WO2016106940A1 - 轨道交通用空气弹簧 - Google Patents

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Abstract

一种轨道交通用空气弹簧，包括与车体固定连接的上盖板和与所述上盖板密封固定连接的气囊，进一步包括与所述气囊密封连接的沙漏弹簧组件，所述沙漏弹簧组件包括沙漏弹簧和设置于其内部的限位部件，所述限位部件包括向下延伸的硬质凸台，所述硬质凸台的高度小于所述沙漏弹簧的高度，且二者的高度差使所述沙漏弹簧的垂向变形量受到限制，所述的沙漏弹簧止挡间隙与空间间隙之和为车体相对于转向架允许的最大下沉量。应用本发明提供的轨道交通用空气弹簧，能够将车体的下沉量控制在一定范围内，避免了其由于下沉量过大而引发的车体与转向架干涉的危险。同时，本发明提供的轨道交通用空气弹簧结构简单紧凑，易于装配，所需安装空间小。

Description

轨道交通用空气弹簧
本申请要求于2014年12月31日提交中国专利局、申请号为201410851340.5、发明名称为“轨道交通用空气弹簧”的中国专利申请的优先权，其全部内容通过引用结合在本申请中。
技术领域
本发明涉及轨道交通技术领域，更具体地说，涉及一种轨道交通用空气弹簧。
背景技术
空气弹簧，一般指在可伸缩的密闭容器中充以压缩空气，利用空气弹性作用的弹簧。在轨道交通车辆二系悬挂装置中，空气弹簧作为重要的组成部件，安装于车体与转向架之间，用于传递垂向载荷，同时可承担垂向与水平方向变形。通过空气弹簧的刚度特性，可以为车辆提供运行动力学特性与乘客舒适性。空气弹簧在充气状态下，加以高度调节阀的配合，可以有效保证车辆在不同载荷下，地板面高度的统一。空气弹簧在无气状态下，车体将下沉，由辅助弹簧提供动力学特性。
现有技术中，轨道交通用空气弹簧多包括气囊与辅助弹簧。请参阅图1，图1为现有技术中常见的一种轨道交通用空气弹簧的结构示意图。
上述一种轨道交通用空气弹簧包括上盖板01、气囊02和沙漏弹簧03，且三者构成密闭空间。因而，在充气情况下，车体载荷由上盖板01传递至气囊02，再向下传递至沙漏弹簧03，上盖板底面与沙漏弹簧组件顶面之间的距离为空间间隙，如图中E所示，该空间间隙通常在空车时设定好。在无气情况下，由于气囊02不能承受载荷，上盖板01直接落至沙漏弹簧组件上，即上述空间间隙变为零，车体载荷由上盖板01直接传递至沙漏弹簧03。沙漏弹簧03虽能够满足横垂向刚度需求，避免车辆无气转弯时的脱轨风险。但同时，由于沙漏弹簧03的刚度相对于层叠弹簧类辅助弹簧较小，在车辆载重较大等情况下易在垂向上发生向下的较大位移，同时当沙漏弹簧03发生蠕变后，沙漏弹簧03在垂向方向的总位移为因车辆载重变化产生的位移 量与垂向蠕变量之和，当该总位移与空间间隙之和超过车辆允许的最大下沉量时易发生危险，且对于不同的车辆，根据车体结构等情况上述允许的最大下沉量一般有所不同。
综上所述，如何有效地解决轨道交通用空气弹簧可能发生向下的较大位移，进而造成车辆运行安全性的降低等问题，是目前本领域技术人员急需解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种轨道交通用空气弹簧，该轨道交通用空气弹簧可以有效地解决车体发生向下的较大位移造成车辆运行安全性降低的问题。
为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种轨道交通用空气弹簧，包括与车体固定连接的上盖板和与所述上盖板密封固定连接的气囊；进一步包括：
与所述气囊密封连接的沙漏弹簧组件，所述沙漏弹簧组件包括沙漏弹簧和设置于其内部的限位部件，所述限位部件包括向下延伸的硬质凸台，所述硬质凸台的高度小于所述沙漏弹簧的高度，且二者的高度差为所述沙漏弹簧组件的止挡间隙，所述上盖板与所述沙漏弹簧组件之间的间隙为空间间隙，所述空间间隙与所述沙漏弹簧组件的止挡间隙之和等于所述车体允许的最大下沉量。
优选地，上述轨道交通用空气弹簧中，所述限位部件进一步包括置于所述沙漏弹簧顶面的上端板，所述上端板与所述气囊密封连接，且所述上端板与所述硬质凸台固定连接。
优选地，上述轨道交通用空气弹簧中，所述上端板的下表面由边缘处到中心向下倾斜。
优选地，上述轨道交通用空气弹簧中，所述上端板为分体式结构，包括与所述气囊密封连接的第一部分和与所述沙漏弹簧连接的第二部分，且所述第一部分与第二部分固定连接。
优选地，上述轨道交通用空气弹簧中，所述沙漏弹簧的底部开设有轴 对称的空腔，所述硬质凸台的下端延伸至所述空腔处，且所述空腔关于所述沙漏弹簧的轴线对称。
优选地，上述轨道交通用空气弹簧中，进一步包括用以支撑所述沙漏弹簧的底板，所述底板与转向架连接。
优选地，上述轨道交通用空气弹簧中，进一步包括设置于所述底板与所述沙漏弹簧之间的下端板。
优选地，上述轨道交通用空气弹簧中，所述下端板开设有通孔，通孔的大小和形状与所述空腔底端尺寸相同，且所述底板上开设有通气孔，所述通气孔与所述空腔连通。
优选地，上述轨道交通用空气弹簧中，所述下端板的上表面由边缘处到中心向下倾斜，且所述沙漏弹簧的底面与所述下端板的上表面相贴合。
优选地，上述轨道交通用空气弹簧中，所述限位部件与所述沙漏弹簧经硫化连接，所述下端板与所述沙漏弹簧经硫化连接。
本发明提供的轨道交通用空气弹簧包括上盖板、气囊和沙漏弹簧组件。其中，上盖板、气囊和沙漏弹簧组件密封连接，形成密闭空腔，且上盖板与车体固定连接。上盖板与沙漏弹簧组件之间的间隙为空间间隙，沙漏弹簧组件内设置有限位部件，且包括向下延伸的硬质凸台，硬质凸台的高度小于沙漏弹簧的高度，且二者的高度差为沙漏弹簧组件的止挡间隙，空间间隙与沙漏弹簧组件的止挡间隙之和等于车体允许的最大下沉量。
应用本发明提供的轨道交通用空气弹簧，当气囊充气时，上盖板受气囊的支撑作用，进一步对车体进行支撑。当气囊泄气后，也即处于无气状态时，空间间隙变为零，上盖板主要受沙漏弹簧组件的支撑作用，车体载荷由上盖板直接传递至沙漏弹簧组件。又沙漏弹簧组件内限位部件的高度小于沙漏弹簧的高度，沙漏弹簧组件能够被压缩，所以随着车体载重的增加与沙漏弹簧蠕变的发生，上盖板的高度逐渐下降。而当沙漏弹簧压缩至由于限位部件的支撑作用不能进一步被压缩时，也就是达到沙漏弹簧组件的止挡间隙时，上盖板同时不能进一步下降，从而有效将车体的下降幅度控制在一定范围内，避免了其由于下降幅度过大而引发的危险，提高车辆运行的安全性。
同时，本发明提供的轨道交通用空气弹簧具有良好的较低的刚度和较强的变位能力，且结构简单紧凑，易于装配，所需安装空间小。
在一种优选的实施方式中，本发明提供的轨道交通用空气弹簧，其限位部件进一步包括置于所述沙漏弹簧顶面的上端板，所述上端板与所述气囊密封连接，所述上端板与所述硬质凸台固定连接，且所述上端板的下表面由与所述沙漏弹簧的外边缘接触的一端到硬质凸台的外边缘一端向下倾斜。通过倾斜设置，当车辆过岔道、曲线时，空气弹簧系统在水平载荷下更为稳固。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为现有技术中常见的一种轨道交通用空气弹簧的结构示意图；
图2为本发明提供的轨道交通用空气弹簧一种具体实施方式的结构示意图。
附图中标记如下：
上盖板01，气囊02，沙漏弹簧03；上盖板1，气囊2，耐磨板3，限位部件4，支撑板5，沙漏弹簧组件6，下端板7，底板8，扣环9，沙漏弹簧10，上端板41，硬质凸台42。
具体实施方式
本发明实施例公开了一种轨道交通用空气弹簧，以避免轨道交通用空气弹簧向下发生过大位移，提高车辆运行的安全性。
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没 有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图2，图2为本发明提供的轨道交通用空气弹簧一种具体实施方式的结构示意图。
在一种具体实施方式中，本发明提供的轨道交通用空气弹簧包括上盖板1、气囊2和沙漏弹簧组件6。
其中，上盖板1与车体固定连接，从而将车体的重量传递至空气弹簧。上盖板1、气囊2和沙漏弹簧组件6密封连接，形成密闭空腔，因而当气囊2充气时，车体主要受气囊2的支撑作用。具体的上盖板1与气囊2的结构请参考现有技术，此处不再赘述，且上盖板1与气囊2可以通过扣环9固定密封连接。上盖板1与沙漏弹簧组件6之间的间隙为空间间隙，如图中E所示，该空间间隙通常在空车时设定好。
沙漏弹簧组件6包括沙漏弹簧10，沙漏弹簧10的外形一般的为圆滑曲面，曲面上端较小，向下逐渐过渡至最大位置，并向底端进一步逐渐减小。上述结构的沙漏弹簧10具有较好的横垂向刚度，能够满足车辆在空气弹簧无气状态时的横垂向刚度需求，减小车辆过曲线时由于刚度过大造成的危险。
沙漏弹簧组件6内设置有限位部件4，也就是在沙漏弹簧10的内部进一步设置限位部件4。限位部件4包括向下延伸的硬质凸台42，硬质凸台42的高度小于沙漏弹簧10的高度，二者的高度差为沙漏弹簧组件6的止挡间隙。此处的向下延伸，指硬质凸台42是沿竖直方向设置的，可以对车体起支撑作用。这里的高度差并非狭义的沙漏弹簧10的绝对高度与硬质凸台42的绝对高度的差值，而是指沙漏弹簧组件6能够下沉的距离。因而，在无气状态下，车体载荷由上盖板1直接传递至沙漏弹簧组件6，沙漏弹簧组件6内限位部件4的高度小于沙漏弹簧10的高度，故沙漏弹簧组件6能够被压缩，所以随着车体载重的增加与沙漏弹簧蠕变的发生，上盖板1的高度逐渐下降。而当沙漏弹簧组件6压缩至由于限位部件4的支撑作用不能进一步被压缩时，也就是达到沙漏弹簧组件6的止挡间隙时，上盖板1同时不能进一步下降，从而有效将车体的下降幅度控制在一定范围内。这里的沙漏弹簧组件6的止 挡间隙，如图中B所示，也就是沙漏弹簧组件6的最大下沉量或垂向限位量，是指在限位部件4的作用下沙漏弹簧组件6能够被压缩的最大值，并非指沙漏弹簧10本身的最大压缩量。沙漏弹簧组件6的止挡间隙B与空间间隙E之和等于车体允许的最大下沉量，且对于不同的车辆，对最大下沉量的要求可能不同，因此，需根据轨道交通用空气弹簧不同的使用环境进行具体的设置。
具体的，硬质凸台42可以为上端直径较大、下端直径较小的倒圆台状。当然，也可以设置为圆柱状或其他形状。但一般的，倒圆台的结构在轨道交通用空气弹簧受车体重力作用被压缩时，更为稳固。硬质凸台42可以设置于沙漏弹簧组件6的轴线处，对于倒圆台结构，即硬质凸台42的轴线与沙漏弹簧组件6的轴线共线。当然，当硬质凸台42的数量为两个等情况下，具体的也可以设置于沙漏弹簧组件6内相对称处等位置。
可以对上述一种具体实施方式中的轨道交通用空气弹簧进行若干进一步的改进。
具体的，限位部件4可以进一步设置与硬质凸台42固定连接的上端板41，上端板41与硬质凸台42一般的设置为一体式结构，当然也可根据需要设置为分体式结构，并通过焊接等常规的固定连接方式连接。上端板41位于沙漏弹簧10的顶面上。上端板41的两端与气囊2密封连接，从而与上盖板1及气囊2形成用于充气的空腔。需要指出的是，上端板41也可以进一步设置为分体式结构，即包括与气囊2密封连接的第一部分和与沙漏弹簧10连接的第二部分，且两部分通过常规的固定连接方式连接，为了便于拆卸安装，具体的可以采用铆接、螺栓连接等可拆卸的连接方式。限位部件4主要用于限制车体的位移，避免其下降幅度过大造成的危险，因而限位部件4可以为金属件，当然，也可根据需要设置为其他强度等满足需求的其他材料的部件。
为了使上端板41与沙漏弹簧10在受力下降过程中更为稳固，上端板41的下表面具体的可以包括凸出区域，也就是上端板41的下表面由外边缘处到中心处向下倾斜。具体的，可以为由上端板41的下表面与沙漏弹簧10的外边缘相接触处到硬质凸台42处向下倾斜。相应的，沙漏弹簧10的上表面 可以根据上端板41下表面的倾斜角度进行设置，使二者能够紧密贴合。具体倾斜角度的大小可根据沙漏弹簧10的刚度以及工况等因素进行设置，这里不做具体限定。当然，上端板41的下表面也可以设置为平面。
沙漏弹簧10的底部可以开设轴对称的空腔，硬质凸台42的下端延伸至轴对称的空腔处，且空腔关于所述沙漏弹簧组件6的轴线对称。通过在沙漏弹簧10的底部开设空腔，可以进一步调整沙漏弹簧10的刚度，以满足车辆需求。同时，硬质凸台42的下端延伸至轴对称的空腔处，具体的可以与空腔的底面平齐或稍高于空腔的底面。对于限位部件4包括上端板41的情况，由于限位部件4整体呈类T型的结构，硬质凸台42的下端延伸至轴对称的空腔处，当气囊2无气时，沙漏弹簧组件6对车体起支撑作用，当车体高度下降到最大下沉量时，硬质凸台42的下表面与沙漏弹簧组件6下的部件相抵，起到限位的作用。
进一步地，在沙漏弹簧组件6的下方可以设置底板8，底板8与车辆的转向架连接，从而车体的重量经底板8传递至转向架，在某些情况下，如连接空气弹簧底板连接面为中央实心的平面，也可以不设置底板8。底板8与沙漏弹簧10之间可以进一步设置下端板7，且下端板7的中心位置可以开设通孔，通孔的大小形状一般的可以设置为与沙漏弹簧10底部的空腔底端尺寸大小一致，因此限位部件4下降至与底板8相抵时，车体的垂向位移被限制。在该情况下，硬质凸台42与沙漏弹簧10的高度差指硬质凸台42的下端面距底板8的距离B，即为沙漏弹簧组件6的止挡间隙，止挡间隙B再加上空间间隙E，即对应于车体允许的最大下沉量。具体的，底板8上可开设通气孔，通气孔与轴对称的空腔相连通，因而当沙漏弹簧10被压缩时，缓冲空腔内的空气可以由通气孔排出，避免了空气被压缩产生较大压力对整体结构稳定性的影响。底板8与下端板7具体的可通过螺钉固定连接，当然也可采用其他常规的固定连接方式连接。
下端板7的上表面可以进一步设置凹陷区域，也就是下端板7的上表面由边缘处到中心向下倾斜。具体的，可以在下端板7的上表面由与沙漏弹簧10的外边缘接触处到中心逐渐向下倾斜。倾斜的幅度可根据沙漏弹簧10的刚度以及工况等因素进行设置，当然也可以不设置凹陷区域，平面结构也 可以起到对沙漏弹簧组件6的支撑作用，而凹陷区域的设置使得沙漏弹簧组件6的结构更为稳固。相应的，沙漏弹簧10的底面根据凹陷区域的形状进行设置，使二者的结合面接触良好。
进一步地，沙漏弹簧组件6可以设置耐磨板3与支撑板5。为了便于二者的固定安装，上端板41的上表面可开设凹槽，耐磨板3置于凹槽内，支撑板5位于耐磨板3的下方，也就是耐磨板3与上端板41之间的位置。以使耐磨板3具有更好的承载条件。凹槽的深度需根据耐磨板3与支撑板5的厚度进行设置，以使耐磨板3与支撑板5置于凹槽中时，耐磨板3的上表面高于凹槽的槽口，也就是耐磨板3是由上端板41的凹槽内凸出的，从而无气时上盖板1将首先与耐磨板3接触。当然，根据实际使用需要，也可以在上端板41上单独设置耐磨板3。
为了使沙漏弹簧组件6更好的发挥支撑限位作用，具体的，沙漏弹簧10与限位部件4可经硫化作用连接。当然，沙漏弹簧10与下端板7同样可采用硫化进行连接。沙漏弹簧10与限位部件4的上端板41及硬质凸台42硫化在一起，使得沙漏弹簧组件6的整体结构在受车体压力作用发生压缩变形时，硬质凸台42能够更为稳固的在达到车体允许的最大下沉量时对车体起支撑限位作用，不易发生偏移等影响支撑效果。当限位部件4的上端板41为通过铆接等固定连接的分体式结构时，只需使其第二部分与沙漏弹簧10硫化，另一部分与气囊2密封连接。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

  1. 一种轨道交通用空气弹簧，包括与车体固定连接的上盖板(1)和与所述上盖板(1)密封固定连接的气囊(2)；其特征在于，进一步包括：
    与所述气囊(2)密封连接的沙漏弹簧组件(6)，所述沙漏弹簧组件(6)包括沙漏弹簧(10)和设置于其内部的限位部件(4)，所述限位部件(4)包括向下延伸的硬质凸台(42)，所述硬质凸台(42)的高度小于所述沙漏弹簧(10)的高度，且二者的高度差为所述沙漏弹簧组件(6)的止挡间隙，所述上盖板(1)与所述沙漏弹簧组件(6)之间的间隙为空间间隙，所述空间间隙与所述沙漏弹簧组件(6)的止挡间隙之和等于所述车体允许的最大下沉量。
  2. 根据权利要求1所述的轨道交通用空气弹簧，其特征在于，所述限位部件(4)进一步包括置于所述沙漏弹簧(10)顶面的上端板(41)，所述上端板(41)与所述气囊(2)密封连接，且所述上端板(41)与所述硬质凸台(42)固定连接。
  3. 根据权利要求2所述的轨道交通用空气弹簧，其特征在于，所述上端板(41)的下表面由边缘处到中心向下倾斜。
  4. 根据权利要求2所述的轨道交通用空气弹簧，其特征在于，所述上端板(41)为分体式结构，包括与所述气囊(2)密封连接的第一部分和与所述沙漏弹簧(10)连接的第二部分，且所述第一部分与第二部分固定连接。
  5. 根据权利要求1-4任一项所述的轨道交通用空气弹簧，其特征在于，所述沙漏弹簧(10)的底部开设有轴对称的空腔，所述硬质凸台(42)的下端延伸至所述空腔处，且所述空腔关于所述沙漏弹簧(10)的轴线对称。
  6. 根据权利要求5所述的轨道交通用空气弹簧，其特征在于，进一步包括用以支撑所述沙漏弹簧(10)的底板(8)，所述底板(8)与转向架连接。
  7. 根据权利要求6所述的轨道交通用空气弹簧，其特征在于，进一步包括设置于所述底板(8)与所述沙漏弹簧(10)之间的下端板(7)，且所述下端板(7)与所述底板(8)固定连接。
  8. 根据权利要求7所述的轨道交通用空气弹簧，其特征在于，所述下端板(7)开设有通孔，通孔的大小和形状与所述空腔底端尺寸相同，且所述底板(8)上开设有通气孔，所述通气孔与所述空腔连通。
  9. 根据权利要求8所述的轨道交通用空气弹簧，其特征在于，所述下端板(7)的上表面由边缘处到中心向下倾斜，且所述沙漏弹簧(10)的底面与所述下端板(7)的上表面相贴合。
  10. 根据权利要求9所述的轨道交通用空气弹簧，其特征在于，所述限位部件(4)与所述沙漏弹簧(10)经硫化连接，所述下端板(7)与所述沙漏弹簧(10)经硫化连接。
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