液压衬套和轨道列车的制作方法

本申请要求享有于2016年12月2日提交的名称为“液压衬套和轨道列车”的中国专利申请CN201611095592.5和2016年12月2日提交的名称为“一种液压衬套”的中国专利申请CN201611096400.2的优先权，该申请的全部内容通过引用并入本文中。

技术领域

本实用新型涉及轨道列车领域，特别是涉及一种液压衬套，其可用于轨道列车上。

背景技术：

轨道列车的运行可简单地分为两种状态，第一种是直行状态，第二种是弯道行驶状态。在现有技术中，通常借助于橡胶转臂将车轮与转向架相连，以使得在直行状态中，列车沿着铁轨快速稳定地行驶；在弯道行驶状态中，列车能沿着轨道顺畅转向。

为了使在直行状态中列车能稳定运行，通常将橡胶转臂构造为具有较大的刚度值。但是，这种具有较大刚度的橡胶转臂会导致在弯道行驶状态中，车轮和轨道的严重磨损，从而增加了列车的运营成本。

技术实现要素：

针对上述问题，本实用新型提出了一种液压衬套。在将本实用新型的液压衬套用到轨道列车上之后，不但可保证列车在直行状态中稳定前行，而且可以减小在弯道行驶状态中车轮和轨道的磨损。本实用新型还提出了一种轨道列车，其使用了本实用新型的液压衬套。

根据本实用新型第一方面的液压衬套包括：芯轴，套设在芯轴外侧的套筒，在芯轴和套筒之间的间隙内填充有第一橡胶体，在套筒的外表面上构造有凹槽，以及外套，其压紧套设在套筒外侧，在第一橡胶体上径向相对地构造有用于容纳液体的两个液腔，凹槽与外套围成流道，两个液腔通过流道连通。

在列车中，液压衬套的芯轴与轨道列车的转向架相连，外套与轨道列车的车轮的定位臂相连，液压衬套通常设置为一个液腔处于前方(以列车运行方向为参考)，一个处于后方。在列车弯道行驶时，车轮发生转向并驱动定位臂运动，进而使芯轴和外套发生相对运动，由此实现与芯轴相连的转向架的转向以及实现车体的转体。在此过程中，芯轴和外套的相对运动使得处于前方的液腔被挤压，而处于后方的液腔被扩大，由此前方的液腔内的部分液体会经流道流入到后方的液腔内，以顺应芯轴和外套的相对运动和车轮的转向。从整体上看，在列车弯道行驶期间，根据本实用新型的液压衬套具有比现有技术中的橡胶转臂更大的柔性，以使得车轮能够顺畅地转向，从而减小车轮和轨道的磨损。在列车直行状态中，液腔和流道内的液体几乎保持不动，这使得液压衬套的刚度相对于现有技术中的橡胶转臂的刚度没有明显变化，从而使列车保持稳定运行。

在一个实施例中，液腔轴向贯穿地形成在第一橡胶体上，在芯轴上在套筒的两侧分别套设有密封组件，密封组件与套筒和第一橡胶体的相应轴向端部密封接触。这样，相对于非贯穿式形成在橡胶体内的液腔而言，这种实施例中的液腔的容积更大，使得液压衬套具有更大的柔性，以减小列车弯道行驶时车轮和轨道的磨损。

在一个实施例中，凹槽的长度在1m到4m之间。凹槽的横截面为正方形(这里，正方形并不能按照其数学含义来理解，而是在其拐角处具有适当的倒角)。优选地，凹槽的横截面积在4mm²到25mm²之间。凹槽(或流道)具有尖锐的棱角，在这些棱角处液体的湍流程度会提高，从而增加液体在凹槽(或流道)内的流动阻力。在列车运行中，流动阻力有助于消耗掉列车运行产生的震动能量，由此进一步改善车里的稳定运行。

在一个实施例中，液腔的等效活塞面积在1000mm²到10000mm²之间。意外发现，当以上述方式构造凹槽和液腔时，在轨道列车弯道行驶时，液压衬套表现出比现有技术中的橡胶转臂更大的柔性；在轨道列车直行时，液压衬套表现出与现有技术中的橡胶转臂接近的刚度。

在一个实施例中，套筒由尼龙-66制成。这样套筒可通过注塑快速成型，降低了生产成本。另外，尼龙-66也具有一定的弹性，便于套筒和外套之间的压紧配合。应理解的是，根据需要，套筒也可以由其他刚性材料制成，例如钢材。

在一个实施例中，密封组件包括刚性的支撑环和刚性的垫片，支撑环和垫片通过第二橡胶体连接在一起。根据这种结构，由于支撑环与垫片通过第二橡胶体相连，这使得外套和芯轴能够发生相对运动，从而使车轮顺利转向。此外，第二橡胶体能够吸收外套相对于芯轴运动的部分能量，从而对列车的左右晃动起到缓冲作用。

在一个实施例中，垫片与外套压紧式接合。这就使得外套、密封组件和芯轴非常紧密地配合在一起，这样在列车行驶时，第二橡胶体能充分发挥其缓冲作用。

在一个实施例中，垫片处于密封组件的轴向外侧，在垫片和芯轴之间存在有第一让位空间。通过形成第一让位空间，在轨道列车弯道行驶期间，垫片可在外套和芯轴的相对运动带来的径向向里的挤压力下朝向芯轴运动(即，进入到第一让位空间内)，这更加有助于使车轮顺利转向并减小车轮和轨道的磨损。

在另一个实施例中，支撑环的顶端与外套间隔开以形成第二让位空间。这样，在轨道列车弯道行驶期间，刚性的支撑环不会阻挡外套和芯轴之间的相对运动，从而有助于外套相对于芯轴顺畅地运动，从而使车轮顺利转向并减小车轮和轨道的磨损。

在一个实施例中，第一橡胶体的两个轴向端部分别形成为环形槽，在每个环形槽内偏离液腔的轴向端部地构造有轴向的配合体，密封组件与配合体和套筒密封接触，使得环形槽形成分别与两个液腔连通的两个辅助液腔。通过形成辅助液腔，增加了液压衬套内的液体的量，从而增大了对液压衬套的外套和芯轴之间的相对运动调节范围，进而进一步减小在列车弯道行驶时车轮和轨道的磨损。

在一个优选的实施例中，在第一橡胶体的轴向第一端部处，流道与第一液腔的辅助液腔连通；在第一橡胶体的轴向第二端部处，流道与第二液腔的辅助液腔连通。

根据本实用新型的第二方面的轨道列车，其包括根据上文所述的液压衬套，液压衬套的芯轴与轨道列车的转向架相连，液压衬套的外套与轨道列车的车轮的定位臂相连，两个液腔以前后方式设置。通过在轨道列车上安装本实用新型的液压衬套，不但使得在列车弯道行驶期间，车轮能够顺畅地转向从而减小车轮和轨道的磨损，而且在列车直行期间为列车提供较大的刚度，使得列车保持稳定运行。

与现有技术相比，本实用新型的优点在于：本实用新型的液压衬套构造有第一橡胶体、液腔和流道。在列车弯道行驶时，液腔和流道不但能够使车轮能够顺畅地转向从而减小车轮和轨道的磨损，而且在列车直行期间为列车提供较大的刚度，使得列车保持稳定运行。

附图说明

在下文中将基于实施例并参考附图来对本实用新型进行更详细的描述。其中：

图1示意性地显示了本实用新型的一个实施例的液压衬套在轨道列车中的安装位置；

图2是显示了根据本实用新型的一个实施例的液压衬套的立体图；

图3是图2的A-A剖视图；

图4是图2的B-B剖视图；

图5是图2的C-C剖视图；

图6是显示了图2所示的除去了外套和密封组件的液压衬套的立体图；

图7是图6的左视图；

图8是图7的F-F剖视图；

图9是显示了图2所示的液压衬套的芯轴的立体图；

图10是显示了图2所示的液压衬套的套筒的主视图；

图11是显示了图10所示的套筒的轴向剖视图；

图12是显示了图2所示的液压衬套的外套的立体图；

图13是显示了图2所示的液压衬套的密封组件的立体图；

图14是图13的D-D剖面图；

图15是图13的E-E剖面图；

图16是显示了本实用新型的另一个实施例的液压衬套(除去了密封组件和外套)的结构图；

图17示意性地显示了液腔另一个实施例；

图18示意性地显示了液腔再另一个实施例；以及

图19是示意性地显示了图16所示的液压衬套的结构的爆炸图。

在附图中，相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型作进一步说明。

图1示意性地显示了根据本实用新型的一个实施例的液压衬套1在轨道列车中安装位置100。如图1所示，轨道列车包括转向架11和车轮12。车轮12包括有定位臂13。液压衬套1同时与转向架11和车轮12相连。具体连接方式见下文描述。在轨道列车直行期间，液压衬套1具有较大的刚度，以有助于列车稳定地前行；在轨道列车弯道行驶期间，液压衬套1具有较大的柔性，以有助于车轮12顺畅地转向，从而减轻车轮12和轨道的磨损。

图2、3、4和5显示了液压衬套1的一个实施例。如图2-5所示，液压衬套1包括芯轴20、套设在芯轴20外侧的套筒47和压紧套设在套筒47外侧的外套22。芯轴20的两端与转向架11相连，外套22与定位臂13相连，这种连接方式是本领域的技术人员熟知的，这里不再赘述。

在芯轴20和套筒47之间的间隙内填充有第一橡胶体40。在第一橡胶体40上径向相对地构造有用于容纳液体的两个液腔41。在套筒47的外表面上构造有凹槽42。在外套22上构造有与凹槽42连通的注液孔29。在装配状态中，凹槽42与外套22一起围成了用于液体流动的流道，并且该流道42的两端分别与两个液腔41连通，以使得液体能在两个液腔41内来回流动。

在轨道列车弯道行驶期间，车轮12的运动会驱使芯轴20和外套22发生相对运动，此时，处于前方的液腔411会被挤压，处于后方的液腔412会扩张。这样，液腔411内的液体会经流道42流入到液腔412内，以使得液压衬套1顺应车轮12的转向。与现有技术中的橡胶转臂相比，这种结构的液压衬套1具有较大的柔性，从而减小车轮12和轨道的磨损。在轨道列车快速直行期间，液腔41和流道42内的液体几乎保持不动，这使得，液压衬套1的刚度与现有技术中的橡胶转臂相比没有明显变化，从而使列车保持稳定运行。

液压衬套1可通过下面方式来生产：将芯轴20、套筒47设置在适当的模具内，然后注入液态的第一橡胶体40。待液态的第一橡胶体40冷却凝固后，脱模，就形成了图6所示的液压衬套1的状态。然后，再将外套22压装在套筒47上即可。液腔41借助于模具形成，这样，可根据需要任意调节液腔41的形状和尺寸。液腔41形成在第一橡胶体40内，即其的底壁50和顶壁51均是第一橡胶体40。

在一个实施例中，液腔41以轴向贯穿的方式形成在第一橡胶体40上，如图8所示。在这种情况下，为了形成封闭的液腔41，在芯轴20的两个端部段91、92上分别安装了密封组件43。如图4所示，两个密封组件43分别封住了液腔41的轴向端部81，这样就形成了封闭的液腔41。应理解的是，液腔41也可以以其他形式形成在第一橡胶体40上。例如，如图17所示，液腔41的一个轴向端部由第一橡胶体40封闭，另一个轴向端部由密封组件43封闭。还如图18所示，液腔41完全封闭式地形成在第一橡胶体40上。应理解的是，在图17和18所示的实施例中，仍然在芯轴20的两个端部段91、92上分别安装了密封组件43，以根据需要起到密封和支撑作用。

在一个实施例中，液腔41在沿周向上延伸。液腔41的中部53的宽度W1小于边缘54的宽度W2。这样，当外套22和芯轴20相对运动到极限位置(即，液腔41的底壁50与顶壁51接触)时，在液腔41的边缘54处仍然有液体存在。在外套22和芯轴20相对运动离开该极限位置后，液腔41会快速恢复，防止液压衬套1被破坏。

在一个优选的实施例中，液腔41的两个周向边缘54分别形成为径向向里膨大的储液室，处于两个边缘部分54之间的中部53部分形成连通室。根据这种结构，即使连通室53被挤压而完全消失，储液室54内仍然存有液体，从而液腔41能快速恢复。此外，储液室54径向向里膨大(如图5所示)，这样可将液腔41构造为距离套筒47更近，这样当轨道列车弯道行驶时，在液腔41和外套22之间几乎不存在第一橡胶体40的缓冲作用。这样，液腔41内的压力对外套22和芯轴20相对运动的响应更加灵敏，从而使液压衬套1能更灵敏地顺应车轮12的转向并减小车轮12和轨道的磨损。

芯轴20是预成型件，图9显示了芯轴20的第一实施例，其为台阶轴的形式。如图9所示，芯轴20包括中部段90和两个端部段91、92，中部段90的直径大于端部段91、92的直径。优选地，端部段91、92的直径相等。第一橡胶体40形成在中部段90上。优选地，套筒47和外套22的轴向长度与中部段90的轴向长度相匹配。

在一个实施例中，芯轴20的中部段90具有径向向外凸出的弧形表面93，如图3、4和9所示。在一个实施例中，弧形表面93的中心区域96的半径为40mm，弧形表面93的边缘区域97的半径为39mm。应理解的是，可以根据要求构造具有其他半径的弧形表面93。从整体上看，中部段90大体呈中部向外鼓起的木桶形状。弧形表面93可防止在芯轴20上产生应力集中，从而防止液压衬套1被破坏。另外，弧形表面93也有助于实现上文所述的液腔41的中部53处的宽度小于边缘54处的宽度。

套筒47是大体筒状的预制件。图10显示了套筒47的一个实施例。如图10和11所示，在套筒47的外表面上可通过机加工的方式预先形成凹槽42，这样，可根据需要任意调节凹槽42的长度和形状。

外套22是大体筒状的预制件，图12显示了外套22的一个实施例。如图2和12所示，外套22包括主体1201和两个轴向端部处的径向向里的翻边1202。翻边1202在轴向上压紧了密封组件43，以保持密封组件43密封封住液腔41的端部81。在安装外套22时，可首先将以直筒形式将外套22安装到套筒47上，然后通过翻边机形成翻边1202。翻边机是本领域的技术人员熟知的，这里不再赘述。

密封组件43可以是单独制备的部件，图13显示了密封组件43的一个例子。具体来说，如图14和15所示，密封组件43包括刚性的支撑环1400和刚性的垫片1401，支撑环1400和垫片1401通过第二橡胶体1402连接在一起。在液压衬套1中，密封组件43通过支撑环1400与芯轴20的台阶94接触而定位，垫片1401与外套22压紧式接合，密封组件43的内表面1403(由第二橡胶体1402形成)与套筒47的轴向端部以及第一橡胶体40的轴向端部27密封式接触，以密封液腔41的轴向端部81。为了使内表面1403与套筒47的轴向端部更好地密封接触，密封组件43还包括第二垫片1404，第二垫片1404在径向上压紧外套22并且在轴向上压紧套筒47的轴向端部。

第二橡胶体1402用于实现在列车弯道行驶时发生的外套22相对于芯轴20的径向运动。例如，在列车弯道行驶时，由于垫片1401与支撑环1400之间的为弹性的第二橡胶体1402，因此垫片1401会被推动径向向里运动，从而实现外套22和芯轴20的相对运动，并且使液腔41变形。应理解的是，在具有第二垫片1404的情况下，第二垫片1404同样会被推动径向向里运动。

在一个实施例中，支撑环1400的顶端1406与外套22间隔开以形成第二让位空间201(如图4所示)。在处于密封组件43的轴向外侧的垫片1401和芯轴20之间存在有第一让位空间1405(如图15所示)。更优选地，第一让位空间1405正对着液腔41。在列车弯道行驶期间，第二让位空间201可防止支撑环1400妨碍外套22和芯轴20的相对运动；第一让位空间1405更有利于垫片1401径向向里地运动。

返回到图6，第一橡胶体40的两个轴向端部27分别形成为环形槽23。在每个环形槽23内以偏离液腔41的轴向端部81地构造有轴向的配合体24。再如图13所示，密封组件43具有与配合体24相匹配的密封体1300。在将密封组件43装配到芯轴20上之后，密封体1300与配合体24密封接触，这样就将环形槽23分成了两个辅助液腔28。两个辅助液腔28分别与两个液腔41连通。这种结构带来了以下有益效果：辅助液腔28增加了液压衬套1内的液体的量，从而增大了对液压衬套1的外套22和芯轴20之间的相对运动的调节范围，进而进一步减小在列车弯道行驶1期间车轮12和轨道的磨损。在一个优选的实施例中，配合体24是轴向向里的凹陷，密封体1300是轴向向外的凸起(如图3和15所示)。配合体24和密封体1300的嵌入式配合有助于提高密封效果。

返回到图2，在密封组件43的外表面上构造有安装指示块200，以确保将具有密封组件43的液压衬套1正确地安装到列车上。

可根据实际要求构造凹槽42(即，流道42)和液腔41的结构，以将液压衬套1的力学性质调节到适应轨道列车的直行和弯道行驶。例如，凹槽42的长度为1米到4米。凹槽42的横截面为矩形，其横截面积在4mm²到25mm²之间。液腔41的等效活塞面积在1000mm²到10000mm²之间。芯轴20、外套22、支撑环1400和垫片1401都是钢制品或其他类型的刚性的金属制品。套筒47由尼龙-66制成。

在一个具体的实施例中，液压衬套1可构造为：流道42为螺旋形，其长度为3418mm。流道42的横截面为正方形，其边长为3mm(面积为9mm²)。液腔41的等效活塞面积为7383mm²。在另一个具体的实施例中，液压衬套1可构造为：流道42为螺旋形，其长度为3300mm。流道42的横截面为长方形，其长度为3mm，宽度为2.5mm(面积为7.5mm²)。液腔41的等效活塞面积为7428mm²。

图16显示了液压衬套1的第二实施例。如图16所示，在第二实施例中，芯轴1600包括具有两个端部段1604和中部段1602的柱状主体1601和能拆装地安装在中部段1602上的环形体1603。环形体1603具有弧形的径向向外凸出的表面1800。这样，在将环形体1603安装到芯轴1600上之后，环形体1603与图2所示的芯轴20的中部段90的形状和作用几乎完全相同。在一个实施例中，柱状主体1601可以为圆柱形，也可以为台阶轴。例如，中部段1602的直径大于两个端部段1604的直径，这样便于安装密封组件43。

从整体上看，液压衬套1的第二实施例与第一实施例的结构基本相同，两者的区别在于：在第二实施例中，芯轴1600的环形体1603和柱状主体1601是两个独立制造的部件，即芯轴1600包括两个独立制造的部件。然而，在第一实施例中，芯轴20是一个完整的整体。液压衬套1的第二实施例带来的以下有益效果：在液压衬套1的生产过程中，可首先将套筒47、第一橡胶体40和环形体1603配合到一起形成装配体1700(如图19所示)，然后再将装配体1700、外套22、密封组件43(如果有的话)与柱状主体1601装配到一起以形成液压衬套1。这样，根据液压衬套1的第二实施例，仅需要操作尺寸较小的环形体1603(例如其长度仅在50mm到100mm之间)来生产装配体1700，然后再简单地将装配体1700安装到柱状主体1601上，而无需始终操作柱状主体1601(或芯轴20)。由此，根据液压衬套1的第二实施例就降低了液压衬套1的生产难度并且降低了生产费用。

虽然已经参考优选实施例对本实用新型进行了描述，但在不脱离本实用新型的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本实用新型并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。