CN105008755A - 空气弹簧 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种即使在强扭转应力作用于使用无摇枕台车的铁道车辆等的隔板的情况下，也能够确切地抑制或防止下胎圈部与下胎圈承受部的偏离运动，且运作良好的空气弹簧。因此，在具有上支撑部(1)、配置于上支撑部(1)的下方的下支撑部(2)、及配备在从上支撑部(1)到下支撑部(2)且由弹性材料制成的隔板(3)的空气弹簧中，下胎圈承受部(K)具有胎圈承受主体(6)和由弹性材料制成的弹性层(9)，其中下胎圈承受部(K)用于支撑下支撑部(2)的隔板(3)的下胎圈部(3b)，在胎圈承受主体(6)中嵌入安装有下胎圈部(3b)，弹性层(9)介入安装于胎圈承受主体(6)与下支撑部(2)之间。

Description

空气弹簧

技术领域

本发明涉及一种适合作为在铁道车辆等中将车辆悬架于台车的单元来使用的空气弹簧。

背景技术

已知如下这种空气弹簧，即，由具有上支撑部、配置于上支撑部的下方的下支撑部、及配备在从上支撑部到所述下支撑部的弹性材质的隔板而成的空气弹簧而言，已在专利文献1中公开。在专利文献1的空气弹簧中，分别是，上面板1相当于上支撑部，下面板2相当于下支撑部，并且筒状可挠膜体3相当于隔板。

近年来的铁道车辆，以使用具有不使用摇枕(bolster)的结构的台车，即，无摇枕的台车为主流，扭转应力频繁地作用于空气弹簧即隔板。作为被隔板的下支撑部支撑的部分的下胎圈部的直径小于被上支撑部支撑的上胎圈部，因此隔板扭转引起的扭转应力的负担将主要由下胎圈部承受。

因此，下胎圈承受部和下胎圈部因频繁的扭转应力而发生偏离运动、容易磨损、空气容易泄漏，从而导致寿命减少，其中下胎圈承受部是下支撑部的下胎圈部所嵌入安装的部分。另外，在强扭转应力作用的情况下，下胎圈部可能会从下胎圈承受部脱落。

因此，如专利文献2所公开，设置有用于相对于第二构件2S在水平方向上以可滑动的方式支撑环状被夹持部17的横向移动单元Y1，其中，环状被夹持部17相当于用于通过嵌入安装下胎圈部11而对其进行支撑的下胎圈承受部。通过采用该结构，将上述扭转应力分散为隔板3的变形和横向移动单元Y1的工作这两种，从而可使得尽量不发生下胎圈部与下胎圈承受部的偏离运动。

现有技术文献：

专利文献

专利文献1：日本国特开平5-196082号公报

专利文献2：日本国特开2002-187548号公报

发明内容

发明要解决的课题

虽然通过采用专利文献2的横向移动单元，在一定程度上发挥了缓和下胎圈部与下胎圈承受部的偏离运动的效果，但也逐渐被指出了需要改善之处。

这是因为，用于使环状被夹持部17在一定范围内可径向滑动的横向移动单元的结构复杂，部件数量明显增加，从而导致成本增大，并且滑动部需要定期维护，而且可能会由多个O环20导致新的空气泄漏。因此，批量生产时存在很多问题，还有进一步改善的余地。

本发明的目的在于提供一种如下空气弹簧：通过重新研究下胎圈部和下胎圈承受部的支撑结构，从而即使在强扭转应力作用于使用无摇枕台车的铁道车辆等的隔板的情况下，也能够确切地抑制或防止下胎圈部与下胎圈承受部的偏离运动，且运作良好。

解决课题的方法

第一方面的发明为一种空气弹簧，其具有上支撑部1、配置于所述上支撑部1的下方的下支撑部2、及配备在从所述上支撑部1到所述下支撑部2的由弹性材料制成的隔板3，其特征在于，

下胎圈承受部K具有胎圈承受主体6和由弹性材料制成的弹性层9，其中，下胎圈承受部K用于支撑所述下支撑部2的所述隔板3的下胎圈部3b，在所述胎圈承受主体6中嵌入安装有所述下胎圈部3b，所述弹性层9介入安装于所述胎圈承受主体6与所述下支撑部2之间。

第二方面的发明是根据第一方面所述的空气弹簧，其特征在于，所述胎圈承受主体6形成为具有上下朝向的侧周壁6A和横向的底周壁6B的剖面呈大致“L”字形状的环状体，其中，所述侧周壁6A内接于所述下胎圈部3b，在所述底周壁6B载置安装有所述下胎圈部3b。

第三方面的发明根据第二方面所述的空气弹簧，其特征在于，所述弹性层9形成为具有纵环部9A和横环部9B的剖面呈“L”字形状的环状体，其中，所述纵环部9A内接于所述侧周壁6A，所述横环部9B与所述底周壁6B的下表面6b接触。

第四方面的发明是根据第三方面所述的空气弹簧，其特征在于，所述下支撑部2具备剖面呈“L”字形状的环状结构部8，所述环状结构部8具有内接于所述纵环部9A的纵筒部8A和与所述横环部9B的下表面9b接触的圆板部8B。

第五方面的发明是根据第一方面所述的空气弹簧，其特征在于，所述弹性层9由橡胶材料制成。

第六方面的发明是根据第一方面所述的空气弹簧，其特征在于，其为所述上支撑部1被车辆支撑且所述下支撑部2由台车或台车侧的构件所支撑的铁道车辆用构件的空气弹簧。

发明的效果

根据第一方面的发明，在隔板发生扭转变形的情况下，不仅隔板自身发生弹性变形，在隔板的下胎圈部与下支撑部之间介入安装的下胎圈承受部的弹性层也会发生弹性变形。因此，由于因隔板的扭转变形产生的应力会分散到隔板的弹性和下胎圈承受部的弹性上，因此下胎圈部与胎圈承受主体之间的应力相比现有的减轻，从而能够在不减少寿命的情况下，尽量使下胎圈部和下胎圈承受部不产生偏离运动。

另外，就用于其的单元而言，因为仅仅用具有胎圈承受主体和弹性层的下胎圈承受部即可，所以不会存在部件数量的增加或结构的复杂等问题，还适合批量生产。

其结果能够提供一种，在强扭转应力作用于使用无摇枕台车的铁道车辆等的隔板的情况下，也能够确切地抑制或防止下胎圈部和下胎圈承受部的偏离运动，且运作良好的空气弹簧。

在这种情况下，如第二方面的发明，使下胎圈承受部的胎圈承受主体形成为具有内接于下胎圈部的上下朝向的侧周壁和载置安装有下胎圈部的横向的底周壁的、剖面呈大致“L”字形状的环状体时，有利于在下侧及径内侧这两侧牢固地保持下胎圈部。

另外，如第三方面的发明，如果使弹性层形成为具有内接于侧周壁的纵环部和与底周壁的下表面连接的横环部的、剖面呈“L”字形状的环状体，则有利于在下侧及径内侧这两侧牢固地保持胎圈承受主体，从而是有利的。

根据第四方面的发明，下支撑部具备剖面呈“L”字形状的环状结构部的结构，其中环状结构部具有内接于纵环部的纵筒部和、与横环部的下表面连接的圆板部，因此与剖面呈“L”字形状的环状结构部一体形成在下支撑部的情况相比，环状结构部的制作容易并且还不会导致下支撑部的形状的复杂化。因此，通过分为两个部件，反而可得到能够在生产率优异的状态下提供空气弹簧的优点。

另外，如第五方面的发明可提供一种，通过使弹性层为橡胶材质弹性层，可以实现功能及生产率优异的空气弹簧；如第六方面的发明，适用于铁道车辆的空气弹簧。

附图说明

图1是示出空气弹簧的结构的剖视图(实施方案1)。

图2是示出下胎圈承受部的放大剖视图。

图3是示出图1的空气弹簧处于扭转状态的实例的作用图。

图4是示出下侧胎圈的结构的主要部分的放大剖视图。

图5是示出胎圈芯-3P间应力与位移的关系图表的图。

图6是示出3P-4P间应力与位移的关系图表的图。

图7是示出下侧胎圈部的扭转角与位移的关系图表的图。

图8是示出空气弹簧的结构的剖视图(实施方案2)。

图9是示出现有的空气弹簧的剖视图。

具体实施方式

下面，对于根据本发明的空气弹簧的实施方案，参照附图对作为示例的铁道车辆用空气弹簧进行说明。此外，在“台车或台车侧的构件”中的“台车侧的构件”包括由台车直接支撑的构件如主轴体4、隔着某物(主轴体4或弹性部5等)由台车间接支撑的构件如下支撑部2。

〔实施方案1〕

如图1所示，空气弹簧A以组装到铁道车辆用悬架装置S的方式存在。悬架装置S具备空气弹簧A、层叠橡胶结构的弹性机构B、及防滑块C。弹性机构B的主轴体4由台车(省略图示)支撑，空气弹簧A的上支撑部1由铁道车辆(省略图示)支撑。

通常情况下，悬架是由空气弹簧A和弹性机构B发挥作用，然而放气等空气弹簧A呈无空气状态而收缩的紧急情况时，防滑块C发挥挡住并支撑下降下来的上支撑部1的功能。

空气弹簧A具有：上支撑部1，其固定在载客车等的被支撑体(省略图示)并且以上下朝向的轴心P为中心呈大致圆板状；下支撑部2(台车或台车侧的构件的一例)，其具有圆盘状的上盖部2A和筒状的环部2B，且具有轴心Y；及隔板3，其为配备在从上支撑部1到下支撑部2的橡胶(弹性材料的一例)材质的隔板，且大致呈横倒着的环状。在下支撑部2装备有配备在环部2B和隔板3之间并作为缓和机构发挥作用的下胎圈承受部K。

上支撑部1具备圆板状的上主体1A和筒状圆锥台形状的轮毂部1B，其中所述轮毂部1B以从上主体1A的中心部向上方突出的状态一体形成，且上支撑部1构成具有轴心P的、俯视时呈圆形的构件。在上主体1A的下表面侧装备有扁平的上滑动板10，并且在安装外周部1a的下表面侧用螺栓固定着剖面形状为大致钩状的安装环14，其中安装外周部1a为上主体1A的外周端部。

下支撑部2包括环部2B、上盖部2A、及外嵌装备于环部2B的下胎圈承受部K，并以具有上下朝向的轴心Y的状态隔着弹性机构B被台车(省略图示)支撑。环部2B由金属材料等硬质材料形成为具有朝向下方直径变大的倾斜内周面2b的纵向筒状。上盖部2A由金属材料等硬质材料形成为将盘子倒扣的形状，且通过螺栓固定与环部2B的上表面侧形成一体化。

在上盖部2A的上表面一体地装备有扁平的下滑动板7。上盖部2A和环部2B通过彼此嵌合的凹陷阶梯结构，以具有共同的轴心Y的状态，使用螺栓固定而一体地连结。

具有有效直径L的隔板3为具有作为上侧的大径侧周端部的上胎圈部3a、作为下侧的小径侧周端部的胎圈部3b、及主体部3c的弹性膜体，其也被称为波纹管。如图2所示，弹性膜体的隔板3为包括外侧的橡胶层(弹性材料层)15、内侧的橡胶层(弹性材料层)16、以及在所述两个橡胶层15、16之间的内外两层形成的补强帘线层17的多层结构。而且，下胎圈部3b具备由补强帘线层17包围的状态下的高强度的环状的芯材18。

上支撑部1和隔板3通过利用安装外周部1a和安装环14将上胎圈部3a夹持保持成气密状态而形成一体化。通过在作为下胎圈承受部K的外侧的环状体的胎圈承受主体6嵌入安装下胎圈部3b，隔板3和下支撑部2以气密状态一体化。

因此，隔板3的内部空间以气密状态与外部隔绝，并由空气的压缩而产生缓冲作用(气垫)。此外，可以采用如下结构，即，通过使空气从弹性机构B的主轴体4的孔(省略附图标记)或轮毂部1B的孔(省略标记)出入，对空气弹簧A进行缓冲作用的软硬调节。

如图1所示，弹性机构B具有：主轴体4，其包括筒状的芯轴4A和环状圆板4B，并具有上下朝向的轴心X；弹性部5，以具有与主轴体4相同(或基本相同)的轴心X的状态形成在主轴体4与环部2B之间。此外，主轴体4由台车(省略图示)支撑。

弹性部5以如下方式构成，即，多个弹性层5A-5C与硬质隔壁5a、5b以与轴心X呈同心(或基本同心)的状态在径内外方向交替地层叠，形成为在沿着轴心X的方向上的剖视形状呈“八”字状的层叠橡胶结构。如上所述的具有剖面呈“八”字形状的弹性机构B与空气弹簧A在上下方向上串联地配备的结构的悬架装置S也被称为圆锥形制动器型空气弹簧。

如图1所示，防滑块C包括：装备于上支撑部1的上滑动板10、装备于上盖部2A的下滑动板7。例如，上滑动板10和下滑动板7中的任意一个以低摩擦材料形成，而另外一个以不锈钢板形成，但不限于此。

接着，对下胎圈承受部K进行说明。如图1、图2所示，下胎圈承受部K具有：嵌入安装有下胎圈部3b的所述胎圈承受主体6、外嵌在环部2B且为环状结构部的内凸缘8、以及在所述胎圈承受主体6与内凸缘8之间介入安装的环状的弹性层9。

由金属材料等构成的胎圈承受主体6具有内接于下胎圈部3b的上下朝向的侧周壁6A、载置安装有下胎圈部3b的横向的底周壁6B、以及与下胎圈部3b附近的主体部3c接触并引导其的弯曲导向壁6C，并且所述胎圈承受主体6以剖面呈大致“L”字形状的圆形的环状体形成。弯曲导向壁6C具备几乎呈90度的圆弧状的外周面6c。

由橡胶等构成的弹性层9具有内接于侧周壁6A的纵环部9A、与底周壁6B的下表面6b接触的横环部9B，并且所述弹性层9以剖面呈“L”字形状的圆形的环状体形成。

由金属材料等构成的内凸缘8具有内接于纵环部9A的纵筒部8A、与横环部9B的下表面9b接触的圆板部8B，并且所述内凸缘8以剖面呈“L”字形状的环状结构部形成。

就内凸缘8而言，在环部2B的外周上端部形成的阶梯落入并嵌合至加工精度优异的纵向凹陷部11的同时，通过由螺栓固定于环部2B的上盖部2A的外周部12，防止向上方的拔出。在纵向凹陷部11装备有用于获得气密性的O环13。

在实施方案1中，弹性层9隔着内凸缘8被环部2B支撑，但例如，也可采用被一体形成有相当于内凸缘8的结构部的环部2B所支撑的结构。

在使用近年来被广泛使用的无摇枕台车的情况下，铁道车辆用悬架装置S的空气弹簧A在其结构方面而言，主要在前后方向伴有大的扭转变形。即，空气弹簧A的隔板3独自承担扭转，该扭转是基于与曲线行驶时的车身(车辆)和台车的上下轴心之间的相对角度差、与基于离心力的偏心产生的。因此，对于隔板，要求可承受频繁的扭转移动的柔软性和耐久性，并且对于上胎圈部3a和下胎圈部3b、特别是对于直径小而应力负担大的下胎圈部3b与下支撑部2的嵌合部，要求脱落难度和摩擦强度。

图3中示出由曲线行驶等导致隔板3扭转多大程度的例子。如图3所示，与图1中示出的通常状态(没有扭转且三个轴心P、Y、X在一条直线上排列的状态)相比，上支撑部1的轴心P、下支撑部2的轴心Y、及主轴体4的轴心X这三者彼此横向偏离地移动，并且，下支撑部2的轴心Y显然是倾斜的。特别地，可以看出上支撑部1的轴心P相对于下支撑部2的轴心Y及主轴体4的轴心X的横向偏离量(偏心量)大。此外，在图3中，为了容易理解扭转变形情况，在示出空气弹簧A的大致的形状线的同时，有意地省略各部的剖面线。

隔板3承受其图3的纸面右侧的部分在横向上拉伸，并且其图3的纸面左侧的部分在横向上压缩的扭转变形。并且可以理解为，下胎圈承受部(缓和机构)K的弹性层9也在其图3的纸面右侧的部分拉伸变形，而在图3的纸面左侧的部分压缩变形。另外，还可知，在弹性机构B的各弹性层5A-5C中，虽然变形程度略小，但也出现与弹性层9同样的变形，并且由于存在具有“八”字状剖面结构的弹性机构B，因此下支撑部2相对于主轴体4存在边坡位移。

根据本发明的空气弹簧A的特征在于，与将下胎圈部3b直接嵌入安装于下支撑部2的现有技术单元不同地，将具有由硬质材料制成的胎圈承受主体6和由弹性材料制成的弹性层9的下胎圈承受部K设置在下胎圈部3b与下支撑部2之间。即，通过下胎圈承受部K的弹性层9的弹性变形，大幅度缓和因隔板的扭转变形而作用于下胎圈部3b的应力。

由此，在减轻隔板3与胎圈承受主体6(具体为底周壁6B及弯曲导向壁6C)间的摩擦(现有技术中为隔板与下支撑部间的摩擦)的同时，会消除下胎圈部3b与侧周壁6A分离的方式在从胎圈承受主体6拔出的方向大幅度移动，从而阻碍气密性及容易脱落的不良情况的担忧。

图4中示出根据实施方案1的空气弹簧A的隔板3的下胎圈部3b及其附近部位的应力线图的示例。作为示例，外侧的补强帘线层17由内外两层帘线17a、17b重叠而形成，内侧的补强帘线层17也由内外两层帘线17c、17d重叠而形成。在后述的图5-图7中，分别将芯材18称为“胎圈芯”、将内侧的补强帘线层17的内侧帘线17d称为“3P”、将内侧的补强帘线层17的外侧帘线17c称为“4P”。

另外，图5-7中示出：在隔板3处于如图3所示的扭转变形后的状态下，上支撑部1相对于下支撑部2的位移与下胎圈部3b的各处或各部位的应力的关系图表。图5示出作用于芯材(胎圈芯)18与内侧帘线17d(3P)之间的应力。在图5中，以作用于在芯材18与内侧帘线17d之间存在的橡胶的应力的含义记为“胎圈芯-3P间橡胶”。

图6示出作用于内侧的补强帘线层17的内侧帘线17d(3P)与外侧帘线17c(4P)之间处的应力。在图5中，以作用于在内外帘线17d、17c之间存在的橡胶的应力的含义记为“3P-4P间橡胶”。

图7示出下胎圈部3b的最大扭转部位的扭转角。即，构成隔板3的最大拉伸部位(图3中纸面右侧端的部分)和最大压缩部位(图3中纸面左侧端的部分)的中央的部位这一最大扭转部位相对于上支撑部1从标准的位置扭转的角度记为“扭转角”。

此外，图5、6及关于图5、6的说明中提及的各处存在于在图7的说明中定义的部位的隔板3，更详细地，存在于下胎圈部3b的芯材18与底周壁6B(图2参照)之间的部位。

在图5-图7中，分别以实线表示根据本发明的空气弹簧A的值，并且以虚线表示现有结构的空气弹簧D的值。此外，这里所说的现有结构是指图9中示出的空气弹簧D的数据，即，图1的下胎圈承受部K由金属材质的单一部件形成且具有隔板3坚固地嵌入安装于下支撑部2的结构的空气弹簧的数据。在图9中，与图1相对应处标注相同的附图标记。

由图5-图7可知，可理解为，所有数据都如实地表示了本发明的应力相比于现有产品减少的情况和下胎圈承受部(缓和机构)K的效果。特别是，与之相关地，认为扭转角越大则应力减少值也越大也应该是可以的。

〔实施方案2〕

悬架装置S可以是图8中示出的悬架装置。即，根据图8中示出的实施方案2的悬架装置S与图1的空气弹簧在弹性机构B和下支撑部2上存在不同，而下胎圈承受部K实质上是相同的。即，用以下支撑部2的一部分直接支撑弹性层9的结构来代替使用实施方案1的内凸缘8，并省略内凸缘8。

这种情况下的弹性机构B构成为由五个弹性层5A-5E与五个硬质隔壁5a-5e在上下方向上交替重叠而成的层叠橡胶结构的弹性部5。

下支撑部2由一体地具有环状结构部8的单一构件形成，并在其上侧设置有隔着补强板19而支撑下滑动板7的底架20。

〔其他实施方案〕

下胎圈承受部K可以是将由硬质材料制成的胎圈承受主体6和由弹性材制成的弹性层9这一对重叠两个以上而成的多层结构。另外，胎圈承受主体6及弹性层9可以具有除了圆弧状、“I”字形状、横倒着的大致呈“Z”形状等“L”字形状以外的剖面形状。

附图标记说明

1      上支撑部

2     下支撑部

3     隔板

3b    下胎圈部

6     胎圈承受主体

6A    侧周壁

6B    底周壁

8     环状结构部

8A    纵筒部

8B    圆板部

9     弹性层

9A    纵环部

9B    横环部

K     下胎圈承受部

Claims (6)

1.一种空气弹簧，其具有上支撑部、配置于所述上支撑部的下方的下支撑部、及配备在从所述上支撑部到所述下支撑部且由弹性材料制成的隔板，其特征在于，

下胎圈承受部具有胎圈承受主体和由弹性材料制成的弹性层，其中，所述下胎圈承受部用于支撑所述下支撑部中的所述隔板的下胎圈部，所述胎圈承受主体中嵌入安装有所述下胎圈部，所述弹性层介入安装于所述胎圈承受主体与所述下支撑部之间。

2.根据权利要求1所述的空气弹簧，其特征在于，

所述胎圈承受主体形成为具有上下朝向的侧周壁和横向的底周壁的剖面呈大致“L”字形状的环状体，其中，所述侧周壁内接于所述下胎圈部，在所述底周壁载置安装有所述下胎圈部。

3.根据权利要求2所述的空气弹簧，其特征在于，

所述弹性层形成为具有纵环部和横环部的剖面呈“L”字形状的环状体，其中，所述纵环部内接于所述侧周壁，所述横环部与所述底周壁的下表面接触。

4.根据权利要求3所述的空气弹簧，其特征在于，

所述下支撑部具备剖面呈“L”字形状的环状结构部，所述环状结构部具有内接于所述纵环部的纵筒部和与所述横环部的下表面接触的圆板部。

5.根据权利要求1所述的空气弹簧，其特征在于，

所述弹性层由橡胶制成。

6.根据权利要求1所述的空气弹簧，其特征在于，

所述空气弹簧为所述上支撑部由车辆支撑且所述下支撑部由台车或台车侧的构件所支撑的铁道车辆用空气弹簧。