CN103189664A - 空气弹簧装置 - Google Patents

Abstract

一种空气弹簧装置，其包括：空气弹簧（4），其具有由上面板（1）、下面板（2）和气密地连接各面板的筒状柔性膜体（3）限定的充有气体的内部；支撑板（5），其配置在距空气弹簧（4）的上面板（1）与下面板（2）中的一方给定距离的位置处；以及弹性体（6），其连接支撑板（5）以及上面板（1）与下面板（2）中的上述一方。弹性体（6）在与支撑板（5）相邻的面的中央区域设置有凹部（7）并且凹部（7）向上面板（1）和下面板（2）中的上述一方凹。弹性体（6）在支撑板（5）侧被设置于支撑板（5）的环状体（8）围绕并约束。上面板（1）和下面板（2）中的上述一方设置有向环状体（8）的内侧突出的突出部（9）。

Description

空气弹簧装置

技术领域

本发明涉及一种空气弹簧装置，特别是在铁路车辆中使用的空气弹簧装置，其包括：空气弹簧，其具有由上面板、下面板和气密地连接各面板的筒状柔性膜体限定的充有气体的内部；支撑板；以及弹性体，其连接上面板与下面板中的一方和支撑板。特别地，本发明提出用于这种空气弹簧装置的如下技术：即使空气弹簧由于刺破等而漏气也能在竖直方向上展现出软弹簧特性以确保高乘坐舒适性，同时防止因为水平方向上的大的输入力而降低耐久性。

背景技术

由于铁路站场之间的距离相对地远，因此，例如在欧洲使用的铁路车辆，尤其是用于高速铁路的铁路车辆即使在车体和转向架之间使用的空气弹簧装置的空气弹簧漏气的情况下也必须以接近于正常运行的速度行驶一定距离。因此，存在对即使在漏气的情况下也能够展现出足够的软弹簧特性以便确保车辆的高乘坐舒适性的空气弹簧装置的需求。

从例如专利文献1已知这类传统的空气弹簧装置，该专利文献1公开了“一种空气弹簧装置，其具有外筒、内筒、配置在外筒和内筒之间的膜、具有圆锥状或棱锥状外周面的支撑构件以及配置在内筒和支撑构件的外周面之间的环形弹性体，其中，在内筒和支撑构件之间配置具有弹性构件的缓冲体；并且弹性构件被构造成使得由支撑构件和内筒之间的相对接近运动导致的弹性构件的弹性变形在弹性体发生给定量的弹性变形之后开始”。根据该“空气弹簧”，“可以改善配置在内筒和支撑构件的外周面之间的环形弹性体以使其具有非线性特性，使得其通常在正常工作期间具有软弹簧特性并且具有发挥对抗大载荷的刚性的硬弹簧特性”。

如本申请的图5中图示的，专利文献1的“空气弹簧”被构造成使得通过交替堆叠尺寸各自不同的截锥体状的“环形橡胶构件100A-100C”和“环形金属构件100a和100b”以形成“层叠橡胶”来形成“环形弹性体100”，使得通过“环形弹性体100”的剪切变形以弹性方式柔软地支撑竖直载荷。然而，不弹性变形的“环形金属构件100a和100b”介于“环形橡胶构件100A-100C”之间，因此，尤其当“膜101”被刺破时，“环形弹性体100”的水平弹簧特性不能足够的柔软。这导致空气弹簧的追随性恶化的问题，因此不得不依赖于通过滑座的滑行移动和允许一定移位的止动器来防止铁路车辆出轨。

为了在竖直方向和水平方向两个方向上都提供软弹簧特性，提出一种空气弹簧装置，其中通过仅由弹性材料制成而不包括任何刚性材料（例如金属材料）的弹性体来连接上面板与下面板中的一方和支撑板。在该空气弹簧装置中，在弹性体的与支撑板相邻的面的中央区域设置有向上面板与下面板中的一方凹的凹部以进一步减小竖直弹簧常数。

专利文献1：日本特开2006-329280号公报。

发明内容

专利文献1中所说明的“空气弹簧”以及上述的空气弹簧的上面板与下面板中的一方与支撑板通过仅由弹性材料制成的弹性体连接的空气弹簧装置具有低的竖直刚性。因此，当水平输入力被施加到具有在诸如车辆满载情况等的重载情况下（换句话说，在大的竖直载荷的作用下）压缩变形的弹性体的空气弹簧装置时，下面板或上面板趋向于相对于水平方向倾斜的姿势。这导致了如下问题：上面板与下面板之间或者上面板和下面板中的一方与支撑构件之间发生接触，并且弹性构件的耐久性降低，因而空气弹簧装置的耐久性降低。

本发明用于解决传统技术所面临的问题。本发明的目的在于提供一种空气弹簧装置，该空气弹簧装置具有介于空气弹簧和支撑板之间以连接空气弹簧和支撑板的弹性构件，并且该弹性构件通过仅由弹性材料制成的弹性体构成，该空气弹簧装置能够在当施加大的竖直输入时提供期望的水平刚性的同时，在竖直方向柔性和水平方向柔性两个方面都实现软弹簧特性，由此改善了耐久性。

根据本发明的空气弹簧装置包括：空气弹簧，其具有由上面板、下面板和气密地连接各面板的筒状柔性膜体限定的充有气体的内部；支撑板，其配置在距所述空气弹簧的所述上面板与所述下面板中的一方给定距离的位置处；以及弹性体，其连接所述支撑板和所述上面板与所述下面板中的所述一方，其中所述弹性体在与所述支撑板相邻的面的中央区域设置有凹部，所述凹部向所述上面板与所述下面板中的所述一方凹；所述弹性体在支撑板侧被设置于所述支撑板的环状体围绕并约束；并且所述上面板与所述下面板中的所述一方设置有向所述环状体的内侧突出的突出部。注意，环状体可以与支撑板一体地形成或者单独形成并安装到支撑板。

所述支撑板优选地设置有容纳在所述弹性体的所述凹部中的隆起部。

所述上面板与所述下面板中的所述一方的所述突出部的内部优选地被形成为与所述空气弹簧连通的气室。

根据本发明的空气弹簧装置，空气弹簧和支撑板通过仅由弹性材料形成而不包括任何刚性材料的弹性体连接，并且弹性体在其与支撑板相邻的面的中央区域设置有凹部，该凹部向上面板与下面板中的一方凹，使得仅由弹性材料形成的整个弹性体与刚性层介于弹性材料之间的弹性体相比相对于施加至空气弹簧装置的竖直输入力和水平输入力产生大的弹性变形。特别地，相对于竖直输入力，凹部起到弹性体的一部分用的空隙的作用，并且相比于具有交替层叠的刚性构件和弹性构件的传统弹性体的弹簧常数，上述弹性体自身的竖直弹簧常数和水平弹簧常数能够大幅度减小。另外，即使在空气弹簧漏气的情况下，空气弹簧装置也能够提供在竖直方向上的软弹簧特性以确保优良的乘坐舒适性。

弹性体在支撑板侧被设置于支撑板的环状体包围并约束，并且上面板与下面板中的一方设置有向环状体的内侧突出的突出部，使得在大的竖直输入力的作用下，设置于上面板与下面板中的一方的突出部向环状体的内侧突出。在该姿势中，相对于施加至空气弹簧装置的竖直输入力，介于突出部和环状体之间的弹性体主要经受压缩变形，使得空气弹簧装置在提供高的刚性的同时弹性地承受水平输入力。特别地，在车辆满载的大支撑载荷的情况下，具有随着支撑载荷的增加而增加的内部压力和水平刚性的筒状柔性膜体用于使突出部进一步向环状体的内侧突出，以根据支撑载荷的增加使空气弹簧的水平弹簧特性硬。结果，如上所述，能够防止相对于水平方向具有倾斜姿势的上面板与下面板中的一方的变形，从而有效地避免由于这种变形的发生而导致的空气弹簧的耐久性的降低。

当支撑板设有容纳在弹性体的凹部中的隆起部时，并且当弹性体由于大的水平输入力而在水平方向上明显地变形时，隆起部接触弹性体的凹部的内表面并且起到限制空气弹簧和支撑板的水平移位量的作用。通过恰当地选择隆起部的尺寸和形状，能够根据需要使水平方向上的弹簧特性更硬，同时因为弹性体的凹部的关系而能够保持在竖直方向上的软弹簧特性。

当上面板与下面板中的一方的突出部的内部被形成为与空气弹簧连通的气室时，空气弹簧的内部容量增加以减小由于竖直输入力导致的空气弹簧的内部压力的增加。因此，在空气弹簧没有被刺破并且有效地发挥作用的情况下，空气弹簧装置能够在竖直方向上具有软弹簧特性以进一步改善车辆的乘坐舒适性。

附图说明

图1是根据本发明的空气弹簧装置的一个实施方式的局部剖视立体图。

图2是沿着图1中的线II-II截取的图1所示的空气弹簧装置的纵截面图。

图3是图2中的主要部分的放大截面图。

图4是示出了另一实施方式的与图2相似的图。

图5是传统空气弹簧装置的纵截面图。

具体实施方式

下面参考附图说明本发明的实施方式。图1中示出的空气弹簧装置包括：空气弹簧4，其具有由上面板1、下面板2和筒状柔性膜体3限定的充有气体的内部，上面板1和下面板2都可以具有圆盘形状，筒状柔性膜体3具有例如在其内部的嵌入加强层（未示出）并且气密地连接各面板；支撑板5，其在本实施方式中配置在距空气弹簧4的下面板2给定距离的位置处；以及弹性体6，其连接支撑板5和下面板2。应当注意，尽管在图中未示出，但上面板和支撑板可以通过弹性体连接成具有与图1中示出的空气弹簧装置上下颠倒的姿势。

上面板1和下面板2以及支撑板5分别由诸如金属材料、塑料材料等刚性材料形成。弹性体6仅由诸如橡胶、弹料等的弹性材料形成而不包括任何刚性材料。由于弹性体6仅由弹性材料形成，所以，与具有利用刚性构件和弹性构件交替层叠的多层结构的传统空气弹簧装置不同，弹性构件的弹性变形在弹性构件之间并不受限制。另外，因为不存在刚性构件，所以弹性体6可以更大地变形以有效地减小弹性体6的竖直弹簧常数，因而有效地减小空气弹簧装置的竖直弹簧常数。

为了进一步减小竖直弹簧常数，弹性体6在与支撑板5相邻的面的中央区域设置有凹部7并且凹部7向下面板2凹。采用凹部7，当施加竖直载荷时，弹性体6的一部分能够变形到凹部7内。因此，结合上述弹性体6仅由弹性材料形成的特征，根据本发明的空气弹簧装置即使在空气弹簧4漏气的情况下也能够在竖直方向上提供足够的软弹簧特性。应当注意，只要凹部7起到弹性体6的部分变形用的空隙的作用，凹部7的底部就不限于具有如图1中图示的曲面形状，还可以是具有诸如半球形状的各种形状。

在竖直方向上具有软弹簧特性的空气弹簧装置的水平刚性不可避免地降低。因此，尤其是在空气弹簧装置沿竖直方向被压缩的姿势中，通过由于水平输入力导致的弹性体6的大的剪切变形，空气弹簧装置趋向于变形为使下面板2相对于水平方向倾斜的形状。由于这可能降低弹性体6的耐久性，所以在本发明中，支撑板5设置有在支撑板侧围绕弹性体的端部（在图中为下端部）的环状体8，并且下面板2设置有向环状体8的内侧突出并可以进入弹性体6的内部的突出部9。

根据该构造，当竖直输入力被施加到空气弹簧装置时，下面板2的突出部9进入到支撑板5的环状体8的内部以允许设置于支撑板5的环状体8约束围绕着突出部9的弹性体部分的变形，使得该弹性体部分相对于施加至空气弹簧装置上的水平输入力主要经受压缩变形以弹性地承受水平输入力。结果，即使当空气弹簧装置的竖直弹簧常数如上所述地减小时，空气弹簧装置仍保持抵抗大竖直载荷的硬弹簧特性。特别地，在诸如车辆满载情况等的重载荷情况下，空气弹簧4的增加的内压使得弹性体6进一步进入环状体8的内部，这能够增加弹性体6的水平刚性以及筒状柔性膜体3的水平刚性。这能够有效地防止弹性体6的耐久性的恶化。

应当注意，尽管在图中环状体8与支撑板5一体地形成，但环状体8可以形成为单独构件并且随后能够通过螺钉等安装于支撑板。能够应用相同的方式在下面板2上形成突出部9。

从在实际使用条件下在竖直载荷被施加到空气弹簧装置的情况下如上所述的突出部9或环状体8能够有效地帮助空气弹簧装置保持对抗水平输入力的硬弹簧特性的观点考虑，在空气弹簧被组装之前的在止动器橡胶上没有施加载荷的情况下的空气弹簧的尺寸（即空载下的尺寸）优选地如下设定。参考图2中的纵截面图，突出部9的从下面板2突出的突出长度La优选地是弹性体6的竖直高度H的20%至70%，并且更优选地是33%，环状体8的从支撑板5凸出的凸出长度Lb优选地是弹性体6的高度H的15%至50%，并且更优选地是26%。另外，在具有截锥体状的弹性体6和诸如图中所示的倒置截锥体状的突出部9的空气弹簧装置中，突出部9的最大直径Ra优选地是环状体8的内径R的40%至80%，以便确保有助于实现空气弹簧装置在竖直方向上的软弹簧特性的弹性体6的期望体积。

当弹簧的刚性根据水平输入力需要进一步增强时，如图1和图2中图示的，容纳在弹性体6的凹部7中的隆起部10能够以一体的方式或者作为单独构件设置于支撑板。因此，通过恰当地选择隆起部10的尺寸和形状，当大的水平输入力被施加到空气弹簧装置时，能够通过使隆起部10抵靠弹性体6的凹部7来限制支撑板5和空气弹簧4之间的水平相对移位量。隆起部10可以具有与凹部的形状或者空气弹簧装置的使用条件对应的各种尺寸和形状。在本实施方式中，例如，如图3的放大图中所示，隆起部10和凹部7的底面之间的竖直方向上的间隔距离Ld是隆起部的凹部7的深度D的65%。应该注意的是，考虑到当空气弹簧装置被安装到车辆并在车辆上使用时的静态输入和动态输入二者，间隔距离Ld优选根据空气弹簧装置的使用条件来决定。

在图1图示的空气弹簧中，出于进一步改善车辆的乘坐舒适性的目的，在设置于下面板2的突出部9的内部形成气室11，并且布置与空气弹簧连通的通路12以使得在空气弹簧4有效地工作的情况下软化空气弹簧装置的竖直弹簧特性。然而，气室11和通路12不是本发明的必要组成部件。

如图1和图2中图示的空气弹簧装置在支撑板5上设置有隆起部10。然而，隆起部10不是本发明的必要元件，如图4中图示的，空气弹簧装置可以被构造成在支撑板5上不布置隆起部。

附图标记

1    上面板

2    下面板

3    筒状柔性膜体

4    空气弹簧

5    支撑板

6    弹性体

7    凹部

8    环状体

9    突出部

10   隆起部

11   气室

12   通路

La   突出部的突出长度

Lb   环状体的凸出长度

H    弹性体的高度

Ra   突出部的最大直径

R    环状体的内径

Ld   间隔距离

D    凹部的深度

Claims (3)

1.一种空气弹簧装置，其包括：

空气弹簧，其具有由上面板、下面板和气密地连接各面板的筒状柔性膜体限定的充有气体的内部；

支撑板，其配置在距所述空气弹簧的所述上面板与所述下面板中的一方给定距离的位置处；以及

弹性体，其连接所述支撑板和所述上面板与所述下面板中的所述一方，其中

所述弹性体在与所述支撑板相邻的面的中央区域设置有凹部，所述凹部向所述上面板与所述下面板中的所述一方凹；

所述弹性体在支撑板侧被设置于所述支撑板的环状体围绕并约束；并且

所述上面板与所述下面板中的所述一方设置有向所述环状体的内侧突出的突出部。

2.根据权利要求1所述的空气弹簧装置，其特征在于，所述支撑板设置有容纳在所述弹性体的所述凹部中的隆起部。

3.根据权利要求1或2所述的空气弹簧装置，其特征在于，所述上面板与所述下面板中的所述一方的所述突出部的内部被形成为与所述空气弹簧连通的气室。

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