一种为列车空气弹簧橡胶气囊分担垂向载荷的方法

技术领域

本发明涉及列车空气弹簧，具体涉及一种为列车空气弹簧橡胶气囊分担垂向载荷的方法，属于轨道交通技术领域。

背景技术

空气弹簧主要由下部的辅助簧和上部的橡胶气囊构成。

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堆，橡胶堆由内向外有多层与橡胶堆硫化为一体的金属隔套；在橡胶堆的外周是与橡胶堆硫化为一体的金属外套；金属外套的顶部是支撑板。

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。

支撑板上设有磨耗板，用于在橡胶气囊突然泄压时承接沉落的上盖板，并使上盖板能够在磨耗板上滑移。

芯轴底部是空气弹簧的安装底座。

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。

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，而芯轴又是整个空气弹簧的支撑体。

橡胶气囊在空气弹簧中起着主要的减振作用，其内部的气压压强随着垂向载荷的增大而加大。而随着气压压强的变化，橡胶气囊的囊皮也会不断产生胀缩变形，而这种长期反复的胀缩变形，尤其是过载状况下因道路不平顺和高速运行产生的垂向过载冲击引起的胀缩变形，会使橡胶囊皮产生疲劳而降低弹性，严重影响到列车减震效果，进而降低橡胶气囊的使用寿命。

而对于制作橡胶堆的橡胶体，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作为支撑橡胶气囊的橡胶堆时，由于受到长期的重压和垂向冲击，橡胶堆也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，也就使得空气弹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，将启动设置的差压补气装置，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，又反过来更加增大了橡胶囊皮所受的胀压力，更容易使其疲劳老化。

此外，橡胶气囊在高压下长期反复遭受过载冲击，一个直接的威胁是会使得橡胶囊皮本身和橡胶囊皮与上盖板、金属外套的结合部容易爆裂而引发运行故障。

围绕上述问题，本公司展开了一系列研究。同时，通过检索了解本领域的相关研究状况，目前尚未发现有专门针对上述问题的研究，而本公司则认为，有效解决因过载冲击增加橡胶气囊气压问题，对于为列车长期保持良好的减振效果和延长空气弹簧使用寿命有着十分重要的意义。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：在不影响空气弹簧水平刚度的前提下，如何为橡胶气囊分担垂向载荷，至少降低过载冲击下的气压压强，以长期保持空气弹簧良好的减振性能和延长其 使用寿命。

针对上述问题，本发明提出的技术方案是：

一种为列车空气弹簧橡胶气囊分担垂向载荷的方法， 是使空气弹簧承接车厢压力的上盖板至少在受到垂向过载冲击下降时能够受到向上的、由弱变强的磁斥力，以减小下橡胶气囊内的气压压强。

进一步地，是在上盖板上和上盖板的下方分别设置上磁体和下磁体，使上磁体和下磁体相邻端的极性相同而产生斥力。

进一步地，使安装上磁体的上盖板相对于下磁体能够沿水平方向自由滑移。

进一步地，是将下磁体设置在辅助簧的橡胶堆上，至少在上盖板遭遇垂向过载冲击时使冲击力的一部分通过上磁体与下磁体之间形成的斥力直接作用在辅助簧的橡胶堆上。

进一步地，是将下磁体设置在芯轴上，至少在上盖板遭遇垂向过载冲击时使冲击力的一部分通过上磁体与下磁体之间形成的斥力直接作用在芯轴上。

进一步地，是将下磁体安装在磨耗板下的支撑板上。

进一步地，所述上磁体和下磁体分别为上永磁铁和下永磁铁；或，上磁体和下磁体分别为上电磁铁和下电磁铁。

进一步地，当上磁体和下磁体分别为上电磁铁和下电磁铁时，设置获取上盖板与磨耗板之间间距信息并将该信息转化为电控指令的感应控制系统，控制上电磁铁和下电磁铁只有在上盖板与磨耗板之间间距压缩至过载间距范围时才通电生磁。

进一步地，在下磁体与芯轴之间设置可垂向伸缩的压簧，使下磁体受到变化的斥力时能够改变垂向高度。

进一步地，所述上磁体和下磁体分别为上永磁铁和下永磁铁；限定压簧的最大刚度，使上盖板和下永磁铁及其安装件始终与上盖板之间具有间隙；使下永磁铁的上端面的高度高于磨耗板的高度。

有益效果：本发明利用磁斥力为空气弹簧的橡胶气囊分担施加在橡胶气囊上盖板上的载荷和载荷冲击，至少在过载和遭遇过载冲击时，能够减轻橡胶气囊承受的压力和垂向冲击力，使橡胶气囊内气压压强峰值远低于传统橡胶气囊内气压压强峰值，橡胶气囊囊皮不会承受极限胀压力，有效避免或延缓橡胶囊皮疲劳，由此获得：

1、使橡胶气囊长期保持良好的弹性，进而使空气弹簧能够长期保持良好的支撑和减振性能；

2、能够使橡胶气囊避免高压爆裂。

附图说明

图1为实施例一空气弹簧的剖视示意图；

图2为实施例二空气弹簧的剖视示意图；

图3为实施例三空气弹簧的剖视示意图；

图4为实施例四空气弹簧的剖视示意图；

图5为实施例五空气弹簧的剖视示意图。

图中：1、橡胶气囊；101、上盖板；102、 囊皮；2、橡胶堆；201、支撑板；202、磨耗板；203、金属外套；3、上磁体；301、上电磁铁；302、上永磁铁；4、下磁体；401、下电磁铁；402、下永磁铁；5、芯轴；6、压簧；7、传感器。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明做进一步的描述：

如图1所示，为便于解释本申请，我们将列车车厢空气弹簧上盖板101承受的载荷分为一定重压以下的正常载荷和超过一定重压以上的过载载荷。以下将正常载荷简称为常载，将过载载荷简称为过载。进一步地，列车在常载状况下运行因道路不平顺使上盖板101遭遇的垂向冲击称为常载冲击，列车在过载状况下运行因道路不平顺使上盖板101遭遇的垂向冲击称为过载冲击，将上盖板101遭遇的最大过载冲击称为极限载荷冲击。

实施例一

如图1所示，一种为列车空气弹簧橡胶气囊分担垂向载荷的方法， 是使空气弹簧承接车厢压力的上盖板101至少在受到垂向过载冲击下降时能够受到向上的、由弱变强的磁斥力，以减小过载荷冲击时橡胶气囊1内气压的极限压强。这样，就能够在上盖板101处于过载状况遭遇过载冲击时受到的压力由磁斥力分担一部分，减小橡胶气囊1承受的压力，进而降低过载冲击时橡胶气囊1内气压压强的升降幅度，不仅大幅降低橡胶气囊1的囊皮102所遭受的胀压力，还能降低囊皮102所受胀压力的变化幅度，从而能够长久保持橡胶气囊1的良好弹性，并降低橡胶气囊1突然爆裂的风险。

这里所说的减小过载冲击时橡胶气囊1内气压压强的升幅，是指产生磁斥力的两个磁体越接近斥力越大，也就是随着上盖板101下降受到的向上的磁斥力由弱迅速变强，为橡胶气囊1分担的压力也迅速加大，避免橡胶气囊1被大幅压缩，能够阻止橡胶气囊1内的气压压强呈线性上升，这将在下面进一步的实施方式中得到体现。

这里所述的使空气弹簧承接车厢压力的上盖板101至少在受到垂向过载冲击下降时能够受到向上的、由弱变强的磁斥力是指：上盖板101还可以在常载状况下和过载状况下也能够受到向上的磁斥力；上盖板101在受到常载冲击下降时也可以受到向上的、由弱变强的磁斥力。

上述方法是在上盖板101上和上盖板101的下方分别设置上磁体3和下磁体4，使上磁体3和下磁体4相邻端的极性相同而产生斥力，所述使上磁体3和下磁体4相邻端的极性相同是指上磁体3和下磁体4相邻端的极性同为N极或同为S极。

在实施上述方法时，必须考虑不能影响空气弹簧沿水平方向的刚度，因此设计安装上磁体3的上盖板101相对于下磁体4能够沿水平方向自由滑移。作为优选，是使上盖板101与下磁体4及安装下磁体4的安装件之间始终具有间隙。

如上方法，是将下磁体4设置在辅助簧的橡胶堆2上，至少在上盖板101遭遇垂向过载冲击时使冲击力的一部分通过上磁体3与下磁体4之间形成的斥力直接作用在辅助簧的橡胶堆2上，以减轻橡胶气囊承受的压力。具体是将下磁体4安装在磨耗板202下的支撑板201上，而支撑板201则是固定在橡胶堆2金属外套203的顶端。

作为选项的一种，本实施例的上磁体3和下磁体4均制作为电磁铁，分别为上电磁铁301和下电磁铁401。具体做法是设置获取上盖板101与磨耗板202之间间距信息并将该信息转化为电控指令的感应控制系统，控制上电磁铁301和下电磁铁401只有在上盖板101与磨耗板202之间间距压缩至过载间距范围时才通电生磁。感应控制系统包括传感器7。这样设置就是不需要在常载状况下通电，以节约用电。使用电磁铁的优点是能够获得所需要的磁场强度，可以在遭遇极限载荷冲击时获得足够大的磁斥力。

实施本方法，是在常载状况下，无需给上电磁铁301和下电磁铁401通电，而在过载状况下，上盖板101会下降到设定高度，在此高度时感应控制系统会向上电磁铁301和下电磁铁401通电，使上电磁铁301和下电磁铁401之间形成磁斥力，为橡胶气囊1分担过载状况下车厢施加的重压压力。当列车行驶在不平顺道路，上盖板101遭遇垂向过载冲击使上盖板101继续下沉时，上电磁铁301和下电磁铁401会更加接近而获得越来越强的磁斥力，进而为橡胶气囊1分担远大于过载状况下车厢重压压力的过载冲击力。这样分担的压力和冲击力都作用在橡胶堆2上，从而获得长久保持橡胶气囊1良好弹性、降低橡胶气囊1突然爆裂风险的效果。

实施例二

如图2所示，与实施例一的不同之处在于，本实施例的上磁体3和下磁体4均自作为永磁铁，分别为上永磁铁302和下永磁铁402。使用永磁铁作为上磁体3和下磁体4，能够免除对电的依赖，且结构简单，而更有意义的是在空载和常载状况下也能够为橡胶气囊1分担载荷。

实施例三

如图3所示，与实施例一的不同之处在于：是将下磁体4设置在芯轴5上，至少在上盖板101遭遇垂向过载冲击时使冲击力的一部分通过上磁体3与下磁体4之间形成的斥力直接作用在芯轴5上。上磁体3和下磁体4分别为上永磁铁302和下永磁铁402，也可以为上电磁铁301和下电磁铁401。这样设置的优点是不仅为橡胶气囊分担垂向载荷，还能够为橡胶堆2分担垂向载荷，延缓橡胶堆2的蠕变进程，更有利于实现本发明的目的（解决的问题和获得的效果）。

实施例四

如图4所示，本实施例为实施例三的进一步措施，其是在下磁体4与芯轴5之间设置可垂向伸缩的压簧6，使下磁体4受到变化的斥力时能够改变垂向高度。与前实施例一、二、三中下磁体4硬受力相比，本实施例使下磁体4变成软受力，这样就能够结合橡胶气囊综合调节空气弹簧的垂向刚度，使空气弹簧的垂向刚度处于最佳状态。上磁体3和下磁体4可以是电磁铁，也可以是永磁铁。

实施例五

如图5所示，本实施例为实施例四的进一步措施，上磁体3和下磁体4分别为上永磁铁302和下永磁铁402；限定压簧6的最大刚度，使上盖板101和下永磁铁402及其安装件始终与上盖板101之间具有间隙；使下永磁铁402的上端面的高度高于磨耗板202的高度。这样，能够使下永磁铁402更贴近上永磁铁302，使磁场强度有限的上永磁铁302和下永磁铁402之间的斥力最大化。但上永磁铁302和下永磁铁402接近后，如果压簧6刚度过大而上永磁铁302和下永磁铁402磁场强度有限，则在上盖板101遭遇极限冲击时，上盖板101和下永磁铁402及其安装件将会触碰，影响橡胶气囊1的水平刚度。本实施例在不使用电磁铁的前提下能够依靠永磁体最大限度获得磁斥力，且能够使空气弹簧的垂向刚度处于最佳状态。

以上涉及下电磁铁的实施例中，关于下电磁铁电源线的出线方式，图中未示出具体出线位置，其主要考虑在上盖板101开孔引出，也可以在金属外套203上开孔引出，但都需要在开孔引出处实施耐高压的密封。

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。