CN112727987B - 橡胶堆、辅助弹簧及空气弹簧系统 - Google Patents

橡胶堆、辅助弹簧及空气弹簧系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种橡胶堆、辅助弹簧及空气弹簧系统，所述橡胶堆包括：橡胶体；隔板，位于橡胶体外侧，将橡胶体分为上下两部分，隔板上方的橡胶体外侧面设为外凸弧面结构，隔板下方的橡胶体外侧面设为内凹弧面结构。所述辅助弹簧包括上述橡胶堆。所述空气弹簧包括上述辅助弹簧。本发明具有较大的横向和扭转变形能力，结构安全，金属结构少，重量轻。

Description

橡胶堆、辅助弹簧及空气弹簧系统
技术领域
本发明属于轨道交通技术领域，涉及减振技术，具体地说，涉及一种橡胶堆、辅助弹簧及空气弹簧系统。
背景技术
空气弹簧因其自振频率小、具有大横向变位能力而广泛应用于轨道车辆。现有的轨道车辆设计中，有气时，要求空气弹簧承担的横向变形越来越大，此时，要求辅助弹簧可以分担部分横向变形；无气时，辅助弹簧较小的垂向刚度能够有效降低车辆的脱轨系数，使车辆更加安全。
现有的辅助弹簧常见的类型有：平板橡胶堆辅助弹簧(参见图1)、沙漏橡胶堆辅助弹簧(参见图2)、锥形橡胶堆辅助弹簧(参见图3)、锥形橡胶堆+平板橡胶堆复合式辅助弹簧(参见图4)。其中，平板橡胶堆辅助弹簧的垂向刚度很大而横向刚度较小；锥形橡胶堆辅助弹簧的垂向刚度较小而横向刚度很大；锥形橡胶堆+平板橡胶堆复合式辅助弹簧的垂向刚度和横向刚度较小，但组装困难，且横向变形能力较小。
发明内容
本发明针对现有辅助弹簧存在横向变形能力小等上述问题，提供了一种横向和扭转变形能力大的橡胶堆、辅助弹簧及空气弹簧系统。
为了达到上述目的，本发明提供了一种橡胶堆，包括：
橡胶体；
隔板，位于橡胶体外侧，将橡胶体分为上下两部分，隔板上方的橡胶体外侧面设为外凸弧面结构，隔板下方的橡胶体外侧面设为内凹弧面结构。
优选的，橡胶体的内侧面包括依次顺序连接的第一侧面、第二侧面、第三侧面；第一侧面设为平面结构，位于橡胶体的中心位置，与橡胶体的底面平行设置；第二侧面设为内凹弧面结构，设于第一侧面边缘上方；第三侧面设为外凸弧面结构，设于第二侧面外部，与橡胶体的底面连接。
优选的，第一侧面的位置高于底面。
优选的，橡胶体的内部设有用于安装芯轴的安装槽。
为了达到上述目的，本发明还提供了一种辅助弹簧，包括：
底座；
橡胶堆，设于底座上方，并安装于底座上；所述橡胶堆包括：
橡胶体；
隔板，位于橡胶体外侧，将橡胶体分为上下两部分，隔板上方的橡胶体外侧面设为外凸弧面结构，隔板下方的橡胶体外侧面设为内凹弧面结构；
芯轴，安装于橡胶体内部，并伸出橡胶体；
支承座，设于芯轴上方，与芯轴连接。
优选的，橡胶体的底部设有底板，橡胶体通过底板安装于底座上。
优选的，橡胶体、隔板、底板和芯轴硫化为一体。
优选的，橡胶体的内侧面包括依次顺序连接的第一侧面、第二侧面、第三侧面；第一侧面设为平面结构，位于橡胶体的中心位置，与橡胶体的底面平行设置；第二侧面设为内凹弧面结构，设于第一侧面边缘上方；第三侧面设为外凸弧面结构，设于第二侧面外部，与橡胶体的底面连接。
优选的，第一侧面的位置高于底面，第一侧面与底座中心的距离为车辆下沉量设计B值。
优选的，橡胶体的内部设有安装槽，芯轴的下部安装于安装槽内。
为了达到上述目的，本发明又提供了一种空气弹簧系统，包括空气弹簧和连接于空气弹簧下方的辅助弹簧，辅助弹簧采用上述辅助弹簧，空气弹簧安装于辅助弹簧的支承座上。
优选的，所述空气弹簧包括：
上盖板；
气囊，设于上盖板下方，气囊的顶端通过扣环与上盖板连接，气囊的底部安装于所述支承座上。
与现有技术相比，本发明的优点和积极效果在于：
(1)本发明设计的橡胶堆，通过隔板将橡胶体分为上下两部分，隔板上方的橡胶体外侧面设为外凸弧面结构，在横向位移时，橡胶堆会像球一样“滚动”，这样可以增加橡胶堆的扭转变形能力，隔板下方的橡胶体外侧面设为内凹弧面结构，可以让橡胶堆发生较大的横向变形，使辅助弹簧的垂向刚度和横向刚度都较小，可以降低空气弹簧无气下车辆的脱轨系数，在有气状态下，能够尽可能增加辅助弹簧的横向变形能力。
(2)本发明辅助弹簧，不仅垂向性能与锥形橡胶堆+平板橡胶堆复合式辅助弹簧相当，垂向刚度性能低，且由于采用特殊设计的橡胶堆，横向和扭转变形能力大。
(3)本发明辅助弹簧，橡胶堆、芯轴、底板硫化为一体，不需要后续组装，结构更加安全。
(4)相较于锥形橡胶堆+平板橡胶堆复合式辅助弹簧在生产时使用多层隔板，本发明辅助弹簧仅采用一个隔板，金属结构少，重量轻。
(5)本发明空气弹簧系统，在空气弹簧横向变形相同的情况下，采用特殊设计橡胶堆辅助弹簧的横向变形距离及扭转角度相较于锥形橡胶堆+平板橡胶堆复合式辅助弹簧明显增大。
附图说明
图1为现有平板式橡胶辅助弹簧的结构示意图；
图2为现有沙漏式橡胶辅助弹簧的结构示意图；
图3为现有锥形堆辅助弹簧的结构示意图；
图4为现有锥形橡胶堆+平板橡胶堆复合式辅助弹簧的结构示意图；
图5为本发明实施例橡胶堆的剖面结构示意图；
图6为本发明实施例辅助弹簧的结构示意图；
图7为本发明实施例空气弹簧系统的结构示意图；
图8为本发明实施例空气弹簧系统横向变形示意图；
图9为现有采用锥形橡胶堆+平板橡胶堆复合式辅助弹簧的空气弹簧横向变形示意图。
图中，1、橡胶堆，101、橡胶体，1011、第一侧面，1012、第二侧面，1013、第三侧面，1014、底面，1015、安装槽，102、隔板，2、底座，3、芯轴，4、支承座，5、底板，6、上盖板，7、气囊，8、扣环，901、第一连接件，902、第二连接件，903、第三连接件，904、第四连接件。
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“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”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。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”、“第三”的特征可以明示或隐含地包括一个或者更多个该特征。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体式连接；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明的描述中，需要说明的是，垂向是指垂直方向，横向是指与轨道车辆运行方向相互垂直的水平方向。
实施例1：参见图5，一种橡胶堆，包括：
橡胶体101；
隔板102，位于橡胶体101外侧，将橡胶体101分为上下两部分，隔板102上方的橡胶体外侧面设为外凸弧面结构，隔板102下方的橡胶体外侧面设为内凹弧面结构。
继续参见图1，橡胶体101的内侧面包括依次顺序连接的第一侧面1011、第二侧面1012、第三侧面1013；第一侧面1011设为平面结构，位于橡胶体101的中心位置，与橡胶体101的底面1014平行设置；第二侧面1012设为内凹弧面结构，设于第一侧面1011边缘上方；第三侧面1013设为外凸弧面结构，设于第二侧面1012外部，与底面1014连接。在橡胶体横向变形时，第二侧面与第三侧面相贴合可以增加载荷，即增加刚度。
继续参见图5，第一侧面1011的位置高于底面1014。第一侧面高于底面，使第一侧面与底面之间留有间隙，该间隙为车辆下沉的最大位移。第一侧面与底面的高度差可以根据实际需求进行设定。
继续参见图5，橡胶体101的内部设有用于安装芯轴的安装槽1015。具体地，在利用橡胶堆、芯轴、底座、支承座组装成辅助弹簧时，将芯轴的下部安装于安装槽内，芯轴的上部伸出橡胶堆。需要说明的是，为了便于组装，在组装辅助弹簧之前，将芯轴与橡胶堆硫化为一体。
将本实施例中的橡胶堆应用于辅助弹簧中，由于本实施例的橡胶堆中，橡胶体通过隔板分为两部分，隔板上方的橡胶体外侧面设为外凸弧面结构，在横向位移时，橡胶堆会像球一样“滚动”，这样可以增加橡胶堆的扭转变形能力，隔板下方的橡胶体外侧面设为内凹弧面结构，可以让橡胶堆发生较大的横向变形，使辅助弹簧的垂向刚度和横向刚度都较小，可以降低空气弹簧无气下车辆的脱轨系数，在有气状态下，能够尽可能增加辅助弹簧的横向变形能力。
实施例2：参见图6，一种辅助弹簧，包括：
底座2；
橡胶堆1，设于底座2上方，并安装于底座2上；所述橡胶堆1包括：
橡胶体101；
隔板102，位于橡胶体101外侧，将橡胶体101分为上下两部分，隔板102上方的橡胶体外侧面设为外凸弧面结构，隔板102下方的橡胶体外侧面设为内凹弧面结构；
芯轴3，安装于橡胶体101内部，并伸出橡胶体101；
支承座4，设于芯轴3上方，与芯轴3连接。
继续参见图6，橡胶体101的底部设有底板5，橡胶体101通过底板5安装于底座2上。
具体地，橡胶体、隔板、底板和芯轴硫化为一体。采用硫化一体结构，不需要后续组装，结构更安全。
继续参见图5，橡胶体101的内侧面包括依次顺序连接的第一侧面1011、第二侧面1012、第三侧面1013；第一侧面1011设为平面结构，位于橡胶体101的中心位置，与橡胶体101的底面1014平行设置；第二侧面1012设为内凹弧面结构，设于第一侧面1011边缘上方；第三侧面1013设为外凸弧面结构，设于第二侧面1012外部，与底面1014连接。在橡胶体横向变形时，第二侧面与第三侧面相贴合可以增加载荷，即增加刚度。
继续参见图6，第一侧面1011的位置高于底面1014，第一侧面1011与底座2中心的距离为车辆下沉量设计B值。车辆下沉量设计B值可以根据实际需求设定，也就是说，支承座下降的最大位移可以根据实际需求进行设定。
继续参见图5，橡胶体101的内部开设有安装槽1015，芯轴的下部安装于安装槽1015内。具体地，芯轴与安装槽硫化为一体。
具体地，本实施例中，继续参见图2，芯轴3与支承座4之间通过第一连接件901连接，底板5与底座2之间通过第二连接件902连接。为了简化结构及连接方式，本实施例中，第一连接件和第二连接件均采用螺钉，但上述连接方式不限于螺钉连接，还可以是其他形式的连接，此处，仅以螺钉连接为例进行说明。
具体地，继续参见图6，支承座底部与橡胶堆的接触面设为内凹弧面结构，与橡胶堆外侧面的外凸弧面结构相对应。在无垂向位移的情况下，支承座与橡胶体不接触，随着支承座缓慢受到垂向的位移，支承座与橡胶体慢慢接触，由于橡胶体的外凸弧面结构与支承座的内凹弧面结构配合，弧线一致，使得橡胶体的载荷迅速增加，即刚度增加。
具体地，本实施例中，底座、底板、隔板、芯轴及支承座为金属材质，橡胶体为橡胶材质，与现有锥形橡胶堆+平板橡胶堆复合式辅助弹簧在生产时使用多层隔板相比，采用的金属结构较少，重量轻。
本实施例辅助弹簧的工作过程为：
垂向加载初期，支承座将垂向载荷传递至芯轴，芯轴将载荷传递至隔板和底板，最终传递至底座，此时辅助弹簧的垂向刚度较低。
垂向加载后期，橡胶体与支承座弧形面缓慢接触，迅速提高垂向刚度。
横向加载时，横向载荷可以通过支承座分别传递至芯轴、橡胶体、隔板和底座，能够提供较大的横向和扭转变形。
本实施例所述辅助弹簧，通过对橡胶堆的特殊设计，使辅助弹簧的垂向刚度和横向刚度都较小，可以降低空气弹簧无气下车辆的脱轨系数，在有气状态下，横向位移时，橡胶堆的外凸弧面结构会像球一样“滚动”，增加了橡胶堆的扭转变形能力，橡胶堆的内凹弧面结构会让橡胶堆发生较大的横向变形。
实施例3：参见图7，一种空气弹簧系统，包括空气弹簧和连接于空气弹簧下方的辅助弹簧，辅助弹簧采用实施例2所述辅助弹簧，空气弹簧安装于辅助弹簧的支承座4上。
继续参见图7，所述空气弹簧包括：
上盖板6；
气囊7，设于上盖板6下方，气囊7的顶端通过扣环8与上盖板6连接，气囊7的底部安装于所述支承座4上。
具体地，继续参见图7，扣环8通过第三连接件903与上盖板6连接，为了简化结构及连接方式，本实施例中，第三连接件采用螺钉，但不限于螺钉连接，还可以采用其他方式连接，例如扣环连接等。
具体地，继续参见图7，气囊7的底部通过第四连接件904安装于所述支承座4上，为了简化结构及连接方式，本实施例中，第四连接件采用螺钉，但不限于螺钉连接，还可以通过其他媒介进行连接，例如：在气囊底部固定有连接板，通过连接板安装于所述支承座上。
本实施例所述空气弹簧系统，通过对辅助弹簧中橡胶堆的特殊设计，使辅助弹簧的垂向刚度和横向刚度都较小，可以降低空气弹簧无气下车辆的脱轨系数，在有气状态下，横向位移时，橡胶堆的外凸弧面结构会像球一样“滚动”，增加了橡胶堆的扭转变形能力，橡胶堆的内凹弧面结构会让橡胶堆发生较大的横向变形。
为了更好的说明本发明上述橡胶堆、辅助弹簧及空气弹簧系统的效果，以下以具体实施例进行说明。
对本发明上述空气弹簧系统及采用锥形橡胶堆+平板橡胶堆复合式辅助弹簧的空气弹簧进行载荷试验。
图8为本发明空气弹簧系统横向变形示意图。图9为采用锥形橡胶堆+平板橡胶堆复合式辅助弹簧的空气弹簧横向变形示意图。由图8、图9可以看出，在空气弹簧横向变形130mm时，本发明空气弹簧系统的横向变形51mm，扭转角度7.7°，而采用锥形橡胶堆+平板橡胶堆复合式辅助弹簧的空气弹簧的横向变形只有33mm，扭转角度0.8°。由此可见，本发明空气弹簧系统与采用锥形橡胶堆+平板橡胶堆复合式辅助弹簧的空气弹簧相比，其横向变形和扭转变形能力明显增加。
上述实施例用来解释本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明做出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。

Claims (12)

1.一种橡胶堆，其特征在于，包括：
橡胶体(101)；
隔板(102)，位于橡胶体(101)外侧，将橡胶体(101)分为上下两部分，隔板(102)上方的橡胶体外侧面设为外凸弧面结构，隔板(102)下方的橡胶体外侧面设为内凹弧面结构；所述隔板(102)设为平直结构。
2.如权利要求1所述的橡胶堆，其特征在于，橡胶体(101)的内侧面包括依次顺序连接的第一侧面(1011)、第二侧面(1012)、第三侧面(1013)；第一侧面(1011)设为平面结构，位于橡胶体(101)的中心位置，与橡胶体(101)的底面(1014)平行设置；第二侧面(1012)设为内凹弧面结构，设于第一侧面(1011)边缘上方；第三侧面(1013)设为外凸弧面结构，设于第二侧面(1012)外部，与底面(1014)连接。
3.如权利要求2所述的橡胶堆，其特征在于，第一侧面(1011)的位置高于底面(1014)。
4.如权利要求2或3所述的橡胶堆，其特征在于，橡胶体(101)的内部设有用于安装芯轴(3)的安装槽(1015)。
5.一种辅助弹簧，其特征在于，包括：
底座(2)；
橡胶堆(1)，设于底座(2)上方，并安装于底座(2)上；所述橡胶堆(1)包括：
橡胶体(101)；
隔板(102)，位于橡胶体(101)外侧，将橡胶体(101)分为上下两部分，隔板(102)上方的橡胶体外侧面设为外凸弧面结构，隔板(102)下方的橡胶体外侧面设为内凹弧面结构，所述隔板(102)设为平直结构；
芯轴(3)，安装于橡胶体(101)内部，并伸出橡胶体(101)；
支承座(4)，设于芯轴(3)上方，与芯轴(3)连接；所述支承 座(4)的底部与所述橡胶体(101)的接触面设为内凹弧面结构，与橡胶体(101)外侧面的外凸弧面结构相对应。
6.如权利要求5所述的辅助弹簧，其特征在于，橡胶体(101)的底部设有底板(5)，橡胶体(101)通过底板(5)安装于底座(2)上。
7.如权利要求6所述的辅助弹簧，其特征在于，橡胶体(101)、隔板(102)、底板(5)和芯轴(3)硫化为一体。
8.如权利要求5所述的辅助弹簧，其特征在于，橡胶体(101)的内侧面包括依次顺序连接的第一侧面(1011)、第二侧面(1012)、第三侧面(1013)；第一侧面(1011)设为平面结构，位于橡胶体(101)的中心位置，与橡胶体(101)的底面(1014)平行设置；第二侧面(1012)设为内凹弧面结构，设于第一侧面(1011)边缘上方；第三侧面(1013)设为外凸弧面结构，设于第二侧面(1012)外部，与底面(1014)连接。
9.如权利要求8所述的辅助弹簧，其特征在于，第一侧面(1011)的位置高于底面(1014)，第一侧面(1011)与底座(2)中心的距离为车辆下沉量设计B值。
10.如权利要求5所述的辅助弹簧，其特征在于，橡胶体(101)的内部设有安装槽(1015)，芯轴(3)的下部安装于安装槽(1015)内。
11.一种空气弹簧系统，其特征在于，包括空气弹簧和连接于空气弹簧下方的辅助弹簧，辅助弹簧采用如权利要求5至10任意一项所述辅助弹簧，空气弹簧安装于辅助弹簧的支承座(4)上。
12.如权利要求11所述的空气弹簧系统，其特征在于，所述空气弹簧包括：
上盖板(6)；
气囊(7)，设于上盖板(6)下方，气囊(7)的顶端通过扣环(8)与上盖板(6)连接，气囊(7)的底部安装于所述支承座(4)上。
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