1.本发明属于轨道车辆转向架技术领域，具体涉及一种转向架轴箱橡胶阻尼弹簧及转向架。
背景技术：
2.随着跨国互联互通运营需求的增加，列车的运行线路将更加复杂，对于乘坐舒适度的要求也更高，因此列车转向架的悬挂系统减振性能需要进一步改善，常规的被动式悬挂系统已无法满足设计需求。在这种情况下，转向架轴箱橡胶阻尼弹簧应运而生，利用垂向叠加布置的橡胶锥弹簧和液压阻尼结构的共同作用，从而提升支撑刚度，但是由于列车在高速直线行驶过程中会承受来自轨道的高频激振，此时需要减小转向架支撑刚度以抵消激振传递，而在低速曲线行驶时，需要提高转向架支撑刚度以提高抗侧滚性能，这就使得橡胶阻尼弹簧的设计标准难以掌控，如何兼顾列车高速直线运行时转向架的减振性能和低速曲线行驶过程中转向架的抗侧滚性能，是当前亟需解决的问题。
技术实现要素：
3.本发明实施例提供一种转向架轴箱橡胶阻尼弹簧及转向架，旨在提高列车高速直线运行时转向架的减振性能，以及低速曲线行驶过程中转向架的抗侧滚性能。
4.为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：第一方面，提供一种转向架轴箱橡胶阻尼弹簧，包括外套、橡胶锥体和芯轴；其中，芯轴为两端封闭的空心轴，外套的底端封闭，且外套的内壁与橡胶锥体、芯轴的底端壁共同围成密封腔室，芯轴的空腔和密封腔室内均填充有阻尼介质，芯轴的底端壁上设有阻尼阀；阻尼阀具有连通空腔和密封腔室的常开通道，还具有在空腔和密封腔室之间的压力差达到阈值时开启、在空腔和密封腔室之间的压力差低于阈值时关闭的高压通道。
5.结合第一方面，在一种可能的实现方式中，阻尼阀包括阀体和阀芯；其中，阀体设于芯轴的底端壁上，设有沿其轴向延伸的阀孔，阀体上设有自其顶端向下延伸并与阀孔分别连通的常阻尼流道和高压阻尼流道，还设有自其底端向上延伸并与阀孔连通的常通流道；阀芯沿阀体的轴向密封滑动连接于阀孔内，阀芯上设有自其底端向上延伸的中心孔，还设有两条分别由其侧壁延伸至与中心孔连通的第一对接孔和第二对接孔；其中，常阻尼流道与第一对接孔始终连通并形成常开通道；在空腔和密封腔室之间的压力差低于阈值时，阀芯的周壁将高压阻尼流道封堵，在空腔和密封腔室之间的压力差达到阈值时，阀芯在压力推动下滑动至高压阻尼流道与第二对接孔连通并形成高压通道。
6.一些实施例中，阀孔的顶端延伸至阀体的顶壁，且延伸端螺纹连接有调节件，调节件与阀芯的顶端之间设有弹性件。
7.一些实施例中，阀孔的孔壁上设有沿其轴向延伸的凹腔，常阻尼流道和第一对接孔均与凹腔连通，且凹腔的延伸长度等于或大于阀芯的滑动行程。
8.结合第一方面，在另一种可能的实现方式中，阻尼阀包括阀体和阀芯；其中，阀体
设于芯轴的底端壁上，设有沿其轴向延伸的阀孔，阀孔的顶端设有弹性元件，阀体上于阀孔的侧方设有沿其轴向延伸并形成常开通道的通孔，阀体上还设有自其顶端向下延伸并与阀孔连通的第一流道，和自其底端向上延伸并与阀孔连通的第二流道；阀芯沿阀体的轴向密封滑动连接于阀孔内，且与弹性元件抵接，阀芯的周壁上开设有沿其轴向延伸的环槽，在空腔和密封腔室之间的压力差低于阈值时，阀芯的周壁将第一流道和/或第二流道封堵，在空腔和密封腔室之间的压力差达到阈值时，阀芯在压力推动下滑动至第一流道和第二流道均与环槽连通并形成高压通道。
9.示例性的，阀体的顶端螺纹旋接有紧固件，紧固件的一端伸入阀孔内并与弹性元件抵接。
10.一些实施例中，芯轴的底壁上间隔分布有多个阻尼阀，且各个阻尼阀的高压通道的开启阈值不同。
11.结合第一方面，在一种可能的实现方式中，空腔和/或密封腔室内设有电磁线圈，阻尼介质为磁流变液。
12.具体的，空腔和/或密封腔室内靠近阻尼阀的位置设有铁磁体，电磁线圈绕设于铁磁体上。
13.本发明提供的转向架轴箱橡胶阻尼弹簧的有益效果在于：与现有技术相比，本发明转向架轴箱橡胶阻尼弹簧，在列车高速直线运行时，转向架承受来自轨道的高频激振，使橡胶锥体不断挤压密封腔室的体积，此时由于阻尼介质在常开通道的流通速度无法达到与激振频率匹配的程度，从而会导致密封腔室内的压力超过空腔内的压力，当两者的压力差达到阈值时，阻尼阀上的高压通道开启，从而使高压通道与常开通道一并进行阻尼介质的流通，从而使液压阻尼刚度减小，进而使阻尼弹簧整体刚度降低，提高转向架的减振性能；当列车进入弯道曲线运行时，运行速度下降，此时转向架受到来自于轨道的激振频率也随之下降为低频激振，阻尼介质在空腔和密封腔室之间只需通过常开通道进行流通即可满足低频激振的响应需求，因此此时空腔和密封腔室之间的压力差下降至低于阈值，高压通道随之关闭，从而使液压阻尼刚度增加，进而使阻尼弹簧的整体刚度增大，能够提高转向架的抗侧滚能力；可见，通过转向架承受的激振频率高低能够促使高压通道自动开启或关闭，从而实现在列车高速直线运行时阻尼弹簧刚度自动减小以提高转向架的减震性能，在列车曲线运行速度下降时阻尼弹簧的刚度随之自动增大，从而提高转向架的抗侧滚能力。
14.第二方面，本发明实施例还提供了一种转向架，包括上述转向架轴箱橡胶阻尼弹簧，具有与上述转向架轴箱橡胶阻尼弹簧相同的有益效果，在此不再赘述。
附图说明
15.图1为本发明实施例提供的转向架轴箱橡胶阻尼弹簧的结构示意图；
16.图2为本发明实施例所采用的阻尼阀的结构示意图；
17.图3为本发明另一实施例所采用的阻尼阀的结构示意图；
18.图4为本发明另一实施例提供的转向架轴箱橡胶阻尼弹簧的结构示意图。
19.图中：10、外套；11、密封腔室；20、橡胶锥体；30、芯轴；31、空腔；40、阻尼介质；50、阻尼阀；51、阀体；511、阀孔；5111、凹腔；512、常阻尼流道；513、高压阻尼流道；514、常通流道；515、通孔；516、第一流道；517、第二流道；52、阀芯；521、中心孔；522、第一对接孔；523、
第二对接孔；524、调节件；525、弹性件；526、环槽；527、弹性元件；528、紧固件；60、电磁线圈；61、铁磁体。
具体实施方式
20.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。
21.应当说明的是，安装在转向架轴箱或均衡梁和构架之间的称为轴箱悬挂装置,又称第一系悬挂装置，因此，本发明转向架轴箱橡胶阻尼弹簧又称为一系橡胶阻尼弹簧，以下简称为一系簧；轨道车辆一系簧多采用锥形橡胶弹簧，锥形橡胶弹簧的刚度以其橡胶体的锥度以及锥层数量共同决定，由于其本身是一个按照设计尺寸加工的结构件，因此在实际使用过程中锥形橡胶弹簧并不具备刚度调节能力，本发明是在锥形橡胶弹簧的基础结构上进行改进获得，从而使其具备随轨道车辆运行状态而进行刚度自调节性能，以达到兼顾列车高速直线运行时转向架的减振性能和低速曲线行驶过程中转向架的抗侧滚性能的目的。
22.请一并参阅图1至图3，现对本发明提供的转向架轴箱橡胶阻尼弹簧进行说明。所述转向架轴箱橡胶阻尼弹簧，包括外套10、橡胶锥体20和芯轴30；其中，芯轴30为两端封闭的空心轴，外套10的底端封闭，且外套10的内壁与橡胶锥体20、芯轴30的底端壁共同围成密封腔室11，芯轴30的空腔31和密封腔室11内均填充有阻尼介质40，芯轴30的底端壁上设有阻尼阀50；阻尼阀50具有连通空腔31和密封腔室11的常开通道，还具有在空腔31和密封腔室11之间的压力差达到阈值时开启、在空腔31和密封腔室11之间的压力差低于阈值时关闭的高压通道。
23.本实施例提供的转向架轴箱橡胶阻尼弹簧，采用常规锥形橡胶弹簧的主体结构，即橡胶锥体20嵌合在外套10的内锥壁上，芯轴30的外锥壁嵌合在橡胶锥体20的内孔上，而与常规锥形橡胶弹簧不同的是，在芯轴30上开设空腔31，并将外套10的底端封闭以形成密封腔室11，通过在芯轴30的底壁(及空腔31的下腔壁)上安装阻尼阀50将空腔31和密封腔室11连通，利用阻尼介质40如阻尼油、液压油，甚至气体介质通过阻尼阀50在空腔31和密封腔室11之间流通，从而使两个腔室内的压力趋于平衡，阻尼阀50具体可以是在常开通道上设置调流阀或节流阀以调整介质常态流通速度(也可不设置调流阀或节流阀，按照设计流量要求直接设置常开通道)，同时在其高压通道上设置调压阀以控制高压通道的启闭阈值，高压通道开启时，阻尼介质40在密封腔室11和空腔31之间的流通速度提高，阻尼支撑刚度随之减小，反之，在高压通道关闭时，阻尼介质40只能够通过常开通道进行流通，因此在密封腔室11和空腔31之间的流通速度下降，阻尼刚度则随之增加，而由于橡胶锥体20自身的弹性支撑刚度是一成不变的，因此，阻尼刚度的变化即代表了一系簧整体支撑刚度的变化。
24.本实施例提供的转向架轴箱橡胶阻尼弹簧，与现有技术相比，在列车高速直线运行时，转向架承受来自轨道的高频激振，使橡胶锥体20不断挤压密封腔室11的体积，此时由于阻尼介质40在常开通道的流通速度无法达到与激振频率匹配的程度，从而会导致密封腔室11内的压力超过空腔31内的压力，当两者的压力差达到阈值时，阻尼阀50上的高压通道开启，从而使高压通道与常开通道一并进行阻尼介质40的流通，从而使液压阻尼刚度减小，进而使一系簧整体刚度降低，提高转向架的减振性能；当列车进入弯道曲线运行时，运行速
度下降，此时转向架受到来自于轨道的激振频率也随之下降为低频激振，阻尼介质40在空腔31和密封腔室11之间只需通过常开通道进行流通即可满足低频激振的响应需求，因此此时空腔31和密封腔室11之间的压力差下降至低于阈值，高压通道随之关闭，从而使液压阻尼刚度增加，进而使一系簧的整体刚度增大，能够提高转向架的抗侧滚能力；可见，通过转向架承受的激振频率高低能够促使高压通道自动开启或关闭，从而实现在列车高速直线运行时一系簧刚度自动减小以提高转向架的减震性能，在列车曲线运行速度下降时一系簧的刚度随之自动增大，从而提高转向架的抗侧滚能力。
25.作为上述阻尼阀50的一种具体实施方式，请参阅图1及图2，阻尼阀50包括阀体51和阀芯52；其中，阀体51设于芯轴30的底端壁上，设有沿其轴向延伸的阀孔511，阀体51上设有自其顶端向下延伸并与阀孔511分别连通的常阻尼流道512和高压阻尼流道513，还设有自其底端向上延伸并与阀孔511连通的常通流道514；阀芯52沿阀体51的轴向密封滑动连接于阀孔511内，阀芯52上设有自其底端向上延伸的中心孔521，还设有两条分别由其侧壁延伸至与中心孔521连通的第一对接孔522和第二对接孔523；其中，常阻尼流道512与第一对接孔522始终连通并形成常开通道；在空腔31和密封腔室11之间的压力差低于阈值时，阀芯52的周壁将高压阻尼流道513封堵，在空腔31和密封腔室11之间的压力差达到阈值时，阀芯52在压力推动下滑动至高压阻尼流道513与第二对接孔523连通并形成高压通道。
26.具体的，请参阅图2，阀孔511的顶端延伸至阀体51的顶壁，且延伸端螺纹连接有调节件524，调节件524与阀芯52的顶端之间设有弹性件525。
27.在列车高速直线运行时，由于转向架承受轨道的高频激振而导致密封腔室11内压力远高于空腔31内的压力，当两个腔室之间的压力差足以克服弹性件525的弹性力(即达到阈值)时，便能够推动阀芯52向上运动至高压阻尼流道513与第二对接孔523连通，从而使密封腔室11内的阻尼介质40能够通过高压通道和常开通道一并向空腔31内流通，也就是说，阻尼介质40的流通速度提高，从而使一系簧的支撑刚度随着阻尼刚度的减小而减小，进而提高转向架的减振性能；反之，在列车进入弯道曲线运行时，由于列车速度下降，因此轨道传递至转向架的激振频率较低，此时单通过常开通道的阻尼介质40流通速度即可使密封腔室11和空腔31之间的压力区域平衡，因此压力差基本消失，阀芯52在弹性件525的作用下向下滑动至第二对接孔523与高压阻尼流道513错开，从而使阀芯52的周壁将高压阻尼流道513封堵，阻尼刚度随之增大，从而使一系簧的整体支撑刚度增大，以提高转向架的抗侧滚能力；当然，由于弹簧的弹性力决定了阀芯52在压力差推动下在阀孔511内滑动的时机，也就是说，弹簧对阀芯52的弹性作用力的大小即为高压通道启闭的阈值，因此通过旋入或旋出调节件524对弹簧的弹性力进行调节，能够调节阈值的大小，从而使一系簧满足不同运行速度(主要是针对直线高速运行规定的速度)的列车需求。
28.一些实施例中，请参阅图2，阀孔511的孔壁上设有沿其轴向延伸的凹腔5111，常阻尼流道512和第一对接孔522均与凹腔5111连通，且凹腔5111的延伸长度等于或大于阀芯52的滑动行程。通过设置凹腔5111结构能够保证在阀芯52上下滑动过程中第一对接孔522能够始终通过凹腔5111与常阻尼流道512连通，从而保证常开通道的连通状态。
29.作为上述阻尼阀50的一种变形实施方式，请参阅图1及图3，阻尼阀50包括阀体51和阀芯52；其中，阀体51设于芯轴30的底端壁上，设有沿其轴向延伸的阀孔511，阀孔511的顶端设有弹性元件527，阀体51上于阀孔511的侧方设有沿其轴向延伸并形成常开通道的通
孔515，阀体51上还设有自其顶端向下延伸并与阀孔511连通的第一流道516，和自其底端向上延伸并与阀孔511连通的第二流道517；阀芯52沿阀体51的轴向密封滑动连接于阀孔511内，且与弹性元件527抵接，阀芯52的周壁上开设有沿其轴向延伸的环槽526，在空腔31和密封腔室11之间的压力差低于阈值时，阀芯52的周壁将第一流道516和/或第二流道517封堵，在空腔31和密封腔室11之间的压力差达到阈值时，阀芯52在压力推动下滑动至第一流道516和第二流道517均与环槽526连通并形成高压通道。
30.在列车高速直线运行时，由于转向架承受轨道的高频激振而导致密封腔室11内压力远高于空腔31内的压力，当两个腔室之间的压力差足以克服弹性元件527的弹性力(即达到阈值)时，便能够推动阀芯52向上运动至环槽526与第一流道516和第二流道517同时连通，从而使密封腔室11内的阻尼介质40能够通过高压通道和常开通道一并向空腔31内流通，也就是说，阻尼介质40的流通速度提高，从而使一系簧的支撑刚度随着阻尼刚度的减小而减小，进而提高转向架的减振性能；反之，在列车进入弯道曲线运行时，由于列车速度下降，因此轨道传递至转向架的激振频率较低，此时单通过常开通道的阻尼介质40流通速度即可使密封腔室11和空腔31之间的压力区域平衡，因此压力差基本消失，阀芯52在弹性元件527的作用下向下滑动至环槽526与第一流道516或第二流道517或两者均错开，从而使阀芯52的周壁将高压通道封堵关闭，阻尼刚度随之增大，从而使一系簧的整体支撑刚度增大，以提高转向架的抗侧滚能力。
31.在本实施例中，为了实现高压通道的开启阈值可调，请参阅图3，阀体51的顶端螺纹旋接有紧固件528，紧固件528的一端伸入阀孔511内并与弹性元件527抵接。由于弹性元件527的弹性力决定了阀芯52在压力差推动下在阀孔511内滑动的时机，也就是说，弹性元件527对阀芯52的弹性作用力的大小即为高压通道启闭的阈值，因此通过旋入或旋出紧固件528能够对阀芯52受到弹性元件527的弹性力进行调节，能够调节阈值的大小，从而使一系簧满足不同运行速度(主要是针对直线高速运行规定的速度)的列车需求。
32.一些实施例中，请参阅图1，芯轴30的底壁上间隔分布有多个阻尼阀50，且各个阻尼阀50的高压通道的开启阈值不同。列车的运行速度决定了转向架承受来自导轨的激振频率差异，进而导致密封腔室11与空腔31之间形成不同的压力差值，通常是速度越高，激振频率越大，压力差也随之增大，在此通过设置多个阻尼阀50，能够随着压力差值的变化而对应开启相应的一个或多个阻尼阀50，从而调节阻尼介质40在密封腔室11和空腔31之间的流通速度，从而实现一系簧的支撑刚度自调节，兼顾列车运行过程中的转向架的高速减振性能和弯道抗侧滚能力。
33.一些可能的实现方式中，请参阅图4，空腔31和/或密封腔室11内设有电磁线圈60，阻尼介质40为磁流变液。具体地，空腔31和/或密封腔室11内靠近阻尼阀50的位置设有铁磁体61，电磁线圈60绕设于铁磁体61上。
34.磁流变液是由微米级可磁化颗粒均匀分散在特定载体母液和添加剂中所形成的特殊悬浮体系，在外加磁场作用下,表现出非牛顿流体的特性,在毫秒级时间内从自由流动的液体转变为半固体甚至固体，从而呈现出强烈的可控流变特性。
35.在此通过在密封腔室11或者空腔31内或者两者内部均靠近阻尼阀50设置电磁线圈60，当改变电磁线圈60内通入的电流值时，即可改变电磁线圈60附近的磁场力，从而使靠近阻尼阀50的磁流变液的流动性随其粘度的变化而改变，具体为当提高电流时磁场增大，
磁流变液的粘度随之增大，从而使磁流变液流经阻尼阀50的速度下降，阻尼刚度提高，反之磁流变液粘度下降，流动性增强，能够使磁流变液流经阻尼阀50的速度加快，阻尼刚度降低，由于磁流变液对磁场变化的响应速度快(毫秒级)，因此通过控制电磁线圈60的电流变化的方式去改变一系簧的整体刚度具有极好的时效性，当配合控制器，以及设置在转向架上的速度传感器、加速度传感器对转向架运行速度、所受激振频率进行检测时，能够使一系簧瞬间响应而自调节至与运行路况匹配的支撑刚度，不仅能够保障列车可靠运行所需的转向架的抗侧滚能力，还能够提高转向架的减振性能，从而提高列车的乘坐舒适度，尤其对于列车高低速跨线运营过程中所面临的复杂路况具有良好的适应能力。
36.另外，通过控制电磁线圈60的电流变化而实现磁流变液的粘度变化，从而调整阻尼刚度的方式，还能够大大提高转向架的弯道通过能力：由于转向架的两侧对称安装一系簧，在通过弯道曲线行驶时，采用主动控制的方式，通过调节增大外侧一系簧内的电磁线圈60的电流，从而使外侧一系簧内的磁流变液粘度增大，进而使外侧一系簧的刚度增大，同时调节减小内侧一系簧内的电磁线圈60的电流，从而使内侧一系簧内的磁流变液粘度降低，进而使内侧一系簧的刚度减小，也就是说，能够实现列车通过弯道时转向架两侧的一系簧具备外高内低的刚度，从而大大提高转向架的抗侧滚能力。
37.基于同一发明构思，请参阅图1至图4，本技术实施例还提供一种转向架，包括上述转向架轴箱橡胶阻尼弹簧。
38.本实施例提供的转向架，与现有技术相比，采用了上述一系簧，在列车高速直线运行时，转向架承受来自轨道的高频激振，使橡胶锥体20不断挤压密封腔室11的体积，此时由于阻尼介质40在常开通道的流通速度无法达到与激振频率匹配的程度，从而会导致密封腔室11内的压力超过空腔31内的压力，当两者的压力差达到阈值时，阻尼阀50上的高压通道开启，从而使高压通道与常开通道一并进行阻尼介质40的流通，从而使液压阻尼刚度减小，进而使一系簧整体刚度降低，提高转向架的减振性能；当列车进入弯道曲线运行时，运行速度下降，此时转向架受到来自于轨道的激振频率也随之下降为低频激振，阻尼介质40在空腔31和密封腔室11之间只需通过常开通道进行流通即可满足低频激振的响应需求，因此此时空腔31和密封腔室11之间的压力差下降至低于阈值，高压通道随之关闭，从而使液压阻尼刚度增加，进而使一系簧的整体刚度增大，能够提高转向架的抗侧滚能力；可见，通过转向架承受的激振频率高低能够促使高压通道自动开启或关闭，从而实现在列车高速直线运行时一系簧刚度自动减小以提高转向架的减震性能，在列车曲线运行速度下降时一系簧的刚度随之自动增大，从而提高转向架的抗侧滚能力。
39.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。