CN114026349A

CN114026349A - 利用多重弹簧组合的防振器

Info

Publication number: CN114026349A
Application number: CN202180001383.2A
Authority: CN
Inventors: 张承虎
Original assignee: Korea Railroad Research Institute KRRI
Current assignee: Korea Railroad Research Institute KRRI
Priority date: 2020-05-13
Filing date: 2021-05-03
Publication date: 2022-02-08
Also published as: US20220316550A1; WO2021230549A1; KR102200949B1

Abstract

本发明涉及一种利用多重弹簧组合的防振器，更详细地，涉及如下的利用多重弹簧组合的防振器，即，通过在上部框架与下部框架之间设置主弹簧来减少振动，在侧部设置辅助弹簧来改变根据主弹簧的压缩程度施加的力的方向及大小，从而仅以螺旋弹簧的组合即可获得空气弹簧的效果。用于实现上述目的的本发明的特征在于，包括：上部框架，用于在上部设置对象物；下部框架，与上述上部框架的下部分隔设置；主弹簧，设置在上述上部框架与下部框架之间；以及辅助弹簧，分别弹性支撑上述上部框架与下部框架的两侧。

Description

利用多重弹簧组合的防振器

技术领域

本发明涉及一种利用多重弹簧组合的防振器，更详细地，涉及如下的利用多重弹簧组合的防振器，即，通过在上部框架与下部框架之间设置主弹簧来减少振动，在侧部设置辅助弹簧来改变根据主弹簧的压缩程度施加的力的方向及大小，从而仅以螺旋弹簧的组合即可获得空气弹簧的效果。

背景技术

在现有的在传递振动和冲击的路径上所设置的防振器中，利用了螺旋弹簧、板簧、防振橡胶、空气弹簧等，这些用于支撑需要防振的对象(以下，称为“对象体”)，起到支撑负荷的作用和阻隔振动/冲击的作用。

这种防振装置的性能与刚度(stiffness)、阻尼(damping)值及货物的质量(mass)相关，尤其，产生减振的频带的低频下限值与刚度的平方根成正比，与质量的平方根成反比。

因此，当对象体的重量互不相同时，防振性能将产生变化，当为了支撑负荷而提高刚度时，发生减振的低频下限值将增加，从而产生难以减少低频振动或冲击的问题。

而且，当为了减少低频振动/冲击而利用低刚度的防振器时，由于负荷引起的挠曲量大，因此需大幅提高防振器的高度，在此情况下，因防振器所占的空间过大而产生难以实现实际应用的情况。

这种情况发生在由螺旋弹簧、板簧、防振橡胶制成的防振器中。

相反，对于空气弹簧防振器而言，在利用空气压力支撑正在悬吊的质量(负荷)的同时更有利于阻隔振动/冲击，图1示出普通空气弹簧防振器的负荷-位移特性，负荷-位移曲线图的倾斜度与刚度相对应，负荷从0开始，虽然刚度在初期较大，但是，当到达工作区间时，刚度将降低，当超过工作区间时，刚度将再次变大。

因此，由于工作区间中的刚度较小，而不仅可在低频范围内实现优秀的防振性能，还可实现高负荷支撑。

在这种空气弹簧中，通过电力或引擎动力启动空气压缩器来产生空气压力，并且，可通过调节空气压力来调节支撑负荷(在曲线图中，与工作区间中的负荷相对应)。

另一方面，由于空气可能会泄漏，因此，若压力下降到规定水平以下，则需要启动压缩器进行补充。

所以，为了使用空气弹簧，需要外部动力，因此，具有如下问题，即，因压缩器、蓄压器、空气阀块等附加部件而导致结构变得复杂且难以维护，不仅如此，还具有制造成本高、因空气管及波纹管橡胶等的老化而导致耐久性相对较差的问题。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明用于解决上述问题，本发明的目的在于，提供如下的利用多重弹簧组合的防振器，即，通过在上部框架与下部框架之间设置一对主弹簧来减少振动，在上述上部框架与下部框架之间以旋转接头方式设置弹簧引导件，在弹簧引导件的外侧设置辅助弹簧，使得在上述主弹簧的侧部的辅助弹簧使得根据主弹簧的压缩程度施加的力的方向及大小产生变化，从而可通过螺旋弹簧的组合来获得空气弹簧的效果。

(二)技术方案

用于实现上述目的的本发明的特征在于，包括：上部框架，用于在上部设置对象物；下部框架，与上述上部框架的下部分隔设置；主弹簧，设置在上述上部框架与下部框架之间；以及辅助弹簧，分别弹性支撑上述上部框架与下部框架的两侧。

其中，本发明的特征在于，在上述下部框架的两侧形成有朝向上部突出的支撑托架，以能够伸缩的方式在上述辅助弹簧的内侧设置弹簧引导件，上述弹簧引导件的一侧端部与上述支撑托架的上端铰链结合，另一侧端部与上部框架铰链结合。

而且，本发明的特征在于，上述弹簧引导件包括：第一引导件，端部与上述上部框架铰链结合；以及第二引导件，端部与上述支撑托架的上端铰链结合，上述第一引导件以能够滑动的方式设置在贯通上述第二引导件而成的中空。

在此情况下，本发明的特征在于，在上述第一引导件的端部形成有用于支撑辅助弹簧的一侧端部的第一支撑板，在上述第二引导件的端部形成有用于支撑辅助弹簧的另一侧端部的第二支撑板。

另一方面，本发明的特征在于，在上述上部框架的下表面中心部还设置有连接部件，上述第一引导件的端部与上述连接部件的下端两侧铰链结合。

其中，本发明的特征在于，在上述下部框架的中心部还设置有用于支撑上述连接部件的下端的止动块。

而且，本发明的特征在于，在上述主弹簧的内侧还设置有阻尼器。

(三)有益效果

具有上述结构的本发明具有如下效果，即，通过在上部框架与下部框架之间设置一对主弹簧来减少振动，在上述上部框架与下部框架之间以旋转接头方式设置弹簧引导件，在弹簧引导件的外侧设置辅助弹簧，使得在上述主弹簧的侧部的辅助弹簧使得根据主弹簧的压缩程度施加的力的方向及大小产生变化，可通过螺旋弹簧的组合来获得空气弹簧的效果。

附图说明

图1为示出现有的空气弹簧防振器的负荷-位移特性的图。

图2为本发明的利用多重弹簧组合的防振器的立体图。

图3为本发明的利用多重弹簧组合的防振器的剖视图。

图4为本发明的利用多重弹簧组合的防振器的主视图。

图5为本发明的利用多重弹簧组合的防振器因负荷朝向下方移动的状态的状态图。

图6为本发明的利用多重弹簧组合的防振器的负荷-位移曲线图。

具体实施方式

以下，参照附图，进一步详细说明本发明的优选实施例。对于附图上的相同结构要素使用了相同的附图标记并省略对于相同结构要素的重复说明。而且，应当理解的是，本发明可通过多个互不相同的实施方式实现，并不限定于在此记述的实施例。

图2为本发明的利用多重弹簧组合的防振器的立体图，图3为本发明的利用多重弹簧组合的防振器的剖视图，图4为本发明的利用多重弹簧组合的防振器的主视图，图5为本发明的利用多重弹簧组合的防振器因负荷朝向下方移动的状态的状态图，图6为本发明的利用多重弹簧组合的防振器的负荷-位移曲线图。

本发明涉及一种利用多重弹簧组合的防振器，如图2至图6所示，其结构包括：上部框架100，呈板形状；下部框架200，以分隔的方式设置在上述上部框架100的下部；以及主弹簧310，设置在上述上部框架100与下部框架200之间。

其中，在上述上部框架100的上部设置有用于防止振动的对象物，上述下部框架200固定设置在支撑部的上部，上述支撑部对用于防止振动的对象物进行支撑，虽然在附图中以四边形的形状示出了上述上部框架100，但并不限定于此，可形成为多边板、圆板等多种形状。

在此情况下，设置有辅助弹簧320，用于分别弹性支撑上述上部框架100与下部框架200的两侧，上述辅助弹簧320相互对称设置。

即，上述辅助弹簧320的一侧端部以倾斜的方式位于上述上部框架100的中心部，辅助弹簧320的另一侧端部以倾斜的方式位于下部框架200的边缘。

因此，在主弹簧310因对象物的负荷而被压缩的过程中，由于上述辅助弹簧320的角度和压缩程度产生变化，因此，辅助弹簧320所施加的力的方向及力的大小将产生变化。

而且，如附图所示，虽然上述下部框架200也可形成十字形状，但是，可形成四边板形状或圆板形状等多种形状，支撑托架210在上述下部框架200的两侧朝向上部突出形成。

其中，虽然上述支撑托架210也能够以成对的方式形成多个，但为了便于说明，在附图中仅以设置一对的情况进行了说明，如上述辅助弹簧320，一对支撑托架210也相互对称设置。

在此情况下，弹簧引导件330以能够伸缩的方式设置在上述辅助弹簧320的内侧，上述弹簧引导件330的一侧端部与上述支撑托架210的上端铰链结合，上述弹簧引导件300的另一侧端部与上部框架100铰链结合。

另一方面，上述弹簧引导件300包括：第一引导件340，呈杆形状；以及第二引导件350，呈管道形状，由于上述第一引导件340以能够滑动的方式插入在沿着长度方向贯通第二引导件350而成的中空，因此，弹簧引导件330的长度可变。

其中，在上述第一引导件340的端部形成有第一铰链托架344并与上述上部框架100铰链结合，在上述第二引导件350的端部形成有第二铰链托架354并与在上述支撑托架210的上端所形成的第二铰链部212铰链结合。

在此情况下，在上述第一引导件340的端部形成有朝向外侧突出的第一支撑板342，上述第一支撑板342支撑辅助弹簧320的一侧端部，在上述第二引导件350的端部形成有朝向外侧突出的第二支撑板352，上述第二支撑板352支撑辅助弹簧320的另一侧端部。

因此，若上部框架100因设置在上述上部框架100的对象物的负荷而朝向下部移动，则随着上述弹簧引导件330的长度减小且角度发生改变，来使得辅助弹簧320施加于上框架100的力的方向及力的大小产生改变。

图6示出了对这种主弹簧310及辅助弹簧320发生作用的负荷及位移的相关关系，在图6的曲线图中，M线表示主弹簧310，S线表示辅助弹簧320，E线表示主弹簧310与辅助弹簧320的合力。

即，在图6的曲线图中，水平轴位移为0的状态下的B位置表示在图5的(a)部分所示的状况下使得垂直位移达到0的状态，越朝向上方，位移将越向更大的负值移动，越朝向下方，位移将越向更大的正值移动，图6的纵轴是指对象物的负荷和向主弹簧310及辅助弹簧320施加负荷的垂直方向的力，若力朝向上方发生作用，则成为正值，若力朝向下方发生作用，则成为负值。

若进一步仔细观察，则图6的A位置表示图4所示的状况，B位置表示图5的(a)部分所示的状况，C位置表示图5的(b)部分所示的状况。

即，在负荷为0的情况下，如同A位置，主弹簧310和辅助弹簧320成为完全展开的状态，当负荷增加时，随着主弹簧310及辅助弹簧320被压缩，将通过螺旋弹簧的复原力施加力。

在此情况下，上述主弹簧310将通过垂直设置来仅朝向上方施加力，虽然在曲线图中以直线表示，但是，随着上述主弹簧310因负荷而被压缩，上述辅助弹簧320将产生图6所示的角度变化，沿着水平方向发生作用的力被对称设置在两侧的辅助弹簧320抵消，虽然螺旋弹簧越被压缩，沿着垂直方向发生作用的力将越大，但是，将根据所发生作用的方向来减小上方向的力，因此若经过特定点，则力反而减小，从而呈现出正弦曲线。

其中，如图5的(a)部分所示，若辅助弹簧320形成水平状态，则如同在图6的B位置所示，垂直方向的力将消失，而水平方向的力将相互抵消，若负荷进一步增加，则将出现与上述状况相反的状况，虽然因螺旋弹簧的压缩程度被缓解而导致发生作用的力将减少，但是，随着方向产生变化，垂直方向的力将变大，因而朝向下方发生作用的负向力将变大，若经过特定点，则因压缩程度被显著减小而导致朝向下方施加的力减小，从而减小负向力。

因此，相对于负荷的上述主弹簧310及辅助弹簧320沿着垂直方向发生作用的力的总和如E线所示，这与图1所示的空气弹簧的状态相同。

即，若适当调节负荷或以符合负荷的方式调节主弹簧310及辅助弹簧320的弹力来在设置对象物的状态下形成与B位置相同的状态，则倾斜度所表示的刚度(stiffness)将接近于0，因此，可降低能够对因对象物产生的振动进行消减的频带的下限值，如同使用空气弹簧，也可抵消相当大的低频振动。

因此，在本发明中，仅以螺旋弹簧的组合即可实现与空气弹簧的振动抵消作用相同的作用，因而无需为了设置空气弹簧而额外设置相应的多个辅助装置，由此，不仅可大幅降低成本，而且使得结构变得简单并能够大幅减少整体体积。

当然，当对象物的负荷产生变化时，虽然螺旋弹簧需变更成与其相对应的形态，但是，在长时间移动相同负荷的物体的大陆铁路中或在负荷变化不大的地方能够以低成本轻松设置并使用。

另一方面，在上述上部框架100的下表面中心部设置有连接部件140，在上述连接部件140的下端两侧形成有第一铰链部144，第一铰链托架344通过铰链结合来与上述第一引导件340的端部相结合。

其中，上述连接部件140也可在上述上部框架100的下表面中心部朝向下方突出形成，也可被单独制造并固定设置在上部框架100的下表面。

并且，虽然附图中示出了在上述上部框架100的下表面中心部形成有连接部件140的状态，但是，如上所述，也可通过形成上述连接部件140来连接弹簧引导件330，也可通过在上部框架100形成铰链部并直接与上述弹簧引导件330的上端铰链结合来使用，而无需设置连接部件140。

而且，在上述主弹簧310的内侧还设置有阻尼器312，上述阻尼器312的下端固定在下部框架200，上端设置在上部框架100的下表面。

因此，上述阻尼器312可通过向螺旋弹簧添加所不足的阻尼(damping)特性来提高减少冲击的性能，并且，进一步快速消散振动能量。

在此情况下，在上述下部框架200的上表面中心部还设置有止动块220，上述止动块220由具有优秀弹力的材料制成，例如，橡胶或合成橡胶等，当上述连接部件140因对象物的负荷而朝向下方移动时，通过支撑连接部件140的下端来缓冲与连杆部件140相碰撞时所施加的冲击。

另一方面，在上述上部框架100的中心部形成有用于设置对象物的设置槽110，在上述设置槽110设置有衬套120，可通过上述衬套120衰减沿着水平方向施加的微振动。

以上，虽然说明了本发明的优选实施例，但是，本发明的发明要求保护范围并不限定于此，实际属于与本发明的实施例等同范围的所有内容均属于本发明的发明要求保护范围的范畴，本发明所属技术领域的普通技术人员可在不脱离本发明的思想范围的情况下进行多种变形实施。

产业上的可利用性

本发明涉及一种利用多重弹簧组合的防振器，更详细地，涉及如下的利用多重弹簧组合的防振器，即，通过在上部框架与下部框架之间设置主弹簧来减少振动，在侧部设置辅助弹簧来改变根据主弹簧的压缩程度施加的力的方向及大小，仅以螺旋弹簧的组合即可获得空气弹簧的效果。

Claims

1.一种利用多重弹簧组合的防振器，其特征在于，包括：

上部框架，用于在上部设置对象物；

下部框架，与所述上部框架的下部分隔设置；

主弹簧，设置在所述上部框架与下部框架之间；以及

辅助弹簧，分别弹性支撑所述上部框架与下部框架的两侧。

2.根据权利要求1所述的利用多重弹簧组合的防振器，其特征在于，

在所述下部框架的两侧形成有朝向上部突出的支撑托架，

以能够伸缩的方式在所述辅助弹簧的内侧设置弹簧引导件，所述弹簧引导件的一侧端部与所述支撑托架的上端铰链结合，另一侧端部与上部框架铰链结合。

3.根据权利要求2所述的利用多重弹簧组合的防振器，其特征在于，

所述弹簧引导件包括：

第一引导件，端部与所述上部框架铰链结合；以及

第二引导件，端部与所述支撑托架的上端铰链结合，

所述第一引导件以能够滑动的方式设置在贯通所述第二引导件而成的中空。

4.根据权利要求3所述的利用多重弹簧组合的防振器，其特征在于，

在所述第一引导件的端部形成有用于支撑辅助弹簧的一侧端部的第一支撑板，

在所述第二引导件的端部形成有用于支撑辅助弹簧的另一侧端部的第二支撑板。

5.根据权利要求3所述的利用多重弹簧组合的防振器，其特征在于，

在所述上部框架的下表面中心部还设置有连接部件，

所述第一引导件的端部与所述连接部件的下端两侧铰链结合。

6.根据权利要求5所述的利用多重弹簧组合的防振器，其特征在于，在所述下部框架的中心部还设置有用于支撑所述连接部件的下端的止动块。

7.根据权利要求1所述的利用多重弹簧组合的防振器，其特征在于，在所述主弹簧的内侧还设置有阻尼器。