本发明涉及车辆减振技术领域，特别是一种适用于高寒环境的轨道交通用空气弹簧及车辆减振方法。
背景技术：
空气弹簧为利用空气的可压缩性而实现减振作用的一种弹簧装置。空气弹簧的减振性能主要受空气及橡胶的特性影响，而空气与橡胶都容易受温度影响，高寒低温环境会导致橡胶弹性降低，进而导致空气弹簧的变形能力下降以致空气弹簧的垂横向刚度大幅增大，使得空气弹簧的减振能力减弱而降低了车辆运行的平稳性及舒适性，严重时会影响列车的正常运行。
受低温环境影响，橡胶收缩较常温更大，且随着长时间的承载运用，橡胶永久变形增大，容易在空气弹簧密封配合部位发生空气泄露，同时管路密封在低温环境下故障率也会增大。在低温高寒环境下应用的空气弹簧对无气性能要求更高，需能保证列车无气状态下的安全运行，这就要求低温高寒环境下空簧泄气状态有较低的垂向刚度及横向刚度，以确保列车无气运营时的舒适性及安全性。
轨道交通车辆凭借其运载能力强、综合成本低的优势在全球范围内有广泛应用。空气弹簧凭借其承载能力强，自振频率稳定、变形能力强并通过配合控制装置可保持车体高度不变等优点，广泛应用于干线客车、动车组以及城轨地铁等轨道车辆上。高纬度地区冬季气候寒冷，现有的空气弹簧在该高寒地区应用时存在充气垂横向刚度大幅增加、无气垂横向刚度增加过大的缺陷，使得现有空气弹簧在高寒地区运用时会出现减振效果降低、列车舒适性降低、无气运行舒适性及安全性差等问题。
目前在国内轨道交通车辆上应用的空气弹簧主要有三种结构形式：一种是小曲囊式气囊配合叠层弹簧的结构，一种是大曲囊式气囊配合锥形弹簧的结构，还有一种是大曲囊式气囊配合锥形弹簧及叠层弹簧的组合结构。大曲囊式气囊具有较大的内容积，能提供较小的垂向和横向刚度，并且位移能力强，低温环境对其的性能影响较小曲囊式气囊稍小。叠层弹簧的垂向刚度较大，无法保证较好的无气运行舒适性及安全性；锥形弹簧垂向刚度非线性高，载荷小时垂向刚度小，载荷大时垂向刚度大，该种辅助弹簧结构横向刚度大，不能提供横向位移，也无法保证较好的无气运行舒适性及安全性；锥形弹簧及叠层弹簧的组合簧能够提供较低的垂向刚度和横向刚度，但锥形弹簧和叠层弹簧的每层橡胶厚度较薄，低温环境下锥形弹簧和叠层弹簧的垂横向刚度增大明显，也无法适应低温环境下无气运营的舒适性及安全性要求。
申请号为201420499038.3的中国实用新型专利公开了一种高寒动车组用空气弹簧，包括胶囊、上盖、扣环、下座和辅助橡胶弹簧，所述扣环设置在上盖的下表面，所述扣环的圆周内侧设有卡口，所述胶囊的上子口嵌装于扣环的卡口内。所述胶囊的下子口嵌装于下座的圆周外端，所述辅助橡胶弹簧设置在下座的下侧。所述上盖上设有进气口，所述胶囊上子口的上表面设有密封筋，所述密封筋为圆环形的凸起结构。下子口与下座之间的配合面为倾斜角度为50-80°的斜面。以上现有技术，不能在充气状态提供较低的垂横向刚度以及较大的水平位移和在无气状态下提供较低的垂向刚度的同时提供较小的横向刚度。
技术实现要素：
本发明目的在于提供一种适用于高寒环境的轨道交通用空气弹簧及车辆减振方法，在充气状态能提供较低的垂横向刚度以及较大的水平位移，在无气状态下，能提供较低的垂向刚度，同时提供较小的横向刚度；在低温高寒环境下，空气弹簧也可以提供较小的有气及无气垂横向刚度，能够满足低于-35℃的高寒低温环境下的运用要求。
本发明的技术方案是：一种适用于高寒环境的轨道交通用空气弹簧，包括上盖板、耐磨板、限位压板、气囊；所述气囊包括上子口和下子口，气囊的上子口与上盖板密封连接，耐磨板设置在气囊下面，限位压板设置在耐磨板下面；所述适用于高寒环境的轨道交通用空气弹簧还包括应急弹簧、沙漏弹簧；所述气囊下子口与沙漏弹簧密封连接，应急弹簧设置在耐磨板与沙漏弹簧之间。
所述上盖板下表面设有扣环，气囊的上子口通过螺钉一、扣环与上盖板密封紧固连接。
所述沙漏弹簧由沙漏弹簧顶板、沙漏弹簧橡胶、沙漏弹簧底板硫化而成，所述沙漏弹簧顶板位于沙漏弹簧橡胶上面，沙漏弹簧底板位于沙漏弹簧橡胶下面；限位压板位于沙漏弹簧上面，限位压板通过螺钉四与沙漏弹簧顶板固定连接；气囊下子口采用自密封的方式与沙漏弹簧顶板进行密封。
所述应急弹簧由应急弹簧顶板、应急弹簧橡胶、应急弹簧底板硫化而成，所述应急弹簧顶板位于应急弹簧橡胶上面，应急弹簧底板位于应急弹簧橡胶下面；应急弹簧底板与沙漏弹簧顶板通过螺钉二固定连接，耐磨板位于应急弹簧顶板上面，耐磨板与应急弹簧顶板通过螺钉三连接，限位压板通过螺钉四与沙漏弹簧顶板连接且与应急弹簧顶板贴合接触。
所述的适用于高寒环境的轨道交通用空气弹簧还包括设置在沙漏弹簧下面的底座；所述底座与沙漏弹簧底板之间通过螺钉五连接，底座的高度能被调节；沙漏弹簧橡胶内部为空腔，底座中部设置有使该空腔与外界相连通的通孔。
所述的适用于高寒环境的轨道交通用空气弹簧还包括设置在上盖板上表面的橡胶垫。
一种适用于高寒环境的车辆减振方法，采用大曲囊式气囊结构配合辅助弹簧并在大曲囊式气囊结构和辅助弹簧之间设置应急弹簧的方式，组合成空气弹簧系统进行减振；在气囊充气状态下，空气弹簧系统的垂向、横向刚度及垂向、横向位移由气囊串联沙漏弹簧提供；在气囊泄气状态下，垂向减振作用由应急弹簧串联沙漏弹簧实现。
所述的适用于高寒环境的车辆减振方法，采用上述的适用于高寒环境的轨道交通用空气弹簧进行减振；辅助弹簧采用沙漏弹簧；
在气囊泄气状态下，当垂向载荷增大至预定值时，耐磨板与限位压板达到同一水平高度，限位压板开始起到垂向止挡的作用，载荷继续增大的垂向位移仅由沙漏弹簧提供；由于限位压板的横向限制，应急弹簧不参与提供横向减振作用及横向位移，气囊泄气状态下的横向减振作用及横向位移仅由沙漏弹簧提供。
通过调整底座高度来调节控制沙漏弹簧的垂向向下位移量。
本发明是一种能适用于低温高寒环境的轨道交通车辆用空气弹簧，本发明提出的新型空气弹簧结构形式，采用大曲囊式气囊配合沙漏弹簧的空气弹簧结构形式，沙漏弹簧橡胶层较厚、自由型面长，能提供较小的充气垂横向刚度以及较大的水平位移，该结构形式也能降低充气状态下低温环境对气囊及辅助簧的性能影响。同时在空气弹簧内部设置带垂向预加载的应急弹簧，以降低空气弹簧无气垂向刚度并保证无气横向刚度，有利于改善列车无气运行的舒适性及安全性，能够满足温度低于-35℃的高寒低温环境下的运用要求。
与现有技术相比，本发明的优点如下：1.能提供较小的充气及无气垂横向刚度和较大的横向位移，能满足-50℃高寒低温环境下有气及无气运行的舒适性及安全性要求；2.空气弹簧系统结构简单，安装空间灵活可调；3.系统变位能力强，稳定性好；4.车辆运行舒适性及安全性高。
附图说明
图1是本发明适用于高寒环境的轨道交通用空气弹簧的剖面结构示意图。
附图标记说明：橡胶垫1、上盖板2、扣环3、耐磨板4、应急弹簧5、气囊6、沙漏弹簧7、底座8、限位压板9、沙漏弹簧顶板10、沙漏弹簧橡胶11、沙漏弹簧底板12、应急弹簧顶板13、应急弹簧橡胶14、应急弹簧底板15、螺钉一16、螺钉二17、螺钉三18、螺钉四19、螺钉五20。
具体实施方式
图1非限制性地给出了本发明的一个具体实施例的示意图，下面将结合附图对本发明做进一步描述。
由图1可见，本发明为一种内部带应急弹簧的大曲囊式气囊结构配合辅助弹簧（采用沙漏弹簧）的空气弹簧结构，主要由橡胶垫1、上盖板2、扣环3、耐磨板4；应急弹簧5、气囊6、沙漏弹簧7、底座8；以及限位压板9组成空气弹簧系统（即适用于高寒环境的轨道交通用空气弹簧）。其中沙漏弹簧7由沙漏弹簧顶板10、沙漏弹簧橡胶11、沙漏弹簧底板12硫化而成，应急弹簧5由应急弹簧顶板13、应急弹簧橡胶14、应急弹簧底板15硫化而成。
气囊6的上子口通过扣环及16～24个螺钉一16与上盖板紧固密封连接，气囊6下子口采用自密封的方式与沙漏弹簧顶板10进行密封。应急弹簧5设置在空气弹簧系统内部，应急弹簧底板15与沙漏弹簧顶板10之间通过螺钉二17连接，应急弹簧顶板13为耐磨板4提供安装接口，耐磨板4与应急弹簧顶板13间通过螺钉三18连接。限位压板9位于沙漏弹簧7上面，其与沙漏弹簧顶板10通过螺钉四19连接的同时与应急弹簧顶板13接触，使应急弹簧5始终处于受压缩状态。上盖板2上表面设置橡胶垫1，上盖板2配合橡胶垫1与车辆车体（图中未表示）相连接。底座8设置在沙漏弹簧7下面，底座与沙漏弹簧底板之间通过螺钉五20相连，底座8和车辆转向架（图中未表示）相连。
空气弹簧系统在充气状态下，由气囊6和沙漏弹簧7串联共同实现垂向及横向减振作用并提供垂向、横向位移；在泄气状态下，上盖板2与耐磨板4接触，将垂向载荷通过耐磨板4传递至应急弹簧5进而再传递至沙漏弹簧7，即应急弹簧5与沙漏弹簧7共同承担无气垂向减振作用及位移，但泄气状态下横向作用由于限位压板9的限制，横向载荷将通过应急弹簧顶板13传递至限位压板9进而传递至沙漏弹簧7，即泄气状态下将仅有沙漏弹簧7承担横向减振作用及位移。
本发明中气囊结构采用大曲囊式气囊结构形式，辅助弹簧采用沙漏弹簧结构形式，能提供较小的常温及低温充气垂横向刚度并有较大的水平位移能力。适用于高寒环境的轨道交通用空气弹簧内部设置带垂向预加载的应急弹簧，限位压板9与应急弹簧顶板13贴合并使应急弹簧5始终处于受压缩状态。在充气状态下，空气弹簧系统的垂横向刚度及垂横向位移由气囊6串联沙漏弹簧7提供，应急弹簧5不提供垂横向作用。在泄气状态下，应急弹簧5发挥垂向减振作用，即无气垂向减振作用由应急弹簧5串联沙漏弹簧7实现，应急弹簧5能方便沙漏弹簧7为调试空气弹簧系统的垂横向刚度而调整沙漏弹簧7的垂横向刚度，能使沙漏弹簧7在一定程度上不受空气弹簧系统泄气垂横向刚度技术要求的限制。在泄气状态下，应急弹簧5由于限位压板9的垂向限制，当垂向载荷增大至一定程度时，耐磨板4与限位压板9达到同一水平高度，限位压板9开始起到垂向止挡的作用，载荷继续增大的垂向位移将仅由沙漏弹簧7提供，这从一定程度上避免了车辆的垂向高度下降量过大。在泄气状态下，应急弹簧5由于限位压板9的横向限制，应急弹簧5不参与提供横向作用，无气横向作用仅由沙漏弹簧7提供。
上盖板2上方设置橡胶垫1，以提升空气弹簧系统的气密性。在沙漏弹簧7下方设置底座8，底座8与沙漏弹簧底板12之间通过螺钉五20连接，不同车辆如所需的空气弹簧安装空间高度要求不同则可以通过调整底座8高度来实现。可以通过调整底座8中间部位的凸出高度以调节控制沙漏弹簧7的垂向向下位移量，以起到限制车体无气最大下沉量的作用。底座8中部设置通孔，以便于沙漏弹簧7橡胶空腔体积变化时的空气流通排出。
上述结构中，也可以取消橡胶垫、取消底座或者将底座设计成平板结构。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围之内。