CN107420474A - 一种轨道友好型抗蛇行油压减振器及其参数设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种轨道友好型抗蛇行油压减振器，其包括活塞杆端部联结件、防尘罩、橡胶防尘套、防尘圈、内螺盖、骨架油封、外螺盖、导承端部密封件、导承组件、导承排气板、压力缸筒、活塞‑活塞杆组件、储油缸组件、液压油、底阀组件、压力缸筒垫片、底阀垫片、导油板组件、小磁铁和回油组件。由于所述油压减振器压力缸筒的内壁在其中部区域的两边，开有对称的旁通阻尼槽，当列车在通过曲线、转向架和车体之间的位置变化时，油压减振器具有阻尼自适应功能，能有效降低轮轨动作用力和磨耗。本发明避开了主动控制型抗蛇行油压减振器系统复杂、可靠性和实时性差，以及造价高、难以维护的缺点，达到了既具有变阻尼系数功能、又安全可靠的效果。还提供了所述轨道友好型抗蛇行油压减振器的低阻尼参数设计方法。

Description

一种轨道友好型抗蛇行油压减振器及其参数设计方法

技术领域

本发明涉及一种能有效降低铁道机车车辆，特别是高铁轮轨动作用力、磨耗的抗蛇行油压减振器及其参数设计方法，属于轨道交通设备、液压阻尼器设计制造技术领域。

背景技术

抗蛇行油压减振器是高速铁道机车车辆上的阻尼部件，对机车车辆的运动稳定性和舒适性起着重要作用。当列车在直线轨道上运行时，要求抗蛇行油压减振器具有较大的阻尼系数，以提高列车的蛇行运动稳定性；但当列车在通过曲线轨道时，又期望抗蛇行油压减振器的阻尼系数很小或者为零，以减小轮、轨横向动作用力和磨耗。由于常规抗蛇行油压减振器的阻尼特性是固定不变的，因此在车辆设计上往往只能在直线运动稳定性和曲线通过性能上进行折衷，或者有效降低车辆的曲线通过速度。

随着现代铁道机车车辆如高铁速度的不断提高，车辆在直线运动稳定性和曲线通过性能上的矛盾变得很突出。主动控制型抗蛇行油压减振器具有变阻尼特性，即当列车在直线轨道上运行时，具有正常较大的阻尼系数，但当列车在通过曲线轨道时，其阻尼系数可以被控制得很小或者为零，从而能解决车辆直线运动稳定性和曲线通过性能的矛盾。现有技术中研究了安装主动控制抗蛇行油压减振器车辆的动力学性能，但由于主动控制抗蛇行油压减振器必须具备包括传感器、控制器、电源等在内的一整套控制元器件，可靠性和实时性难以达到工程应用的水平。

现有技术中发明了一种机液式位移控制抗蛇行减振器，不涉及能减小轮、轨动作用力和磨耗的轨道友好型抗蛇行油压减振器，不涉及抗蛇行油压减振器的参数设计技术。

为了有效降低现代铁道机车车辆，特别是高铁轮轨动作用力和磨耗，同时避开主动控制型抗蛇行油压减振器系统复杂、可靠性和实时性差，以及造价高、难以维护的缺点，必须发明既具有变阻尼系数功能、又安全可靠的抗蛇行油压减振器产品，并提供该类产品的具体参数设计方法。

该发明必须具体解决以下技术问题：

(1)当列车在通过曲线轨道时，该产品能自动大幅降低其阻尼系数或者直接降为零，而不需要采用外界主动控制；当列车恢复在直线轨道上运行时，该产品又与常规抗蛇行油压减振器一样，具有较大的阻尼系数和稳定的工作性能。

(2)发明该类产品的具体参数设计方法，特别是低阻尼状态下的参数设计方法，这样只要车辆悬挂设计提出了阻尼特性的变化要求，就能马上对该类产品进行参数设计和加工制造。

发明内容

本发明采用以下技术方案：

一种轨道友好型抗蛇行油压减振器，其包括活塞杆端部联结件、防尘罩、橡胶防尘套、防尘圈、内螺盖、骨架油封、外螺盖、导承端部密封件、导承组件、导承排气板、压力缸筒、活塞-活塞杆组件、储油缸组件、液压油、底阀组件、压力缸筒垫片、底阀垫片、导油板组件、小磁铁和回油组件。所述导油板组件和储油缸组件连接，导油板组件被放置在储油缸组件缸筒内的底部，所述底阀垫片放置在导油板组件底座之上，所述底阀组件放置在底阀垫片之上，所述压力缸筒垫片放置在底阀组件阀体上的环形槽内，所述压力缸筒放置在压力缸筒垫片之上，所述导承排气板放置在压力缸筒之上，所述导承组件放置在导承排气板之上，导承组件通过其外螺纹和储油缸组件缸筒上的内螺纹咬合，向下拧紧时，导承组件将前述零、部件压紧固定在储油缸组件缸筒内；所述骨架油封、内螺盖和防尘圈的外圆和导承组件连接，内圆和活塞-活塞杆组件连接；所述活塞-活塞杆组件的活塞外圆与压力缸筒内圆连接，可以相对滑动，活塞杆穿过导承组件、骨架油封、内螺盖和防尘圈的内孔后而伸出；所述回油组件上部和压力缸筒连接，下部和导油板组件连接；所述小磁铁和导油板组件连接；所述液压油被充满压力缸筒内腔和一般情况下三分之二以上的储油缸组件和压力缸筒之间的容腔；所述导承端部密封件和导承组件连接，外螺盖通过其外螺纹和储油缸组件缸筒上的内螺纹咬合，向下拧紧时，将导承端部密封件压紧在导承组件上；所述活塞杆端部联结件和活塞杆端部焊接，防尘罩和活塞杆端部联结件焊接；所述橡胶防尘套的一端和活塞杆连接，另一端固定在导承组件上。

其特征在于：活塞-活塞杆组件的活塞的外圆和压力缸筒的内壁配合，活塞可沿着压力缸筒内壁左、右滑动，活塞将压力缸筒里面的工作容腔分隔成左工作容腔和右工作容腔，当活塞杆被外力驱动左、右运动时，活塞-活塞杆组件便成为了一个机械式供油机构，当阀门开启时便产生阻尼力，所述压力缸筒的内壁在其中部区域的两边，开有对称的旁通阻尼槽。

另一方面，压力缸筒内壁旁通阻尼槽的几何形状为同心圆环、正方形、三角形、圆形、梯形等形式。

另一方面，所述导承组件包括导承体、导承格莱圈、导承导向耐磨环、阻尼阀和卸荷阀，所述阻尼阀包括调节螺盖、螺盖防松密封环、调节垫片、弹簧、阀芯和阀座。阀座上有起阻尼作用的阻尼孔，阀座的下部外圆柱体和导承体安装孔为紧配合，阀座一般通过专用工具被压入安装孔；阀芯放置在阀座上部，可以在安装孔内滑动；弹簧放置在阀芯上部的弹簧座内，在弹簧和阀芯之间放置有调节垫片；调节螺盖放置在弹簧之上，在调节螺盖和弹簧之间放置有调节垫片；调节螺盖的外螺纹和导承体安装孔内螺纹咬合，转动调节螺盖可以调节弹簧的预压缩量；压力油从下方进入阀座上的阻尼孔后，作用在阀芯上面，如果压力足够大，可以顶开阀芯而溢流，调节弹簧的预压缩量可以改变阻尼阀的开启压力，减振器从而能获得不同大小的阻尼。

另一方面，所述活塞-活塞杆组件包括活塞杆、活塞阀组件、活塞、活塞格莱圈、活塞导向耐磨环、内六角花型沉头螺钉和活塞排气板。活塞杆右部按顺序穿过活塞阀挡盖、活塞阀波形弹簧和活塞阀阀片后，通过其外螺纹与活塞内孔的内螺纹咬合，从而将活塞杆、活塞阀组件和活塞组成一个整体；活塞的外圆和压力缸筒的内壁配合，活塞可沿着压力缸筒内壁左、右滑动，活塞格莱圈和活塞导向耐磨环被放置在活塞外圆和压力缸筒内壁之间，分别起密封和导向耐磨的作用；内六角花型沉头螺钉穿过活塞排气板后，与活塞杆右部内孔螺纹咬合，从而将活塞排气板固定在活塞的右端，起隔离气泡、防止气体从活塞右端经活塞上的通孔被带入到活塞左端的作用。

另一方面，所述储油缸组件包括外缸筒、储油缸端部联结件和橡胶关节，外缸筒和储油缸端部联结件通过焊接形成一个整体容器；橡胶关节是一种金属和橡胶衬套的复合件，橡胶关节穿过储油缸端部联结件的环形圈，橡胶关节的金属件上有螺栓安装孔，使得抗蛇行油压减振器的右端能被安装在列车上。

另一方面，所述导油板组件包括底座和肋板，导油板组件放置在储油缸组件底部；所述底阀垫片放置在导油板组件的底座上；底阀组件则放置在底阀垫片之左；所述压力缸筒垫片放置在底阀阀体上环形槽内，压力缸筒垫片一般采用比钢软的金属材料，如铜；所述压力缸筒放置在压力缸筒垫片之左，当压力缸筒被外力压紧时，压力缸筒垫片起密封作用。

另一方面，导承组件可通过其外圆周上的外螺纹和储油缸组件外缸筒上的内螺纹咬合而左、右运动，其右部端面和压力缸筒左部端面配合。当向右紧固导承组件时，压力缸筒被压紧在导承组件和底阀组件之间，此时压力缸筒内部形成了工作容腔，压力缸筒外部和储油缸组件外缸筒之间形成了储油腔；所述液压油被充满工作容腔和一般情况下三分之二以上的储油腔。

另一方面，所述回油组件包括回油管、回油管接头、挡圈和回油密封圈。回油管左端固定在回油管接头的右端，回油管右端插入回油组件的肋板内；回油管接头的左端固定在挡圈的孔上；回油密封圈放置在挡圈之左；挡圈和回油密封圈均通过其内圆与压力缸筒外圆配合，从而整体固定在压力缸筒上。

另一方面，所述导承端部密封件套在导承左端的凸台上，可对经导承外螺纹以及经各阀门向外部泄漏的液压油起密封作用；所述外螺盖的外螺纹和外缸筒的内螺纹咬合，向右端拧紧外螺盖可将导承端部密封件压紧在导承上。

一种采用所述的轨道友好型抗蛇行油压减振器的低阻尼参数设计方法。

所述一种轨道友好型抗蛇行油压减振器的流量连续性方程为：

式中：v为减振器振动速度，m/s；D、d、d_c分别为活塞、活塞杆、卸荷阀常通阻尼孔直径，m；C_d为卸荷阀常通阻尼孔流量系数；ρ为液压油密度，kg/m³；P为减振器工作腔压力，MPa；n为旁通阻尼槽个数；R_f为旁通阻尼槽液阻，N·s/m⁵。

所述一种轨道友好型抗蛇行油压减振器的力平衡方程为：

式中：F_s为当减振器处于低阻尼状态时的阻尼力，N。

当旁通阻尼槽为同心圆环时的液阻为：

式中：μ为液压油动力粘度，Pa·s；L为活塞高度，m；C_e为流量修正系数；β为一个同心圆环段的角度，rad；δ为同心圆环在半径上的缝隙值，m。

当旁通阻尼槽为正方形时的液阻为：

式中：a为正方形的边长，m。

当旁通阻尼槽为等边三角形时的液阻为：

式中：b为等边三角形的边长，m。

若给定抗蛇行油压减振器的最大阻尼力为F_smax，则可联立以上本发明所述方程式(1)～式(5)求得旁通阻尼槽的设计参数，以便进行加工制造。

本发明借助列车在通过曲线时转向架和车体之间的位置变化，采用特殊结构和行程敏感控制技术，自动大幅降低抗蛇行油压减振器的阻尼系数或者直接降为零，从而有效降低了铁道机车车辆的轮轨动作用力和磨耗；当列车恢复直线轨道运行时，又借助列车转向架和车体之间的位置恢复，同样采用特殊结构和行程敏感控制技术，使抗蛇行油压减振器的阻尼系数恢复到正常值。

本发明避开了主动控制型抗蛇行油压减振器系统复杂、可靠性和实时性差，以及造价高、难以维护的缺点，达到了既具有变阻尼系数功能、又安全可靠的效果。

本发明提供了所述产品的具体参数设计方法，特别是低阻尼状态下的参数设计方法，这样只要车辆悬挂设计提出了阻尼特性的变化要求，就能马上对该类产品进行参数设计和加工制造，便于工程应用。

附图简述

图1是本发明一种轨道友好型抗蛇行油压减振器的结构示意图。

图2是本发明一种轨道友好型抗蛇行油压减振器中导承组件的结构示意图。

图3是本发明一种轨道友好型抗蛇行油压减振器中导承组件里面阻尼阀的结构示意图。

图4是本发明一种轨道友好型抗蛇行油压减振器中导承组件里面卸荷阀的结构示意图。

图5是本发明一种轨道友好型抗蛇行油压减振器中活塞-活塞杆组件的结构示意图。

图6是本发明一种轨道友好型抗蛇行油压减振器中底阀组件的结构示意图。

图7是本发明一种轨道友好型抗蛇行油压减振器中压力缸筒的结构示意图。

图8是图7的A-A剖面示图。

图9是图7中当阻尼槽为矩形时的A-A剖面示图。

图10是图7中当阻尼槽为顶角为直角的等腰三角形时的A-A剖面示图。

图11是当车辆在直线轨道上运行时，本发明一种轨道友好型抗蛇行油压减振器在转向架上的安装位置和工作状态示意图。

图12是当车辆在直线轨道上运行时，本发明一种轨道友好型抗蛇行油压减振器的工作原理图。

图13是当车辆进入曲线轨道运行时，本发明一种轨道友好型抗蛇行油压减振器在转向架上的安装位置和工作状态示意图。

图14是当车辆进入曲线轨道运行时，位于曲线外侧的本发明一种轨道友好型抗蛇行油压减振器的工作原理图。

图15是当车辆进入曲线轨道运行时，位于曲线内侧的本发明一种轨道友好型抗蛇行油压减振器的工作原理图。

图16是本发明一种轨道友好型抗蛇行油压减振器的全行程示功图。

图17是本发明一种轨道友好型抗蛇行油压减振器的高、低阻尼特性曲线示意图。

图中各附图标号表示：

1、一种轨道友好型抗蛇行油压减振器；1-1、列车前进方向左侧抗蛇行油压减振器；1-2、列车前进方向右侧抗蛇行油压减振器；2、活塞杆端部联结件；3、防尘罩；4、橡胶防尘套；5、防尘圈；6、内螺盖；7、骨架油封；8、外螺盖；9、导承端部密封；10、导承组件；101、导承体；102、导承格莱圈；103、导承导向耐磨环；104、阻尼阀；1041、调节螺盖；1042、调节螺盖防松密封环；1043、调节垫片；1044、阻尼阀弹簧；1045、阻尼阀阀芯；1046、阻尼阀阀座；105、卸荷阀；1051、卸荷阀调节螺盖；1052、卸荷阀调节螺盖防松密封环；1053、卸荷阀调节垫片；1054、卸荷阀弹簧；1055、卸荷阀阀芯；1056、卸荷阀阀座；11、导承排气板；12、压力缸筒；121、压力缸筒筒体；122、旁通阻尼槽；13、活塞-活塞杆组件；131、活塞杆；132、活塞阀组件；1321、活塞阀挡盖；1322、活塞阀波形弹簧；1323、活塞阀阀片；133、活塞；134、活塞格莱圈；135、活塞导向耐磨环；136、内六角花型沉头螺钉；137、活塞排气板；14、储油缸组件；141、外缸筒；142、储油缸端部联结件；143、橡胶关节；15、液压油；16、底阀组件；161、底阀螺盖；162、底阀塔簧；163、底阀阀片；164、底阀阀体；17、压力缸筒垫片；18、底阀垫片；19、导油板组件；191、导油板底座；192、导油板肋板；20、小磁铁；21、回油组件；211、回油管；212、回油管管接头；213、挡圈；214、回油密封圈；22、轨道；221、直线轨道；222、曲线轨道；23、转向架；231、转向架构架；232、轮对；233、轮对悬挂装置；24、抗蛇行油压减振器安装座；241、转向架构架侧安装座；242、车体侧安装座；25、车体。

具体实施方式

以下结合说明书附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。

图1至图17示出了本发明一种轨道友好型抗蛇行油压减振器的一种实施例。该抗蛇行油压减振器是一种双筒、单循环流动式液压减振器，其结构包括活塞杆端部联结件2、防尘罩3、橡胶防尘套4、防尘圈5、内螺盖6、骨架油封7、外螺盖8、导承端部密封件9、导承组件10、导承排气板11、压力缸筒12、活塞-活塞杆组件13、储油缸组件14、液压油15、底阀组件16、压力缸筒垫片17、底阀垫片18、导油板组件19、小磁铁20和回油组件21。

所述导油板组件19和储油缸组件14连接，导油板组件19被放置在储油缸组件14缸筒内的底部，所述底阀垫片18放置在导油板组件19的底座之上，所述底阀组件16放置在底阀垫片18之上，所述压力缸筒垫片17放置在底阀组件16阀体上的环形槽内，所述压力缸筒12放置在压力缸筒垫片17之上，所述导承排气板11放置在压力缸筒12之上，所述导承组件10放置在导承排气板11之上，导承组件10通过其外螺纹和储油缸组件14缸筒上的内螺纹咬合，向下拧紧时，导承组件10将前述零、部件压紧固定在储油缸组件14的缸筒内；所述骨架油封7、内螺盖6和防尘圈5的外圆和导承组件10连接，内圆和活塞-活塞杆组件13连接；所述活塞-活塞杆组件13的活塞外圆与压力缸筒12的内圆连接，可以相对滑动，活塞杆穿过导承组件10、骨架油封7、内螺盖6和防尘圈5的内孔后而伸出；所述回油组件21上部和压力缸筒12连接，下部和导油板组件19连接；所述小磁铁20和导油板组件19连接；所述液压油15被充满压力缸筒12的内腔和一般情况下三分之二以上的储油缸组件14和压力缸筒12之间的容腔；所述导承端部密封件9和导承组件10连接，外螺盖8通过其外螺纹和储油缸组件14缸筒上的内螺纹咬合，向下拧紧时，将导承端部密封件9压紧在导承组件10上；所述活塞杆端部联结件2和活塞杆端部焊接，防尘罩3和活塞杆端部联结件2焊接；所述橡胶防尘套4的一端和活塞杆连接，另一端固定在导承组件10上。

参见图1，储油缸组件14包括外缸筒141、储油缸端部联结件142和橡胶关节143。外缸筒141和储油缸端部联结件142通过焊接形成一个整体容器；橡胶关节143是一种金属和橡胶衬套的复合件，橡胶关节143穿过储油缸端部联结件142的环形圈，橡胶关节的金属件上有螺栓安装孔，使得抗蛇行油压减振器的右端能被安装在列车上。

参见图2，导承组件10包括导承体101、导承格莱圈102、导承导向耐磨环103、阻尼阀104和卸荷阀105；本实施例中，导承组件10上设置有一只阻尼阀104和一只卸荷阀105，阻尼阀104和卸荷阀105沿导承体圆周均匀分布。

参见图3，阻尼阀104包括调节螺盖1041、螺盖防松密封环1042、调节垫片1043、弹簧1044、阀芯1045和阀座1046。阀座1046上有起阻尼作用的阻尼孔，阀座1046下部的外圆柱体和导承体101上的安装孔为紧配合，阀座1046要通过专用工具被压入安装孔；阀芯1045放置在阀座1046的上部，其可以在安装孔内滑动；弹簧1044放置在阀芯1045上部的弹簧座内，在弹簧1044和阀芯1045之间放置有调节垫片1043；调节螺盖1041放置在弹簧1044之上，在调节螺盖1041和弹簧1044之间放置有调节垫片1043；调节螺盖1041的外螺纹和导承体101上安装孔的内螺纹咬合，转动调节螺盖1041可以调节弹簧1044的预压缩量；螺盖防松密封环1042采用丁晴橡胶材料，套在调节螺盖1041的外圆周上，起防松、密封的作用；压力油15从导承体101下方进入阀座1046上的阻尼孔后，作用在阀芯1045的表面，如果压力足够大，可以顶开阀芯1045而溢流，调节弹簧1044的预压缩量可以改变阻尼阀104的开启压力，减振器从而能获得不同大小的阻尼。

参见图4，卸荷阀105除了采用具有不同结构和参数的阀芯1055、阀座1056之外，其余结构和原理与阻尼阀104完全一样。卸荷阀的阀芯1055上开有一个常通阻尼孔(图4)，常通阻尼孔的直径为d_c，通过其中的流量为Q_c；当抗蛇行油压减振器在低速运行时，由于阻尼阀104尚未开启，减振器主要依靠这个常通阻尼孔产生阻尼作用；当抗蛇行油压减振器运行速度超过额定速度后，卸荷阀105开启卸荷，此时即使运行速度再增加，抗蛇行油压减振器的阻尼力只会有略微增加的趋势。

本实施例中，导承格莱圈102、导承导向耐磨环103分别放置在导承体101内圆的环形槽内，对穿过导承体101内圆的活塞杆131分别起密封和导向耐磨的作用。

参见图5，活塞-活塞杆组件13包括活塞杆131、活塞阀组件132、活塞133、活塞格莱圈134、活塞导向耐磨环135、内六角花型沉头螺钉136和活塞排气板137。活塞杆131的右部按顺序穿过活塞阀挡盖1321、活塞阀波形弹簧1322和活塞阀阀片1323后，通过其外螺纹与活塞133内孔的内螺纹咬合，从而将活塞杆131、活塞阀组件132和活塞133组成一个整体；活塞133的外圆和压力缸筒12的内壁配合，活塞133可沿着压力缸筒12的内壁左、右滑动，活塞格莱圈134和活塞导向耐磨环135被放置在活塞133的外圆和压力缸筒12的内壁之间，分别起密封和导向耐磨的作用；内六角花型沉头螺钉136穿过活塞排气板137后，与活塞杆131右部内孔螺纹咬合，从而将活塞排气板137固定在活塞133的右端，起隔离气泡、防止气体从活塞133的右端经活塞上的通孔被带入到活塞左端的作用。

参见图5，活塞-活塞杆组件13的活塞133的外圆和压力缸筒12的内壁配合，活塞133可沿着压力缸筒12的内壁左、右滑动，活塞133将压力缸筒12里面的工作容腔分隔成左工作容腔和右工作容腔；活塞杆131的左部穿过导承组件10的内孔、骨架油封7、内螺盖6和防尘圈5后而伸出；骨架油封7起对活塞杆131刮油和密封作用，防尘圈5可防止灰尘被活塞杆131带入减振器内部，内螺盖6通过其上的外螺纹和导承体101上的内螺纹咬合，对骨架油封7和防尘圈5起压紧、固定的作用。

活塞杆131的左端和活塞杆端部联结件2的右端通过焊接连接，防尘罩3的内圆和活塞杆端部联结件2的外圆通过焊接连接；活塞杆端部联结件2的左端同样安装有橡胶关节143，使得抗蛇行油压减振器的左端能被安装在列车上。

当活塞杆131被外力驱动左、右运动时，活塞-活塞杆组件13便成为了一个向导承组件10里面的阻尼阀104和卸荷阀105供油的机械式供油机构，由于阀门的开启都需要阻力，因此抗蛇行油压减振器对于外部就形成了阻尼作用。

参见图6，底阀组件16包括螺盖161、塔簧162、阀片163和阀体164，螺盖161穿过塔簧162和阀片163，通过其底部的外螺纹和阀体164上的内螺纹咬合，形成一个整体组件。

参见图1，导油板组件19包括底座191和肋板192，导油板组件19放置在储油缸组件16的底部；底阀垫片18放置在导油板组件19的底座191上；底阀组件16则放置在底阀垫片18之左；压力缸筒垫片17采用铜材，被放置在底阀阀体164上的环形槽内；压力缸筒12放置在压力缸筒垫片17之左，当压力缸筒12被外力压紧时，由于铜材比钢软，压力缸筒垫片17可起密封作用。

参见图1，导承组件10通过其外圆周上的外螺纹和储油缸组件外缸筒141上的内螺纹咬合而左、右运动，其右部端面和压力缸筒12的左部端面配合。当向右紧固导承组件10时，压力缸筒12被压紧在导承组件10和底阀组件16之间，此时压力缸筒12的内部形成了工作容腔，压力缸筒12的外部和储油缸组件14的外缸筒141之间形成了储油腔；液压油15被充满工作容腔和一般情况下三分之二以上的储油腔。

参见图1，导承排气板11采用铜材，导承排气板11被压紧在导承组件10和压力缸筒12之间，一是起密封作用，二是起隔离气泡、防止气体被带入导承组件10特别是阻尼阀104或者卸荷阀105之中。

参见图7，压力缸筒12的内壁在其中部区域的两边，开有对称的旁通阻尼槽122。因此当活塞133在以压力缸筒12的中部为平衡位置左、右运动时，活塞133和压力缸筒12之间没有旁通阻尼槽，抗蛇行油压减振器具有正常较高的阻尼力；当活塞133在以压力缸筒12的两端为平衡位置左、右运动时，由于活塞133和压力缸筒12之间有旁通阻尼槽122，抗蛇行油压减振器的阻尼力将变得较低或者几乎为零。

参见图8，当压力缸筒12内壁的旁通阻尼槽122的几何形状为同心圆环时，每段同心圆环在半径上的缝隙值为δ，弧度为β。

参见图9，当旁通阻尼槽122的几何形状为正方形时，正方形的边长为a。

参见图10，当旁通阻尼槽122的几何形状为等边三角形时，等边三角形的边长为b。旁通阻尼槽122的参数、个数可以根据车辆悬挂设计要求进行设计。

参见图1，阻尼阀104和卸荷阀105的出油均通过导承体101里面的回油通道流回储油腔；活塞杆131左、右运动时，活塞阀组件132和底阀组件16相互配合，使得液压油15在工作容腔和储油腔之间循环流动。

参见图1，回油组件21包括回油管211、回油管接头212、挡圈213和回油密封圈214。回油管211的左端固定在回油管接头212的右端，回油管211的右端插入导油板组件19的肋板192内；回油管接头212的左端固定在挡圈213的孔上；回油密封圈214放置在挡圈213之左；挡圈213和回油密封圈214均通过其内圆与压力缸筒12的外圆配合，从而整体固定在压力缸筒12上。

参见图1，回油组件21和导油板组件19将系统回油直接引导进入储油缸组件14的右端下部，避免了液压油和储油缸组件14上部空气的混合；所述小磁铁20被放置在回油组件21的底部和肋板192的侧壁，可吸附系统回油中的金属颗粒物。

参见图1，导承端部密封件9套在导承体101左端的凸台上，可对经导承外螺纹以及经各阀门向外部泄漏的液压油起密封作用；所述外螺盖8的外螺纹和外缸筒141的内螺纹咬合，向右端拧紧外螺盖8可将导承端部密封件9压紧在导承体101上。

参见图1，橡胶防尘套4具有波纹结构，其左端套在活塞杆131上，其右端套在导承体101左端的凸台上；橡胶防尘套4具有防止灰尘污染活塞杆131的作用，当活塞杆131左、右运动时，波纹结构可以拉伸或者压缩，这使得橡胶防尘套4的两端连接可以固定不动，也就是说这种具有波纹结构的橡胶防尘套4具有振动位移补偿作用。

参见图11和图13，所述轨道友好型抗蛇行油压减振器1通过安装座24被纵向、水平安装在转向架构架231和车体25之间，以抑制车辆的蛇行振动；每台转向架23安装两只轨道友好型抗蛇行油压减振器1，抗蛇行油压减振器1分布在转向架23前进方向的左、右边。

当车辆在直线轨道221上运行时(图11)，两只抗蛇行油压减振器1的活塞133的振动平衡位置均处于其压力缸筒12的中部，由于压力缸筒12的中部没有旁通阻尼槽122，因此此时两只抗蛇行油压减振器均具有正常、较大的阻尼特性。其具体工作原理是：当活塞杆131被外力向左拉动时(图12中活塞杆131上实线箭头所示方向)，底阀阀片163由于活塞133的抽吸作用而向左运动，底阀阀体164上的通孔被打开，从而将液压油15从储油缸组件14吸入活塞133的右腔(图12中实线箭头E1)；同时活塞阀阀片1323将活塞133上的通孔关闭，造成活塞133左边工作容腔形成了高压，如果液压油15的压力足够大，液压油15将顶开阻尼阀104，经过导承体101里面的回油孔(图12中实线箭头E2)流出，然后经过回油组件21、导油板组件19流回储油腔底部；如果液压油15的压力很大，卸荷阀105将被同时打开，其出油也是经过导承体101里面的回油孔流出，然后经过回油组件21、导油板组件19流回储油腔底部；在整个运动过程中，卸荷阀105上的常通阻尼孔一直有液压油通过并流回储油腔底部。

当活塞杆131被外力向右压缩时(图12中活塞杆131上虚线箭头所示方向)，底阀组件16被底阀阀片163关闭，同时活塞133上的通孔被活塞阀阀片1323打开，因此活塞133右腔的液压油15被压入活塞133的左腔(图12中虚线箭头C1)，活塞133的左、右腔联通，均为高压腔；减振器的回油原理则与当活塞杆131被外力向左拉动时的回油原理一样(图12中虚线箭头C2)。

当车辆在曲线轨道222上运行时(图13)，由于转向架构架231和车体25位置的错动，使得处于列车前进方向左侧的抗蛇行油压减振器1-1被拉长，而使得处于列车前进方向右侧的抗蛇行油压减振器1-2被压缩。因此，抗蛇行油压减振器1-1的活塞133的振动平衡位置此时处于其压力缸筒12的左端(图14)，而抗蛇行油压减振器1-2的活塞133的振动平衡位置此时处于其压力缸筒12的右端(图15)；由于压力缸筒12的两端均开有旁通阻尼槽122，因此此时两只抗蛇行油压减振器均具有较小或者约为零的阻尼特性，即此时抗蛇行油压减振器将不约束车辆的蛇行运动，使轮对232能方便沿曲线轨道222转向和前进，由此大幅减小了轮-轨动作用力，降低了轮对和铁轨的磨耗；两只抗蛇行油压减振器此时的具体工作原理与其在直线轨道上运行时的原理一样，只是均改变了活塞振动平衡位置。

参见图16，本实施例子具有中部阻尼高和两端阻尼低的全行程示功图；在旁通阻尼槽122的加工工艺中，优化从旁通阻尼槽122到压力缸筒12内壁的过渡段，可以减振器从高阻尼到低阻尼的平滑过渡。

参见图17，本实施例子的高阻尼特性包括示功特性F_h-S和力-速度特性F_h-v，低阻尼特性包括示功特性F_s-S和力-速度特性F_s-v。

一种轨道友好型抗蛇行油压减振器的低阻尼参数设计方法实施例如下：

设待设计油压减振器采用一只阻尼阀和一只带常通阻尼孔卸荷阀的结构，其高阻尼特性为：减振器振动速度v＝0.01m/s时卸荷，最大阻尼力F_hmax＝10000N。其低阻尼特性的设计要求是：当减振器振动速度v＝0.01m/s时，阻尼阀和卸荷阀都不能开启，减振器最大阻尼力为5％的F_hmax，即F_smax＝500N。

若已知活塞、活塞杆、卸荷阀常通阻尼孔的直径分别为D＝0.060m、d＝0.0425m和d_c＝0.00036m，活塞高度为L＝0.036m；液压油密度ρ＝900kg/m³、动力粘度μ＝0.0392Pa·s；卸荷阀常通阻尼孔流量系数C_d＝0.82；旁通阻尼槽个数n＝2、旁通阻尼槽为同心圆环时，一个同心圆环段的角度为β＝π/6rad。

试设计当旁通阻尼槽为同心圆环时，同心圆环在半径上的缝隙参数δ的值；当旁通阻尼槽为正方形时，其边长参数a的值；当旁通阻尼槽为等边三角形时，其边长参数b的值。

(1)参考本发明所述(式1)求出抗蛇行油压减振器的流量连续性方程为：

(2)参考本发明所述(式2)求出抗蛇行油压减振器的力平衡方程为：

P＝3.54912×10⁵(Pa) (式7)

(3)当旁通阻尼槽为同心圆环时，可取流量修正系数C_e＝3.8，参考本发明所述(式3)可得：

(4)当旁通阻尼槽为正方形时，可取流量修正系数C_e＝1.0274，参考本发明所述(式4)可得：

(5)当旁通阻尼槽为等边三角形时时，可取流量修正系数C_e＝0.97，参考本发明所述(式5)可得：

因此，联立式(6)～式(10)可计算得所设计的抗蛇行油压减振器参数为：

δ＝0.362mm；a＝0.988mm；b＝1.556mm。

所得结果经使用Matlab软件仿真表明，该实施例获得了期望的阻尼特性，因此证明了所发明参数设计方法的正确性。

Claims (10)

1.一种轨道友好型抗蛇行油压减振器，其包括活塞杆端部联结件、防尘罩、橡胶防尘套、防尘圈、内螺盖、骨架油封、外螺盖、导承端部密封件、导承组件、导承排气板、压力缸筒、活塞-活塞杆组件、储油缸组件、液压油、底阀组件、压力缸筒垫片、底阀垫片、导油板组件、小磁铁和回油组件。所述导油板组件和储油缸组件连接，导油板组件被放置在储油缸组件缸筒内的底部，所述底阀垫片放置在导油板组件底座之上，所述底阀组件放置在底阀垫片之上，所述压力缸筒垫片放置在底阀组件阀体上的环形槽内，所述压力缸筒放置在压力缸筒垫片之上，所述导承排气板放置在压力缸筒之上，所述导承组件放置在导承排气板之上，导承组件通过其外螺纹和储油缸组件缸筒上的内螺纹咬合，向下拧紧时，导承组件将前述零、部件压紧固定在储油缸组件缸筒内；所述骨架油封、内螺盖和防尘圈的外圆和导承组件连接，内圆和活塞-活塞杆组件连接；所述活塞-活塞杆组件的活塞外圆与压力缸筒内圆连接，可以相对滑动，活塞杆穿过导承组件、骨架油封、内螺盖和防尘圈的内孔后而伸出；所述回油组件上部和压力缸筒连接，下部和导油板组件连接；所述小磁铁和导油板组件连接；所述液压油被充满压力缸筒内腔和一般情况下三分之二以上的储油缸组件和压力缸筒之间的容腔；所述导承端部密封件和导承组件连接，外螺盖通过其外螺纹和储油缸组件缸筒上的内螺纹咬合，向下拧紧时，将导承端部密封件压紧在导承组件上；所述活塞杆端部联结件和活塞杆端部焊接，防尘罩和活塞杆端部联结件焊接；所述橡胶防尘套的一端和活塞杆连接，另一端固定在导承组件上；

其特征在于：活塞-活塞杆组件的活塞的外圆和压力缸筒的内壁配合，活塞可沿着压力缸筒内壁左、右滑动，活塞将压力缸筒里面的工作容腔分隔成左工作容腔和右工作容腔，当活塞杆被外力驱动左、右运动时，活塞-活塞杆组件便成为了一个机械式供油机构，当阀门开启时便产生阻尼力，所述压力缸筒的内壁在其中部区域的两边，开有对称的旁通阻尼槽。

2.如权利要求1所述的油压减振器，其特征在于：压力缸筒内壁旁通阻尼槽的几何形状为同心圆环、正方形、三角形、圆形和梯形。权利要求还包括其它几何形状的旁通阻尼槽。

3.如权利要求1所述的油压减振器，其特征在于：所述导承组件包括导承体、导承格莱圈、导承导向耐磨环、阻尼阀和卸荷阀，所述阻尼阀包括调节螺盖、螺盖防松密封环、调节垫片、弹簧、阀芯和阀座；阀座上有起阻尼作用的阻尼孔，阀座的下部外圆柱体和导承体安装孔为紧配合，阀座一般通过专用工具被压入安装孔；阀芯放置在阀座上部，可以在安装孔内滑动；弹簧放置在阀芯上部的弹簧座内，在弹簧和阀芯之间放置有调节垫片；调节螺盖放置在弹簧之上，在调节螺盖和弹簧之间放置有调节垫片；调节螺盖的外螺纹和导承体安装孔内螺纹咬合，转动调节螺盖可以调节弹簧的预压缩量；压力油从下方进入阀座上的阻尼孔后，作用在阀芯上面，如果压力足够大，可以顶开阀芯而溢流，调节弹簧的预压缩量可以改变阻尼阀的开启压力，减振器从而能获得不同大小的阻尼。

4.如权利要求1所述的油压减振器，其特征在于：所述活塞-活塞杆组件包括活塞杆、活塞阀组件、活塞、活塞格莱圈、活塞导向耐磨环、内六角花型沉头螺钉和活塞排气板；活塞杆右部按顺序穿过活塞阀挡盖、活塞阀波形弹簧和活塞阀阀片后，通过其外螺纹与活塞内孔的内螺纹咬合，从而将活塞杆、活塞阀组件和活塞组成一个整体；活塞的外圆和压力缸筒的内壁配合，活塞可沿着压力缸筒内壁左、右滑动，活塞格莱圈和活塞导向耐磨环被放置在活塞外圆和压力缸筒内壁之间，分别起密封和导向耐磨的作用；内六角花型沉头螺钉穿过活塞排气板后，与活塞杆右部内孔螺纹咬合，从而将活塞排气板固定在活塞的右端，起隔离气泡、防止气体从活塞右端经活塞上的通孔被带入到活塞左端的作用。

5.如权利要求1所述的油压减振器，其特征在于：所述储油缸组件包括外缸筒、储油缸端部联结件和橡胶关节，外缸筒和储油缸端部联结件通过焊接形成一个整体容器；橡胶关节是一种金属和橡胶衬套的复合件，橡胶关节穿过储油缸端部联结件的环形圈，橡胶关节的金属件上有螺栓安装孔，将抗蛇行油压减振器的右端安装在列车上。

6.如权利要求1所述的油压减振器，其特征在于：所述导油板组件包括底座和肋板，导油板组件放置在储油缸组件底部；所述底阀垫片放置在导油板组件的底座上；底阀组件则放置在底阀垫片之左；所述压力缸筒垫片放置在底阀阀体上环形槽内，压力缸筒垫片一般采用比钢软的金属材料，如铜；所述压力缸筒放置在压力缸筒垫片之左，当压力缸筒被外力压紧时，压力缸筒垫片起密封作用。

7.如权利要求1所述的油压减振器，其特征在于：导承组件可通过其外圆周上的外螺纹和储油缸组件外缸筒上的内螺纹咬合而左、右运动，其右部端面和压力缸筒左部端面配合。当向右紧固导承组件时，压力缸筒被压紧在导承组件和底阀组件之间，此时压力缸筒内部形成了工作容腔，压力缸筒外部和储油缸组件外缸筒之间形成了储油腔；所述液压油被充满工作容腔和一般情况下三分之二以上的储油腔。

8.如权利要求1所述的油压减振器，其特征在于：所述回油组件包括回油管、回油管接头、挡圈和回油密封圈。回油管左端固定在回油管接头的右端，回油管右端插入回油组件的肋板内；回油管接头的左端固定在挡圈的孔上；回油密封圈放置在挡圈之左；挡圈和回油密封圈均通过其内圆与压力缸筒外圆配合，从而整体固定在压力缸筒上。

9.如权利要求1所述的油压减振器，其特征在于：所述导承端部密封件套在导承左端的凸台上，可对经导承外螺纹以及经各阀门向外部泄漏的液压油起密封作用；所述外螺盖的外螺纹和外缸筒的内螺纹咬合，向右端拧紧外螺盖可将导承端部密封件压紧在导承上。

10.一种采用如权利要求1-9所述的轨道友好型抗蛇行油压减振器的低阻尼参数设计方法；

所述一种轨道友好型抗蛇行油压减振器的流量连续性方程为：

式中：v为减振器振动速度，m/s；D、d、d_c分别为活塞、活塞杆、卸荷阀常通阻尼孔直径，m；C_d为卸荷阀常通阻尼孔流量系数；ρ为液压油密度，kg/m³；P为减振器工作腔压力，MPa；n为旁通阻尼槽个数；R_f为旁通阻尼槽液阻，N·s/m⁵；

所述一种轨道友好型抗蛇行油压减振器的力平衡方程为：

式中：F_s为当减振器处于低阻尼状态时的阻尼力，N；

当旁通阻尼槽为同心圆环时的液阻为：

式中：μ为液压油动力粘度，Pa·s；L为活塞高度，m；C_e为流量修正系数；β为一个同心圆环段的角度，rad；δ为同心圆环在半径上的缝隙值，m；

当旁通阻尼槽为正方形时的液阻为：

式中：a为正方形的边长，m；

当旁通阻尼槽为等边三角形时的液阻为：

式中：b为等边三角形的边长，m；

若给定抗蛇行油压减振器的最大阻尼力为F_smax，则可联立以上本发明所述方程式(1)～式(5)求得旁通阻尼槽的设计参数。