CN115539550A - 一种利用空气弹簧橡胶气囊的气压控制流道关开的装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用空气弹簧橡胶气囊的气压控制流道关开的装置，包括气压控制部和阀门部，所述气压控制部具有气压空间和压力传导部件，所述气压空间与橡胶气囊之间有连通气道，气压空间与橡胶气囊内的气压压力相等，所述阀门部设在充液流道上，其具有使充液流道处于关闭或打开状态的闸阀件，所述压力传导部件的一端承受气压空间的气压压力，另一端作用在闸阀件上，应用时，由气压空间的气压压力通过压力传导部件控制闸阀件的关闭或打开。其优点在于：由本装置替代惯用的自动控制系统控制流道关、开，简化了设置，降低了成本；增强了应用的可靠性；装置体积小，不需占用大的安装空间。

Description

一种利用空气弹簧橡胶气囊的气压控制流道关开的装置

技术领域

本发明涉及列车转向架上空气弹簧橡胶气囊泄压时的应急处置装置，具体涉及一种利用空气弹簧橡胶气囊的气压控制流道关开的装置，属于空气弹簧安全保障技术领域。

背景技术

列车空气弹簧设置在转向架与车厢之间，在用于支撑车厢的同时为车厢提供垂向和水平方向（主要是横向和纵向）的减振。

空气弹簧的主要组成为下部的刚性底座、中部的辅助簧和上部的橡胶气囊，橡胶气囊内充气使其具有有设定刚度的弹性，足以用于对车厢的支撑和减振。

橡胶气囊具有上盖板，在辅助簧的顶端设有磨耗板，上盖板与磨耗板之间具有间隔的充气空间。当橡胶气囊突然漏气泄压时，上盖板在车厢的重压下沉落，压在辅助簧的磨耗板上。为了防止橡胶气囊突然漏气泄压造成大幅度的车厢倾斜失稳，上盖板与磨耗板之间的间距设置一般仅在15—35mm之间，这样，车厢倾斜度有限，以避免对车体造成损害和引发大的事故。一旦发生橡胶气囊漏气泄压，列车将减速运行，就近驶入中途的站场进行处理。此种情形下，如离终点站很远，为保证运行安全和尽量减小对线路运行速度的影响，不能将列车勉强开到终点站再做处理。

从以上事实可以看出，当橡胶气囊突然漏气泄压时：

1、列车必须减速运行，影响整个线路的运行速度，增加调度负担。

2、列车只能就近停站，不能向前选择合适的站场停站，更难以到达终点站，乘客可能要在换乘条件不充分的小站换乘。比如，前面第四个站是大站，前三个站都是小站，大站内具有供换乘的备用车，同时还具有基本的维修能力。而使用现有技术的空气弹簧，就不可能向前选择更远的大站，只能就近停靠小站，而小站没有备用的列车（或车厢），换乘乘客只能通过过路列车分流或等待调拨列车换乘，这必然耽误该列乘客的行程。

发明内容

为解决上述问题，本公司展开了一系列研究，其中一项研究是在空气弹簧的底座与辅助簧之间设置液压支撑机构，在该机构中设置灌注液体（12）的缸类结构，由液体（12）活塞类部件承载空气弹簧以上的载荷。当橡胶气囊突然破裂泄压导致空气弹簧支撑高度下降时，迅速通过设置的充液流道向液压支撑机构充注液体（12），使液压支撑机构中液体（12）的液面上升，以此升高辅助簧，对空气弹簧支撑高度及时实施高度补偿。为达到这一效果，必须设置能够控制充液流道关开的装置。该装置要求在正常情况下，使流道处于严密的关闭状态，而在橡胶气囊突然破裂泄压时，必须及时响应，打开流道。根据现有的技术基础，考虑使用系统控制技术，即设置压力或高度传感器、连接传感器的控制系统，以及由控制系统控制的执行机构。但这样设置一套控制设备，构成比较复杂，对每一套空气弹簧进行配置就拉高了投资成本。而更重要的是，橡胶气囊爆裂的几率很低，设备使用频率也很低，几乎长期处于静置状态，容易老化失效，到真正需要时却不能使用。

因此，本发明要解决的技术问题是：如何设置一种用于控制充液流道关闭与开启的低成本、使用可靠的关开装置。

针对上述问题，本发明提出的技术方案是：

一种利用空气弹簧橡胶气囊的气压控制流道关开的装置，包括气压控制部和阀门部，所述气压控制部具有气压空间和压力传导部件，所述气压空间与橡胶气囊之间有连通气道，气压空间与橡胶气囊内的气压压力相等，所述阀门部设在充液流道上，其具有使充液流道处于关闭或打开状态的闸阀件，所述压力传导部件的一端承受气压空间的气压压力，另一端作用在闸阀件上，应用时，由气压空间的气压压力通过压力传导部件控制闸阀件的关闭或打开。

进一步，所述气压控制部具有气压缸，气压缸具有气压缸腔开口端和气压缸腔封闭端；所述压力传导部件为套在气压缸缸腔内的气压活塞和一端连接在气压活塞外端的推杆，推杆另一端伸出气压缸腔开口端外后作用在闸阀件上，气压活塞能够在气压缸的缸腔内滑行；所述气压活塞将气压缸的缸腔分为位于气压缸腔封闭端一端的气压空间和位于气压缸腔开口端一端的常压空间一。

进一步，所述阀门部具有液压缸，液压缸具有液压缸腔开口端和液压缸腔封闭端；所述闸阀件为套在液压缸缸腔内的液压活塞，液压活塞将液压缸的缸腔分为位于液压缸腔封闭端一端的液压空间和位于液压缸腔开口端一端的常压空间二；所述充液流道被断开为输入段和输出段，所述输入段与液压空间相通，所述输出段与常压空间二相通，其输出口位于贴近液压活塞的常压空间二内，当液压活塞向液压缸腔开口端滑行，使液压空间扩展至输出口位于液压空间内时，充液流道的输入段和输出段通过液压空间相通。

进一步，所述液压活塞外周具有用于防止液压空间的液体外泄的液压密封圈。

进一步，所述气压缸与液压缸之间具有将二者固定安装为整体装置的中联板，所述气压缸的气压缸腔开口端与液压缸液压缸腔开口端同轴线相对固定在中联板的两面，所述中联板中间具有孔，一端连接在气压活塞的推杆，其另一端通过孔与液压活塞连接。

进一步，所述气压缸的气压缸腔开口端与中联板之间具有密压圈，密压圈的内边缘为向常压空间一径向向心延出的密压内锥面，密压圈与气压缸缸口边缘之间压紧密封，所述气压活塞底端面与侧面之间具有与密压内锥面相配合的密压外锥面。

进一步，所述推杆与孔内壁之间有通气间隙，所述中联板上设有常压空间一与外界相通的气孔。

进一步，所述液压缸的液压空间与常压空间二之间设有能够压胀破裂的分隔膜，分隔膜的周面密封固定在缸腔内壁。

进一步，所述分隔膜的厚度从周边向中心逐渐变薄，使其中心区域成为易裂区；当气压活塞的密压外锥面压紧密压圈的密压内锥面时，液压活塞的端面顶贴在分隔膜上，用于阻止易裂区破裂。

进一步，所述液压空间的液压压强大于气压空间气压压强，而液压活塞受液体压力的受压面积小于气压活塞受气体压力的受压面积，使液压活塞受液体的压力小于气压活塞受气体的压力。

有益效果：

1、由本装置替代惯用的自动控制系统，简化了设置，降低了成本。无需设置压力传感器、连接传感器的控制系统、以及由控制系统控制的执行机构等。

2、增强了应用的可靠性。由于不依赖于各种复杂的电气元件，能够避免电子控制设备各元件因长期处于静置状态容易老化失效，到真正需要时却不能正常使用的问题。

3、装置体积小，不需占用大的安装空间。

附图说明

图1为应用本装置的空气弹簧的剖视示意图；

图2为本装置的剖视示意图,图中示出正常状况下，本装置处于关闭状态；

图3为实施例一所述橡胶气囊爆裂后，密封膜胀裂形成破口，本装置处于打开状态的剖视示意图，图中箭头A表示橡胶气囊爆裂后，气压空间内气体的流向，箭头B表示液压空间内液体穿过分隔膜破裂后形成的破口，箭头C表示输入段内的液体输入液压空间；箭头D表示扩展后的液压空间内的液体经输出段流向液压支撑机构。

图中：1、气压缸；101、气压空间；102、常压空间一；2、气压活塞；201、密压外锥面；202、推杆；3、液压缸；301、液压空间；302、常压空间二；4、液压活塞；401、液压密封圈；5、中联板；501、孔；502、气孔；6、密压圈；601、密压内锥面；7、分隔膜；701、易裂区；702、破口；8、橡胶气囊；9、充液流道；901、输入段；902、输出段；9021、输出口；10、连通气道；11、气体；12、液体；13、液压支撑机构。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的描述：

如图1所示，向液压支撑机构13注入液体12的充液流道9是高压流道，其内压强之大体现在液压支撑机构13的缸类结构的缸腔内的液体12在能够足以支撑起空气弹簧以上载荷的前提下，仍然能够向缸腔内充注液体12。

如图1—3所示，一种利用空气弹簧橡胶气囊的气压控制流道关开的装置，包括气压控制部和阀门部，气压控制部具有气压空间101和压力传导部件，气压空间101与橡胶气囊8之间有连通气道10，使气压空间101与橡胶气囊8内的气压压力相等；阀门部设在充液流道9上，其具有使充液流道9处于关闭或打开状态的闸阀件，压力传导部件的一端承受气压空间101的气压压力，另一端作用在闸阀件上，使充液流道9处于关闭状态；当橡胶气囊8突然破裂漏气泄压时，气压空间101通过连通气道10与橡胶气囊8同时泄压，闸阀件失去由压力传导部件从气压空间101传导来的气压压力，使充液流道9迅速处于打开通流状态。这样，就能够通过上述装置以气压控制液压的方式对充液流道9实施关闭或打开，就不用设置压力传感器、连接传感器的控制系统、以及由控制系统控制的执行机构。同时，能够避免电子控制设备因长期处于静置状态容易老化失效，到真正需要时却不能正常使用的问题。与现有技术相比，设置大为简化，装置体积小、成本低，且不依赖于电气元件，不存在老化失效风险，因而使用可靠。

气压控制部具有气压缸1，气压缸1具有气压缸腔开口端和气压缸腔封闭端；压力传导部件为套在气压缸1缸腔内的气压活塞2和一端连接在气压活塞2外端的推杆202，推杆202另一端伸出气压缸腔开口端外后作用在闸阀件上，气压活塞2能够在气压缸1的缸腔内滑行；气压活塞2将气压缸1的缸腔分为位于气压缸腔封闭端一端的气压空间101和位于气压缸腔开口端一端的常压空间一102。

阀门部具有液压缸3，液压缸3具有液压缸腔开口端和液压缸腔封闭端；闸阀件为套在液压缸3缸腔内的液压活塞4，液压活塞4将液压缸3的缸腔分为位于液压缸腔封闭端一端的液压空间301和位于液压缸腔开口端一端的常压空间二302；充液流道9被断开为输入段901和输出段902，输入段901与液压空间301相通，输出段902与常压空间二302相通，其输出口9021位于贴近液压活塞4的常压空间二302内，当液压活塞4向液压缸腔开口端滑行，使液压空间301扩展至输出口9021位于液压空间301内时，充液流道9的输入段901和输出段902通过液压空间301相通，输入段901内的高压液流能够通过扩展后的液压空间301进入输出段902，实现充液流道9的打开通流。

在液压活塞4外周具有用于液压空间301液体12外泄的液压密封圈401。

气压缸1与液压缸3之间具有将二者固定安装为整体装置的中联板5，气压缸1的气压缸腔开口端与液压缸3液压缸腔开口端同轴线相对固定在中联板5的两面，所述中联板5中间具有孔501，一端连接在气压活塞2的推杆202，其另一端通过孔501与液压活塞4连接。

为保证常压空间一102与常压空间二302中的气压为常压，推杆202与孔501内壁之间有通气间隙，且在中联板5上设有常压空间一102与外界相通的气孔502。

为保证充液流道9中的液体12能够在液压密封圈401泄压时液体12能够充入液压支撑机构，预设了液压空间301的液压压强大于气压空间101气压压强。而为了保证气压活塞2能够通过推杆202压住液压活塞4，同时，还要保证气压活塞2能够压紧如下所述的密压圈6的密压内锥面 601，设计液压活塞4受液体12压力的受压面积小于气压活塞2受气体11压力的受压面积，进而使液压活塞4受液体12的压力小于气压活塞2受气体11的压力。

气压缸1的气压缸腔开口端与中联板5之间具有密压圈6，密压圈6的内边缘为向常压空间一102径向向心延出的密压内锥面 601，密压圈6与气压缸1缸口边缘之间压紧密封，气压活塞2底端面与侧面之间具有与密压内锥面 601相配合的密压外锥面201；正常状况下，气压活塞2的密压外锥面201紧压在密压圈6的密压内锥面 601上。这样设置，既能够防止气压空间101内的气体11泄露，又能够对气压活塞2起到限位作用，在液压活塞4受液体12的压力小于气压活塞2受气体11的压力时，能够阻止气压活塞2继续向气压缸腔开口端滑行。

液压缸3的液压空间301与常压空间二302之间设有能够压胀破裂的分隔膜7，分隔膜7的周面密封固定在缸腔内壁，分隔膜7的厚度从周边向中心逐渐变薄，在分隔膜7的中心区形成易裂区701；分隔膜7具有一定弹性，当气压活塞2的密压外锥面201压紧密压圈6的密压内锥面 601时，液压活塞4的端面顶贴在分隔膜7上，用于阻止易裂区701破裂。这样，在正常状况下，能够长期严密封闭液压空间301，防止液压空间301内的液体12泄露。

本发明装置的基本工作原理是：

正常状况下，利用气压空间101的高压，通过气压活塞2、推杆，使液压活塞4顶贴住分隔膜7，使分隔膜7不破裂，充液流道的输出段902和输入段901被分隔膜7分隔开，使充液流道9处于关闭状态。

而当橡胶气囊8突然破裂，气压空间101内的气体11跟随泄压时，液压空间301内的高压液体12能够通过分隔膜7推动液压活塞，使分隔膜7的易裂区701在高压下破裂形成破口702，高压液体12通过破口702继续推动液压活塞4，使液压空间301扩展至输出口9021位于液压空间301内，充液流道9输入段901内的高压液体12经扩展后的液压空间301进入输出段902，从而打开充液流道9。

这里要说明的是，现有技术中，由于活塞在缸腔内需要作轴向运动，活塞与缸腔内壁之间即使使用活塞环也很难做到高压下长期的绝对密封，因此，在本发明中，针对气压活塞2和液压活塞4与各自缸腔内壁之间的密封问题设计了密压圈6和分隔膜7，以保证液压空间301内的液体12和气压空间内的气体11在长期高压下的绝对密封。

上述实施例只用于更清楚的描述本发明，而不能视为限制本发明涵盖的保护范围，任何等价形式的修改都应视为落入本发明涵盖的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种利用空气弹簧橡胶气囊的气压控制流道关开的装置，其特征在于：包括气压控制部和阀门部，所述气压控制部具有气压空间（101）和压力传导部件，所述气压空间（101）与橡胶气囊（8）之间有连通气道（10），气压空间（101）与橡胶气囊（8）内的气压压力相等，所述阀门部设在充液流道（9）上，其具有使充液流道（9）处于关闭或打开状态的闸阀件，所述压力传导部件的一端承受气压空间（101）的气压压力，另一端作用在闸阀件上，应用时，由气压空间（101）的气压压力通过压力传导部件控制闸阀件的关闭或打开。

2.根据权利要求1所述的利用空气弹簧橡胶气囊的气压控制流道关开的装置，其特征在于：所述气压控制部具有气压缸（1），气压缸（1）具有气压缸腔开口端和气压缸腔封闭端；所述压力传导部件为套在气压缸（1）缸腔内的气压活塞（2）和一端连接在气压活塞（2）外端的推杆（202），推杆（202）另一端伸出气压缸腔开口端外后作用在闸阀件上，气压活塞（2）能够在气压缸（1）的缸腔内滑行；所述气压活塞（2）将气压缸（1）的缸腔分为位于气压缸腔封闭端一端的气压空间（101）和位于气压缸腔开口端一端的常压空间一（102）。

3.根据权利要求2所述的利用空气弹簧橡胶气囊的气压控制流道关开的装置，其特征在于：所述阀门部具有液压缸（3），液压缸（3）具有液压缸腔开口端和液压缸腔封闭端；所述闸阀件为套在液压缸（3）缸腔内的液压活塞（4），液压活塞（4）将液压缸（3）的缸腔分为位于液压缸腔封闭端一端的液压空间（301）和位于液压缸腔开口端一端的常压空间二（302）；所述充液流道（9）被断开为输入段（901）和输出段（902），所述输入段（901）与液压空间（301）相通，所述输出段（902）与常压空间二（302）相通，其输出口（9021）位于贴近液压活塞（4）的常压空间二（302）内，当液压活塞（4）向液压缸腔开口端滑行，使液压空间（301）扩展至输出口（9021）位于液压空间（301）内时，充液流道（9）的输入段（901）和输出段（902）通过液压空间（301）相通。

4.根据权利要求3所述的利用空气弹簧橡胶气囊的气压控制流道关开的装置，其特征在于：所述液压活塞（4）外周具有用于防止液压空间（301）的液体（12）外泄的液压密封圈（401）。

5.根据权利要求3所述的利用空气弹簧橡胶气囊的气压控制流道关开的装置，其特征在于：所述气压缸（1）与液压缸（3）之间具有将二者固定安装为整体装置的中联板（5），所述气压缸（1）的气压缸腔开口端与液压缸（3）液压缸腔开口端同轴线相对固定在中联板（5）的两面，所述中联板（5）中间具有孔（501），一端连接在气压活塞（2）的推杆（202），其另一端通过孔（501）与液压活塞（4）连接。

6.根据权利要求5所述的利用空气弹簧橡胶气囊的气压控制流道关开的装置，其特征在于：所述气压缸（1）的气压缸腔开口端与中联板（5）之间具有密压圈（6），密压圈（6）的内边缘为向常压空间一（102）径向向心延出的密压内锥面（ 601），密压圈（6）与气压缸（1）缸口边缘之间压紧密封，所述气压活塞（2）底端面与侧面之间具有与密压内锥面（ 601）相配合的密压外锥面（201）。

7.根据权利要求6所述的利用空气弹簧橡胶气囊的气压控制流道关开的装置，其特征在于：所述推杆（202）与孔（501）内壁之间有通气间隙，所述中联板（5）上设有常压空间一（102）与外界相通的气孔（502）。

8.根据权利要求6所述的利用空气弹簧橡胶气囊的气压控制流道关开的装置，其特征在于：所述液压缸（3）的液压空间（301）与常压空间二（302）之间设有能够压胀破裂的分隔膜（7），分隔膜（7）的周面密封固定在缸腔内壁。

9.根据权利要求8所述的利用空气弹簧橡胶气囊的气压控制流道关开的装置，其特征在于：所述分隔膜（7）的厚度从周边向中心逐渐变薄，使其中心区域成为易裂区（701）；当气压活塞（2）的密压外锥面（201）压紧密压圈（6）的密压内锥面（ 601）时，液压活塞（4）的端面顶贴在分隔膜（7）上，用于阻止易裂区（701）破裂。

10.根据权利要求3—9任意一项所述的利用空气弹簧橡胶气囊的气压控制流道关开的装置，其特征在于：所述液压空间（301）的液压压强大于气压空间（101）气压压强，而液压活塞（4）受液体（12）压力的受压面积小于气压活塞（2）受气体（11）压力的受压面积，使液压活塞（4）受液体（12）的压力小于气压活塞（2）受气体（11）的压力。

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