專利名稱：用于磁浮車輛的托臂部件的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種磁浮交通技術中的車輛所使用的、根據鍛造鋁合金工藝技術 設計與制造的托臂部件，屬于車輛制造技術領域。
背景技術：
以500km/h速度安全運行的常導高速磁浮車輛，已成為本世紀人類創(chuàng)造的在地 面空間內最快安全行駛的客運交通工具。該項技術已經由DE19922441A1、US4665329、 US4728382, US5053654和DEiMlOl 19A1等專利公開文件披露，對于公眾已經知曉。該項高 速磁浮交通技術已經在中國上海得以實施，并在2002年12月31日投入使用，經過長期運 行證實了該項技術是安全可行的。磁浮式軌道巡檢車沿用了普通客運磁浮車輛的結構，如圖1所示，包括車廂1，前 開門的車頭2，設置在車廂1尾部的升降維護平臺3和設置在車廂底部的走行機構4。該磁 浮式軌道巡檢車經過改裝懸浮架的結構，安裝電機支撐輪裝置實現了整車承載。又因該巡 檢車可能會遇到比客運列車運行更加苛刻的沖擊載荷，因此要求主要承載部件的承載能力 有所提高。通過CN2007201^647. 6專利申請所公開的內容得知高速磁浮車輛的懸浮架 上的托臂部件承受著由由懸浮電磁鐵與軌道產生的電磁吸力的全部載荷(請參見中國專利 CN200720182647. 6中的圖2)。所以，托臂部件便成為磁浮車輛的關鍵承載部件，它的制造 工藝手段與質量直接涉及磁浮車的安全使用和疲勞壽命。原客運磁浮列車的懸浮架的托臂部件選擇了鑄造生產工藝，在精密壓力鑄造的技 術上嚴格控制產品的質量，使該托臂部件滿足磁浮車輛在高速運行工況下的安全要求。但 是，就鑄造鋁合金而言，存在著鑄造裂紋、花邊狀組織、縮松、氧化夾雜與氣孔等缺陷，這些 缺陷影響了零件的使用壽命。特別是高速磁浮列車的部件，在一個高頻振動的工況下，上述 的這些缺陷都會導致其耐疲勞性能降低，出現局部斷裂和扭曲，成為降低高速磁浮交通系 統(tǒng)維護成本的制約因素。如圖2所示，托臂42是常導磁浮車輛的走行機構4的主要承載部件，其上安裝有 懸浮架橫梁44、導向磁鐵模塊47、懸浮磁鐵模塊43、懸浮架連接部件(上連接件與下連接 件)等，承擔了磁浮車輛的懸浮力與導向力。所以在磁浮車輛高速運行中，在高頻振動的工 況下承受著交變彎曲變形的工況。因此要求該托臂42具備良好的耐疲勞性能、強度與剛 度，其選擇材料應是較鑄造鋁合金工藝生產的材料質量高，所以選擇鍛造鋁合金生產工藝 生產的托臂產品較為合適。原客運磁浮列車的托臂42選擇了鑄造鋁合金生產工藝制造，因此在導向磁鐵模 塊安裝空間位置留出了空洞，無需機加工工序；在懸浮磁鐵模塊安裝接口也是采用鑄造留 出安裝平面，僅少量的機加工便具備安裝條件；在與懸浮架橫梁安裝基準面上留有空洞，作 為減輕自重的減輕孔。鑄造托臂的壁厚較薄，退模角也較少，僅1.5度。因此整個鑄造托臂 42呈現出較為復雜的形狀。比較了鑄造鋁合金與鍛造鋁合金的基本力學性能，工程技術人員所知，鍛造鋁合金無論是材料的強度還是塑性，都普遍優(yōu)于鑄造鋁合金，特別是延伸率，鍛鋁的延伸率都在 10%以上，而鑄鋁都在3%以下。鍛造鋁合金的耐疲勞性能優(yōu)于鑄造鋁合金材料。鑄造鋁合金疲勞裂紋萌生與擴展 的過程是鑄造缺陷(如孔洞)，是直接影響疲勞裂紋行為的最為主要的因素之一。由于鑄造 工藝的問題造成鑄造孔洞的存在會大大降低疲勞裂紋萌生的壽命，但在裂紋擴展階段，孔 洞的作用具有第二相或夾雜往往會降低材料的疲勞壽命；第二相的破壞行為有脫粘和斷 裂；結果是產生微裂紋的連接與長大疲勞裂紋擴展。特別是在循環(huán)承載過程中，金屬有循環(huán)硬化或循環(huán)軟化現象，主要受到材料的熱 處理狀態(tài)、載荷大小、加載方式等因素的影響。在相同條件下，鑄造鋁合金的循環(huán)硬化程度 和速率較鍛造鋁合金高。而循環(huán)硬化的速率與程度與材料的疲勞損傷有一定關系，循環(huán)硬 化速率大的，疲勞損傷速度也快。無論是疲勞強度系數還是疲勞延性指數，鍛造鋁合金均普 遍優(yōu)于鑄造鋁合金。

實用新型內容針對上述問題，本實用新型的目的在于提高托臂部件這類主要承載部件的承載能 力與耐疲勞性能，使其滿足特殊高頻振動工況下的技術要求。因此，本實用新型提出利用鍛 造鋁合金生產工藝，來設計制造磁浮車輛的主要承載部件一托臂部件，將復雜的原鑄造 結構的托臂改為鍛造結構。為達上述目的，本實用新型提出的用于磁浮車輛的新型托臂部件，是磁浮車輛的 承載部件；該托臂部件的頂端上表面設置有懸浮架橫梁安裝接口 ；該托臂部件的底端上表 面設置有懸浮磁鐵模塊安裝接口 ；該托臂部件的內側設置有導向磁鐵模塊安裝接口 ；該托 臂部件的前后端面上設置有懸浮架結構連接安裝接口 ；特點是，所述的托臂部件的前后端 面上還設置有多加強筋，該托臂部件是基于鍛造鋁合金工藝通過上下鍛壓一體成型的，呈 工字型彎曲結構。所述的托臂部件的中間部分的內側厚于外側，且該工字型彎曲承載結構的橫截面 呈梯形。所述的懸浮架橫梁安裝接口為平面設置；所述的懸浮架橫梁安裝接口包含定位平 臺，橫向定位靠山，以及與懸浮架的橫梁螺栓連接孔。所述的懸浮磁鐵模塊安裝接口為平面設置，其與所述的懸浮架橫梁安裝接口的平 面平行；該懸浮磁鐵模塊安裝接口上設置有利用螺栓安裝的懸浮磁鐵模塊安裝定位孔。所述的懸浮磁鐵模塊安裝定位孔的周圍預留設置有定位凸臺。所述的導向磁鐵模塊安裝接口嵌設在托臂部件的內側中部，其包含預留設置的導 向磁鐵模塊安裝空間和安裝使用的螺栓固定孔與臺階孔。所述的臺階孔為矩形圓角孔。所述的懸浮架結構連接安裝接口包含上連接件安裝接口，和下連接件安裝接口， 分別位于導向磁鐵模塊安裝接口的上下兩側，是托臂部件的前后端面上對應安裝上連接件 位置和下連接件位置處所設置的固定螺栓孔。所述的上連接件安裝接口和下連接件安裝接口還具有高出托臂部件的前后端面 的圓柱型凸臺。[0020]所述的加強筋分別設置在托臂部件的前后端面上，該加強筋具有低于托臂部件的 前后端面的圓角開口。本實用新型中，經過以鍛造鋁合金生產工藝為設計基礎制造出的托臂部件在強度 與剛度上、耐疲勞性能上均優(yōu)于現有技術中鑄造鋁合金工藝生產的托臂，而且成品率高，降 低了生產成本，為批量生產高速磁浮車輛創(chuàng)造了條件。

圖1為現有技術中磁浮式軌道巡檢車的示意圖。圖2為現有技術中磁浮式軌道巡檢車的截面示意圖。圖3a和圖北分別為本實用新型所述的托臂鍛壓毛坯的結構示意圖。圖如和圖4b分別為本實用新型所述的鍛壓成型的托臂毛坯的結構示意圖。圖5為本實用新型所述的機加工后制成的通過鍛造鋁合金工藝生產的托臂部件 的結構示意圖。
具體實施方式
以下結合圖3 圖5，詳細說明本實用新型的較佳實施例。如圖5所示，為本實用新型所述的用于常導高速磁浮車輛的托臂部件48，其是一 個呈工字型彎曲的承載結構，根據磁浮車輛的安裝條件、空間限制和載荷設計，是利用鍛造 鋁合金生產工藝制造的主要承載部件。該托臂部件48的頂端上表面設置有懸浮架橫梁安 裝接口似4 ；該托臂部件48的底端上表面設置有懸浮磁鐵模塊安裝接口 422 ；該托臂部件 48的內側431設置有導向磁鐵模塊安裝接口 423 ；該托臂部件48的前后端面4 上設置有 懸浮架結構連接安裝接口，以及用于提高承載強度與剛度的加強筋430。所述的托臂部件48呈工字型彎曲承載結構，根據鍛造鋁合金生產工藝，該工字型 彎曲承載結構的中間部分的內側厚于外側，且該工字型彎曲承載結構的橫截面呈梯形。所述的懸浮架橫梁安裝接口 4 為平面設置，該平面是托臂部件48在機加工時的 基準面；所述的懸浮架橫梁安裝接口 4M包含定位平臺，橫向定位靠山，以及與懸浮架的橫 梁螺栓連接孔。所述的懸浮磁鐵模塊安裝接口 422為平面設置，其與所述的懸浮架橫梁安裝接口 424的基準平面平行；該懸浮磁鐵模塊安裝接口 422上設置有利用螺栓安裝的懸浮磁鐵模 塊安裝定位孔427。進一步，該懸浮磁鐵模塊安裝定位孔427的周圍預留設置有定位凸臺， 確保懸浮磁鐵的安裝面是一個平面。所述的導向磁鐵模塊安裝接口 423嵌設在托臂部件48的內側中部，其包含預留設 置的導向磁鐵模塊安裝空間421和安裝使用的螺栓固定孔與臺階孔。進一步，該臺階孔為 矩形圓角孔。所述的懸浮架結構連接安裝接口包含上連接件安裝接口 426，和下連接件安裝接 口 425，分別位于導向磁鐵模塊安裝接口 423的上下兩側，是托臂部件48的前后端面4 上 對應安裝上連接件位置和下連接件位置處所設置的固定螺栓孔。進一步，所述的上連接件 安裝接口 4 和下連接件安裝接口 425具有根據鍛造鋁合金工藝設計的鍛造模具，在鍛造 過程中形成的高出托臂部件48的前后端面429的圓柱型凸臺428，以及具有利用機加工和埋入鋼絲螺紋套而形成的螺栓孔。所述的用于提高承載強度與剛度的加強筋430分別設置在托臂部件48的前后端 面4 上，該加強筋430具有低于托臂部件48的前后端面429的圓角開口，該加強筋430 的深度由鍛造模具的形狀決定。為了解決本實用新型提出的核心技術問題提高承載能力，增強耐疲勞性能，因此 選擇鍛造鋁合金生產工藝制造托臂部件48。如圖3a所示，是托臂部件的鍛壓毛坯6，其是一 塊粗略形狀的鋁合金開坯板(經過至少兩道熱軋開坯)，其內部組織較鑄造結構組織細化， 達到25%的變形。平放在液壓壓力機的操作平臺上的成型模具內，以上下鍛壓的方向受力 (如圖北中的鍛壓受力方向5所示)。如果選擇合適的鑄造毛坯，也可采用類似的形狀制造 鍛壓毛坯，采用相同的上下受力方向5進行鍛壓，其鍛壓的速度應控制在2mm/分鐘以內，讓 鋁合金在450°C下均勻變形。鍛壓出的鍛壓毛坯必須經過退火軟化后方能進行下一道鍛壓 工序，在此期間不必冷卻，以節(jié)省能源。如圖如所示，成型鍛壓模應設計為與磁浮車輛的懸浮架安裝幾何尺寸約束條件 相同的幾何形狀，由此保證鍛壓托臂48的互換性。同樣將托臂鍛壓毛坯6平放在成型模 具中，以上下鍛壓的方向受力(如圖4b中的鍛壓受力方向51所示)，并且要嚴格控制鍛壓溫 度，不得低于450°C，以及鍛壓速度不得超過2mm/分鐘。在模具壓到設計位置后應保持壓 力5 10分鐘，讓故態(tài)金屬充分填充模具成型。然后取出鍛壓成型的托臂毛坯7，冷卻至室 溫，等待機加工。鍛壓成型的托臂毛坯7帶有鍛壓飛邊和部分填充盈余金屬，需要在機加工工序中 首先銑掉，然后進行表面噴砂處理。如圖5所示，對加工鍛造成型的托臂毛坯7進一步進行 以下工序，包括加工鍛造成型的托臂毛坯7的前后端面4 上的圓柱型凸臺4 的表面， 形成設計要求的前后端面4 之間的厚度；再加工懸浮架橫梁安裝接口 4M的基準面和懸 浮磁鐵模塊安裝定位孔427，并以該基準面為機加工基準定位所有的懸浮架結構連接安裝 接口，即上連接件安裝接口似6和下連接件安裝接口 425的螺栓孔；對托臂部件48的前后 端面4 上的加強筋430的圓角開口以及外圍筋的上表面僅進行去毛刺處理，而不做任何 機加工處理；利用特殊設計的工裝(不包括在本實用新型中)將被加工的鍛壓成型的托臂毛 坯7轉動到合適的位置進行導向磁鐵安裝空間421的加工，掏出并形成空洞之后再加工導 向磁鐵模塊安裝接口 423的螺栓固定孔與矩形圓角臺階孔；再次轉動鍛壓成型的托臂毛坯 7的位置，進行懸浮磁鐵模塊安裝接口 422的機加工工序，應保證懸浮磁鐵模塊的安裝平面 與懸浮架橫梁安裝接口 4M的基準面平行。最終對鍛造成型的托臂部件48的表面進行鈍化防腐處理，便可以生產出合格的、 具備互換性的、強度與剛度以及耐疲勞性能均優(yōu)于鑄造托臂的成品。其他沒有在本實用新型中描述的實施手段，采用鍛造鋁合金生產工藝和機加工配 合生產的磁浮車輛的托臂部件48的工序與方法均包括在本實用新型的范圍中。盡管本實用新型的內容已經通過上述優(yōu)選實施例作了詳細介紹，但應當認識到上 述的描述不應被認為是對本實用新型的限制。在本領域技術人員閱讀了上述內容后，對于 本實用新型的多種修改和替代都將是顯而易見的。因此，本實用新型的保護范圍應由所附 的權利要求來限定。
權利要求1.一種用于磁浮車輛的托臂部件，是磁浮車輛的承載部件；該托臂部件(48)的頂端上 表面設置有懸浮架橫梁安裝接口(424)；該托臂部件(48)的底端上表面設置有懸浮磁鐵模 塊安裝接口(422)；該托臂部件(48)的內側(431)設置有導向磁鐵模塊安裝接口(423)；該 托臂部件(48)的前后端面(429)上設置有懸浮架結構連接安裝接口 ；其特征在于，所述的托臂部件(48)的前后端面(429)上還設置有多加強筋(430)；所述的該托臂部件(48)是基于鍛造鋁合金工藝通過上下鍛壓一體成型的，呈工字型彎 曲結構。
2.根據權利要求1所述的用于磁浮車輛的托臂部件，其特征在于，所述的托臂部件 (48)的中間部分的內側厚于外側，且該工字型彎曲承載結構的橫截面呈梯形。
3.根據權利要求1所述的用于磁浮車輛的托臂部件，其特征在于，所述的懸浮架橫梁 安裝接口(4M)為平面設置；所述的懸浮架橫梁安裝接口(4M)包含定位平臺，橫向定位靠 山，以及與懸浮架的橫梁螺栓連接孔。
4.根據權利要求3所述的用于磁浮車輛的托臂部件，其特征在于，所述的懸浮磁鐵模 塊安裝接口(422)為平面設置，其與所述的懸浮架橫梁安裝接口(424)的平面平行；該懸浮 磁鐵模塊安裝接口(422)上設置有懸浮磁鐵模塊安裝定位孔(427)。
5.根據權利要求4所述的用于磁浮車輛的托臂部件，其特征在于，所述的懸浮磁鐵模 塊安裝定位孔(427)的周圍預留設置有定位凸臺。
6.根據權利要求1所述的用于磁浮車輛的托臂部件，其特征在于，所述的導向磁鐵模 塊安裝接口(423)嵌設在托臂部件(48)的內側中部，其包含預留設置的導向磁鐵模塊安裝 空間(421)和安裝使用的螺栓固定孔與臺階孔。
7.根據權利要求6所述的用于磁浮車輛的托臂部件，其特征在于，所述的臺階孔為矩 形圓角孔。
8.根據權利要求1所述的用于磁浮車輛的托臂部件，其特征在于，所述的懸浮架結構 連接安裝接口包含上連接件安裝接口(似6)，和下連接件安裝接口(425)，分別位于導向磁 鐵模塊安裝接口(423)的上下兩側，是托臂部件(48)的前后端面(429)上對應安裝上連接 件位置和下連接件位置處所設置的固定螺栓孔。
9.根據權利要求8所述的用于磁浮車輛的托臂部件，其特征在于，所述的上連接件安 裝接口(似6)和下連接件安裝接口(425)還具有高出托臂部件(48)的前后端面(4 )的圓 柱型凸臺(4沘)。
10.根據權利要求1所述的用于磁浮車輛的托臂部件，其特征在于，所述的加強筋 (430)分別設置在托臂部件(48)的前后端面(429)上，該加強筋(430)具有低于托臂部件 (48)的前后端面(4 )的圓角開口。
專利摘要本實用新型涉及一種用于磁浮車輛的托臂部件，是磁浮車輛的承載部件；該托臂部件的頂端上表面設置有懸浮架橫梁安裝接口；底端上表面設置有懸浮磁鐵模塊安裝接口；內側設置有導向磁鐵模塊安裝接口；前后端面上設置有懸浮架結構連接安裝接口；特點是，該托臂部件的前后端面上還設置有多加強筋；其是基于鍛造鋁合金工藝通過上下鍛壓一體成型的，呈工字型彎曲結構。本實用新型中，經過以鍛造鋁合金生產工藝為設計基礎制造出的托臂部件在強度與剛度上、耐疲勞性能上均優(yōu)于現有技術中鑄造鋁合金工藝生產的托臂，而且成品率高，降低了生產成本，為批量生產高速磁浮車輛創(chuàng)造了條件。
文檔編號B60L13/04GK201907429SQ20112003184
公開日2011年7月27日 申請日期2011年1月30日 優(yōu)先權日2011年1月30日
發(fā)明者何國球, 何大海, 劉曉山, 史黎明, 吳瑞恒, 吳祥明, 孟笑影, 龐克昌, 張磊, 潘躍進, 胡正飛, 蔣凱雁, 趙海燕 申請人:上海磁浮交通發(fā)展有限公司, 上海磁浮交通工程技術研究中心