周边结构的静强度、疲劳强度、刚度都按照较高等级设计，所以将排障器承受的纵向载荷传递到牵引座2上，对整体结构的安全性较好，且提高牵引座2结构的利用率。
51.实施例2
52.如实施例1所述，不同之处在于，所述承载座1无承载座第一横边或者承载座1无承载座第二横边，将承载座1设计为“l”形。
53.实施例3
54.如实施例1所述，不同之处在于，所述承载座1设计为“i”形，承载座立边101一端与所述挡块6连接，承载座立边101的另一端与牵引座2连接。
55.实施例4
56.如实施例1所述，不同之处在于，所述承载座1与挡块6之间加设调整垫片。
57.实施例5
58.如实施例1所述，不同之处在于，车体底架无牵引座或牵引座不设置在端部，可设计专用的过渡座与挡块6配合，共同传递排障器承受的纵向载荷。
59.实施例6
60.如实施例1所述，不同之处在于，承载座1为拼焊结构或者空心结构。
61.上述实施例阐明的内容应当理解为这些实施例仅用于更清楚地说明本发明，而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落入本技术所附权利要求所限定的范围。

技术特征：
1.一种轨道机车的排障器结构，包括排障板(5)、排障器上翼板(3)，所述排障器上翼板(3)与排障板(5)的上边沿连接，其特征在于，所述排障板(5)朝向排障器上翼板(3)的一侧设置有承载座(1)，所述承载座(1)的一侧与排障板(5)固定连接，所述承载座(1)的另一侧与车体固定连接。2.根据权利要求1所述的排障器结构，其特征在于，所述排障板(5)的外表面为u形弧面，沿排障板(5)的轴线方向设置有开口，所述开口贯通排障板(5)的上边沿；所述排障器上翼板(3)有2段，2段排障器上翼板(3)分别设置于所述开口两侧。3.根据权利要求2所述的排障器结构，其特征在于，所述承载座(1)包括承载座立边(101)，所述承载座立边(101)远离排障器上翼板(3)的一端与排障板(5)可拆卸连接，所述承载座立边(101)朝向排障板(5)的一侧设置有第一缺口(1015)，所述第一缺口(1015)贯通承载座立边(101)的底部，所述第一缺口(1015)两侧壁上均设有承载座销轴孔(1013)。4.根据权利要求3所述的排障器结构，其特征在于，所述排障板(5)朝向排障器上翼板(3)的一侧设置有若干排障器加强筋(9)拼接成的网格状筋板，排障板(5)上开口的两侧设置有挡块(6)，所述挡块(6)与排障器加强筋(9)及排障器上翼板(3)远离排障板(5)的一侧连接。5.根据权利要求4所述的排障器结构，其特征在于，所述挡块(6)远离排障板(5)的一侧固定连接有吊座(7)，所述吊座(7)位于第一缺口(1015)内，所述吊座(7)上设置有圆孔，所述圆孔与承载座销轴孔(1013)的轴心线在同一条直线上。6.根据权利要求5所述的排障器结构，其特征在于，包括防落销(8)，所述防落销(8)依次穿过承载座销轴孔(1013)和圆孔将承载座立边(101)与挡块(6)转动连接。7.根据权利要求3所述的排障器结构，其特征在于，所述承载座(1)还包括承载座第一横边(102)，所述承载座第一横边(102)的一端与承载座立边(101)朝向排障板(5)的一侧连接，承载座第一横边(102)的另一端朝向排障器上翼板(3)的一侧与排障器上翼板(3)的上表面连接。8.根据权利要求7所述的排障器结构，其特征在于，所述承载座(1)还包括承载座第二横边(103)，所述承载座第二横边(103)与承载座立边(101)远离排障板(5)的一侧连接，所述承载座第二横边(103)上设置有第二缺口(1032)，所述第二缺口(1032)位于承载座第二横边(103)远离开口的一侧。9.一种轨道机车，包括车体底架，其特征在于，所述车体底架上安装如权利要求1-8任一项所述的排障器结构，所述排障器上翼板(3)与车体底架可拆卸固定连接。10.根据权利要求9所述的轨道机车，其特征在于，还包括牵引座(2)，所述牵引座(2)一端与车体底架连接，牵引座(2)的另一端与承载座(1)永久性连接。

技术总结
本发明公开了一种轨道机车及其排障器结构，包括排障板、排障器上翼板，所述排障器上翼板与排障板的上边沿连接，所述排障板朝向排障器上翼板的一侧设置有承载座，所述承载座的一侧与排障板固定连接，所述承载座的另一侧与车体固定连接。本发明不仅能够将排障器中央底部承受的力流直接传递到车体主体结构上，解决排障器安装螺栓承受剪切力的问题，同时能够防止排障器脱落。排障器脱落。排障器脱落。


技术研发人员：童小山 何永强 刘雅玲 张兴 潘登 胡坤镜 刘宏也
受保护的技术使用者：中车株洲电力机车有限公司
技术研发日：2023.05.04
技术公布日：2023/6/28