空气弹簧和车辆的制作方法

本发明涉及减振技术领域，具体涉及一种空气弹簧和车辆。

背景技术：

空气弹簧是减振部件，用于列车、汽车等领域，以减轻车辆行驶过程中的振动，保证列车运行的平稳性，提高乘坐的舒适感。

以列车用空气弹簧为例，空气弹簧是安装于轨道车辆车体和转向架之间最主要的二系悬挂系统，其通过内部充入压缩空气、利用空气的可压缩性实现弹性的橡胶弹簧，并通过自身的变形承担车体和转向架之间的相对位移，同时提供承载力及各向刚度。

现有技术中空气弹簧的主要结构形式如图1，一般由上盖1、弹性气囊2、固定座3、辅助橡胶堆601和底座5等组成。将空气弹簧安装到车体与转向架之间时，空气弹簧上进气柱和车体相连接，下进气柱和转向架相连接，上下进气柱通过o形圈保证气体的密封，冲入压缩空气后使空气弹簧自身形成一个密封的气腔，进而利用气体的可压缩性与橡胶的弹性作用起到缓冲减振提高车辆平稳性的作用。

这种结构的空气弹簧优缺点如下，优点是，图1结构型式的空气弹簧在水平方向上的刚度近似于线性，因此装有上述结构形式空气弹簧的车辆低速通过弯道时，作用在车辆上的离心力较小，车体相对于转向架产生的偏移较小，由于该结构形式的空气弹簧横向方向上刚度近似线性的特性，车辆具有良好的舒适性。缺点是，参考图2，当车辆高速通过弯道时，此时作用在车体上的离心力较大，由于该结构形式的空气弹簧横向方向刚度线性的特点使其限制车体和转向架间相对偏移能力的不足，车体和转向架间产生过大的相对移动使车体发生倾斜，空气弹簧气囊2的横向偏移量为l，车辆出现较大的晃动，这降低了乘车的平稳性和安全性。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种可以有效抑制列车水平位移的空气弹簧，同时基于该空气弹簧，提供了一种轨道车辆。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

空气弹簧，包括：

第一支撑单元；

第二支撑单元，与第一支撑单元间隔设置；

弹性气囊，设置在第一支撑单元和第二支撑单元之间，形成第一气腔；

第三支撑单元，与第二支撑单元间隔设置，且位于相对远离第一支撑单元的一侧；

辅助支撑单元，环绕设置在第二支撑单元与第三支撑单元之间，形成第二气腔；

止动件，安装在第二气腔内，在空气弹簧发生水平位移时，辅助支撑单元与止动件接触，以限制空气弹簧的水平位移。

作为优选：所述止动件安装在第二支撑单元，和/或，第三支撑单元上。

作为优选：所述止动件安装在空气弹簧轴芯所在位置。

作为优选：所述第三支撑单元、止动件和第二支撑单元上均设置有贯通孔，所述止动件上的贯通孔与第二支撑单元上的贯通孔，和/或，第三支撑单元上的贯通孔相对，以连通第二气腔和第一气腔。

作为优选：所述辅助支撑单元包括向止动件方向延伸设置的止动件配合部，在空气弹簧发生水平位移时，止动件配合部与止动件接触，实现止动效果。

作为优选：所述辅助支撑单元包括橡胶堆，所述橡胶堆内设置有隔板，所述隔板向止动件的方向延伸，形成止动件配合部。

作为优选：所述橡胶堆内间隔设置有多块隔板；

若所述止动件安装在第二支撑单元上，在空气弹簧发生水平位移时，可与止动件接触的隔板中，最靠近第三支撑单元一侧的一块隔板向止动件的方向延伸；

若所述止动件安装在第三支撑单元上，在空气弹簧发生水平位移时，可与止动件接触的隔板中，最靠近第二支撑单元一侧的一块隔板向止动件的方向延伸。

作为优选，所述止动件第一方向的宽度大于与第一方向垂直的第二方向的宽度，且，所述空气弹簧安装后，所述第二方向与车辆行进的方向平行。

一种车辆，包括上述空气弹簧。

本发明提供的空气弹簧的有益效果在于：

本发明提供的空气弹簧，通过在列车第二支撑单元和第三支撑单元之间增加止动件，在列车发生水平偏移时，辅助支撑单元与止动件接触，限制辅助支撑单元的进一步偏移运动，使空气弹簧横向刚度具有线性和非线性的特点，通过辅助支撑单元与止动件之间的配合，限制空气弹簧的水平偏移，提高车辆低速通过弯道时的舒适性和高速通过弯道时的安全性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有技术空气弹簧结构示意图；

图2为现有技术空气弹簧水平偏移状态结构示意图；

图3为本发明止动件安装在第二支撑单元结构示意图；

图4为本发明止动件安装在第二支撑单元水平偏移状态结构示意图；

图5为本发明止动件安装在第二支撑单元水平偏移状态结构示意图；

图6为本发明止动件安装在第三支撑单元结构示意图；

图7为本发明止动件安装在第三支撑单元水平偏移状态结构示意图；

图8为本发明止动件安装在第三支撑单元水平偏移状态结构示意图；

图9为本发明止动件结构示意图；

图10为安装横向限位止动结构的空气弹簧和未安装横向限位止动结构的空气弹簧的横向载荷示意图；

图11为具有止动作用的隔板结构示意图；

其中，图中各附图标记：

1-上盖，101-气柱；

2-弹性气囊，3-固定座，4-螺栓；

5-底座；

6-辅助支撑单元，601-橡胶堆，602-橡胶隔板；

7-止动件，701-贯通孔，702-螺栓孔；

8-第一气腔，9-第二气腔；10-横向限位空气弹簧载荷曲线，11-横向非限位空气弹簧载荷曲线。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

需要说明的是，当元件被称为“设置在”，“连接”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。

需要理解的是，术语“上”、“下”、“竖直”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

需要说明的是，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，不用于暗指相对重要性。

本发明提供了一种用于车辆的空气弹簧，用于车辆的减振。本发明提供的空气弹簧增加了水平偏移限位结构，可以在车辆转弯时，限制空气弹簧的偏移运动，保证车辆运行安全性和乘坐的舒适性。

空气弹簧的结构包括：

第一支撑单元；

第二支撑单元，与第一支撑单元间隔设置；

弹性气囊2，设置在第一支撑单元和第二支撑单元之间，形成第一气腔8；

第三支撑单元，与第二支撑单元间隔设置，且位于相对远离第一支撑单元的一侧；即，第一支撑单元、第二支撑单元和第三支撑单元朝一个方向顺次设置；

辅助支撑单元，环绕设置在第二支撑单元与第三支撑单元之间，形成第二气腔9；

止动件7，安装在第二气腔内，在空气弹簧发生水平位移时，辅助支撑单元6与止动件7接触，以限制空气弹簧的水平位移。

相对于轨道车辆用空气弹簧，第一支撑单元为靠近车体一侧的支撑单元，包括上盖1，上盖1上具有气柱101，气柱101可插入列车车体侧，用于空气弹簧车体侧的连通，第三支撑单元为靠近转向架一侧的支撑单元，包括底座5，底座5上具有安装柱501，安装柱501可插入转向架侧，用于空气弹簧转向架侧的连通。

第二支撑单元位于第一支撑单元和第三支撑单元之间，包括固定座3，弹性气囊2环绕安装在上盖1和固定座3的子口之间，形成一个气囊腔，即第一气腔6，关于弹性气囊2与上盖1和固定座3的安装结构，属于现有技术，此处不再赘述；固定座3和底座5之间进一步安装有辅助支撑单元6，通常，辅助支撑单元6采用的为弹性橡胶堆601，具有辅助减振作用，弹性橡胶堆601环绕底座5设置，与固定座3、底座5三者围城第二气囊腔8，辅助橡胶堆601上间隔设置有橡胶隔板602，形成一种多层橡胶堆结构。

在列车发生水平方向的偏移时，弹性气囊2发生偏移，带动辅助支撑单元6发生偏移。辅助支撑单元6偏移过程中，可与止动件7接触，止动件7产生止挡力，限制辅助支撑单元6的进一步偏移运动，进而限制空气弹簧的是水平偏移。

进一步提供几种止动件7的具体安装形式，下述几种结构，均可实现止动效果。

止动件7安装在第二支撑单元，和/或，第三支撑单元上，具体说明如下。

参考图3止动件7可以选择安装在第二支撑单元上，具体可安装在固定座3朝向第三支撑单元一侧的端面上。止动件7安装后，其朝向第三支撑单元一侧的端面与第三支撑单元之间存在间隙。

参考图6止动件7还可以选择安装在第三支撑单元上，具体可安装在底座5朝向第二支撑单元一侧的端面上，止动件7安装后，其朝向第二支撑单元一侧的端面与第二支撑单元之间存在间隙。

为了保证更好的止动效果，也可以选择在第二支撑单元和第三支撑单元上均安装止动件7。

空气弹簧是一个回转体，为了保证止动件7在双侧对称的止动效果，可将止动件7安装在空气弹簧轴芯所在位置。止动件7也为一个规则对称体，这种结构，在一个直线方向上，止动件7与两侧辅助橡胶堆601的距离相等，保证在进而可以实现双侧对称的止动效果。

对于下通风车辆，第三支撑单元的底座5、第二支撑单元的固定座3上均设置有贯通孔，连通第一气腔8和第二气腔9，以为空气弹簧充气。为了适应下通风车辆的需求，止动件7上也设置有贯通孔701。若止动件7安装在第二支撑单元的固定座3上，则止动件的贯通孔701与固定座3的贯通孔配合，保证第一气腔8和第二气腔9的连通；若止动件7安装在第三支撑单元的底座5上，则止动件的贯通孔701与底座5的贯通孔配合，保证第一气腔8和第二气腔9的连通。

参考图1和图2，现有技术中，橡胶隔板602内嵌在弹性橡胶堆601中，橡胶隔板602的宽度与弹性橡胶堆601的内径尺寸是相同的。这种结构与止动件7配合时，只有在车辆发生较大的水平偏移时，辅助支撑单元6才会与止动件7接触，在较小的水平偏移的情况下，止动件7不能产生效果，影响空气弹簧的水平止动性能。

为了解决以上问题，进一步对辅助支撑单元6的结构进行改进。

辅助支撑单元6包括向止动件方向延伸设置的止动件配合部，此处所述的延伸，是指止动件配合部相对辅助支撑单元6的纵向边界，向止动件7的方向凸出，在空气弹簧发生水平位移时，止动件配合部(凸出部)与止动件接触，实现止动效果，即水平移动的限制效果。

具体的说，橡胶堆601内的隔板602具有刚性，可以通过把橡胶堆601内的隔板602延长加工的方式，来形成止动件配合部。隔板602加长后，相对于橡胶堆601的内侧边界，向止动件7的方向凸出。

为了保证限位止动效果，需要隔板602可以顺利的与止动件7接触。通常，橡胶堆601内会间隔设置有多块隔板602，如果对每一刻隔板602都做加长处理，不但会增加橡胶堆硫化难度，也并不能达到最佳的移动限位效果。以止动件7安装在第二支撑单元，包括两块隔板602为例，如果对两块隔板602都进行加长处理，则在发生水平位移时，上侧的隔板602先与止动件7接触，但是上侧的隔板602只能对位于其上方的橡胶体产生限制效果，其下侧的橡胶堆601仍然会继续运动，并不能很好的限制车辆的水平偏移。进而，为了保证成本和产品的功能性，需要对与止动件7对应的隔板602做加长处理。

根据止动件7的具体安装位置，分如下情况：

止动件7安装在第二支撑单元的固定座3上，在空气弹簧发生水平位移时，可与止动件7接触的隔板601中，最靠近第三支撑单元一侧的一块隔板601向止动件的方向延伸；也可以理解为，在所有可与止动件7接触的隔板602中，最靠近隔板602底面的一个隔板602做加长处理。参考图3，在本实施例中，辅助支撑单元6包括两块隔板602，位于下方的一块隔板602更靠近第三支撑单元，在水平偏移时，可与止动件7接触，因此，将位于下方的一块隔板602做朝向止动件7方向的加长设计。相应的，位于上方的一块隔板602并不做加长处理。进一步说明，如果加长的这块隔板602的下方还有其他的隔板602，也不做加长设计。保证最下方的隔板602做加长处理，其余的隔板均不做加长处理。做加长处理的隔板602的结构参考图11。

若所述止动件7安装在第三支撑单元的底座5上，在空气弹簧发生水平位移时，可与止动件接触的隔板中，最靠近第二支撑单元一侧的一块隔板向止动件的方向延伸；参考图6，在本实施例中，辅助支撑单元6包括两块隔板602，位于上方的一块隔板602更靠近第二支撑单元，在水平偏移时，可与止动件7接触，因此，将位于上方的一块隔板602做朝向止动件7方向的加长设计。

车辆的水平偏移是多方向的，至少包括：车辆转弯方向的水平偏移(定位为横向，发生在列车换向和转弯等情况下)和车辆行进方向的水平偏移(定义为纵向，发生在列车加速、减速等情况下)。

但上述两种情况下，车辆在纵向设计有减振器，而横向无单独设计的减振器，由于纵向减振器的作用，车辆纵向具有较好的减振效果。横向无减振器，因此车辆横向减振效果不佳，特别是车辆过弯道时，如果轨道弯度过大，则横向水平偏移相应会较大，对偏移限位的要求高。为达到横向具有较好的减振效果，这就要求空气弹簧的水平限位结构，主要在列车转弯等情况下发生作用，限制车辆的横向水平偏移。

基于以上原理，进一步对止动件7的结构进行设计。

参考图9，止动件7的纵向截面呈梯形。第一方向的宽度大于与第一方向垂直的第二方向的宽度，且，所述空气弹簧安装后，第二方向与车辆行进的方向平行。具体说，以上第一方向对应前文所述的横向，第二方向，对应前文所述的纵向。横向方向上止动件7与辅助橡胶堆601的距离小于纵向方向上止动件7与辅助橡胶堆601的距离。

止动件7上设置有贯通孔701，适用于下充气型空气弹簧。止动件7上还设置有螺栓孔702，通过螺栓4与固定座3或底座5配合安装，参考图3至图5。除了可安装结构外，止动件7也可设计为与固定座3或底座5为一体化的结构，参考图6至图7。

以上空气弹簧可被应用于各种车辆，尤其是轨道车辆。

以下，将详述空气弹簧的工作原理。

为便于描述，在安装有上述空气弹簧的车辆沿轨道直线行驶的状态下，将车辆行驶的方向定义为纵线(水平面内前后方向)，在水平面内和上述纵向垂直的方向定义为横向(水平面内左右方向)。空气弹簧通过上盖1进气柱101和车体连通，通过橡胶堆底座5和车辆转向架连通。

以下阐述安装该限位型空气弹簧的车辆以不同速度过弯道时，空气弹簧的工作情况。车辆沿弯道低速行驶时，作用在车辆上的离心力较小，车体相对于转向架产生较小的相对偏移，空气弹簧产生相对较小的横向变形，此时空气弹簧的内部状态，如图4和图7所示。空气弹簧上盖1相对于橡胶堆601底座5产生相对位置的偏移，此时，偏移量为a，由于空气弹簧横向相对偏移量较小，止动件7和橡胶堆隔板602之间仍有空隙，止动件7尚未起到限制空气弹簧横向移动的作用，从而空气弹簧保持了使车辆低速通过弯道时具有良好的舒适性的特点。

当车辆高速通过弯道时，此时作用在车辆上的离心力变大，车体相对于转向架产生较大的相对移动，此时空气弹簧的内部状态，如图5和图8所示。由于较大的离心力作用在车辆上，车体和转向架间产生的相对移动使车体发生倾斜，空气弹簧止动件7相对于橡胶堆隔板602产生较大的偏移，偏移量为b，此时，做加长设计的隔板602与止动件7接触，止动件7的限制作用使橡胶堆601上两层橡胶体不再产生变形，偏移量b已经达到了空气弹簧最大横向偏移量，该偏移量b小于现有技术中空气弹簧的偏移量l，空气弹簧横向方向上的载荷呈现出非线性增加的特点，如图10所示，在止动效果发生后，横向限位空气弹簧载荷曲线10相比横向非限位空气弹簧载荷曲线11横向载荷性能加强，由于限位结构对橡胶堆601最底层橡胶体不产生限制作用，这样可避免了限位结构起限制作用时止动件7和下隔板产生较大的冲击接触。止动件7的限制作用使空气弹簧横向载荷非线性增加，限制了车体和转向架间的相对移动，使车辆高速通过弯道时具有良好的安全性。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。