CN108343703B - 一种用于液压衬套的刚度调节装置和液压衬套 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于液压衬套的刚度调节装置和液压衬套，刚度调节装置包括刚性的支撑环和套设在所述支撑环的外壁上的第二橡胶体，该装置应用在液压衬套上，以实现通过改变装置的刚度来调节液压衬套的刚度。

Description

一种用于液压衬套的刚度调节装置和液压衬套

技术领域

本发明涉及轨道列车技术领域，特别是涉及一种用于液压衬套的刚度调节装置和液压衬套。

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。

发明内容

针对上述问题的部分或全部，本发明提出了一种用于液压衬套的刚度调节装置和液压衬套。在将本发明的刚度调节装置应用到液压衬套上之后，可以大幅提高液压衬套的轴向刚度，以实现通过改变刚度调节装置的径向刚度来调整液压衬套的轴向刚度的目的。

根据本发明的一方面，提供一种用于液压衬套的刚度调节装置，包括：

刚性的支撑环，

套设在支撑环的外壁上的第二橡胶体。

在一个实施例中，从第一端到第二端的方向上，支撑环的截面积逐渐增大，且支撑环的外壁表面构造为锥面。

在一个实施例中，支撑环的锥度角构造为5到15度。

在一个实施例中，在第二橡胶体上轴向间隔式设置两个胶峰部，在两个胶峰部处分别设置与支撑环同轴的第一垫环和第二垫环，第二垫环位于第一垫环的第 二端，在轴向上，在第一垫环的第一端面上和外周面上包覆式设置有第二橡胶体。

在一个实施例中，在第一垫环的周壁的外侧的第二橡胶体上设置径向凸出的第一凸出部。

在一个实施例中，在第一垫环和第二垫环之间设置隔套，隔套的端面分别与第一垫环和第二垫环抵接。

在一个实施例中，在隔套上设置缺口以使得隔套能搭接在第二垫环的外周壁上。

在一个实施例中，在周向上，隔套为分体式结构。

在一个实施例中，隔套与处于隔套两端的胶峰部形成第一容纳空间。

根据本发明的另一方面，提供一种液压衬套，包括：

芯轴，芯轴具有第一台阶面以将芯轴构造为中间段直径大于两端部直径的阶梯轴，

套设在芯轴的中间段的外壁上的第一橡胶体，在第一橡胶体上设置有两个间隔式的液腔，

套设在第一橡胶体的外壁上的套筒，在套筒的外壁上设置有凹槽，

分别套设在芯轴的两端的上述的装置，装置的第一端临近芯轴的第一台阶面，

套设在套筒和装置的外侧的外套，外套与套筒在凹槽处形成用于连通两个液腔的流道。

与现有技术相比，本发明的优点在于：根据本发明的装置能应用在液压衬套上(套接在液压衬套的芯轴的两端)，由于其自身具有轴向的刚度较大，而径向上的刚度较小的优点，从而可以增加液压衬套的轴向刚度，并实现通过改变装置的刚度来调节液压衬套的刚度。

附图说明

在下文中将基于实施例并参考附图来对本发明进行更详细的描述。其中：

图1示意性地显示了根据本发明的一个实施例的液压衬套的轴向第一剖面图；

图2示意性地显示了根据本发明的一个实施例的液压衬套的轴向第二剖面图；

图3示意性地显示了根据本发明的一个实施例的液压衬套的径向剖面图；

图4示意性地显示了根据本发明的一个实施例的液压衬套的主簧的左视图；

图5为来自图4的A-A剖视图；

图6为来自图4的B-B剖视图；

图7显示了示意性地显示了根据本发明的一个实施例的液压衬套的刚度调节装置的左视图；

图8显示了示意性地显示了根据本发明的一个实施例的液压衬套的刚度调节装置的右视图；

图9为来自图8的C-C剖视图；

图10为来自图8的D-D剖视图；

图11示意性地显示了根据本发明的一个实施例的液压衬套的套筒的主视图；

图12示意性地显示了根据本发明的一个实施例的液压衬套的未压装外套的轴向剖面图；

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发明作进一步说明。

如图1-3所示，液压衬套1包括主簧100和筒状的外套200。如图4-6所示，主簧100具有芯轴101、第一橡胶体102和套筒103。第一橡胶体102套设在芯轴101的外壁上。在第一橡胶体102上设置两个液腔104。并且在第一橡胶体102的径向上，两个液腔104相对式间隔分布。套筒103套设在第一橡胶体102的外壁上。同时，在套筒103的壁上设置有凹槽110。其中，主簧100设置在外套200的内腔中，从而外套200与套筒103在凹槽110处形成第一流道105，以用于连通两个液腔104。

将该液压衬套1安装在轨道列车上时，其中，液压衬套1的芯轴101与轨道列车的转向架的构架连接，而外套200与车轮的定位臂连接，同时，使得两个液腔104在轨道列车的行进方向上前后相对设置，也就是，以列车运行方向为参考，一个液腔104位于前方，而另一个位于后方。轨道列车拐弯过程中，车轮发生转向并驱动定位臂运动，并促动外套200相对于芯轴101运动，然后与芯轴101相连的转向架的转向以及列车的弯道行驶。在此过程中，使得液压衬套1的一个液 腔104因受到挤压而变小，另一个液腔104受到拉伸而变大，因受到挤压而变小的液腔104内的液体能够通过第一流道105流入受到拉伸而变大的液腔104内，以顺应芯轴101和外套200的相对运动和转向。从而，在列车弯道行驶期间，根据本发明的液压衬套1比现有技术中的橡胶转臂等部件具有更大的柔性，以使得车轮能更顺畅地转向，从而减小车轮和轨道的磨损。在轨道列车直行状态中，液腔104受到的挤压力较小，液腔104和第一流道105内的液体几乎不流动。这使得液压衬套1的刚度相对于现有技术中的橡胶转臂等部件的刚度没有明显变化，能够使得列车保持稳定运行。由此，该液压衬套1具有很好的刚度调节能力，满足轨道列车更稳定地直行和更柔性地过弯的目的。

在一个实施例中，如图5所示，芯轴101具有第一台阶面107，以将芯轴101构造为中部段直径大于两端部直径的阶梯轴。第一橡胶体102设置在芯轴101的中间段。在一个优选的实施例中，芯轴101的中间段径向向外凸出，凸出部分的轮廓线为圆弧状。也就是，芯轴101的中间段构造为鼓型。第一橡胶体102套设在中间段上。并且，第一橡胶体102的内侧壁适应鼓型式的中间段与芯轴101连接，而第一橡胶体102的外侧壁的轮廓线在截面上为直线以与套筒103配合式连接。通过这种设置一方面，避免了芯轴101和第一橡胶体102接触处的应力集中，提高了液压衬套1的使用寿命。另一方面，提高了芯轴101相对于外套200的摆幅，增加了芯轴101的偏转角度，从而最终提高了轨道列车柔性过弯的能力。另外，在轴向上，如图5所示，第一橡胶体102的内侧壁未延伸到第一台阶面107处。也就是，第一橡胶体102的内侧壁距离第一台阶面107有一定的距离(例如1.5厘米)。这种设置方式有助于布设第二流道118(后文中会详细提及)。同时，在第一橡胶体102的内侧壁和第一台阶面107之间的芯轴101的表面上做喷砂处理，以保护芯轴101的表面，从而提高芯轴101的使用寿命。

由于芯轴101的中间段构造为鼓型结构，并且，在轴向上，液腔104与芯轴101之间的第一橡胶体102除了轴向端部之外各处厚度大体相同。从而，在轴向方向上，液腔104中部的宽度小于两端的宽度。通过这种设置能有效避免液腔104在轴向两端容易撕裂的问题，从而提高液压衬套1的使用寿命。另外，这种设置方式还提高了液腔104中的液体的反应灵敏度，从而增加了液压衬套1辅助列车柔性过弯的能力。

如图3所示，液腔104沿着第一橡胶体102的周向分布。也就是，在径向截 面上，液腔104呈弧状延伸。另外，在液腔104的径向靠近两端处分别设置使得液腔104的径向尺寸增大的液槽106。优选地，在径向，液槽106为向内凹式延伸。也就是，液腔104在液槽106处径向向内扩展。芯轴101相对应外套200运动时，非液槽106处的液腔104的径向相对的内侧壁接触，起到止档作用。尤其在过载的时候，可以通过非液槽106处的液腔104的内侧壁互相抵住而防止芯轴101相对应外套200过渡偏移，从而保证液压衬套1的使用安全性。同时，液腔104在液槽106处的径向尺寸较大，从而形成较大的让位空间，以使得液腔104的靠近芯轴101的内侧壁和靠近套筒103的内侧壁不容易被撕裂，从而提高了液压衬套1的使用寿命。

还有，在径向截面上，液腔104的各段光滑过渡，尤其是，液腔104的周向两端处构造为圆弧形状。通过这种设置有效改善了液腔104的应力集中问题，从而进一步地提高液压衬套1的使用寿命。

在一个实施例中，芯轴101、第一橡胶体102和套筒103通过硫化固定在一起，以形成主簧100，如图5和6所示。

根据本发明的另一个实施例，芯轴101可以构造为分体式结构。例如，如图6所示，芯轴101包括第一部分108和第二部分109。其中，第一部分108构造为阶梯轴。第二部分109构造为筒状并套设在第一部分108的外壁上。并且，为了加工方便，结构简单，第一部分108的外壁面和第二部分109的内壁面均构造为圆柱状面。而第二部分109的外壁面可以根据不同的需要而构造为圆柱状面或弓形弧状面。根据这种结构，在液压衬套1的生产过程中，可以单独生产第一部分108和第二部分109，然后仅将第二部分109、第一橡胶体102和套筒103配合到一起形成装配体，最后再将装配体与第一部分108装配起来以形成主簧100。由于芯轴101的尺寸往往较大(例如直径84毫米，长度226毫米)，而造成主簧100的生产很困难并且生产费用极高。然而，根据本实施例，在生产主簧100时并不需要操作整个芯轴101，而是仅需要操作第二部分109(例如，长度为70毫米)，这极大地降低了生产难度并且降低了生产费用。另外，通过硫化加工主簧100的过程中，由于芯轴101为分体式结构，故只对第二部分109、第一橡胶体102和套筒103硫化便可，从而可有效降低硫化加热时间，从而节约了硫化加工成本。同时，由于大幅减小了需要硫化的芯轴101的尺寸，从而能大幅提升主簧100的硫化效果，提高液压衬套1的使用寿命。

在套筒103的端面上设置有豁口111，以与凹槽110连通，如11所示。豁口111的一端与凹槽110连通，另一端与液腔104连通。优选地，在周向上，两个豁口111相差180度，这种设置方便了套筒103和液腔104的定位安装。凹槽110螺旋式设置在套筒103的外壁上。通过这种设置可以适当增加凹槽110的长度，并很方便地对第一流道105的长度进行调节，以满足设计需求。

进一步优选地，凹槽110的截面构造为矩形结构，其截面尺寸可以根据不同的需要进行设置。这种结构简单，易于实现。例如，凹槽110的截面可以构造为正方形，且其截面边长可以设置在2毫米到5毫米之间。需要说明的是，凹槽110的截面形状还可以构造为其它结构，例如，“V”形、梯形、“U”形或半圆形等。凹槽110的长度可以设置在2-5米之间。例如，第一流道105的长度设置为3.4米。需要说明的是，凹槽110的长度可以根据实际需要而设置为不同的尺寸。在套筒103的外壁上，凹槽110的螺旋升角可以为3到10度。

再如图1所示，在阶梯式芯轴101的两端分别套设刚度调节装置300，实现第一流道105和液腔104等液体通道的密封的同时，调节主簧100的刚度。

在一个实施例中，如图7-10所示，刚度调节装置300具有刚性的支撑环301和第二橡胶体302。支撑环301大体呈筒状，用于套接在芯轴101的外壁上。在第一端向第二端的方向上(图9中从左端向右端的方向上，在将刚度调节装置300安装到主簧100上后，第一端为轴向内端，为第二端为轴向外端)，支撑环301构造为截面积逐渐增大的锥型。第二橡胶体302套设在支撑环301的外侧。具体地，第二橡胶体302的第一端面与套筒103的轴向端面和芯轴101的第一台阶面107均接触，从而达到轴向密封第一流道105和液腔104的效果。优选地，支撑环301的锥度角(也就是，支撑环301的外壁与轴向方向的夹角)构造为5到15度。例如，支撑环301的锥度角为10度。

优选地，各液腔104为沿着轴向贯穿的通孔。同时，液压衬套1还包括配合体组件以在同一端面上密封式隔离两个液腔104。配合体组件具有设置在第二橡胶体302上的第一配合体305和设置在第一橡胶体102上的第二配合体112(由图4中可见)。第二配合体112构造为由第一橡胶体102的端面上凸出(通过图2可见)，同时，凸出的第二配合体112上具有内凹的容纳空间，以与弧状凸出的第一配合体305形成凹凸配合，从而增加密封效果。

通过设置刚度调节装置300不仅实现了液压衬套1内的液体第一流道105和 液腔104的密封，并避免液体在同一轴向端面内的液腔104上连通，保证液体是通过第一流道105从一个液腔104中传入另一个液腔104中。另外，该刚度调节装置300增加了液压衬套1的轴向刚度，实现液压衬套1的多方向刚度的匹配，从而满足客户的需要。从而，通过调整刚度调节装置300可以灵活调整液压衬套1的径向刚度和轴向刚度的比值，从而优化液压衬套1的使用性能。

在轴向由内到外的方向上，第二橡胶体302构造至少一个橡胶峰部，以与外套200过盈式配合。在一个具体的实施例中，第二橡胶体302上形成两个峰部，既第一橡胶峰部306和第二橡胶峰部308。其中，第一橡胶峰部306与外套200过盈式配合，以保证对于第一流道105的密封效果，防止液体通过第二橡胶体302和外套200之间的缝隙泄露出去。另外，由于支撑环301为楔形结构，在轴向向内推动支撑环301的过程中，第二橡胶体302径向更靠近外套200，从而达到更好的密封效果。

在轴向上，第二橡胶峰部308位于第一橡胶峰部306的第二端(图1中的外侧)并间隔式设置。并且，在第一橡胶峰部306和第二橡胶峰部308之间形成了第一让位空间309。在轨道列车过弯道的过程中，外套200相对于芯轴101运动，第二橡胶体302会受到挤压，而通过设置第一让位空间309降低了外套200所受到的运动阻力，使得外套200相对于芯轴101在一定幅度内运动更容易，从而提高了轨道列车柔性过弯的能力。

在第一橡胶峰部306处半包覆式设置第一垫环310。该第一垫环310为刚性环，并与支撑环301同轴式设置。同时，在轴向上，第一垫环310靠近套筒103并与套筒103的端面相对。在径向上，第一垫环310靠近外套200。通过设置第一垫环310保证了第二橡胶体302与外套200和套筒103的接触，进一步提升了刚度调节装置300的密封能力。优选地，在第一橡胶峰部306上与第一垫环310相对应的位置处设置径向向外凸出的第一凸出部311，如图9所示。该第一凸出部311更进一步地增加了刚度调节装置300的密封能力，而保证密封效果。

外套200包括外套主体201和延伸部202，如图1所示。其中，外套主体201构造为筒状，并套接在套筒103的外壁上，而延伸部202设置在外套主体201的轴向两端与外套主体201固定连接，且构造为圆环状而沿着轴向向内延伸。外套主体201和延伸部202为一体式构件，并通过压装工艺而与刚度调节装置300接触。延伸部202限定了第一橡胶体102、套筒103和刚度调节装置300等部件的 轴向位置，保证了刚度调节装置300与套筒103密贴，从而确保了密封效果。另外，在径向上，延伸部202的内壁距离支撑环301一定距离(例如，5到10毫米)。在外套200相对于芯轴101运动过程中，延伸部202与支撑环301之间的距离能够避免刚性的延伸部202抵接在刚性的支撑环301上，从而保证了液压衬套1的柔性过弯道的能力。

如图12所示，在生产过程中，在外套200上设置第二台阶面203，使得外套200的两端段的内径尺寸大于中间段的内径尺寸。也就是，外套200中间段处的壁厚大于两端段处的壁厚。延伸部202在两端段处通过压装而形成。这种设置使得压装操作变得容易。优选地，第二台阶面203构造为斜面，通过这种设置可以避免应力集中，保证液压衬套1的结构稳定性。

在第二橡胶峰部308内嵌入第二垫环313。第二垫环313为刚性环并与支撑环301同轴设置。在轴向上，第二垫环313与延伸部202密贴，以增加密封效果。

在第二橡胶体302的轴向内端面上设置第二突出部315，如图1所示。第二突出部315位于第二橡胶体302和芯轴101的第一台阶面107之间，以保证辅助液腔114的密封。

另外，在第二橡胶体302上，还设置有第二让位空间312，如图9所示。第二让位空间312设置在第二橡胶体302的轴向外端面上，并构造为内凹的环形槽。该第二让位空间312增加刚度调节装置300的径向变形能力，由此提高了液压衬套1的柔性过弯能力。

如图1所示，在第一垫环310和第二垫环313之间设置刚性的隔套314。在径向上，隔套314的一端面与第一垫环310抵接，而另一端面与第二垫环313抵接。在隔套314上设置缺口316，以使得隔套314的另一端能够搭接在第二垫环313的外周壁上。一方面，通过这种设置可以方便地定位隔套314。另一方面，在进行压边形成延伸部202的过程中，第二垫环313受轴向向内的力，通过隔套314可以将力传递到第一垫环310上，从而使得第二橡胶体302在轴向上压紧套筒103，提高了密封效果。

为了安装方便，优选地，在周向上，隔套314构造为分体式结构。例如，隔套314为两个半圆弧拼接而成。在组装过程中，两个半圆式的隔套314分别放入第一垫环310和第二垫环313之间的空间，再组成整圆。容易理解地是，此时，第一让位空间309其实是由第一垫环310、第二垫环313、第二橡胶体302和隔 套314组成。

如图1所示，在芯轴101上设置第二流道118，用于连通外界和液腔104。在一个具体的实施例中，第二流道118具有轴向延伸部分和径向延伸部分。径向延伸部分由第一橡胶体102的内侧壁和第一台阶面107之间的芯轴101穿出，以连通液腔104。这种设置方式结构简单，易于实现。在轴向延伸部分的开口端设置堵头205，以封堵第二流道118。

如图1所示，堵头205包括依次连接的端头206、连接段207、密封段208和配合段209。端头206用于在安装或拆卸过程中操作堵头205。连接段207用于与第二流道118固定连接，以限定堵头205的位置。例如，连接段207与第二流道118螺纹连接。密封段208上套设有密封圈210，以实现堵头206和第二流道118之间的密封。配合段209的外壁构造为锥面以与第二通道118锥面配合，以起到密封效果。为了提高密封效果，配合段209的锥面角(配合段209的外壁所形成的夹角)大于第二通道118的配合段的锥面角。例如，配合段209的锥面角为58度，而第二通道118的配合段的锥面角为57度。

第一橡胶体102的端面构造有沿周向分布的环形槽113，如图1所示。第一橡胶体102、第二橡胶体302、套筒103、芯轴101和第一配合305体在环形槽113处形成了辅助液腔114。该辅助液腔114设置在液腔104和第一流道105中间并与两者均连通，同时，该辅助液腔114设置在液腔104和第二流道118中间并与两者均连通。一方面，该辅助液腔114增加了液压衬套1的储液能力，提高了液压衬套1的刚度调整效果。另一方面，该辅助液腔114增加了液压衬套1的使用安全性，例如，即便在液腔104被封堵的情况下，液压衬套1内部的液体依然能流动。

主簧100通过压装的方式设置在外套200的内腔中。这种方式能保证第一流道105的密封。根据本发明，在未压装前，主簧100的外直径比外套200的内直径大1.5-2.3毫米。例如，外套200的内直径设计尺寸为

毫米，而主簧100的外直径为

毫米。通过这种设置既能保证主簧100被顺利地压入到外套200内，还能保证主簧100和外套200之间的密封。

在一个优选地实施例中，套筒103由金属材料例如Q345E制成。这种设置使得凹槽110比较容易加工，降低了加工成本。

对于本申请的说明书、摘要和权利要求书来说，应当注意的是，单数形式 “一”、“该”等也包括复数形式，除非另有明确说明。

虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明的范围的情况下，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。本发明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。

Claims (7)

1.一种用于液压衬套的刚度调节装置，其特征在于，包括：

刚性的支撑环，

套设在所述支撑环的外壁上的第二橡胶体，

从第一端到第二端的方向上，所述支撑环的截面积逐渐增大，且所述支撑环的外壁表面构造为锥面，

在所述第二橡胶体上轴向间隔式设置第一橡胶峰部和第二橡胶峰部，在第一橡胶峰部处设置第一垫环，在第二橡胶峰部处设置第二垫环，所述第二垫环位于所述第一垫环的第二端，在轴向上，在所述第一垫环的第一端面上和外周面上包覆式设置有所述第二橡胶体，

在所述第一垫环和所述第二垫环之间设置隔套，所述隔套的端面分别与所述第一垫环和所述第二垫环抵接。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述支撑环的锥度角构造为5到15度。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，在所述第一垫环的周壁的外侧的所述第二橡胶体上设置径向凸出的第一凸出部。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，在所述隔套上设置缺口以使所述隔套能搭接在所述第二垫环的外周壁上。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，在周向上，所述隔套为分体式结构。

6.根据权利要求1到5中任一项所述的装置，其特征在于，所述隔套与处于所述隔套两端的所述胶峰部形成第一容纳空间。

7.一种液压衬套，其特征在于，包括：

芯轴，所述芯轴具有第一台阶面以将所述芯轴构造为中间段直径大于两端部直径的阶梯轴，

套设在所述芯轴的中间段的外壁上的第一橡胶体，在所述第一橡胶体上设置有两个间隔式的液腔，

套设在所述第一橡胶体的外壁上的套筒，在所述套筒的外壁上设置有凹槽，

分别套设在所述芯轴的两端的根据权利要求1到6中任一项所述的装置，所述装置的第一端临近所述芯轴的所述第一台阶面，

套设在所述套筒和所述装置的外侧的外套，所述外套与所述套筒在所述凹槽处形成用于连通两个所述液腔的流道。

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