CN116476884A - 一种地铁车辆一系橡胶弹簧 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种地铁车辆一系橡胶弹簧：采用由内筒、橡胶体及外套组成的一系橡胶弹簧，使得构架能够以吊挂的方式安装在轴箱上，以降低构架和车厢地板的高度。同时构架可以采用平直的方钢管或工字钢，简化了构架结构，降低成本。橡胶体具有弧形的自由面，从而使得一系橡胶弹簧具有垂向的变刚度，以满足地铁车辆的减振要求。

Description

一种地铁车辆一系橡胶弹簧

技术领域

本发明涉轨道交通技术领域，具体涉及一种地铁车辆一系橡胶弹簧。

背景技术

轨道交通车辆的转向架中的一系弹簧通常是采用螺旋压缩弹簧，螺旋压缩弹簧安装在轴箱内，转向架的构架压在螺旋压缩弹簧上，构架安装位置高于轴箱位置。

由于地铁车辆的车厢地板高度比一般轨道交通车辆低，这就要求降低转向架构架的高度。如果一系弹簧还是采用常用的螺旋压缩弹簧，则要降低转向架构架中间轴箱位置的高度，构架需要采用两端高、中间低的飞翼结构，这样形状的构架结构复杂，制造成本高。

另外为了提高乘客的舒适性，需要降低地铁车辆的垂向刚度，由于地铁车辆垂向的下降高度受到限制，这就要求地铁车辆的一系弹簧具有变刚度性能。因此有必要对地铁车辆一系弹簧进行改进，以降低地铁车辆转向架构架的高度、简化构架的结构，同时使一系弹簧具有变刚度性能。

经专利检索，与本申请有一定关系的主要有以下专利：

1、申请号为“201810103421.5”、申请日为“2018.02.01”、公开号为“CN108099937A”、公开日为“2018.06.01”、名称为“一种地铁轨道工程车辆电传动转向架构架”、申请人为“株洲时代电子技术有限公司”的中国发明专利，该发明专利公开了一种地铁轨道工程车辆电传动转向架构架，转向架构架采用H型整体焊接结构，并包括：两根平行于车辆走行方向，并相对布置的侧梁；固定连接于两根侧梁之间，端部贯穿侧梁的至少两根横梁；布置于侧梁上的轴箱关节安装座、弹簧座、起吊座和橡胶弹簧安装座；布置于横梁上的横向减震器安装座、齿轮箱及横向止挡安装座、电机安装座、制动管支座、单元制动器安装座、纵向梁和牵引起吊止挡。该专利中的轴箱弹簧35是采用螺旋压缩弹簧，其侧梁1是采用结构复杂的飞翼结构。

2、申请号为“201811044001.0”、申请日为“2018.09.07”、公开号为“CN109109896A”、公开日为“2019.01.01”、名称为“一种地铁工程车新型转向架”、申请人为“中车山东机车车辆有限公司”的中国发明专利，该发明专利公开了一种地铁工程车新型转向架，包括构架组成、轮对组成、悬挂减振系统、轴箱总成和闸瓦制动装置，其中：所述构架组成包括侧梁和横梁；所述悬挂减振系统包括利诺尔减振器和垂向油压减振器；所述轴箱总成包括前盖、轴箱组成和轴承；所述轮对组成包括车轴和车轮；所述闸瓦制动装置包括制动拉杆、固定杠杆、活动杠杆和制动梁。该专利中的一系弹簧是由内圆弹簧16和外圆弹簧17组合而成，其构架1也是采用结构复杂的飞翼结构。

3、申请号为“202010180607.8”、申请日为“2020.03.16”、公开号为“CN111301472A”、公开日为“2020.06.19”、名称为“一种地铁转向架”、申请人为“邹源”的中国发明专利，该发明专利涉及轨道交通技术领域，且公开了一种地铁转向架，包括两个构架，两个构架靠近面的中部螺纹安装有安装横板，所述两个构架的中部贯穿固定套接有两根连接横梁，所述两个构架之间位于连接横梁底部的位置固定安装有加强横梁，所述垫块的底面固定安装有一系悬挂结构，所述一系悬挂结构包括外套筒，所述外套筒的内部活动套接有橡胶弹簧，所述橡胶弹簧的内部活动套接有内套筒，所述构架顶面的中部固定安装有二系悬挂结构，所述两个构架对应的基座之间活动安装有轮对，所述加强横梁的正面和背面呈对称活动安装有制动安全半轮，横梁和制动安全半轮的设计可以增加转向架的承载力，一系悬挂系统的设计保证了正常的工作。该专利中的一系弹簧包括一系悬挂结构7和辅助减震弹簧12，其中的橡胶弹簧72和辅助减震弹簧12都是螺旋弹簧，其构架1也是采用结构复杂的飞翼结构。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对现有技术中存在的缺陷，提供一种地铁车辆一系橡胶弹簧。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案为：一种地铁车辆一系橡胶弹簧。一系橡胶弹簧为蘑菇形，包括圆柱形的基体，在基体的一端设置有弧形顶盖，沿顶盖和基体的中心轴设置有轴孔。这种一系橡胶弹簧结构尺寸小、重量轻，具有用来安装构架的吊杆能够穿过的轴孔，使得构架能够以吊挂的方式安装在轴箱上，以降低构架和车厢地板的高度，同时构架可以采用平直的方钢管或工字钢，简化了构架结构，降低成本。

进一步地，由内筒、橡胶体及外套组成，内筒为管状，外套包括：管状的筒体及设置在筒体一端的圆盘形筒盖，内筒同轴设置在外套内，在内筒与外套之间填充橡胶体，橡胶体在筒盖上的部分为弧形的自由面一，橡胶体另一端为自由面二。利用内筒及外套包裹橡胶体，用来控制一系橡胶弹簧的垂向刚度和径向刚度，以满足对一系橡胶弹簧的刚度要求。由于橡胶体一端具有较大的弧形自由面一，在小载荷时，橡胶体的应力小、但应变较大，具有较低的刚度，以提供柔性的垂向性能；随着载荷的增加，压盖与弧形的自由面一的接触面积增大，压缩一系橡胶弹簧所需要的压力越来越大，从而使得一系橡胶弹簧具有越来越大的垂向刚度，具有变刚度性能，以满足地铁车辆的减振要求。

进一步地，内筒和外套采用金属材料或硬质的高分子材料，橡胶体通过硫化的方式与内筒及外套一体成型。使得内筒和外套与橡胶体牢固结合，提高一系橡胶弹簧的可靠性和使用寿命。

进一步地，自由面一为球面，自由面一曲率半径在50～400mm范围内，自由面一外径与橡胶体内孔直径之比在1.5～3倍范围内。通过调整自由面一曲率半径和自由面一外径与橡胶体内孔直径，以获得满足地铁车辆的减振要求的垂向刚度和径向刚度。

进一步地，自由面一通过弧形槽一与内筒连接，弧形槽一曲率半径在5～15mm范围内，弧形槽一圆心角在120°～180°范围内。通过设置弧形槽一，能够减少或避免自由面一与内筒连接处产生应力集中，防止橡胶体与内筒连接处开裂分离。

进一步地，自由面二与外套连接处设置有圆筒形的附着层。以增大橡胶体与外套之间的接触面积和附着力。

进一步地，附着层厚度在1～3mm范围内，附着层高度在5～10mm范围内。这样的附着层既可以增大橡胶体与外套之间的附着力，又能够减少橡胶原料。

进一步地，自由面二通过弧形槽二与附着层连接，弧形槽二曲率半径在10～20mm范围内，弧形槽二圆心角在120°～180°范围内。通过设置弧形槽二能够减少或避免自由面二与附着层连接处产生应力集中，防止橡胶体开裂。

进一步地，自由面二通过弧形槽三与内筒连接，弧形槽三曲率半径在5～15mm范围内，弧形槽三圆心角在120°～180°范围内。通过设置弧形槽三，能够减少或避免自由面二与内筒连接处产生应力集中，防止橡胶体与内筒连接处开裂分离。

进一步地，筒盖上设置有多个螺栓孔，在橡胶体上与螺栓孔的对应位置设置有圆柱面。以便用螺栓将一系橡胶弹簧安装在轴箱上。

本发明的有益效果为：采用由内筒、橡胶体及外套组成的一系橡胶弹簧，使得构架能够以吊挂的方式安装在轴箱上，以降低构架和车厢地板的高度。同时构架可以采用平直的方钢管或工字钢，简化了构架结构，降低成本。橡胶体具有弧形的自由面，从而使得一系橡胶弹簧具有垂向的变刚度，以满足地铁车辆的减振要求。

附图说明

图1为现有技术转向架立体结构示意图，

图2为现有技术转向架正视示意图，

图3为本发明实施例立体结构示意图，

图4为本发明实施例俯视示意图，

图5为图4中A—A剖视示意图，

图6为图5中B局部放大示意图，

图7为图4中C局部放大示意图，

图8为本发明实施例安装在转向架上的示意图,

图9为本发明实施例压缩后示意图，

图10为本发明实施例刚度曲线图。

图中：1—一系橡胶弹簧、11—内筒、12—橡胶体、H1—橡胶体厚度、H2—自由面一高度、D1—橡胶体内孔直径、D2—自由面一外径、121—弧形槽一、α—弧形槽一圆心角、122—自由面一、R122—自由面一曲率半径、123—附着层、d—附着层厚度、h—附着层高度、124—弧形槽二、R124—自由面二曲率半径、β—弧形槽二圆心角、125—自由面二、126—弧形槽三、R126—自由面三曲率半径、φ—弧形槽三圆心角、127—圆柱面、13—外套、131—筒体、132—筒盖、R132—筒盖圆角曲率半径、133—磨耗层、134—螺栓孔、γ—螺栓孔圆心角；2—压盖；3—螺母；4—轴箱；5—车轴；6—车轮；7—吊杆；8—构架；F—压力。

具体实施方式

下面通过具体的实施例并结合附图对本发明做进一步的描述：

如图1和2所示：轨道交通车辆的转向架中的一系弹簧通常是采用螺旋压缩弹簧，螺旋压缩弹簧安装在轴箱内，转向架的构架压在螺旋压缩弹簧上，构架安装位置高于轴箱位置。这种采用螺旋压缩弹簧的构架安装位置比较高，导致车厢地板也比较高。为了降低车厢地板高度，通常时将构架设计成两端高、中间低的飞翼结构，这样形状的构架结构复杂，制造成本高。

地铁车辆的一系弹簧要求具有较低的垂向刚度、同时还应具有一定的径向刚度。而螺旋压缩弹簧的轴向刚度较大、而径向刚度很小，因此螺旋压缩弹簧不能满足地铁车辆对一系弹簧的性能要求。

另外螺旋压缩弹簧的高度较高，而地铁车辆的车厢地板高度比一般轨道交通车辆低，因此需要对地铁车辆一系弹簧进行改进。以降低地铁车辆转向架构架的高度、简化构架的结构；同时为了提高乘客的舒适性，一系弹簧还应具有变刚度性能。

如图3至5所示：本发明的一系橡胶弹簧为蘑菇形，包括圆柱形的基体，在基体的一端设置有弧形顶盖，沿顶盖和基体的中心轴设置有轴孔。一系橡胶弹簧由内筒11、橡胶体12及外套13组成。内筒11为管状，外套13包括管状的筒体131及设置在筒体131一端的圆盘形筒盖132，圆盘形筒盖132与筒体131设置有筒盖圆角曲率半径R132的筒盖圆角。内筒11同轴设置在外套13内，在内筒11与外套13之间填充橡胶体12。内筒11和外套13采用金属材料或硬质的高分子材料，橡胶体12通过硫化的方式与内筒11及外套13一体成型。橡胶体12一端在筒盖132上的部分为弧形的自由面一122。橡胶体12另一端为锥形的自由面二125。

如图6所示：自由面一122为球面，自由面一曲率半径R122在50～400mm范围内，自由面一外径D2与橡胶体内孔直径D1之比在1.5～3倍范围内。

本发明的一系橡胶弹簧的刚度如图10所示：通过调整自由面一曲率半径R122和自由面一外径D2与橡胶体内孔直径D1之比，能够改变一系橡胶弹簧1的垂向刚度和径向刚度，并且具有变刚度性能，以获得满足地铁车辆减振所要求的垂向刚度和径向刚度。

自由面一122通过弧形槽一121与内筒11连接，弧形槽一曲率半径R121在5～15mm范围内，弧形槽一圆心角α在120°～180°范围内。经试验，设置弧形槽一能够减少或避免自由面一122与内筒11连接处产生应力集中（如附表1所示），防止橡胶体12与内筒11连接处开裂分离。

附表1

在筒盖132上设置有多个螺栓孔134，在橡胶体12上与螺栓孔134的对应位置设置有圆柱面127。以便用螺栓将一系橡胶弹簧1安装在轴箱4上。当螺栓孔134均布时，所有的螺栓孔圆心角γ都相同，一系橡胶弹簧1的安装没有方向性，安装效率高；当相邻的螺栓孔圆心角γ不相同时，能够设置一系橡胶弹簧1的安装方位，使得具有不同径向刚度的一系橡胶弹簧1能够朝向预定方位安装，以控制一系橡胶弹簧1在轨道的纵向和横向刚度，满足地铁车辆在轨道的纵向和横向的不同刚度要求。

在筒盖132下表面设置有磨耗层133，利用磨耗层133与轴箱4接触，以保护筒盖132不会被磨损。

如图7所示：自由面二125与外套13连接处设置有圆筒形的附着层123。以增大橡胶体12与外套13之间的接触面积和附着力。

附着层厚度d在1～3mm范围内，附着层高度h在5～10mm范围内。这样的附着层123既可以增大橡胶体12与外套13之间的附着力，又能够减少橡胶原料。

自由面二125通过弧形槽二124与附着层123连接，弧形槽二曲率半径R124在10～20mm范围内，弧形槽二圆心角β在120°～180°范围内。通过设置弧形槽二能够减少或避免自由面二125与附着层123连接处产生应力集中，防止橡胶体12开裂。

自由面二125通过弧形槽三126与内筒11连接，弧形槽三曲率半径R126在5～15mm范围内，弧形槽三圆心角φ在120°～180°范围内。通过设置弧形槽三126，能够减少或避免自由面二125与内筒11连接处产生应力集中，防止橡胶体12与内筒11连接处开裂分离。

本申请的一系橡胶弹簧安装方式如图8至9所示：两个一系橡胶弹簧1分别放置在车轴5两侧的轴箱4弹簧孔内，吊杆7从下而上依次穿过构架8和一系橡胶弹簧1的轴孔，再盖上压盖2，拧紧螺母3，从而将构架8吊挂在轴箱4下。这种吊挂的安装方式，能够降低构架8及地铁车辆的车厢地板的高度，便于乘客上下车。而且还能采用平直的方钢管或工字钢，简化了构架结构，降低成本。

由于一系橡胶弹簧1上端弧形的自由面一122，在小载荷时，只有少部分自由面一122与压盖2接触。此时橡胶体12具有较低的刚度、但应变较大，以提供柔性的低垂向刚度；随着载荷的增加，压盖2与弧形的自由面一122的接触面积增大，压缩一系橡胶弹簧1所需的压力越来越大，从而使得一系橡胶弹簧1具有越来越大的垂向刚度。这就使得一系橡胶弹簧1具有变刚度性能，以满足地铁车辆的减振要求。

随着一系橡胶弹簧1被压缩，内筒11相对于外套13产生垂向位移，此时橡胶体12上端的自由面一122被压缩向周边臌胀，下端的自由面二125产生弹性变形。由于弧形槽二124和弧形槽三126增大了自由面二125的面积，在自由面二125被拉伸时，弧形槽二124和弧形槽三126能够被拉直，以降低自由面二125的应变，从而减少自由面二125上的应力。特别是能够减少橡胶体12与内筒11和外套13连接处的应力集中，避免橡胶体12与与内筒11和外套13开裂分离。能够大幅度提高一系橡胶弹簧1的可靠性，延长一系橡胶弹簧1的使用寿命。

综上所述，本发明的有益效果为：采用由内筒、橡胶体及外套组成的一系橡胶弹簧，使得构架能够以吊挂的方式安装在轴箱上，以降低构架和车厢地板的高度。同时构架可以采用平直的方钢管或工字钢，简化了构架结构，降低成本。橡胶体具有弧形的自由面，从而使得一系橡胶弹簧具有垂向的变刚度，以满足地铁车辆的减振要求。

以上实施例仅供说明本发明之用，而非对本发明的限制，有关技术领域的技术人员在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化或变换，因此所有等同的技术方案也应该属于本发明的保护范围，本发明的保护范围应该由各权利要求限定。

Claims (10)

1.一种地铁车辆一系橡胶弹簧，其特征在于：一系橡胶弹簧为蘑菇形，包括圆柱形的基体，在基体的一端设置有弧形顶盖，沿顶盖和基体的中心轴设置有轴孔。

2.根据权利要求1所述的地铁车辆一系橡胶弹簧，其特征在于：由内筒（11）、橡胶体（12）及外套（13）组成，内筒（11）为管状，外套（13）包括：管状的筒体（131）及设置在筒体（131）一端的圆盘形筒盖（132），内筒（11）同轴设置在外套（13）内，在内筒（11）与外套（13）之间填充橡胶体（12），橡胶体（12）在筒盖（132）上的部分为弧形的自由面一（122），橡胶体（12）另一端为自由面二（125）。

3.根据权利要求2所述的地铁车辆一系橡胶弹簧，其特征在于：内筒（11）和外套（13）采用金属材料或硬质的高分子材料，橡胶体（12）通过硫化的方式与内筒（11）及外套（13）一体成型。

4.根据权利要求2或3所述的地铁车辆一系橡胶弹簧，其特征在于：自由面一（122）为球面，自由面一曲率半径（R122）在50～400mm范围内，自由面一外径（D2）与橡胶体内孔直径（D1）之比在1.5～3倍范围内。

5.根据权利要求4所述的地铁车辆一系橡胶弹簧，其特征在于：自由面一（122）通过弧形槽一（121）与内筒（11）连接，弧形槽一曲率半径（R121）在5～15mm范围内，弧形槽一圆心角（α）在120°～180°范围内。

6.根据权利要求5所述的地铁车辆一系橡胶弹簧，其特征在于：自由面二（125）与外套（13）连接处设置有圆筒形的附着层（123）。

7.根据权利要求6所述的地铁车辆一系橡胶弹簧，其特征在于：附着层厚度（d）在1～3mm范围内，附着层高度（h）在5～10mm范围内。

8.根据权利要求7所述的地铁车辆一系橡胶弹簧，其特征在于：自由面二（125）通过弧形槽二（124）与附着层（123）连接，弧形槽二曲率半径（R124）在10～20mm范围内，弧形槽二圆心角（β）在120°～180°范围内。

9.根据权利要求8所述的地铁车辆一系橡胶弹簧，其特征在于：自由面二（125）通过弧形槽三（126）与内筒（11）连接，弧形槽三曲率半径（R126）在5～15mm范围内，弧形槽三圆心角（φ）在120°～180°范围内。

10.根据权利要求9所述的地铁车辆一系橡胶弹簧，其特征在于：筒盖（132）上设置有多个螺栓孔（134），在橡胶体（12）上与螺栓孔（134）的对应位置设置有圆柱面（127）。