CN102165213B - 用于车辆的空气弹簧和用于车辆的铁路转向架 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种空气弹簧以获得即便在进行弯轨行驶时也具有良好舒适性的车辆。用于车辆的空气弹簧具有上面板、下面板、隔板、以及设置在下面板和下板之间的止动橡胶。空气弹簧设置有用于限制止动橡胶的偏移的机构，该机构具有设置在下板和下面板中任意一个上的第一限制部件和设置在下板和下面板中另一个上的第二限制部件。限制壁表面的形状形成为：在第一限制部件和第二限制部件之间的相对位置关系中，当第一或者第二限制部件自身偏移而使得第一或者第二限制部件以车辆的铁路转向架的铁路转向架轴线为中心描画圆弧时，位于左侧和右侧的第一限制部件和第二限制部件的之间的间隔彼此相等或者随着沿着圆弧的偏移量的增加而减小。

Description

用于车辆的空气弹簧和用于车辆的铁路转向架

技术领域

本发明涉及用于车辆的空气弹簧，具体地，涉及用于铁路车辆的铁路转向架和车体之间的空气弹簧，并且涉及用于车辆的铁路转向架，上述转向架设置有空气弹簧。 

背景技术

空气弹簧用作辅助弹簧，其是设置在铁路车辆的铁路转向架上的多个弹簧装置之一并且设置在铁路转向架和车体之间。例如，无承梁铁路转向架经常安装有具有将隔板和止动橡胶结合起来的结构的空气弹簧。该空气弹簧削弱车体的竖直振动。尽管具有前述结构的空气弹簧在竖直方向上具有非线性弹簧常数并且因此表现出优良的减震能力，但是该空气弹簧在水平方向上具有近于线性的弹簧常数，并且因此在防止铁路转向架和车体之间出现水平相对运动方面表现出较差的能力。结果，当希望车辆在不改变现有的铁路轨道的情况下做高速行驶时，在做弯轨行驶期间，倾斜不足会导致离心力超出预定极限，从而增加铁路转向架和车辆的底架之间的水平(向左和向右)相对移动量。人们已经认识到：水平相对移动量的增加会造成车辆大幅度摇摆以及底架与左右移动止动器的碰撞，从而降低了行驶车辆内的舒适性。 

为了解决此问题，特别是对于如在希望执行高速行驶的铁路车辆中的应用，采用如下的空气弹簧：其具有通过限制止动橡胶相对于车辆的左右移动所获得的非线性特性。在直轨行驶期间，前述空气弹簧用作具有将隔板和止动橡胶的特性结合起来所获得的弹簧常数的相对挠性弹簧。在弯轨行驶等期间，当产生超出预定量的左右偏移时，止动橡胶的变形受到限制，并且仅隔板作为弹簧起作用，从而空气弹簧具有大的弹簧常数。这种空气弹簧已经在例如专利文献1中公开。 

引用的文献 

专利文献1：已公开的日本专利3400551。 

发明内容

要解决的技术问题 

图1是显示专利文献1的空气弹簧的视图。图中各部分的名称根据本发明说明书中各部分的名称进行了改变。隔板6形成为被置于上面板5和下面板7之间。隔板的内部被施有气压，使得隔板用作弹簧。止动橡胶1为层叠的橡胶，并设置在下面板7和下板3之间，以用作另一个弹簧。层叠的橡胶具有下述结构：通过在上板4和下板3之间的位置设置板来层叠多个橡胶层2。固定至下板3的突出部件14和形成在止动凸缘13中的截面长孔13a构造成：如图1中的(b)所示，突出部件14插入在截面长孔13a内，其中，所述止动凸缘13固定在下面板7上。因此，通过使止动橡胶1在一个方向上与截面长孔的侧壁部分接触并且在另一个方向上与截面长孔的端部接触来限制止动橡胶1的偏移。 

上述结构可以在空气弹簧的左右偏移大时产生希望的非线性效应，而在空气弹簧的左右偏移小时无需增大整个空气弹簧的左右弹簧常数，即，无需损坏进行直轨行驶时的舒适性。结果，该结构有利于响应车辆在现有的铁道上的高速行驶。然而，当需要进一步提高铁路速度时，如果考虑在现有的铁道上进行高速行驶，则期望进一步提高行驶车辆内的舒适性。 

解决问题所采用的手段 

为了解决上述问题，本发明的发明人已经认真研究并发现上述传统止动部件结构的缺点。因此，做出了本发明。下面将具体地说明本发明。 

本发明提供一种用于车辆的空气弹簧，所述空气弹簧用于包括铁路转向架和车体的车辆内，并且被安装在所述铁路转向架和所述车体 之间，所述空气弹簧包括： 

隔板，其设置在下面板与连接至所述车体的上面板之间；以及 

止动橡胶，其设置在所述下面板与连接至所述铁路转向架的下板之间。 

所述空气弹簧还包括偏移限制机构，所述偏移限制机构包括： 

第一限制部件，其设置在所述下板和所述下面板中的任意一个上；以及 

第二限制部件，其设置在所述下板和所述下面板中的另一个上。在设置有所述空气弹簧的车辆沿着直轨行驶的状态下，当车辆的行驶方向定义为前后方向并且在水平平面内与所述前后方向垂直的方向定义为左右方向时： 

所述第一限制部件具有分别位于左方和右方的左外表面和右外表面，所述左外表面和所述右外表面远离所述第一限制部件的水平截面的中心， 

所述第二限制部件具有限制壁表面，所述限制壁表面分别位于所述第一限制部件的左侧和右侧并且分别面对所述第一限制部件的左外表面和右外表面，以及 

所述限制壁表面的形状形成为：在所述第一限制部件和所述第二限制部件之间的相对位置关系中，当所述第一限制部件或者所述第二限制部件自身偏移使得所述第一限制部件或所述第二限制部件以车辆的铁路转向架的铁路转向架轴线为中心描画圆弧时，所述第一限制部件的左外表面和所述第二限制部件的左侧限制壁表面之间的间隔与所述第一限制部件的右外表面和所述第二限制部件的右侧限制壁表面之间的间隔彼此相等(权利要求1)。 

根据本发明，分别设置在铁路转向架的左侧和右侧的一对空气弹簧可以构造成即便在弯轨行驶时也具有相同的弹簧特性。 

作为本发明的一个方面，本发明提供一种用于车辆的空气弹簧，所述空气弹簧用于包括铁路转向架和车体的车辆内，并且被安装在所述铁路转向架和所述车体之间，所述空气弹簧包括： 

隔板，其设置在下面板与连接至所述车体的上面板之间；以及 

止动橡胶，其设置在所述下面板与连接至所述铁路转向架的下板之间。 

所述空气弹簧还包括偏移限制机构，所述偏移限制机构包括： 

第一限制部件，其设置在所述下板和所述下面板中的任意一个上；以及 

第二限制部件，其设置在所述下板和所述下面板中的另一个上。在设置有所述空气弹簧的车辆沿着直轨行驶的状态下，当车辆的行驶方向定义为前后方向并且在水平平面内与所述前后方向垂直的方向定义为左右方向时： 

所述第一限制部件具有分别位于左方和右方的左外表面和右外表面，所述左外表面和所述右外表面远离所述第一限制部件的水平截面的中心， 

所述第二限制部件具有限制壁表面，所述限制壁表面分别位于所述第一限制部件的左侧和右侧并且分别面对所述第一限制部件的左外表面和右外表面，以及 

所述限制壁表面的形状形成为：在所述第一限制部件和所述第二限制部件之间的相对位置关系中，当所述第一限制部件或者所述第二限制部件自身偏移使得所述第一限制部件或所述第二限制部件以车辆的铁路转向架的铁路转向架轴线为中心描画圆弧时，随着沿着所述圆弧的偏移量的增加，所述第一限制部件的左外表面和所述第二限制部件的左侧限制壁表面之间的间隔以及所述第一限制部件的右外表面和所述第二限制部件的右侧限制壁表面之间的间隔减小(权利要求2)。 

在铁路转向架和车体沿左右方向偏移(摇摆)时，与限制部件之间的间隔较大的情形相比，当限制部件之间的间隔较窄时，止动橡胶被限制为偏移量较小，从而使空气弹簧整体呈刚性。本发明的空气弹簧以下述方式构造：当第一限制部件或第二限制部件自身偏移而使得第一限制部件或第二限制部件以车辆的铁路转向架的铁路转向架轴线为中心描画圆弧时，即，当车辆沿着弯轨行驶时，随着沿着所述圆弧的偏移量增加，第一限制部件的左外表面和第二限制部件的左侧 限制壁表面之间的间隔以及第一限制部件的右外表面和第二限制部件的右侧限制壁表面之间的间隔减小。因此，由于弯轨的曲率的增大趋于增大弹簧常数，所以即使在高速行驶时也可以提高车辆内的舒适性。 

优选地，所述限制壁表面的形状形成为：随着沿着所述圆弧的偏移量的增加，所述第一限制部件的左外表面和所述第二限制部件的左侧限制壁表面之间的间隔以及所述第一限制部件的右外表面和所述第二限制部件的右侧限制壁表面之间的间隔在保持量值彼此相等的同时减小(权利要求3)。 

当左侧和右侧的间隔彼此相等时，分别设置在车辆的左侧和右侧的一对空气弹簧可以构造成即便在弯轨行驶时也具有相同的弹簧特性。 

优选地，所述第一限制部件为具有实体圆柱形外表面的部件(权利要求4)。构成此结构的理由在于，易于使第一限制部件以与空气弹簧的中心轴线同心的方式形成，因此在设计上具有灵活性，并且该部件具有高强度，以及可以降低制造成本。 

此外，优选地，所述第二限制部件采用位于左侧和右侧的两个独立部分来形成。更具体地，优选地，该两个部分以如下方式固定：一个部分设置在第一限制部件的左侧和右侧中的任意一侧，并且另一个部分设置在另一侧。由于可单独地设计和制造壁表面，从而该设计具有灵活性并且可以降低制造成本。 

优选地，所述第二限制部件的限制壁表面均为形成如下圆弧的弯曲表面，所述圆弧的中心在所述第二限制部件的水平截面内位于所述铁路转向架轴线处，所述铁路转向架轴线为所述铁路转向架的旋转轴线(权利要求5)。当采用此结构时，第一限制部件以及第二限制部件的限制壁表面在中心位于铁路转向架轴线处的圆弧上进行相对偏移，从而可保持间隔恒定。 

尽管提供第二限制部件来抑制止动橡胶在左右方向上的偏移，但是不一定需要第二限制部件抑制前后方向上的偏移。即，采用如下结构：其中，空气弹簧不具有由壁表面或类似物组成的、用于限制所 述第一限制部件在前后方向上的偏移的机构(权利要求6)。允许在前后方向上自由移动的结构可以进一步实现针对前后摇摆的挠性特性。因此，不仅可以提高车辆内的舒适性，而且可以抑制在弯轨行驶时对车轮的侧压的增加，从而能够有助于提高安全性。 

此外，本发明提供一种用于车辆的铁路转向架，所述铁路转向架具有多个如上所述的用于车辆的空气弹簧(权利要求7)。采用本发明的空气弹簧作为铁路转向架的辅助弹簧即便在弯轨行驶时也可实现稳定和良好的振动限制性能，从而能够获得提高了舒适性的车辆。更具体地，该车辆的铁路转向架为如下的转向架：即，设置有被两个轴穿过的四个车轮，并且设置有在铁路转向架的前后方向上分别放置在两轴之间的位置处的两个空气弹簧，所述两个空气弹簧相对于铁路转向架的旋转轴线位于左右对称的位置处。在铁路转向架为无承梁(bolsterless)铁路转向架的情形下，更优选地采用本发明的空气弹簧。 

下面给出关于本发明如何工作的说明。首先，通过说明铁路车辆的行为来说明空气弹簧内产生的问题。图2中的(a)示意性显示了从上方观看到的典型铁路车辆的结构。车辆由车体101和安装在车体下方的两个铁路转向架111和112组成。铁路转向架设置有安装在两个轴(未示出)上的四个车轮并且在轨道上行驶。在图2中的(a)中，轨道中心线由附图标记120表示。车体101分别通过左侧的两个空气弹簧131和132和右侧的两个空气弹簧133和134连接至铁路转向架111和112，并且各铁路转向架固定在车体上从而能够以铁路转向架轴线为中心自身水平地旋转偏移。此旋转偏移允许两个铁路转向架两者即便在轨道弯曲的情形下也改变与车体的角度。结果，车轮可沿着轨道行驶。图2显示了轨道中心线120以一定曲率弯曲并且铁路转向架与车体所形成的角度θ被称为转向架角的状态。 

图2中的(b)显示用于说明铁路转向架的旋转和图2中的(a)所示的铁路转向架112内的空气弹簧的偏移状态的视图。矩形112a和112b分别显示铁路转向架的原始位置和铁路转向架在弯曲的轨道上的旋转偏移位置。可以理解的是，在如图1所示的空气弹簧中，上 面板固定在车体上，并且下板固定在铁路转向架上，以吸收振动以及车体和铁路转向架之间的偏移。因此，当在进行弯轨行驶的情形下铁路转向架和车体相对于彼此产生偏移时，上面板和下板相对于彼此水平地产生偏移。前述偏移表示为以铁路转向架轴线为中心的转向架角θ。在图2中的(b)中，附图标记133和134表示空气弹簧的原始位置，即，固定在车体上的上面板的位置，标记133a和134b表示已发生偏移的铁路转向架的空气弹簧的位置，即，下板的位置。如上所述，上面板和下板自身以铁路转向架轴线为中心产生转向架角θ的偏移。 

图3是用于示意性说明在如图2所示产生偏移的状态下固定在下板上的中空圆筒形突出部件14和固定在下面板上的截面长孔13a的两个侧壁(直侧壁)13b和13c之间的关系的视图。如上所述，上面板和下板它们自身偏移转向架角θ。在此情况下，被隔板和止动橡胶支撑在隔板和止动橡胶之间的中部位置处的下面板自身偏移至隔板和止动橡胶之间的中部位置。如图3所示，下面板自身偏移小于转向架角θ的角度。在图3中，虚线显示在直轨行驶时均处于中间位置的两个侧壁和突出部件14a。换言之，止动橡胶自身根本不变形，并且止动橡胶位于在下面板和下板保持在原始位置的情况下所处的位置。因此，侧壁和突出部件之间的间隔为L1，该间隔在突出部件的左侧和右侧均为相同的。当车辆左右摇摆时，空气弹簧的上面板和下面板隔着隔板左右摇摆，并且下面板和下板类似地隔着止动橡胶摇摆，以吸收振动。在此情形下，当摇摆幅度增加并且止动橡胶的变形达到L1时，突出部件与侧壁进行接触，因此，止动橡胶侧的偏移终止，从而仅使隔板起作用。在此时，由于设置在车辆的右侧和左侧的一对空气弹簧A和B分别相对于铁路转向架的旋转轴线对称地进行设置，所以空气弹簧A和B在车体和铁路转向架相对于彼此左右摇摆时彼此朝着相反方向移动。更具体地，在图3中，当铁路转向架相对地向左方移动时，空气弹簧A中的突出部件接近侧壁13c，并且空气弹簧B中的突出部件接近侧壁13b。由于在左侧和右侧突出部件和侧壁之间的间隔理想地为相同的L1，所以处于左侧和右侧的突出部件同时起作用。 

然而，在进行弯轨行驶时，如图3所示，突出部件14b位于在其自身与下板一起偏移转向架角θ的状态下所处的位置，并且侧壁13b和13c位于在它们自身与下面板一起偏移角度α的状态下所处的位置。在此状态下，由于突出部件自身相对于侧壁以铁路转向架轴线为中心偏移角度θ-α，所以突出部件与侧壁的间隔产生变化。更具体地，在两个空气弹簧A和B中，突出部件与相对于突出部件位于车辆外侧的侧壁之间的间隔增加至L3，并且相反地，突出部件与位于车辆内侧的侧壁之间的间隔减小至L2。在此情形下，当车辆相对于铁路转向架如上所述地摇摆时，空气弹簧A中的突出部件朝着具有小数值L2的间隔移动，并且空气弹簧B中的突出部件朝着具有大数值L3的间隔移动。因此，空气弹簧A的止动橡胶的偏移先受到限制，并且在此情形下，空气弹簧B仍然不受限制。结果，左右空气弹簧的弹簧常数之间产生不平衡。该不平衡导致削弱了行驶车辆内的舒适性。 

本发明的有益效果 

如下所述，通过在车辆上使用本发明的空气弹簧或者通过使用安装有本发明空气弹簧的铁路转向架，可实现稳定的振动限制功能，从而可以提高车辆内的舒适性。 

附图说明

图1是显示现有技术的空气弹簧的实例的截面图。 

图2示意性示出了安装在铁路车辆上的空气弹簧和弯轨行驶时的偏移，其中，图2中的(a)显示用于说明当从上方观看车辆时车体和铁路转向架的位置的视图，而图2中的(b)显示用于说明铁路转向架和空气弹簧的偏移的视图。 

图3是用于说明现有技术的空气弹簧内的限制部件的偏移状态的视图。 

图4是显示本发明的空气弹簧的实例的截面图。 

图5示意性示出了本发明的空气弹簧的限制部件的功能，其中， 图5中的(a)显示用于说明左右移动的视图，图(b)显示用于说明前后移动的视图，以及图(c)显示用于说明突出部件和侧壁之间的关系的视图。 

图6是用于说明本发明的空气弹簧内的限制部件的偏移状态的视图。 

图7是示意性显示本发明的一个方面中的限制部件的结构实例的视图。 

图8是用于说明本发明的一个方面中的空气弹簧的限制部件的偏移状态的视图。 

图9是用于更详细地说明本发明的一个方面中的空气弹簧中的限制部件的偏移状态的视图。 

图10是显示用于车辆的本发明的铁路转向架的实例的视图，其中，图10中的(a)显示从上方所看到的视图，以及图10中的(b)显示从侧面所看到的视图。 

具体实施方式

下面，参考附图详细地说明本发明的空气弹簧的结构和功能。在下述说明中，当铁路转向架和车体之间出现相对位置变化时，仅显示由车辆的直轨行驶和弯轨行驶所产生的平面几何位置关系，以说明本发明如何运行和显示其效果。因此，本发明没有排除通过额外地考虑下述事实来进行设计：即，由其它因素(例如离心力以及其它侧向摇摆)带来的实际相对位置变化所造成的影响作为产生背离理想相对位置的误差因素。 

图4是显示具有本发明结构的空气弹簧的实例的截面图。从视图的中心开始的右半侧显示了当将空气弹簧安装在车辆的铁路转向架上时沿左右方向截取的截面图，其中，当从上方和下方观看时，空气弹簧的整个形状接近圆形形状。从视图的中心开始的左半侧显示了沿前后方向截取的截面图。隔板21具有下述结构：其密封地附接至上面板10和下面板30，上面板10具有伞形形状并且在中心具有设有进气孔的连接轴，从而通过向隔板21的内侧施加气压而使隔板21 膨胀。在下面板30的下方附接有止动橡胶50。止动橡胶是用一层或多层橡胶形成的。在此实例中，止动橡胶50具有橡胶层51和板52多层地堆叠在彼此顶面上的结构，并且将所堆叠的层置于上板20和待固定的下板40之间。下板40和下面板30均设置有进气孔，以便能够对隔板进行空气加压。这些进气孔可以具有各种结构。在典型铁路车辆所采用的空气弹簧中，上面板的直径为约0.5m至约1.5m，并且下板的直径为约0.2m至约0.7m。 

尽管在本实例中没有示出，但是可采用如下设计：同心地覆盖隔板的圆弧形(当从上方观看时)盖体在180度的相对位置处附接至上面板。在此情形下，隔板设计成当空气弹簧的水平偏移达到预定量时，隔板与盖体进行接触，以增加隔板的空气反作用力。当采用此设计时，可减小水平偏移量而不会伴随有碰撞。 

在本实例中，侧壁部件70形成置于下面板下方的第二限制部件，并由两个独立部件组成，所述两个独立部件相对于空气弹簧的中心轴线被螺栓固定在180度的相对位置处。突出部件60形成第一限制部件，与下板形成为单件结构，并且具有与空气弹簧的中心轴线同心的中空圆筒形状。当突出部件60的外周表面与侧壁部件70的侧壁71进行接触时，可以限制由止动橡胶50的变形所引起的偏移。尽管图4示出了在下面板的下方设置侧壁部件以及在下板处设置突出部件的结构，但是也可以采用相反的结构：即，在下面板的下方设置突出部件以及在下板处设置侧壁部件。此外，尽管在图4中，侧壁部件作为独立部件附接至下面板，但是侧壁部件也可以在下面板上形成为一体部件。此结构不限于侧壁部件从下面板向下突出的结构；可以采用在下面板上设置类似壁部件的结构。类似地，尽管图4显示了突出部件在下板上形成为一体部件的实例，但是突出部件可以作为独立部件与下板组合在一起。无论如何，这些具体结构可以在考虑了易于设计和制造以及材料和制造的成本的情况下，适当地设计为具有本发明限制部件的特征。本实例描述了突出部件的面对侧壁部件的部分的外径为30mm至70mm，并且侧壁部件内的左侧壁和右侧壁之间的间隔为34mm至120mm。 

参考图5，说明形成第二限制部件的侧壁部件和形成第一限制部件的突出部件的功能。为了方便说明该功能，图5显示了如下结构：壁侧部件70与下面板30一起形成一体而作为具有凹槽形状的下面板的一部分，并且突出部件60作为实体圆柱形突出部件与下板40一起形成一体。另外，止动橡胶显示为省略了其它详细结构的单层。在空气弹簧没有被施加外力的原始位置，如图4所示，从上至下同心地放置上面板10、下面板30、以及下板40。图5中的(a)示出了空气弹簧沿左右方向截开的截面图，图5中的(b)示出了空气弹簧沿前后方向截开的截面图。当空气弹簧安装在车辆上时，在直轨行驶的状态下，车辆前进的方向定义为前后方向，并且与前后方向垂直的方向为车辆的宽度方向并且定义为左右方向。图5中的(c)示出了从上方看到的由突出部件60和侧壁部件70组成的部分的放大示意图。该视图示出了突出部件60在作为侧壁部件的下面板上所设置的孔内经历相对偏移的状态。在图5中的(c)中，突出部件61指示了突出部件偏移之前的原始位置。 

图5中的(a)至图5中的(c)均显示了下述状态：固定至车体(未示出)上的上面板10和固定至铁路转向架(未示出)上的下板40因车体和铁路转向架之间的相对偏移而产生偏移。更具体地，隔板21和止动橡胶50响应于上面板10和下板40之间的相对偏移而产生自身变形。图5中的(a)显示了突出部件60与侧壁部件70进行接触并且因此不能产生更大偏移的状态。结果，在此情形下，车体和铁路转向架之间，即，上面板10和下板40之间的超出前述状态的相对偏移仅仅被隔板的变形吸收。另一方面，在图5中的(b)中，在彼此之间没有进行接触的突出部件60和侧壁部件70之间的间隔中仍然存在着余量。换言之，在此情形下，车体和铁路转向架之间，即，上面板10和下板40之间的相对偏移被隔板的变形和止动橡胶的变形两者吸收。在此情形下，两个部件以对应于各自弹簧常数的比率而分担吸收偏移。通常，隔板和止动橡胶之间的偏移的分担比率设计为止动橡胶承受总相对偏移的5％至50％，在通常范围内最大达到约60％。当隔板的弹簧常数保持不变时，通过采用柔性的止动橡胶，即，通过 减小弹簧常数，实现止动橡胶的偏移分担比率的增加。当实现上述增加时，车辆在进行直轨行驶时的舒适性总体上趋于提高。相反地，在进行弯轨行驶时，止动橡胶的上述柔性是过高的从而会削弱车辆内的舒适性。因此，在左右方向上需要刚性更高的特性。为了满足此要求，采用下述设计：当左右变形超出预定极限时，突出部件限制止动橡胶的变形。当执行此限制时，止动橡胶进入刚性极大状态(弹簧常数大)。 

如图5中的(c)所示的实例，本发明的限制部件，即，突出部件和侧壁部件的期望特征为：限制机构由突出部件的表面所形成的弯曲表面和由左右侧壁的表面所形成的弯曲表面组成。由于所有的表面均是弯曲表面，所以可以实现下述设计：即便在进行弯轨行驶时，左侧的两个表面之间的间隔与右侧的两个表面之间的间隔相同。另一方面，可取消将要与突出部件进行接触的前侧和后侧的壁。换言之，与图5中所述的结构不同，仅具有左壁和右壁而不具有前壁和后壁的侧壁部件可实现本发明的效果。在此情形下，可以确保在前后方向上具有柔性更大的弹簧特性，从而可以保持车辆内具有良好的舒适性。参考图6说明具体的移动。 

与图3一样，图6是用于示意性地说明当安装有空气弹簧的车辆沿着弯轨行驶时作为本发明实例的空气弹簧的限制部件内的相对位置关系的视图。为了易于与图3进行比较，除了突出部件60和侧壁部件70外的部件均采用相同附图标记。侧壁部件70具有侧壁71a和侧壁71b，其中，侧壁71a在远离铁路转向架中心的远侧处面对突出部件，侧壁71b在铁路转向架中心的近侧处面对突出部件。突出部件60在面对侧壁71a的一侧具有表面60a并在面对侧壁71b的一侧具有表面60b。尽管此实例示出的突出部件为实体圆柱形部件，但是突出部件也可以为这样的部件：其被分成具有表面60a的部分和具有表面60b的部分。 

如上所述，在弯轨行驶时的空气弹簧中，尽管上面板和下板自身偏移转向架角(bogie angle)θ的大小，但是被隔板和止动橡胶两者支撑在隔板与止动橡胶之间的中部位置处的下面板自身偏移至隔板与止动橡胶之间的中部位置。如图6所示，下面板自身偏移角度α， 角度α小于转向架角θ。正与图3中的情形一样，在直轨上行驶时的中间位置处，突出部件的表面和两个侧壁的表面之间的间隔表示为L1(未示出)。当车辆左右摇摆时，空气弹簧的上面板和下面板隔着隔板左右摇摆，并且下面板和下板类似地隔着止动橡胶摇摆以吸收振动。在此情形下，当摇摆幅度增大并且止动橡胶的变形达到L1时，突出部件与侧壁进行接触，因此，止动橡胶侧的偏移停止，从而使得仅隔板起作用。在此时，由于分别设置在车辆的左侧和右侧的一对空气弹簧A和B相对于铁路转向架的旋转轴线对称地进行设置，所以当车体和铁路转向架相对于彼此左右摇摆时，这对空气弹簧相对于彼此朝着相反方向移动。更具体地，在图6中，当铁路转向架相对地朝左方移动时，空气弹簧A中的突出部件接近侧壁71b，并且，空气弹簧B中的突出部件接近侧壁71a。由于在左侧和右侧处突出部件和侧壁之间的间隔为相同的L1，所以左侧和右侧处的突出部件同时起作用。 

在进行弯轨行驶时，如图6所示，突出部件60和侧壁部件70在中心位于铁路转向架轴线O处的情况下执行角度θ-α的相对偏移。在此情形下，在本发明的空气弹簧的限制部件的结构中，侧壁的形状设计成：突出部件的表面60a和侧壁71a之间的间隔L3与突出部件的表面60b和侧壁71b之间的间隔L2相同。在此实例中，侧壁71a和侧壁71b分别形成为具有半径Ra和具有半径Rb的圆弧形状，圆弧的中心位于设置有空气弹簧的铁路转向架的铁路转向架轴线O处。因此，侧壁部件70可以相对于突出部件60保持相同的间隔而与由转向架角造成的角偏移量无关，其中突出部分60自身以上述相同的方式在中心位于铁路转向架轴线上的圆弧上产生偏移。换言之，间隔L2和L3彼此相等并且为常量，而与中心位于铁路转向架轴线上的突出部件60的偏移量无关。结果，单独安装在车辆的左侧和右侧上的一对空气弹簧A和B操作如下：在图6中，当车辆相对地向左移动时，空气弹簧A中的突出部件的表面60b接近侧壁71b，并且，空气弹簧B中的突出部件的表面60a接近侧壁71a。由于间隔L2和L3彼此相等，所以左侧和右侧的突出部件同时起作用，从而使右侧的空气弹簧A和左侧的空气弹簧B具有相同的弹簧特性。在考虑典型铁路车辆中所使用的铁路转向架时，左右空气弹簧的安装间隔为1.5m至3.5m，并且从铁路转向架轴线至突出部件的中心的距离为0.75m至1.75m。优选地，突出部件和侧壁之间的间隔为2mm至25mm。结果，当突出部件的外表面直径为30mm至70mm时，侧壁的圆弧半径Ra为767mm至1810mm，并且侧壁的圆弧半径Rb为690mm至1734mm。

如上述实例所示，当侧壁具有同心圆弧形状时，就获得恒定间隔而言是易于设计和制造的。但是，本发明的空气弹簧的形状不受限制，只要其结构能实现当突出部件60执行圆弧形偏移时左侧和右侧具有相同间隔即可。例如，通过设计成侧壁71a的圆弧形状的曲率大于上述同心侧壁的曲率并且侧壁71b的圆弧形状的曲率小于上述同心侧壁的曲率，即便当间隔L2和L3逐渐变化时，也可实现L2＝L3的情形。当然，侧壁的形状不限于曲率恒定的圆弧；侧壁可具有曲率变化的弯曲表面。侧壁部件也可形成为产生彼此之间不严格相等的间隔的形状，例如，组合直线以获得近似于圆弧的形状。因此，与参考图3的操作说明所表明的用直线形成侧壁的情形相比，只要其形状能在弯轨行驶时更加均匀地改善左右间隔，则该形状落在本发明的范围内。 

接下来，作为本发明的一个方面，限制部件，即，突出部件和侧壁部件具有如下的特征：限制部件形成为使得突出部件和侧壁部件之间的间隔随着中心位于铁路转向架轴线上时的上述偏移增加而减小。利用图7中所示的结构实例给出下述说明。图7示意性地示出了突出部件60和侧壁部件70的水平截面图。图7示出了下述结构的实例：当突出部件60自身发生偏移使得突出部件60以铁路转向架轴线O为中心描画出圆弧时，突出部件60与侧壁部件70的左右间隔减小。图7中的(a)显示了位于内侧的侧壁由直线形成而位于外侧的侧壁由弯折线形成，图7中的(b)显示了两个侧壁均由弯折线形成，图7中的(c)显示了两个侧壁均由曲线形成。尽管前述形状的任一形状均可实现本发明的效果，但是就获得响应于偏移量的平滑特性偏移 方面而言优选地采用图7中的(c)所示的曲线。在下文将示出尤其优选的结构。在图7中的(c)中，在左右方向上，从处于中间位置的铁路转向架轴线至内侧壁的距离表示为Ra，从处于中间位置的铁路转向架轴线至突出部件的中心的距离表示为R，以及从处于中间位置的铁路转向架轴线至外侧壁的距离表示为Rb。在此情形下，如果内侧壁71b的曲率半径大于Ra，外侧壁71a的曲率半径小于Rb，并且侧壁71a和71b均由曲线形成而使得在突出部件自身沿着半径为R的圆弧产生偏移时，突出部件的表面与侧壁71a和71b的表面之间的间隔变得相等，那么，不仅可以实现本发明的效果，而且可以获得具有平滑特性变化和使左侧和右侧的振动相等的振动限制性能。 

与图3一样，图8是用于示意性地说明当安装有空气弹簧的车辆沿着弯轨行驶时作为本发明一个方面的实例的空气弹簧的限制部件内的相对位置关系的视图。为了易于与图3进行比较，除了突出部件60和侧壁部件70外的部件均采用相同附图标记。侧壁部件70具有侧壁71a和侧壁71b，其中，侧壁71a在远离铁路转向架轴线的远侧面对突出部件，侧壁71b在铁路转向架的中心的近侧面对突出部件。突出部件60在面对侧壁71a的一侧处具有表面60a并在面对侧壁71b的一侧处具有表面60b。尽管此实例示出的突出部件为实体圆柱形部件，但是突出部件可以是如下的部件：其被分为具有表面60a的部分和具有表面60b的部分。 

如上所述，在弯轨行驶时的空气弹簧中，尽管上面板和下板自身偏移转向架角(bogie angle)θ的大小，但是被隔板和止动橡胶两者支撑在隔板与止动橡胶之间的中部位置处的下面板自身偏移至隔板与止动橡胶之间的中部位置。如图8所示，下面板自身偏移角度α，角度α小于转向架角θ。正与图3中的情形一样，在直轨上行驶时的中间位置处，突出部件的表面和两个侧壁的表面之间的间隔表示为L1(未示出)。当车辆左右摇摆时，空气弹簧的上面板和下面板隔着隔板左右摇摆，并且下面板和下板类似地隔着止动橡胶摇摆以吸收振动。在此情形下，当摇摆幅度增大并且止动橡胶的变形达到L1时，突出部件与侧壁进行接触，因此，止动橡胶侧的偏移停止，从而使得仅隔板起作用。在此时，由于分别设置在车辆的左侧和右侧的一对空气弹簧A和B相对于铁路转向架的旋转轴线对称地进行设置，所以当车体和铁路转向架相对于彼此左右摇摆时，这对空气弹簧相对于彼此朝着相反方向移动。更具体地，在图8中，当铁路转向架相对地朝左方移动时，空气弹簧A中的突出部件接近侧壁71b，并且，空气弹簧B中的突出部件接近侧壁71a。由于在左侧和右侧处突出部件和侧壁之间的间隔为相同的L1，所以左侧和右侧处的突出部件同时起作用。

在进行弯轨行驶时，如图8所示，突出部件60和侧壁部件70在中心位于铁路转向架轴线O处的情况下执行角度θ-α的相对偏移。在此情形下，在本发明的空气弹簧的限制部件的结构中，侧壁71a形成为使得突出部件的表面60a和侧壁71a之间的间隔L3随着相对偏移量θ-α的增加而减小。类似地，侧壁71b形成为使得突出部件的表面60b和侧壁71b之间的间隔L2也随着相对偏移量θ-α的增加而减小。根据此结构，当车辆沿着具有较大曲率的弯轨行驶时，上述间隔变窄，从而可更快速地限制止动橡胶的变形，并且因此可增加整个空气弹簧的刚性。结果，可提高在进行弯轨行驶时车辆内的舒适性。 

参考图9更详细地说明前述状态。图9是在一个视图中显示均在侧壁部件70自身从左右方向偏移角度α的情况下突出部件自身偏移θ2的状态和突出部件自身偏移θ3的状态的视图。实际上，侧壁部件的偏移角α响应于θ2和θ3的偏移量而稍微地变化。然而，为了易于说明相对偏移量差，假设α保持相同进行说明。 

侧壁形成为使得自身偏移θ2的突出部件62与右侧壁71a和左侧壁71b的间隔分别为L3(θ2)和L2(θ2)，自身偏移θ3的突出部件63与右侧壁71a和左侧壁71b的间隔分别为L3(θ3)和L2(θ3)，并且L3(θ2)等于L2(θ2)，L3(θ3)等于L2(θ3)，并且L3(θ2)大于L3(θ3)。更具体地，形成侧壁71a的曲线的曲率大于中心位于铁路转向架轴线O处的半径为Ra的曲线的曲率，并且形成侧壁71b的曲线的曲率小于中心位于铁路转向架轴线O处的半径为Rb的 曲线的曲率。此设计可实现在左右间隔保持彼此相等的情况下逐渐缩小左右间隔的目的。由于左右间隔彼此相等，所以相对于铁路转向架轴线对称地设置的两个空气弹簧的限制部件同时起作用，从而使右侧的空气弹簧A和左侧的空气弹簧B具有相同的弹簧特性。在考虑典型铁路车辆中所使用的铁路转向架时，左右空气弹簧的安装间隔为1.5m至3.5m，并且从铁路转向架轴线至突出部件的中心的距离为0.75m至1.75m。优选地，突出部件和侧壁之间的间隔为2mm至25mm。 

用于车辆的铁路转向架 

本发明的空气弹簧尤其适用于二轴四轮铁路转向架，该铁路转向架广泛用于铁路车辆中。图10示意地示出了铁路转向架的典型结构的视图。两个空气弹簧130分别设置在铁路转向架框架110的左侧中间位置和右侧中间位置，在铁路转向架车架110上安装有具有二轴四轮结构的车轮140，并且两个空气弹簧130分别位于相对于铁路转向架轴线150对称的位置。该空气弹簧为具有本发明结构的空气弹簧，并且作为实例在图4中示出了该结构。如上所述，通过采用本发明的空气弹簧并且通过将车体放置在铁路转向架上，可以如前所述地发挥本发明的功能。结果，由具有前述结构的车体和铁路转向架形成的铁路车辆可以提高车辆内的舒适性。 

应理解的是，就任何方面来讲，上述公开的实施例和实例是示例性的而不是限制性的。本发明的范围由所附的权利要求书的范围示出，而不是由上述说明示出。因此，本发明旨在覆盖落在与权利要求书的范围等同的精神和范围内的所有修改和更改。 

附图标记列表 

5和10：上面板 

7和30：下面板 

6和21：隔板 

4和20：上板 

3和40：下板 

2和51：橡胶层 

1和50：止动橡胶 

14、60、61、62和63：突出部件 

13：止动凸缘 

13a：截面长孔 

52：板 

70：侧壁部件 

13b、13c、71、71a和71b：侧壁 

60b和60a：突出部件的表面 

L1、L2和L3：间隔 

101：车体 

110：铁路转向架框架 

111和112：铁路转向架 

120：轨道中心线 

130、131、132、133、134、A和B：空气弹簧 

140：车轮 

150：铁路转向架轴线 

Claims (9)

1.一种用于车辆的空气弹簧，所述空气弹簧用于包括铁路转向架和车体的车辆内，并且被安装在所述铁路转向架和所述车体之间，所述空气弹簧包括：

隔板，其设置在下面板与连接至所述车体的上面板之间；以及止动橡胶，其设置在所述下面板与连接至所述铁路转向架的下板之间；

所述空气弹簧还包括偏移限制机构，所述偏移限制机构包括：

第一限制部件，其设置在所述下板和所述下面板中的任意一个上；以及

第二限制部件，其设置在所述下板和所述下面板中的另一个上；其特征在于，

在设置有所述空气弹簧的车辆沿着直轨行驶的状态下，当车辆的行驶方向定义为前后方向并且在水平平面内与所述前后方向垂直的方向定义为左右方向时：

所述第一限制部件具有分别位于左方和右方的左外表面和右外表面，所述左外表面和所述右外表面远离所述第一限制部件的水平截面的中心；

所述第二限制部件具有限制壁表面，所述限制壁表面分别位于所述第一限制部件的左侧和右侧并且分别面对所述第一限制部件的左外表面和右外表面；以及

所述限制壁表面的形状形成为：在所述第一限制部件和所述第二限制部件之间的相对位置关系中，当所述第一限制部件或者所述第二限制部件自身偏移使得所述第一限制部件或所述第二限制部件以车辆的铁路转向架的铁路转向架轴线为中心描画圆弧时，所述第一限制部件的左外表面和所述第二限制部件的左侧限制壁表面之间的间隔与所述第一限制部件的右外表面和所述第二限制部件的右侧限制壁表面之间的间隔彼此相等。

2.一种用于车辆的空气弹簧，所述空气弹簧用于包括铁路转向架和车体的车辆内，并且被安装在所述铁路转向架和所述车体之间，所述空气弹簧包括：

隔板，其设置在下面板与连接至所述车体的上面板之间；以及止动橡胶，其设置在所述下面板与连接至所述铁路转向架的下板之间；

所述空气弹簧还包括偏移限制机构，所述偏移限制机构包括：

第一限制部件，其设置在所述下板和所述下面板中的任意一个上；以及

第二限制部件，其设置在所述下板和所述下面板中的另一个上；其特征在于，

在设置有所述空气弹簧的车辆沿着直轨行驶的状态下，当车辆的行驶方向定义为前后方向并且在水平平面内与所述前后方向垂直的方向定义为左右方向时：

所述第一限制部件具有分别位于左方和右方的左外表面和右外表面，所述左外表面和所述右外表面远离所述第一限制部件的水平截面的中心；

所述第二限制部件具有限制壁表面，所述限制壁表面分别位于所述第一限制部件的左侧和右侧并且分别面对所述第一限制部件的左外表面和右外表面；以及

所述限制壁表面的形状形成为：在所述第一限制部件和所述第二限制部件之间的相对位置关系中，当所述第一限制部件或者所述第二限制部件自身偏移使得所述第一限制部件或所述第二限制部件以车辆的铁路转向架的铁路转向架轴线为中心描画圆弧时，随着沿着所述圆弧的偏移量的增加，所述第一限制部件的左外表面和所述第二限制部件的左侧限制壁表面之间的间隔以及所述第一限制部件的右外表面和所述第二限制部件的右侧限制壁表面之间的间隔减小。

3.根据权利要求2所述的用于车辆的空气弹簧，其中，所述限制壁表面的形状形成为：随着沿着所述圆弧的偏移量的增加，所述第一限制部件的左外表面和所述第二限制部件的左侧限制壁表面之间的间隔以及所述第一限制部件的右外表面和所述第二限制部件的右侧限制壁表面之间的间隔在保持量值彼此相等的同时减小。

4.根据权利要求1所述的用于车辆的空气弹簧，其中，所述第一限制部件为具有实体圆柱形外表面的部件。

5.根据权利要求2所述的用于车辆的空气弹簧，其中，所述第一限制部件为具有实体圆柱形外表面的部件。

6.根据权利要求1所述的用于车辆的空气弹簧，其中，

所述第二限制部件的限制壁表面均为形成如下圆弧的弯曲表面，所述圆弧的中心在所述第二限制部件的水平截面内位于所述铁路转向架轴线处。

7.根据权利要求1所述的用于车辆的空气弹簧，所述空气弹簧不具有用于限制所述第一限制部件在所述前后方向上的偏移的机构。

8.根据权利要求2所述的用于车辆的空气弹簧，所述空气弹簧不具有用于限制所述第一限制部件在所述前后方向上的偏移的机构。

9.一种用于车辆的铁路转向架，所述铁路转向架包括多个如权利要求1至8中任一项权利要求所述的用于车辆的空气弹簧。

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