一种抗蠕变空气弹簧的制作方法

1.本发明涉及一种列车转向架上的空气弹簧，具体涉及一种抗蠕变空气弹簧，属于列车减振技术领域。


背景技术：

2.空气弹簧主要由下部的辅助簧和上部的橡胶气囊构成。
3.现有辅助簧具有刚性的芯轴，芯轴的外周是与芯轴硫化为一体的向外向上堆积的橡胶体，橡胶体由内向外有多层与橡胶体硫化为一体的金属隔套；在橡胶体的外周是与橡胶体硫化为一体的金属外套；金属外套的顶部是支撑板。
4.橡胶气囊的顶部是上盖板，上盖板底面外周与金属外套的外周之间由环形橡胶囊皮包饶密封形成的橡胶气囊。
5.芯轴底部是空气弹簧的安装底座。
6.通常情况下，为节省材料和轻量化，芯轴为上下贯通的中空体。
7.空气弹簧安装在转向架上，用于支撑列车车厢，并在运行过程中用于对车体进行多向减振。
8.由于辅助簧位于橡胶气囊的下部，其承载着橡胶气囊以上的全部载荷。
9.原本，橡胶体在遭遇载荷冲击时，产生的形变都是可以恢复的，人们正是利用这一特性将其用于各种部件之间的减振。但是，在将橡胶体应用到列车辅助簧时，由于受到车厢长期的重压和橡胶本身的特性，橡胶体就会产生不可恢复原有形状的蠕变，尤其是在长期反复的过载冲击下，会加速这种的蠕变变化，使得辅助簧的高度逐渐降低，也就使得辅助簧的总体高度越来越低。当辅助簧的高度降低时，为保证空气弹簧总体高度保持预设高度，将启动设置的差压阀，由专有的用于调节空气弹簧总体高度的气压系统对橡胶气囊实施充气加压，使空气弹簧增高来补偿因辅助簧蠕变而降低的高度 。但这样通过对橡胶气囊充气加压来补偿高度，增大了橡胶囊皮所受的胀压力，使得橡胶囊皮本身和其与上盖板、金属外套的结合部更容易爆裂，引发运行故障和缩短空气弹簧的使用寿命。而更重要的是，随着辅助簧橡胶体的蠕变越来越严重，使得辅助簧的弹性越来越差，这也是目前高铁列车在使用一定年限后减振效果大不如初的重要原因之一。
10.上述长期反复的载荷和载荷冲击不仅是使辅助簧橡胶体易于老化，而使橡胶气囊的弹性变差。
11.针对上述问题，本公司展开一系列研究，同时通过检索了解本领域的相关研究动态，但目前尚未发现有专门针对上述问题的研究，而本公司却认为，有效解决因辅助簧橡胶体蠕变引起空气弹簧高度下降，对于列车长期保持良好的减振效果和延长使用寿命有着十分重要的意义，并为此展开一系列相关的研究。


技术实现要素：

12.本发明要解决的技术问题是：如何为辅助簧分担载荷，尤其是冲击载荷，以延缓辅
助簧橡胶体的蠕变速度。
13.针对上述问题，本发明提出的技术方案是：一种抗蠕变空气弹簧，包括上部的橡胶气囊和下部的辅助簧，橡胶气囊包括上盖板、橡胶囊皮，辅助簧包括芯轴、橡胶堆和金属外套，橡胶堆硫化粘接在芯轴外周，金属外套硫化粘接在橡胶堆外周，橡胶囊皮包绕在上盖板下底外周和金属外套之间，所述橡胶堆内设有与橡胶堆硫化在一起的金属的螺旋弹簧，橡胶堆与螺旋弹簧共轴心线。
14.进一步地，所述金属外套设置在橡胶堆的上端部的外周。
15.进一步地，在芯轴的顶端设有下磁体，在下磁体上方的上盖板上设有上磁体，上磁体和下磁体相邻的一端极性相同，使上磁体和下磁体之间产生磁斥力。
16.进一步地，所述上盖板与下磁体之间总是保持间距。
17.进一步地，在芯轴上端部设有上下叠加在一起的环形的磨耗板和环形的支撑板，磨耗板和支撑板的中央为能够使下磁体垂向通过的孔状空间，在支撑板下方与芯轴顶面之间具有能够容纳下磁体的下磁体空间；当橡胶气囊无气时，上盖板能够沉落在磨耗板上。
18.进一步地，所述下磁体位于下磁体空间内，下磁体的上端面的高度低于磨耗板的上表面。
19.进一步地，所述下磁体与芯轴之间有垂向设置的压簧，所述压簧下端压在芯轴上，下磁体压在压簧的上端；所述下磁体位于孔状空间的上方，当橡胶气囊无气，随上盖板沉落的上磁体使下磁体遭遇最大磁斥力时，下磁体将克服压簧的弹力下行至下磁体空间内。
20.进一步地，所述芯轴内设有圆柱形的底部封闭的减振空腔，减振空腔与下磁体空间之间设有连通的导向孔，所述压簧安装在减振空腔内，所述压簧的上端有压在压簧上的压板，所述压板与下磁体之间有穿过导向孔将压板与下磁体固定连接的升降杆。
21.进一步地，所述压板上有上下贯通的阻尼孔，所述减振空腔内注满阻尼液，阻尼液浸没压簧和压板。
22.进一步地，在减振空腔顶壁中央以上的芯轴上设有与减振空腔相通的缓冲空间，所述阻尼液的液面位于缓冲空间内；缓冲空间开口周围的减振空腔的环形顶壁设为限制压板上行高度的限位面。
23.有益效果：1、能够为橡胶气囊和辅助簧分担静载荷和冲击载荷，显著减轻辅助簧受到的压力和减轻橡胶气囊受到的胀压力，延缓辅助簧和橡胶气囊的橡胶体的蠕变进程。
24.2、在遭遇冲击载荷时，能够缩小橡胶气囊和辅助簧的橡胶体的胀压变形的幅度，同样能够延缓橡胶气囊和辅助簧的橡胶体蠕变的速度。
25.3、能够显著降低橡胶气囊的橡胶囊皮爆裂的风险，延长空气弹簧的使用寿命，有利于保持列车的正常运行。
26.4、能够按需吸收冲击动能，无需在空气弹簧外另外设置减振机构，使列车二系悬挂机构的减振完全集成于空气弹簧内。
附图说明
27.图1为本发明实施例一所述抗蠕变空气弹簧的剖视示意图；图2为本发明实施例二所述抗蠕变空气弹簧的剖视示意图；
图3为本发明实施例三所述抗蠕变空气弹簧的剖视示意图；图4为图3所述抗蠕变空气弹簧去除下磁体、升降杆、压板、压簧等部件的剖视示意图。
28.图中：1、橡胶气囊；101、上盖板；102、橡胶囊皮；2、辅助簧；201、芯轴；2011、下磁体空间；2012、减振空腔；2013、导向孔；2014、缓冲空间；2015、限位面；202、橡胶堆；203、金属外套；3、螺旋弹簧；4、下磁体；5、上磁体；6、磨耗板；7、支撑板；8、孔状空间；9、压板；901、阻尼孔；10、安装盘；11、压簧；12、升降杆；13、阻尼液；14、密封板；15、密封垫。
具体实施方式
29.下面结合实施例和附图对本发明做进一步的描述：如图1—3所示，为便于理解本技术，我们在本技术将列车空气弹簧上盖板101承受的压力定义为静载荷和冲击载荷两种。静载荷是列车在平顺道路运行时上盖板101受到车厢的压力是恒定的，没有太大的波动；冲击载荷是列车在不平顺道路运行过程中上盖板101受到车厢突然加大的压力，这个压力接着又减小。
30.实施例一如图1所示，一种抗蠕变空气弹簧，包括上部的橡胶气囊1和下部的辅助簧2，橡胶气囊1包括上盖板101、橡胶囊皮102，辅助簧2包括芯轴201、橡胶堆202和金属外套203，橡胶堆202硫化粘接在芯轴201外周，金属外套203硫化粘接在橡胶堆202外周，橡胶囊皮102包绕在上盖板101下底外周和金属外套203之间；由上盖板101、橡胶囊皮102以及金属外套203、橡胶堆202和芯轴201的上端面合围形成封闭的橡胶气囊1。橡胶堆202内设有与橡胶堆202硫化在一起的金属的螺旋弹簧3，橡胶堆202与螺旋弹簧3共轴心线。这样，来自车厢的，通过橡胶气囊1施加在橡胶堆202上的静载荷和冲击载荷就能够由螺旋弹簧3分担一部分，有效延缓橡胶堆202的蠕变进程，从而使辅助簧长期保持良好的弹性，其刚度能够长期维系在理想的区间内。
31.金属外套203仅设置在橡胶堆202的上端部的外周，避免金属外套203在橡胶堆202外周形成干涉，使橡胶堆202的中部和下部的刚度完全由螺旋弹簧3和橡胶堆202组合调节。
32.在芯轴201的顶端设有下磁体4，在下磁体4上方的上盖板101上设有上磁体5，上磁体5和下磁体4相邻的一端极性相同，同为n极或s极，使上磁体5和下磁体4之间产生磁斥力。这样，施加在上盖板101的静载荷和冲击载荷的一部分能够通过上磁体5和下磁体4之间的磁斥力直接作用在芯轴201上，不仅能进一步为橡胶堆202分担部分静载荷和冲击载荷，同时还能够为橡胶气囊1分担部分静载荷和冲击载荷，以延缓橡胶囊皮102的老化。
33.在道路不平顺，运行列车车厢对上盖板101形成向下的冲击载荷时，上磁体5随着上盖板101下沉向下磁体4靠近，上磁体5与下磁体4的磁斥力会迅速增大，更多地为橡胶气囊1和橡胶堆202分担冲击载荷，避免极限载荷对橡胶气囊1和橡胶堆202的橡胶体形成极限胀压，从而获得最有效的保护效果。
34.上盖板101与下磁体4之间总是保持间距，避免上盖板101下沉时与下磁体接触形成干涉，上盖板101能够相对于下磁体4做水平方向的不受下磁体4阻碍的运动。这样，能够在为橡胶气囊1和橡胶堆202分担垂向的静载荷和冲击载荷的同时，不会影响橡胶气囊1的水平刚度。
35.设在芯轴201上端部的上下叠加在一起的磨耗板6和支撑板7为环形，磨耗板6和支撑板7的中央为能够使下磁体4垂向通过的孔状空间8，在支撑板7下方与芯轴201顶面之间具有能够容纳下磁体4的下磁体空间2011；当橡胶气囊1无气时，保证上盖板101能够沉落在磨耗板6上。
36.本实施例下磁体4位于下磁体空间2011内，且下磁体4是通过安装盘10刚性的安装在芯轴201的顶端，下磁体4的上端面的高度低于磨耗板6的上表面。
37.作为优选，本发明上磁体5和下磁体4为用永磁体材料制成永磁体，当然，上磁体5和下磁体4也可以是电磁铁。
38.实施例二如图2所示，与实施例一的不同之处在于，下磁体4是通过柔性件与安装在芯轴201上，具体是：下磁体4与芯轴201之间有垂向设置的压簧11，压簧11下端压在芯轴201上，下磁体4通过安装盘10压在压簧11的上端；下磁体4位于孔状空间8的上方，当橡胶气囊1无气，随上盖板101沉落的上磁体5使下磁体4遭遇最大磁斥力时，下磁体4将克服压簧11的弹力下行至下磁体空间2011内。本实施例的优点是：下磁体4能够更接近于上磁体5，下磁体4与上磁体5之间能够形成更大的磁斥力，且由于下磁体4与芯轴之间由压簧11作弹性承接，能够更有利于通过调节压簧11的强度来调节整个空气弹簧的刚度，使之保持在一个最理想的变刚度区间。
39.实施例三如图3、4所示，与实施例二的不同之处在于，利用实施例二中压簧11的设置，进一步加设吸能阻尼装置，具体是：在芯轴201内设有圆柱形的底部封闭的减振空腔2012，减振空腔2012与下磁体空间2011之间设有连通的导向孔2013，压簧11安装在减振空腔2012内，压簧11的上端有压在压簧11上的压板9，压板9与下磁体4之间有穿过导向孔2013将压板9与下磁体4固定连接的升降杆12。在压板9上有上下贯通的阻尼孔901，减振空腔2012内注满阻尼液13，阻尼液13浸没压簧11和压板9。这样，在遭遇冲击载荷时，在大小发生变化的磁斥力（因上磁体与下磁体距离发生变化产生）和压簧11回复力共同作用下，通过升降杆12与下磁体4连接在一起的压板9在减振空腔2012内做活塞运动，阻尼液13往复穿过阻尼孔901而发挥吸收冲击动能的阻尼作用。目前，为增强二系悬挂吸能减振效果，弥补传统空气弹簧吸能减振能力的不够，经常在车厢与转向架之间除空气弹簧外加设垂向减震器。本实施例吸能阻尼装置的设置，完全可以免除簧外减震器的设置。
40.进一步，为使压板9能够完全浸没在阻尼液13液面以下，长期发挥良好的阻尼效应，在减振空腔2012顶壁中央以上的芯轴201上设有与减振空腔2012相通的缓冲空间2014，阻尼液13的液面位于缓冲空间2014内；缓冲空间2014开口周围的减振空腔2012的环形顶壁设为限制压板9上行高度的限位面2015。由于缓冲空间2014通过导向孔2013与橡胶气囊1相通，缓冲空间2014内阻尼液13液面承受着与橡胶气囊1内压强相等的强大的气压压强，因此，在压板9在阻尼液13内上下运动的过程中，阻尼液13不会从导向孔2013冒出。
41.为能够实现减振空腔2012内各部件的装配，减振空腔2012开口于芯轴201的底部，再在芯轴201底部固定可拆卸的密封板14，密封板14与芯轴201之间设置密封垫15。
42.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。