CN110259861B - 双层橡胶弹簧及使用双层橡胶弹簧的空气弹簧 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种双层橡胶弹簧及使用双层橡胶弹簧的空气弹簧，属于空气弹簧领域，包括上层外套，上层隔板，上层芯轴，上层橡胶，下层外套，下层隔板，下层芯轴，下层橡胶，下层隔板上端为限位圈，限位圈可容纳上层隔板的下端，下层外套的外侧为一圈凸台，上层外套的外侧为一圈凹槽，上层外套的凹槽可容纳下层外套的凸台，下层芯轴的外侧为一圈凸台，上层芯轴的外侧为一圈凹槽，上层芯轴的凹槽可容纳下层芯轴的凸台，上层橡胶和下层橡胶之间有一圈横截面为椭圆的空隙间隔，上层橡胶采用天然橡胶，下层橡胶采用改性氯丁橡胶，有益之处在于既满足空气弹簧对于受力的要求，又满足空气弹簧对EN45545防火性能的要求，安装维修方便。

Description

双层橡胶弹簧及使用双层橡胶弹簧的空气弹簧

技术领域

本发明属于空气弹簧领域，具体涉及一种双层橡胶弹簧及使用双层橡胶弹簧的空气弹簧。

背景技术

轨道车辆是一种客流量大的，线路大多处于相对密闭空间，又是无序人员密集场所，在发生灾难时逃生与救援都比较困难。近年来，多次发生列车火灾事故，致使多人伤亡，财产损失严重，因此世界各国对轨道交通车辆可能发生的消防安全隐患不断提出更高的防范标准。

对于铁路车辆材料的防火测试标准，各国测试标准及方法均不同，欧盟启动了一个名为Firestarr Project(费斯塔尔项目)的计划，旨在研究和建立一套适合于铁路车辆材料的可燃性、火焰传播速率、热释放量、烟雾释放量和毒性的测试奠定基础。并于2013年颁布了EN45545的防火标准，其中EN45545-2铁路车辆的防火保护—第2部分规定了材料和元件的防火要求。

空气弹簧安装在车体和转向架之间，作用为传递垂向载荷、横向载荷以及扭矩等，吸收垂向和水平振动，提供水平复原力等，对车辆的平稳性和舒适度具有较大的影响。空气弹簧主要包括上盖、气囊及辅助弹簧，其中上盖位于车体或摇枕的下方，起密封及传递载荷的功能，辅助弹簧位于气囊的下方，在空气弹簧正常充气的状态下，气囊起主要的减振作用，空气弹簧组成的性能取决于气囊的性能，辅助弹簧在空气弹簧无气时的应急状态下使用，部分空气弹簧采用锥形橡胶弹簧作为辅助弹簧，需要具有良好的弹性减振性能和疲劳性能。

传统的锥形橡胶弹簧结构为单层，由金属和橡胶硫化成一个整体，为保证锥形橡胶弹簧的机械性能，橡胶部分宜采用单一材料。按照目前EN45545的防火要求，所用橡胶材料难以同时满足锥形橡胶弹簧的机械性能和防火性能。

中国专利CN204488810公开了一种市域快线客车转向架用空气弹簧，该实用新型提供了一种采用锥形橡胶弹簧的空气弹簧，有效的解决了构架应力集中的问题，但该专利中的锥形橡胶一但毁坏，就需要更换整个锥形弹簧，并且该实用新型无法解决空气弹簧的不耐火问题，目前市面上缺少高防火性能和高机械性能同时并存的橡胶材料。

中国专利CN207997867公开了一种空气弹簧、安装有该空气弹簧的转向架及轨道车辆，该实用新型提供了一种采用平板橡胶和锥形橡胶串联的空气弹簧，有效的降低橡胶弹簧的刚度，满足空气弹簧在失气情况下的刚度需求，但该专利同样没有解决空气弹簧在耐火方面的缺陷。

公开号为CN105987117的专利公开了一种带有防火罩的空气弹簧，该发明主要通过在采用锥形橡胶弹簧的空气弹簧外侧安装一个附加的防火罩，并且防火罩内充满惰性气体来达到防火的目的，该专利虽然提供了一种提高防火性能的空气弹簧，但是在空气弹簧外侧安装一个防火罩意味着增加空气弹簧的体积，其次还需要设置充入惰性气体的进气口和出气口，该发明增加了空气弹簧的体积以及需要增加惰性气体充放气口，对空气弹簧的安装维修拆卸都造成很大问题。

2018年，中国有上千人死于火灾事故，而交通工具火灾事故在其中占了很大一部分，因此对交通工具的防火性能的提升显得尤为重要。

发明内容

本发明主要目的在于解决上述问题和不足，本发明提供一种双层橡胶弹簧及使用双层橡胶弹簧的空气弹簧。

一种双层橡胶弹簧分为上层结构和下层结构，

上层结构为由上层外套，上层隔板，上层芯轴，上层橡胶组成的承力橡胶堆，

下层结构为由下层外套，下层隔板，下层芯轴，下层橡胶组成的防火橡胶堆，

下层隔板上端为限位圈，限位圈可容纳空间的大小等于上层隔板下端的大小，上层隔板的下端可以很好的放置在下层隔板的限位圈上，防止上层隔板和下层隔板发生错位。

下层外套的外侧为一圈凸台，上层外套的外侧为一圈凹槽，上层外套的凹槽可容纳下层外套的凸台，上层外套和下层外套设置的凹槽和凸台可以均匀的承担来自轴向和径向的力。

下层芯轴的外侧为一圈凸台，上层芯轴的外侧为一圈凹槽，上层芯轴的凹槽可容纳下层芯轴的凸台，上层芯轴和下层芯轴设置的凹槽和凸台可以均匀的承担来自轴向和径向的力。

上层外套和下层外套，上层芯轴和下层芯轴通过凹槽和凸台的设置可以大幅度提升整个装置的可靠性和使用寿命，并且也方便了整个装置的对中设置。

上层橡胶和下层橡胶之间具有若干圈空隙间隔，空隙间隔截面为椭圆形，由于上层橡胶和下层橡胶之间具有横截面为椭圆的空隙间隔，不仅提供了足够的空间让上层隔板和下层隔板在连接处发生形变，能有效隔绝下层橡胶将热量传递给上层橡胶，能够提供上层橡胶和下层橡胶在承力后发生形变的空间，减少上层橡胶和下层橡胶之间造成的互相挤压的情况。

由于上层橡胶和下层橡胶之间具有空隙间隔，上层橡胶下端形成凹陷带，下层橡胶上端形成凹陷带，未承载时，上层橡胶的上端和下层橡胶的下端也具有凹陷带，承载时因为发生形变，上层橡胶上端和下层橡胶下端的凹陷带会因为橡胶发生形变而被填满，上层隔板的上端被上层橡胶包裹住，上层隔板的下端未被上层橡胶包裹住，下层隔板的下端被下层橡胶包裹住，下层隔板上端的限位圈未被下层橡胶包裹住，有效减小了橡胶弹簧的使用量，降低了整体结构的重量；上层橡胶的凹陷带和下层橡胶的凹陷带大幅度减少了橡胶弹簧在受力发生形变而产生的内应力，进而减少了橡胶的发热量；上层隔板的下端和下层隔板的上端的限位圈因为未被橡胶包裹住，使整个弹簧在受力时可以在上层隔板和下层隔板的连接处发生一定的形变，又因为限位圈的存在，保证这个形变在整个装置稳定范围内变化，形变可以大幅度降低上层隔板和下层隔板承受的应力，也不会在形变时磨损上层隔板和下层隔板的橡胶，不仅延长了整个装置的使用寿命，也增加了整个装置的可靠性和稳定性。

上层外套和上层橡胶连接，上层橡胶和上层隔板连接，上层橡胶和上层芯轴连接，下层外套和下层橡胶连接，下层橡胶和下层隔板连接，下层橡胶和下层芯轴连接，上层隔板的下端与下层隔板上端的限位圈活动连接，下层外套的凸台和上层外套的凹槽通过螺栓连接，上层芯轴和下层芯轴通过螺栓连接，由于整个装置分为上层结构和下层结构，且上层结构和下层结构主要由螺栓进行连接，因此通过人工可以轻松的将上层结构和下层结构分开，便于整个装置的维修与拆装，降低了维修成本。

上层橡胶采用天然橡胶，具有非常好的弹性性能，下层橡胶采用改性氯丁橡胶橡胶，具有非常好的耐火，耐臭氧性能，通过这样设置不仅满足了橡胶弹簧在高机械性能上的要求，也满足了橡胶弹簧关于EN45545高防火性能的要求，因为橡胶部分最好采用单一材料，因此同时也避免了将两种不同的橡胶种类强行硫化在一起而造成橡胶结构不稳定的问题。

一种使用双层橡胶弹簧的空气弹簧，包括气囊，上盖，支承座，扣环，双层橡胶弹簧，底座，所述气囊通过扣环固定在上盖，所述气囊和双层橡胶弹簧的上层外套连接，所述支承座与双层橡胶弹簧的上层外套通过螺栓固定，所述底座与双层橡胶弹簧的下层芯轴通过螺栓固定，所述上盖可以采用金属平板或带有包胶的橡胶金属，采用了这种双层橡胶弹簧的空气弹簧不仅能满足在气囊充满气时橡胶弹簧的辅助承力功能，也能在气囊失去空气时进行紧急的承力，而且在承受力的同时还能满足防火的要求。

本发明的有益效果在于：

本发明设置了上层隔板和下层隔板，下层隔板的上端为限位圈，上层隔板的下端可以在限位圈内进行一定角度的变化，来减少上层隔板和下层隔板承受的应力，又因为限位圈的存在保证了上层隔板和下层隔板不会发生错位分离，保证了整个双层橡胶弹簧的结构稳定性。

上层隔板的下端和下层隔板上端的限位圈均未被橡胶包裹住，因此上层隔板和下层隔板的连接处不会受到橡胶的影响，不仅保证了上层隔板和下层隔板在受力后进行角度变化的平稳性，也保证了橡胶不会在上层隔板和下层隔板连接处受到挤压而导致上层橡胶和下层橡胶发生撕裂，避免了破坏整个装置结构的情况。

本发明通过将上层外套，上层橡胶，上层隔板，上层芯轴连接，使其成为双层橡胶弹簧的上层结构，将下层外套，下层橡胶，下层隔板，下层芯轴连接，使其成为双层橡胶弹簧的下层结构，上层结构和下层结构在未安装在一起时为两个独立的结构，这个两个结构可以独立进行生产，生产出来的上层结构和下层结构可以通过上层外套外侧的凹槽，下层外套的凸台，上层芯轴的凹槽，下层芯轴的凸台进行对中后，通过螺栓将上层结构和下层结构固定在一起，增加了整个装置的安装效率和维修效率。

上层橡胶和下层橡胶之间形成了一圈横截面为椭圆的空隙间隔，空隙间隔不仅为整个装置在受力时提供了一定的缓冲空间，让上层隔板和下层隔板有进行角度变化的空间，而且通过减少上层橡胶和下层橡胶的使用量，减少了橡胶在发生形变时产生的内应力，从而减少了整个装置在受力时自身产生的发热量，同时也降低了生产成本，最后，因为空隙间隔的存在能够有效避免下层橡胶将热量传递给上层橡胶，提高了整个装置的防火性能，以满足EN45545的防火要求。

双层橡胶弹簧的整体外观较之于传统的橡胶弹簧变化较小，结构紧凑，造型美观。采用双层橡胶弹簧结构，解决了传统橡胶弹簧受限于橡胶材料性能限制难于同时满足机械性能和防火性能的技术问题。双层橡胶弹簧的上下两层能够分别采用不同橡胶材料制造，上层作为承力的主体部分可以脱离防火要求的局限而专门用以满足机械性能，下层承力较小则可以脱离机械性能的局限而专门用以满足防火性能，从而使整体实现了机械性能和防火性能的优势结合，只有采用本申请这种双层结构，才能将承载的天然橡胶作为上层橡胶，耐火的改性氯丁橡胶作为下层橡胶。

使用这种双层橡胶弹簧的空气弹簧，能够完全继承双层橡胶弹簧的优势，能够在满足机械性能要求的同时满足防火性能要求。

本发明为双层橡胶弹簧结构形式，解决了传统橡胶弹簧无法同时兼顾机械性能要求和防火性能要求的技术问题，提高了橡胶弹簧的防火性能，使用这种双层橡胶弹簧的空气弹簧也同时具备上述优势，是橡胶弹簧和空气弹簧产品结构和防火性能改进的一种重要解决方案。

附图说明

图1为本发明的双层橡胶弹簧的结构示意图。

图2为本发明采用双层橡胶弹簧的空气弹簧的结构示意图。

图3为本发明上层隔板和下层隔板连接处的放大结构示意图。

如图1所示，101、上层外套，102、上层隔板，103、上层芯轴，104、上层橡胶，201、下层外套，202、下层隔板，203、下层芯轴，204、下层橡胶。

如图2所示，1、气囊，2、上盖，3、支承座，4、扣环，5、双层橡胶弹簧，6、底座。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

实施例一：

一种双层橡胶弹簧分为上层结构和下层结构，

上层结构为由上层外套101，上层隔板102，上层芯轴103，上层橡胶104组成的承力橡胶堆，

下层结构为由下层外套201，下层隔板202，下层芯轴203，下层橡胶104组成的防火橡胶堆，

下层隔板202上端为限位圈，限位圈可容纳空间的大小等于上层隔板102下端的大小，上层隔板102的下端可以很好的放置在下层隔板202的限位圈上，防止上层隔板102和下层隔板202发生错位。

下层外套201的外侧为一圈凸台，上层外套101的外侧为一圈凹槽，上层外套101的凹槽可容纳下层外套201的凸台，上层外套101和下层外套201设置的凹槽和凸台可以均匀的承担来自轴向和径向的力。

下层芯轴203的外侧为一圈凸台，上层芯轴103的外侧为一圈凹槽，上层芯轴103的凹槽可容纳下层芯轴203的凸台，上层芯轴103和下层芯轴203设置的凹槽和凸台可以均匀的承担来自轴向和径向的力。

上层外套101和下层外套201，上层芯轴103和下层芯轴203通过凹槽和凸台的设置可以大幅度提升整个装置的可靠性和使用寿命，并且也方便了整个装置的对中设置。

所属上层橡胶104下端为凹陷带，所属下层橡胶104上端为凹陷带，未承载时，上层橡胶104的上端和下层橡胶104的下端也具有凹陷带，承载时因为发生形变，上层橡胶104上端和下层橡胶104下端的凹陷带会因为橡胶发生形变而被填满，上层隔板102的上端被上层橡胶104包裹住，上层隔板102的下端未被上层橡胶104包裹住，下层隔板202的下端被下层橡胶104包裹住，下层隔板202上端的限位圈未被下层橡胶104包裹住，有效减小了橡胶弹簧的使用量，降低了整体结构的重量；上层橡胶104的凹陷带和下层橡胶104的凹陷带大幅度减少了橡胶弹簧在受力发生形变而产生的内应力，进而减少了橡胶的发热量；上层隔板102的下端和下层隔板202的上端的限位圈因为未被橡胶包裹住，使整个弹簧在受力时可以在上层隔板102和下层隔板202的连接处发生一定的形变，又因为限位圈的存在，保证这个形变在整个装置稳定范围内变化，形变可以大幅度降低上层隔板102和下层隔板202承受的应力，也不会在形变时磨损上层隔板102和下层隔板202的橡胶，不仅延长了整个装置的使用寿命，也增加了整个装置的可靠性和稳定性。

上层橡胶104和下层橡胶104之间具有若干圈空隙间隔，空隙间隔截面为椭圆形，由于上层橡胶104和下层橡胶104之间具有横截面为椭圆的空隙间隔，不仅提供了足够的空间让上层隔板102和下层隔板202在连接处发生形变，能有效隔绝下层橡胶104将热量传递给上层橡胶104，能够提供上层橡胶104和下层橡胶104在承力后发生形变的空间，减少上层橡胶104和下层橡胶104之间造成的互相挤压的情况。

上层外套101和上层橡胶104连接，上层橡胶104和上层隔板102连接，上层橡胶104和上层芯轴103连接，下层外套201和下层橡胶104连接，下层橡胶104和下层隔板202连接，下层橡胶104和下层芯轴203连接，上层隔板102的下端与下层隔板202上端的限位圈活动连接，下层外套201的凸台和上层外套101的凹槽通过螺栓连接，上层芯轴103和下层芯轴203通过螺栓连接，由于整个装置分为上层结构和下层结构，且上层结构和下层结构主要由螺栓进行连接因此通过人工可以轻松的将上层结构和下层结构分开，便于整个装置的维修与拆装，降低了维修成本。

上层橡胶104采用天然橡胶，具有非常好的弹性性能，下层橡胶104采用改性氯丁橡胶橡胶，具有非常好的耐火，耐臭氧性能，通过这样设置不仅满足了弹簧在机械性能上的要求，也满足了弹簧关于EN45545防火性能的要求，因为橡胶部分最好采用单一材料，因此同时也避免了将两种不同的橡胶种类强行硫化在一起而造成橡胶结构不稳定的问题。

实施例二：

一种使用双层橡胶弹簧的空气弹簧，包括气囊1，上盖2，支承座3，扣环4，双层橡胶弹簧5，底座6，所述气囊1通过扣环4固定在上盖2，所述气囊1和双层橡胶弹簧的上层外套101连接，所述支承座3与双层橡胶弹簧的上层外套101通过螺栓固定，所述底座6与双层橡胶弹簧的下层芯轴203通过螺栓固定，所述上盖2可以采用金属平板或带有包胶的橡胶金属，采用了这种双层橡胶弹簧的空气弹簧不仅能满足在气囊1充满气时橡胶弹簧的辅助承力功能，也能在气囊1失去空气时进行紧急的承力，而且在承受力的同时还能满足防火的要求。

空载时：

在双层橡胶弹簧未承受力之前，上层隔板102和下层隔板202为一条直线，上层橡胶104和下层橡胶204也均未受到力而变形，在未承载时，上层橡胶104的上端下端和下层橡胶204的上端下端均具有凹陷带。

承载时：

当双层橡胶弹簧的上层外套101受到支承座3传来的力后，上层外套101和下层外套201带动上层橡胶104和下层橡胶204开始变形，在变形过程中，上层隔板102和下层隔板202会在连接处暂时发生一定角度的变化，但由于限位圈的存在，使得上层隔板102和下层隔板202不会发生错位，上层橡胶104此时也开始发生形变，上层橡胶104由于承载后被拉伸使上层橡胶104上端的凹陷带消失，下层橡胶204此时也开始发生形变，下层橡胶204由于承载后被拉伸使下层橡胶204下端的凹陷带消失，当承受的力趋于稳定后，而处于上层隔板102和下层隔板202连接处的凹陷带未消失，因此还有空隙间隔存在，同时上层隔板102和下层隔板202又重新恢复为一条直线。

去载后：

当双层橡胶弹簧的上层外套101失去来自支承座3传来的力后，因为橡胶自身弹性变形的特性，上层橡胶104和下层橡胶204共同带动上层外套101和下层外套201回到橡胶弹性变形之前的位置，同时被拉伸的上层橡胶104和下层橡胶204恢复成空载时的形状，上层橡胶104上端的凹陷带和下层橡胶204下端的凹陷带重新出现。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种双层橡胶弹簧，其特征在于，

所述双层橡胶弹簧分为上层结构和下层结构，

所述上层结构为由上层外套，上层隔板，上层芯轴，上层橡胶组成的承力橡胶堆，

所述下层结构为由下层外套，下层隔板，下层芯轴，下层橡胶组成的防火橡胶堆,

所述下层隔板上端为限位圈，所述限位圈可容纳空间的大小等于所述上层隔板下端的大小,

所述下层外套的外侧为一圈凸台，所述上层外套的外侧为一圈凹槽，所述上层外套的凹槽可容纳下层外套的凸台，

所述下层芯轴的外侧为一圈凸台，所述上层芯轴的外侧为一圈凹槽，所述上层芯轴的凹槽可容纳下层芯轴的凸台,

所述上层外套和上层橡胶连接，所述上层橡胶和上层隔板连接，所述上层橡胶和上层芯轴连接，

所述下层外套和下层橡胶连接，所述下层橡胶和下层隔板连接，所述下层橡胶和下层芯轴连接，

所述下层外套的凸台和上层外套的凹槽通过螺栓连接，

所述上层隔板的下端与下层隔板上端的限位圈活动连接,

所述上层芯轴和所述下层芯轴通过螺栓连接。

2.如权利要求1所述的双层橡胶弹簧，其特征在于，

所述上层橡胶和下层橡胶之间具有空隙间隔。

3.如权利要求1所述的双层橡胶弹簧，其特征在于，

所述上层隔板的上端被所述上层橡胶包裹住，所述上层隔板的下端裸露在空隙间隔中，

所述下层隔板的下端被所述下层橡胶包裹住，所述下层隔板上端的限位圈裸露在空隙间隔中。

4.一种使用双层橡胶弹簧的空气弹簧，包括气囊，上盖，支承座，扣环，双层橡胶弹簧，底座，其特征在于，所述双层橡胶弹簧为如权利要求1-3中任意一项所述的双层橡胶弹簧，所述气囊通过扣环固定在上盖，所述气囊和支承座连接，所述支承座与双层橡胶弹簧的上层外套通过螺栓固定，所述底座与双层橡胶弹簧的下层芯轴通过螺栓固定。

5.如权利要求4所述的使用双层橡胶弹簧的空气弹簧，其特征在于，

所述上盖可以采用金属平板或带有包胶的橡胶金属。

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