CN103180193A - 车辆用空气弹簧和使用该车辆用空气弹簧的转向架 - Google Patents

Abstract

对于同时使用各自具有弹性的外部止动部件和内部止动部件的车辆用空气弹簧，其课题在于，同时实现整体高度进一步降低和确保放气时的良好弹簧特性。该车辆用空气弹簧构成为，在隔膜（4）的内侧设有内部止动部件（6），将形成在内筒（3）上的凹部（8）插入至外部止动部件（5）的内侧，而相对于外部止动部件（5）在高度方向上以长度L重叠，在一个实施方式中，所述凹部（8）具有倒圆锥形的周壁（8_-1）和底壁（8_-2），在按压板（7）上垂下设有倒圆锥形的载荷施加面（9a），并且，作为所述内部止动部件（6），设有倒圆锥形的准剪切型止动部件，分别将该准剪切型内部止动部件（6）的内径面（fi）固定在载荷施加面（9a）上，将外径面（fo）固定在所述周壁（8-1）的内表面上。

Description

车辆用空气弹簧和使用该车辆用空气弹簧的转向架

技术领域

本发明涉及一种车辆用空气弹簧和使用该车辆用空气弹簧的转向架，特别涉及在充气时（充入有空气的正常时）、放气时（所谓爆裂时）弹簧特性优良，且与现有产品相比能够实现进一步小型化的空气弹簧。

背景技术

作为铁道车辆用悬架而采用的空气弹簧，作为辅助弹簧而设置在车辆的转向架和车体之间。该空气弹簧分为带承梁转向架用和无承梁转向架用。

在上述空气弹簧中，存在下述专利文献1中公开的空气弹簧。专利文献1的空气弹簧具有：内筒，其安装在转向架侧；外筒，其安装在车体侧；以及隔膜，其设置在该内筒和外筒之间，用于充入空气，此外，空气弹簧具有外部止动部件和内部止动部件，它们均具有弹性。

外部止动部件和内部止动部件大多使用由层叠橡胶形成的结构，其中，层叠橡胶是将橡胶层和加强板交替重叠而成的。外部止动部件为大致圆筒状，对具有隔膜的空气弹簧的内筒进行支撑。另外，内部止动部件设置在隔膜的内侧，在放气时支撑外筒。

在放气时，外筒载置在内部止动部件上方，经由内部止动部件和外部止动部件而支撑载荷（车体重量）。

由此，利用内部止动部件的弹簧特性，弥补因放气而引起的隔膜缓冲性能的丧失，在放气时也能够确保车辆的行驶安全性和不适感较小的乘坐舒适度。

然而，上述构造的空气弹簧由于具有外部止动部件和内部止动部件这两者，因此存在高度尺寸增大的趋势。

作为上述问题的对策，如图4所示，专利文献1的空气弹簧在内筒的中央部设有向下凹陷的凹部，并使该凹部进入外部止动部件的内部，在该凹部上方安装有内部止动部件。由此，使外部止动部件和内部止动部件在高度方向上局部重叠，从而能够缩短整体高度（整体的高度尺寸）。

专利文献1：日本特开2002－206582号公报

发明内容

在所述专利文献1的空气弹簧中，在为了进一步降低内部止动部件的弹簧常数而使内部止动部件的高度增大的情况下，如果要至少维持整体高度不变，则会使外部止动部件和内部止动部件的重叠量增大。

在充气时空气弹簧在水平方向位移时，外部止动部件弹性变形，起到对隔膜的水平运动进行辅助的作用。此时，需要避免倾斜的外部止动部件与安装内部止动部件的内筒的凹部发生干涉。然而，如果为了避免与外部止动部件干涉而使凹部减小，则内部止动部件的外径变小，从而无法充分确保内部止动部件的受压面积。

本发明的课题在于，对于同时使用了外部止动部件和内部止动部件的空气弹簧，同时实现整体高度的进一步降低和确保放气时的良好弹簧特性。

为了解决上述课题，本发明的车辆用空气弹簧具有：车体侧的外筒；所述外筒下方的内筒；隔膜，其配置在所述外筒和所述内筒之间；具有弹簧特性的筒状的外部止动部件，其对所述内筒进行支撑；以及具有弹簧特性的内部止动部件，其由所述内筒支撑。并且，所述内筒具有下部窄的倾斜支撑壁，该倾斜支撑壁在所述外部止动部件的内侧与该外部止动部件在高度方向上重叠，并对所述内部止动部件的一端面进行支撑，该车辆用空气弹簧还具有下部窄的倾斜固定壁，该倾斜固定壁对所述内部止动部件的另一端面进行固定，并隔着所述内部止动部件而与所述倾斜支撑壁相对。

在该车辆用空气弹簧中，由于所述内筒利用所述倾斜支撑壁对所述内部止动部件进行支撑，因此，即使所述外部止动部件因空气弹簧的水平位移而倾斜，也能够避免所述倾斜支撑壁和所述外部止动部件的干涉，并能够确保所述内部止动部件的支撑面积。通过确保所述内部止动部件的受压面积及体积，从而在放气时也能够适当地承受空气弹簧的搭载载荷。另外，在所述倾斜支撑壁和所述倾斜固定壁之间固定的所述内部止动部件，作为准剪切型的止动部件起作用，在放气时也能够得到良好的弹簧特性。

在一个实施方式中，作为所述内部止动部件，使用的是承受车体重量而发生剪切变形的倒圆锥形的准剪切型止动部件，分别将该准剪切型的内部止动部件的一个端面（外径面）固定在所述倾斜支撑壁上，将所述内部止动部件的另一端面（内径面）固定在所述倾斜固定壁上。

所述内筒能够具有所述倾斜支撑壁和加强壁，该加强壁从所述倾斜支撑壁的底部向内侧（中心方向）延伸。

该内部止动部件优选设置在所述凹部的周壁的内表面大致整个区域的范围内。

本发明还提供一种转向架，其将上述本发明的空气弹簧作为悬架设置在安装有车轴和车轮的转向架框架上。

发明的效果

空气弹簧用的准剪切型止动部件是所述专利文献1的图4所示的公知的缓冲材料，其因车体重量而发生准剪切变形，从而产生缓冲效果。本发明的空气弹簧中由于作为内部止动部件使用该准剪切型的止动部件，因此，不需要在凹部的周壁和内部止动部件之间设置用于容许内部止动部件的水平方向弹性变形的空间。因此，能够充分利用内筒的内部空间。

另外，由于使该准剪切型的内部止动部件形成为倒圆锥形状，因此，使设置在内筒上的凹部的周壁形成为倒圆锥形状，从而能够在其周壁和外部止动部件之间确保下方较宽的空间，以容许外部止动部件的水平方向弹性变形。

在此基础上，通过采用准剪切型的内部止动部件，能够放宽对所述凹部的周壁的倾斜角θ的限制，使该倾斜角θ足够大。由此，能够不增大从凹部的底壁至外部止动部件的下面板的距离，而使外部止动部件的水平方向弹性变形的容许量增大，能够进一步降低整体高度，并确保放气时的良好的弹簧特性。

另外，本发明的转向架由于采用同时实现整体高度降低和确保放气时的良好弹簧特性的空气弹簧，因此，能够应对增大车轮的直径的要求和提高放气时的行驶安全性的要求，有助于车辆的高速化。

附图说明

图1是表示本发明的空气弹簧的一个实施方式的剖视图。

图2是表示本发明的空气弹簧的其他实施方式的剖视图。

图3是表示本发明的转向架的实施方式的概要的侧视图。

图4是专利文献1中公开的空气弹簧的剖视图。

图5是表示图1的发明的空气弹簧的其他实施方式的剖视图。

图6是表示图2的发明的空气弹簧的其他实施方式的剖视图。

标号的说明

1空气弹簧

2外筒

2a上面板

2b空气口

2c支撑轴

3内筒

3a推压件

4隔膜

5外部止动部件

6内部止动部件

5a、6a层叠橡胶

5a_-1、6a_-1橡胶层

5a_-2、6a_-2加强板

5b下面板

5c空气口

5d支撑轴

fo外径面

fi内径面

7按压板

8凹部

8_-1周壁（倾斜支撑壁）

8_-2底壁（加强壁）

9中空锥体

9a载荷施加面（倾斜固定壁）

10转向架

11车轴

12车轮

13转向架框架

13a侧梁

14轴弹簧

20车体

g1、g2空间

θ内筒凹部周壁的倾斜角

L外部止动部件与内部止动部件的重叠长度

da内筒和按压板之间的径向间隙尺寸

db外部止动部件的半径上的水平方向弹性变形的容许量

具体实施方式

下面，基于附图的图1至图3及图5至图6，对本发明的车辆用空气弹簧和转向架的实施方式进行说明。图1所示的车辆用空气弹簧1是将外筒2、内筒3、隔膜4、外部止动部件5、内部止动部件6及按压板7组合而构成的。

外筒2是将具有给排气用的空气口2b的支撑轴2c设置在上面板2a中心的部件，该上面板2a覆盖在隔膜4的上部，该外筒2安装在车体20上。

在该外筒2和内筒3之间配置隔膜4。压缩空气被导入至该隔膜4的内部，从而能够在充气时发挥空气缓冲效果。

外部止动部件5是发生压缩变形的压缩型的缓冲材料。图示的外部止动部件5是将大致圆筒状的层叠橡胶5a和下面板5b组合而构成的，在中心处垂下设有支撑轴5d的所述下面板5b安装在车辆的转向架10上，其中，层叠橡胶5a是将环状的橡胶层5a_-1和加强板5a_-2交替重叠而形成的，支撑轴5d具有空气口5c。内筒3固定在该外部止动部件5的上端，通过外部止动部件5进行该内筒3的支撑。空气口2b、5c经由设置在凹部8的底壁8_-2和中空锥体9上的孔而连通，其中，该凹部8设在后述的内筒3上。

此外，外部止动部件5的性能，按照在承受最大假想载荷的状态下内筒3不会碰到下面板5b的方式确定。

内筒3在中央部具有向下凹陷的凹部8。该凹部8形成为具有倒圆锥形的周壁（倾斜支撑壁）8_-1和底壁（加强壁）8_-2，将内部止动部件6设置在该凹部的周壁8_-1上，并由内筒3对内部止动部件6进行支撑。

内部止动部件6是准剪切型的缓冲部件，会对应于垂直加载（来自上方的载荷）而发生剪切变形。将该内部止动部件6的弹簧常数设定为比外部止动部件5的弹簧常数小。另外，使得能够在放气时将按压板7保持在悬置位置。图示的内部止动部件6由将圆锥状的橡胶层6a_-1和圆锥状的加强板6a_-2交替重叠而成的层叠橡胶6a构成，但如图2所示，也可以由单一的橡胶块构成。

该内部止动部件6形成为倒圆锥形状，使倾斜的外径面fo与凹部8的周壁8_-1的内表面相接。

按压板7通过设置在内筒3上部的推压件3a阻止其从图1的位置向上移动，但容许从图1的位置向下移动和相对于内筒3的规定量的水平方向相对移动。图示的按压板7在与内筒3的滑动面上具有氟类树脂等低摩擦系数的涂层（未图示），在此情况下，无需确保使得上述水平方向相对移动量很大。

在该按压板7的中央部下表面垂下设有与凹部8同心配置的中空锥体9，使该中空锥体9的倒圆锥形的外周面（倾斜固定壁）成为载荷施加面9a，使该表面与内部止动部件6的内径面fi粘接。

此外，内部止动部件6的外径面fo和内径面fi的粘接，仅在该止动部件的上侧和下侧进行，内/外径面的高度方向的中间部均为没有与载荷施加面9a和周壁8_-1粘接的状态。通过该结构，能够使内部止动部件容易因垂直载荷而产生剪切变形，但也可以对内/外径面fo、fi的整个区域进行粘接。

该内部止动部件6将内筒3的凹部8插入至外部止动部件5的内侧。因此，由凹部的周壁8_-1支撑的内部止动部件6，在图1所示的长度L范围内在高度方向上与外部止动部件5重叠，与不重叠的构造相比，空气弹簧的整体高度相当于降低了长度L。

对于内部止动部件6来说，从上方适当地加压而进行预压缩，通过利用按压板7阻止从预压缩点复原，从而保持预压缩状态。该内部止动部件6的性能，按照能够在放气时承受最大假想载荷的状态下维持按压板7的悬置状态的方式确定。

如图1、图2所示，该内部止动部件6优选设置在凹部的周壁8_-1内表面的大致整个区域的范围内。由此，能够充分利用凹部8的内部空间，也能够最大限度地确保橡胶层的体积。

按照上述方式构成的该车辆用空气弹簧1，由于采用了准剪切型的内部止动部件6，因此，无需在凹部的周壁8_-1和内部止动部件6之间设置现有技术中设置的图4的空间g1。

另外，由于使该准剪切型的内部止动部件6形成为倒圆锥形状，因此，能够在内筒凹部的周壁8_-1和外部止动部件5之间确保下方较宽的空间g2，该空间g2用于容许外部止动部件5的水平方向弹性变形（设计上的最大弹性变形量）。

凹部的周壁8_-1与采用压缩型内部止动部件的专利文献1的空气弹簧不同，因确保内部止动部件6的受压面积而受到的倾斜角限制较少。因此，能够使周壁8_-1的倾斜角θ较大而使空间g2增大。

因此，能够不增大从凹部的底壁8_-2至外部止动部件的下面板5b的距离，而使外部止动部件5的水平方向弹性变形的容许量增大，能够实现车辆用空气弹簧的整体高度的进一步降低及确保放气时良好的弹簧特性。

另外，由于采用准剪切型内部止动部件，与采用压缩型内部止动部件的专利文献1的空气弹簧相比，还能够得到使放气时对应于垂直载荷的弹簧常数足够小的效果。关于专利文献1的空气弹簧，最软的水平是放气时的弹簧常数为3kN/mm左右，但如果是准剪切型内部止动部件，则放气时的弹簧常数可以达到小于或等于2kN/mm的水平，因此，用户的选择范围扩大。

此外，将内部止动部件6设置在凹部的周壁8_-1的内表面大致整个区域的范围内的空气弹簧，能够进一步提高内筒3的内部空间的利用率，并最大限度地确保内部止动部件6构成的橡胶层的体积。对于内部止动部件和外部止动部件来说，橡胶层的体积越大，橡胶的载荷负担越小，在耐久性方面是有利的。

图5是表示图1的发明的空气弹簧的其他实施方式的剖视图。另外，图6是表示图2的发明的空气弹簧的其他实施方式的剖视图。在这些方式中，支撑轴5d凸出至凹部的底壁8_-2。由此，在图1及图2的实施效果的基础上，还能够得到如果空气弹簧的水平移动距离增大至大于或等于一定程度则很难进行水平移动的效果。即，通过使支撑轴5d与底壁（加强壁）8_-2接触，而对外部止动部件5的水平位移进行抑制。并且，在空气弹簧在水平方向上大幅位移，支撑轴5d与底壁（加强壁）8_-2接触之后，外部止动部件5无法移动，空气弹簧整体的水平方向的刚性变大。由此，能够在空气弹簧大幅水平移动时对水平位移量进行抑制，最终能够抑制车辆的大幅位移。

在本发明中，通过倾斜的内部止动部件构造，水平方向的移动得到抑制。另一方面，通过倾斜的内部止动部件构造，从而在剪切方向上也是可动的，能够得到良好的弹簧常数（缓冲性）。由于通过附设该支撑体而能够抑制不必要的水平移动，因此能够使倾斜的内部止动部件构造的缓冲性变得可靠。

此外，支撑轴5d的空气口5c是可有可无的。在下侧没有设置吸气孔的情况下，支撑轴5d也可以不设置空气口5c。

接下来，在图3中示出本发明的转向架的实施方式。如图所示，例示的转向架10具有安装有车轴11和车轮12的转向架框架13。转向架框架13包含有侧梁13a。该转向架框架13经由轴弹簧14而由车轴11支承，将上述车辆用空气弹簧1作为悬架设置在该转向架框架13上。

对于车辆用空气弹簧1，将外部止动部件5的下面板5b固定在转向架框架13上，将该空气弹簧1的外筒2固定在铁道车辆的车体20上，并将空气弹簧1插入至转向架10和车体20之间。

按照上述方式构成的转向架10，由于采用同时实现整体高度降低和确保放气时的良好弹簧特性的空气弹簧1，因此，能够应对增大车轮12的直径的要求和提高放气时的行驶安全性的要求，能够应对车辆高速化的要求。

上述实施方式并不用于限制本发明的技术范围，能够在本发明的范围内进行多种变形和应用。例如，保持按压板的推压件也可以是螺母或螺钉。

能够在按压板上设置空气弹簧悬挂用螺钉。

能够在按压板上设置使空气弹簧具有衰减的节流孔。

能够在倾斜固定壁上设置空气弹簧悬挂用螺钉。

能够在倾斜固定壁上设置使空气弹簧具有衰减的节流孔。

Claims (5)

1.一种车辆用空气弹簧，其具有：

车体侧的外筒；

所述外筒下方的内筒；

隔膜，其配置在所述外筒和所述内筒之间；

具有弹簧特性的筒状的外部止动部件，其对所述内筒进行支撑；以及

具有弹簧特性的内部止动部件，其由所述内筒支撑，

所述内筒具有下部窄的倾斜支撑壁，该倾斜支撑壁在所述外部止动部件的内侧与该外部止动部件在高度方向上重叠，并对所述内部止动部件的一端面进行支撑，

该车辆用空气弹簧还具有下部窄的倾斜固定壁，该倾斜固定壁对所述内部止动部件的另一端面进行固定，并隔着所述内部止动部件而与所述倾斜支撑壁相对。

2.根据权利要求1所述的车辆用空气弹簧，其中，

所述内筒具有所述倾斜支撑壁和加强壁，该加强壁从所述倾斜支撑壁的底部向内侧延伸。

3.根据权利要求2所述的车辆用空气弹簧，其中，

该车辆用空气弹簧还具有：按压板，其用于通过与所述外筒的抵接而对所述内部止动部件进行按压；以及推压件，其用于在预压缩点对所述内部止动部件进行保持，

所述按压板具有由所述推压件推压的周缘部和与所述推压件相比向上方凸出的凸部。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的车辆用空气弹簧，其中，

所述内部止动部件由将橡胶层和加强板多层交替重叠的层叠橡胶构成，

所述倾斜支撑壁以其内表面的大致整个区域的范围，对所述层叠橡胶的一端面进行支撑。

5.一种转向架，其中，

将权利要求1所述的空气弹簧作为悬架设置在安装有车轴和车轮的转向架框架上。

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