CN110259874A - 一种使用双锥形堆式辅助弹簧的空气弹簧 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种使用双锥形堆式辅助弹簧的空气弹簧，包括上盖、气囊、辅助弹簧，所述气囊包括上子口与下子口，气囊的上子口与上盖的下表面密封紧固连接，所述辅助弹簧包括上锥体、下锥体和外套层；所述外套层的内侧分布有上锥体和下锥体，上锥体和下锥体的外表面均与外套层的内壁相连接，并且外套层的外壁上端部有凸缘，所述凸缘与气囊的下子口固定连接；所述上锥体包括上芯轴和上橡胶堆，上橡胶堆环绕于上芯轴的外周面；所述下锥体与上锥体呈镜像排列。本发明结构简单，安装方便，能够更加有效的降低无气状态下的辅助弹簧垂向刚度，并为垂向及横向提供足够的位移，增加乘坐舒适性，显著改善无气状态下的车辆动力学性能。

Description

一种使用双锥形堆式辅助弹簧的空气弹簧
技术领域
本发明属于轨道车辆悬挂系统减振元件的技术领域，涉及一种使用双锥型堆式辅助弹簧的空气弹簧。
背景技术
空气弹簧广泛应用于轨道车辆，作为二系悬挂系统主要部件，装用于车体和转向架之间。空气弹簧主要由气囊和辅助弹簧构成，辅助弹簧常见形式有三种：锥形式，平板式和沙漏式。目前辅助弹簧在充气状态下，气囊与辅助弹簧共同起作用为车体提供支撑；当空气弹簧无气时，气囊将不再起作用，只有辅助弹簧为车体提供支撑。这导致辅助弹簧在无气状态下使用时，刚度显著增大，挠度过大，辅助弹簧被过渡压缩，车体下沉损坏其他部件，严重影响了辅助弹簧的使用寿命，也影响了乘坐的舒适性。
CN107120382B公开了一种适用于高寒环境的轨道交通用空气弹簧，包括上盖板、耐磨板、限位压板、气囊；所述气囊包括上子口和下子口，气囊的上子口与上盖板密封连接，耐磨板设置在气囊下面，限位压板设置在耐磨板下面；所述适用于高寒环境的轨道交通用空气弹簧还包括应急弹簧、沙漏弹簧；所述气囊下子口与沙漏弹簧密封连接，应急弹簧设置在耐磨板与沙漏弹簧之间。所述上盖板下表面设有扣环，气囊的上子口通过螺钉一、扣环与上盖板密封紧固连接。所述沙漏弹簧由沙漏弹簧顶板、沙漏弹簧橡胶、沙漏弹簧底板硫化而成，所述沙漏弹簧顶板位于沙漏弹簧橡胶上面，沙漏弹簧底板位于沙漏弹簧橡胶下面；限位压板位于沙漏弹簧上面，限位压板通过螺钉四与沙漏弹簧顶板固定连接；气囊下子口采用自密封的方式与沙漏弹簧顶板进行密封。所述应急弹簧由应急弹簧顶板、应急弹簧橡胶、应急弹簧底板硫化而成，所述应急弹簧顶板位于应急弹簧橡胶上面，应急弹簧底板位于应急弹簧橡胶下面；应急弹簧底板与沙漏弹簧顶板通过螺钉二固定连接，耐磨板位于应急弹簧顶板上面，耐磨板与应急弹簧顶板通过螺钉三连接，应急弹簧底板与沙漏弹簧顶板通过螺钉二固定连接。所述的适用于高寒环境的轨道交通用空气弹簧还包括设置在沙漏弹簧下面的底座；所述底座与沙漏弹簧底板之间通过螺钉五连接，底座的高度能被调节；沙漏弹簧橡胶内部为空腔，底座中部设置有使该空腔与外界相连通的通孔。所述的适用于高寒环境的轨道交通用空气弹簧还包括设置在上盖板上表面的橡胶垫。
以上空气弹簧实现了，在气囊充气状态下，空气弹簧系统的垂向、横向刚度及垂向、横向位移由气囊串联沙漏弹簧提供；在气囊泄气状态下，垂向减振作用由应急弹簧串联沙漏弹簧的功能。但是，其应急弹簧受结构的限制，尺寸较小，所以对于垂向减振效果有限，并且以上结构复杂，安装也较为繁琐。
发明内容
本发明目的在于提供一种使用双锥型堆式辅助弹簧结构设计的空气弹簧，在充气状态，能提供较低的垂向刚度；在无气状态下，能提供较低的垂向刚度以及足够的水平位移。为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种使用双锥形堆式辅助弹簧的空气弹簧，包括上盖、气囊、辅助弹簧，所述气囊包括上子口与下子口，气囊的上子口与上盖的下表面密封紧固连接，所述辅助弹簧包括上锥体、下锥体和外套层；所述外套层的内侧分布有上锥体和下锥体，上锥体和下锥体的外表面均与外套层的内壁相连接，并且外套层的外壁上端部有凸缘，所述凸缘与气囊的下子口固定连接；所述上锥体包括上芯轴和上橡胶堆，上橡胶堆环绕于上芯轴的外周面；所述下锥体与上锥体呈镜像排列。
作为优选，所述辅助弹簧内部中心轴位置安装有一预紧螺栓，该预紧螺栓连接上芯轴与下芯轴。
作为优选，所述外套层设有上下贯穿的空腔，所述空腔包括上锥腔与下锥腔，并呈漏斗状，且上锥体位于上锥腔内部，下锥体位于下锥腔内部。
作为优选，所述上锥体与下锥体之间存在空隙。
作为优选，所述上橡胶堆内间隔设置有多层隔板层。
作为优选，所述辅助弹簧包括摩擦块，所述摩擦块位于辅助弹簧的顶部，并与上芯轴固定连接。
作为优选，所述空气弹簧包括扣环，所述扣环将气囊上子口压装在上盖上，气囊下子口通过过盈配合与外套层组装。
与现有技术相比，本发明的优点和积极效果在于：
本发明通过对辅助弹簧结构的改进，设计了一种全新的双锥形堆式橡胶辅助弹簧。辅助弹簧的上锥体和下锥体尺寸一致，结构相同，并且结构简单，安装方便，能有效降低无气状态下的辅助弹簧垂向刚度，并为垂向及横向提供足够的位移，同时也降低了充气和无气状态下的挠度差，避免了车体下沉损坏其他部件，显著改善无气和充气状态下的车辆动力学性能，增加乘客乘坐舒适性。
另外，两锥体之间存在空隙，有利于降低辅助弹簧的刚度和减小辅助弹簧的形变量。同时，辅助弹簧内部中心轴位置安装有一螺栓，该螺栓可为此辅助弹簧提供预压力，减小了无气时的空气弹簧形变量，降低了垂向刚度，从而进一步改善了车体下沉损坏其他部件的情况。
同时，摩擦块位于辅助弹簧的顶部，在空气弹簧无气状态下，可与上盖之间接触并产生滑动摩擦以满足车体的横向位移需求，保证了车辆的运行舒适度。
附图说明
图1为本发明空气弹簧实施例1的结构示意图；
图2为本发明空气弹簧实施例2的结构示意图；
图3为本发明双锥形堆式辅助弹簧的结构示意图
以上各图中：1、上盖；2、扣环；3、气囊；4、辅助弹簧；5、上锥体；6、上芯轴；7、上橡胶堆；8、下锥体；9、下芯轴；10、下橡胶堆；11、外套层；12、摩擦块；13、空隙；14、预紧螺栓；
具体实施方式
下面，通过示例性的实施方式对本发明进行具体描述。然而应当理解，在没有进一步叙述的情况下，一个实施方式中的元件、结构和特征也可以有益地结合到其他实施方式中。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“内”、“外”、“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
实施例1
一种使用双锥形堆式辅助弹簧的空气弹簧，如图1所示，主要由上盖1、扣环2、气囊3、辅助弹簧4、摩擦块12组成空气弹簧系统。其中辅助弹簧4包括上锥体5、下锥体8、外套层11。所述气囊3的上子口由扣环2经螺钉压装在上盖上，气囊3的下子口通过过盈配合与外套层11组装。所述上锥体5是由上芯轴6和上橡胶堆7硫化而成，在本实施中上芯轴6为圆锥台形，其上表面通过螺钉与摩擦块12进行固定连接；橡胶堆可以选用无隔板层，也可以选用橡胶堆内部间隔设置有多层隔板层，本实施例中，优选橡胶堆中无隔板层结构。所述上橡胶堆7的上下表面均呈凹环形，环绕于上芯轴6的外周面；所述下锥体8的结构与上锥体5相同，包括下芯轴9和下橡胶堆10，且两锥体呈镜像排列；所述外套层的内侧分布有上锥体5和下锥体8，两锥体的外表面均与外套层11的内壁相连接，并且外套层11的外壁上端部有凸缘，所述凸缘与气囊3的下子口固定连接。由此组成的辅助弹簧4的中部存在空隙13，其位于上锥体5与下锥体8之间，由上锥体5的下表面、下锥体8的上表面以及外套层11的内表面围成。
本申请中提及的充气状态，是指空气弹簧充有足量的气体，并能通过与其配合使用的高度控制阀自动调节内部气压实现总高度始终保持不变的状态。
通过以上结构及连接方式，使得空气弹簧在充气状态下，所述辅助弹簧4的上表面和上盖1的下表面的之间具有间隙d0，且d0>0；此时仅由气囊3和下锥体8串联共同实现垂向的减振作用。
气囊3在故障状态(破裂、损坏等)下，气囊内部的气压值与外界大气压值一致时，上盖1与辅助弹簧4的上表面接触，即为本申请中所指的无气状态。而在无气状态下，辅助弹簧4的上表面和上盖1下表面之间具有间隙d0＝0，将垂向载荷通过摩擦块12传递至上锥体5，进而再传达到下锥体8，此时气囊不起作用，使得两锥体共同承担垂向减振作用及位移，并且上锥体与下锥体尺寸相同，能够有效的起到减振作用，减小刚度的变化，降低了充气和无气状态下的挠度差；同时在无气状态下，摩擦块12可与上盖1之间产生滑动摩擦进一步满足车体横向位移的需求。由此，避免了车体下沉损坏其他部件，显著改善了无气和充气状态下的车辆动力学性能，保证了车辆的运行舒适度。
实施例2
一种使用双锥形堆式辅助弹簧的空气弹簧，如图2所示，其结构与实施例1不同之处在于，辅助弹簧4内部中心轴位置安装有一预紧螺栓14，该预紧螺栓连接上芯轴6与下芯轴9，并且预紧螺栓14顶部的上表面放置垫片，此预紧螺栓14减小了无气状态下的空气弹簧高度下降量，减小了垂向刚度的变化，从而进一步改善了车体下沉损坏其他部件的情况。

Claims (7)

1.一种使用双锥形堆式辅助弹簧的空气弹簧，包括上盖、气囊、辅助弹簧，所述气囊包括上子口与下子口，气囊的上子口与上盖的下表面密封紧固连接，其特征在于：所述辅助弹簧包括上锥体、下锥体和外套层；所述外套层的内侧分布有上锥体和下锥体，上锥体和下锥体的外表面均与外套层的内壁相连接，并且外套层的外壁上端部有凸缘，所述凸缘与气囊的下子口固定连接；所述上锥体包括上芯轴和上橡胶堆，上橡胶堆环绕于上芯轴的外周面；所述下锥体与上锥体呈镜像排列。
2.根据权利要求1所述的使用双锥形堆式辅助弹簧的空气弹簧，其特征在于：所述辅助弹簧内部中心轴位置安装有一预紧螺栓，该预紧螺栓连接上芯轴与下芯轴。
3.根据权利要求1所述的使用双锥形堆式辅助弹簧的空气弹簧，其特征在于：所述外套层设有上下贯穿的空腔，所述空腔包括上锥腔与下锥腔，并呈漏斗状，且上锥体位于上锥腔内部，下锥体位于下锥腔内部。
4.根据权利要求1或2所述的使用双锥形堆式辅助弹簧的空气弹簧，其特征在于：所述上锥体与下锥体之间存在空隙。
5.根据权利要求1所述的使用双锥形堆式辅助弹簧的空气弹簧，其特征在于：所述上橡胶堆内间隔设置有多层隔板层。
6.根据权利要求4所述的使用双锥形堆式辅助弹簧的空气弹簧，其特征在于：所述辅助弹簧包括摩擦块，所述摩擦块位于辅助弹簧的顶部，并与上芯轴固定连接。
7.根据权利要求4所述的使用双锥形堆式辅助弹簧的空气弹簧，其特征在于：所述空气弹簧包括扣环，所述扣环将气囊上子口压装在上盖上，气囊下子口通过过盈配合与外套层组装。
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