本发明涉及铰接车辆技术领域，尤其涉及一种球铰，具有高抗扭性特点；还涉及一种铰接系统，在铰接系统的前后架与车厢之间均连接有球铰，为车辆提供自由度，以及前后架之间连接有液压系统，以保证车辆行驶安全和提升乘客舒适度。
背景技术：
铰接客车，是由铰接装置相连接且互相连通、乘客可在其间走动的两个刚性车厢体所组成的客车，其具有容量大、载客量高的特点。
目前的铰接系统，其球铰由于自身结构的特性，使用寿命较短，影响车厢与铰接系统的连接稳定性，而且通常铰接系统在前车或者后车布置球铰，无法满足两节或多节双轴铰接客车使用，仅适应前中置或者后置车辆的需求，而且有的系统缺少阻尼控制，导致车辆在行驶中安全性不足，同时也降低了乘客的舒适度。
技术实现要素：
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种球铰，通过对球铰的内部结构进行设计，来提升抗冲击能力和延长使用寿命；且还提供了一种铰接系统，其在前架和后架同时配置球铰和阻尼系统，以提升车辆的安全性。
本发明的技术方案如下：
球铰，包括与芯轴相套接的内圈，在芯轴与外圈之间设有橡胶层，橡胶层与外圈硫化粘结，内圈与外圈均为金属层，橡胶层用于起到缓冲减振的作用；在外圈上开设有相对设置的开槽，槽的深度方向往橡胶层的中心方向延伸，底面延伸至靠近内圈，在橡胶层内形成相对设置的缓冲区，当芯轴在进行俯仰运动或者扭摆时，会对橡胶产生挤压变形，橡胶受到形变后会将作用力传递至缓冲区，并能够将作用力通过开孔向外部释放。
一种优选的技术方案，槽延伸至橡胶层后进行扩展，然后平行向两侧延伸，形成与内圈同心的弧形区，通过利用弧形区能够吸收一部分冲击，并将作用力向缓冲区向槽的方向逐步传递。
进一步改进的技术方案，在橡胶层的中心还设有中空区，中空区呈弧形结构，与内圈同心，通过利用所述中空区，能够辅助所述弧形区进行吸能减振，即在受到不同方向的作用力后，通过利用中空区能够配合弧形区吸收一部分冲击，在保证具有所需要的角度时，不会导致橡胶过分变形，有助于降低强度。
在前述技术方案基础上的进一步改进的方案，至少在所述弧形区或者所述中空区的一端或者两端设有吸能区，吸能区的孔径大于中空区的端面高度，通过利用所述吸能区能够对初始的冲击进行扩展吸收，降低对中空区或者弧形区的冲击，通过能够将冲击力疏散至中空区或者弧形区，中空区吸收的冲击达到饱和时，冲击会转移至弧形区内，并最终通过与弧形区相接通的开孔排出。
我们还提供了一种铰接系统，包括前架、后架和转盘轴承，转盘轴承能够连接前架和后架，并使前架和后架能够相对转动，在前架的前端和后架的后端分别连接有前述的球铰，车体通过支架与芯轴相紧固，前架与车体或者后架与车体之间能够分别形成3个自由度，即垂直方向的俯仰角，水平方向的扭转角和摇摆角，以更好地适应工况，保护转盘轴承；在所述后架的后端具有一个连接架，球铰安装于该连接架上，连接架的两端分别连接有液压缸，液压缸的另一端分别与前架相连接，位于转盘轴承的两侧，利用液压缸能够提供阻尼，保证车辆行驶的安全性，同时能够提升乘客的舒适度。
作为一种进一步改进的技术方案，在所述前架上设有凸耳，凸耳分布于转盘轴承的两侧，凸耳上开设有通孔；在所述连接架的两端分别设有连接板，连接板上开设有通孔，通过利用通孔，能够将凸耳与液压缸相连接。
作为一种优选的技术方案，位于所述前架的同一侧的凸耳沿垂直方向成对分布，能够将液压缸的一端布置在转盘轴承的侧部，方便进行伸缩，而且不会干涉。
作为一种进一步改进的技术方案，位于连接架同一侧的连接板从垂直方向成对分布，其中在后架的左右两侧具有凹槽，凹槽的深度大于液压缸的缸径，当液压缸收缩到最小时，恰好容置在该凹槽内，而且顶部不会与前架或者转盘轴承出现碰撞。
在前述技术方案基础上的改进方案，在所述前架或者后架上设有空腔，空腔相对于铰接系统的中心线呈左右对称分布，利用空腔能够起到减重的目的，同时能够保持左右平衡。
作为一种优选的技术方案，在所述前架和所述后架的端部分别连接有处于同一直线的3个球铰，其中，中间的球铰与转盘轴承的中心处于同一直线上，中间的球铰能够形成对两侧球铰的辅助，确保受力平衡。
有益效果：本发明通过设置一种球铰，利用缓冲区能够承受俯仰、扭转和摇摆方向的冲击，具有较强的抗冲击性能；我们还提供了一种铰接系统，其在前架和后架上均配置有该球铰，利用该球铰能够提高连接的可靠性，且还配置了液压缸，以保证车辆行驶的安全，提升乘客的舒适度。
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为本发明实施例所公开的铰接系统的整体结构示意图；
图2为本发明实施例所公开的前架的结构示意图；
图3为本发明实施例所公开的后架的结构示意图；
图4为本发明实施例所公开的第一种球铰的结构示意图；
图5为本发明实施例所公开的第二种球铰的结构示意图；
图6为本发明实施例在图4基础上改进的球铰的结构示意图；
图7为本发明实施例在图4基础上改进的球铰的结构示意图；
图8为本发明实施例在图6基础上优化的球铰的结构示意图；
图9为本发明实施例在图7基础上优化的球铰的结构示意图。
图中数字和字母所表示的相应部件名称：
1、前架；2、后架；21、凹槽；3、转盘轴承；4、球铰；41、芯轴；42、内圈；43、橡胶层；44、外圈；45、槽；46、弧形区；47、中空区；48、吸能区；5、液压缸；6、凸耳；7、连接架；8、空腔。
具体实施方式
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详细描述。
一种用于无轨客车的铰接系统，结合图1至图3，包括前架1、后架2和转盘轴承3，其中，所述前架1与前车厢相连接，所述后架2与后车厢相连接，转盘轴承3连接于前架1与后架2之间，使车辆在行进过程中，前架1与后架2能够随着车辆的运动进行相对的转动。
图1示出了铰接系统的整体结构示意图，其中，在前架1的端部连接有球铰4，结合图2，分别为左球铰4、中球铰4和右球铰4，在前车厢上对应连接有支架，通过芯轴41穿过球铰4，与支架相连接；结合图3，在后架2的端部也连接有球铰4，与前架1上的球铰4的位置相对应，也分别装有左球铰4、中球铰4和右球铰4，在后车厢上对应连接有支架，通过芯轴41穿过球铰4，与支架相连接。
车辆在行进过程中，前架1和后架2之间由于连接有转盘轴承3，转盘轴承3能够使前架1与后架2相对转动，而前架1与前车厢通过球铰4相连接，后架2与后车厢通过球铰4相连接，因此，对于铰接系统而言，其前架1与前车厢之间利用球铰4能够产生三个方向的自由度，分别为竖直方向的俯仰运动，水平方向的扭转运动和摇摆运动；同样地，后架2与后车厢之间利用球铰4也能够产生三个方向的自由度，分别为来自竖直方向的俯仰运动，来自水平方向的扭转运动和摇摆运动。
通过利用三个球铰4能够实现保证前架1受力均匀，使前架1与前车厢稳定连接，减轻负荷，增强连接强度。
图4示出了球铰的一种剖面结构，本实施例所采用的球铰4包括内圈42、橡胶层43和外圈44，内圈42和外圈44均为金属层，橡胶层43通过硫化的方式与外圈44相贴合；在外圈44上开设有槽45，槽45的位置相对，例如，在外圈44的顶部和底部均开设槽45，槽45穿过外圈44进入至橡胶层43内部，其底端接近所述内圈42的外径，即开孔的长度不超过外圈44与橡胶层43的厚度。
如前述所描述的那样，在车辆行进过程中，球铰4会承受俯仰、扭曲和摆动，在实际工况中，当车辆由水平路段开始进行爬坡时，前车厢与后车厢之间会形成一个夹角，此时，球铰4需要承受来自俯仰运动的冲击，通过在橡胶层43上进行开槽45，能够在橡胶层43本身进行吸收冲击的过程中，槽45配合橡胶层43能够进一步吸能，并且能够防止橡胶受到瞬时冲击时受到过分挤压变形，导致其缩短使用寿命。
同样的道理，当车辆经过斜坡时，球铰4会承受来自扭转运动的冲击，橡胶层43会向一侧挤压，此时通过利用槽45，能够为橡胶层43在受到挤压时提供更大的自由空间，槽45能够释放压力，同时也能够减轻橡胶层43受冲击的强度，有效防护橡胶层43。
当车辆经过颠簸路面时，由于车辆左右晃动，会使球铰4受到来自摇摆运动的冲击，橡胶层43会被频繁的向中部挤压，通过利用槽45能够使橡胶层43释放冲击，扩大缓冲空间，防止过早老化。
图5示出了进一步改进的球铰的剖面结构示意图，在该图中，球铰4的结构与图4相似，包括内圈42，橡胶层43和外圈44，所述内圈42和所述外圈44为金属层，我们从外圈44向橡胶层43方向开槽45，将槽45开至橡胶层43后，沿着橡胶层43的弧线，向两侧扩展，通过利用弧形区46能够吸收一部分冲击，并将作用力向缓冲区向槽45的方向逐步传递。
图6示出了在图4基础上改进的球铰的剖面结构示意图，图7示出了在图5基础上改进的球铰的剖面结构示意图，其中，在结合图4和图5的基础上，在橡胶层43的中心还设有中空区47，所形成的中空区47的呈弧形结构，与内圈42同心，通过利用所述中空区47，能够辅助所述弧形区46进行吸能减振，即在受到不同方向的作用力后，通过利用中空区47能够配合弧形区46吸收一部分冲击，在保证具有所需要的角度时，不会导致橡胶过分变形，有助于降低强度。
图8示出了在图6基础上更优改进的球铰的剖面结构示意图，图9示出了在图7的基础上优化改进的球铰的剖面结构示意图，即，至少在所述弧形区46或者所述中空区47的一端或者两端设有吸能区48，吸能区48的孔径大于中空区47的端面高度，通过利用所述吸能区48能够对初始的冲击进行扩展吸收，降低对中空区47或者弧形区46的冲击，通过能够将冲击力疏散至中空区47或者弧形区46，中空区47吸收的冲击达到饱和时，冲击会转移至弧形区46内，并最终通过与弧形区46相接通的槽45排出。
在实际工况中，与前述所述的工况类似，当受到俯仰、扭转和摇摆方向的冲击时，通过利用吸能区48能够进行吸能减振，利用弧形区46也能够达到吸能减振，尤其是吸能区48能够对弧形区46进行保护，同时，中空区47能够对弧形区46进行辅助，且中空区47还能够收到吸能区48的保护，逐步疏散冲击力，通过以上技术方案，能够使球铰4内部形成多级释放压力的渠道，有效保护球铰4，提升连接的稳定性。
另外，在后架2的后端具有一个连接架7，将球铰4安装于该连接架7上，连接架7的两端分别连接有液压缸5，液压缸5的另一端分别与前架1相连接，其连接位置为，在所述前架1上设有凸耳6，凸耳6分布于转盘轴承3的两侧，凸耳6上开设有通孔。
其采用这样的方式进行连接，在所述连接架7的两端分别设有连接板，连接板上开设有通孔，通过利用通孔，能够将凸耳6与液压缸5相连接，连接后的液压缸5端部位于转盘轴承3的两侧，利用液压缸5能够提供阻尼，保证车辆行驶的安全性，同时能够提升乘客的舒适度。
尤其是将位于所述前架1的同一侧的凸耳6沿垂直方向成对分布，能够将液压缸5的一端布置在转盘轴承3的侧部，方便进行伸缩，能够在保证液压缸5具有足够的伸缩距离的前提下，不会与转盘轴承3或者前架1出现碰撞，也就是说，通过在前架1上设置一个特定的空间，能够用于稳定地连接液压缸5，并且能够保证运动过程中不会与转盘轴承3和前架1出现干涉。
另外，为了保证液压缸5在运动过程中不会与后架2出现干涉，将位于连接架7同一侧的连接板从垂直方向成对分布，其中在后架2的左右两侧具有凹槽21，凹槽21的深度大于液压缸5的缸径，当液压缸5收缩到最小时，恰好容置在该凹槽21内，而且顶部不会与前架1或者转盘轴承3出现碰撞。
作为优选，参照图1，在所述前架1或者后架2上设有空腔8，空腔8相对于铰接系统的中心线呈左右对称分布，而且，所述空腔是沿着长度方向形成条状结构的空腔，通过利用空腔8能够起到减重的目的，同时能够保持左右平衡。
通过以上技术方案，本发明所提供的一种用于无轨客车的铰接系统，其抗冲击性能佳，能够满足各种工况的需求，确保车厢之间连接稳定；通过在球铰4的基础上设置与其能够配合使用的液压缸5，为车辆行驶提供阻尼，提高安全性。
以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。