液压式高度自动调整装置的制作方法

本发明涉及适于铁路车辆使用的高度自动调整装置，具体地指一种液压式高度自动调整装置。

背景技术：

现有技术中，实现高度调整的装置主要分为非自动式和自动式两种：

(一)非自动式高度调整装置

非自动式高度调整装置具体指需要额外动力来实现调高功能的装置，包括以下形式：(1)机械结构：如专利申请号为201210352451.2的发明专利公开了一种高度调整装置，该高度调整装置通过楔块移动装置调整支撑杆高度；(2)气动结构：如专利申请号为201210265800.7的发明专利公开了一种牵引车高度自动调整装置包括储气罐、高度阀、转换阀、电磁高度控制阀和空气弹簧，它的原理是通过控制阀来控制空气弹簧的充气和放气，实现牵引车的高度调整；(3)液压结构：如专利申请号为201310426918.8的发明专利公开了一种架桥机高度调整装置，该发明利用两套液压缸来实现垂向高度的调整。

(二)自动式高度调整装置

自动式高度调整装置具体指不需要额外动力来源就能实现调高功能的装置，包括以下形式：(1)机械结构：如专利申请号为201510551568.7发明专利公开的“铁路货车自调高装置”、专利申请号为201510551604.X发明专利公开的“铁路货车自调高转向架”，利用上下振动的动能，通过锥套装置的自锁特性实现中托板的单向运动，达到调整高度的目的；(2)液压结构：如专利申请号为201310186108.X发明专利公开的“铁路车辆转向架心盘高度自动调整装置”、专利申请号为201310185296.4发明专利公开的“铁路车辆轴箱悬挂式自调高转向架”、专利申请号为201310186106.0发明专利公开的“铁路车辆中央悬挂式自调高转向架”，主要由内外缸体、内外活塞，推拉杆、橡胶承载弹簧和承载顶盖组成，并围合有四个液压油腔，利用上下振动的动能，通过单向阀的控制实现液压油的定向运动，抬高承载顶盖，达到调整高度的目的。

然而，上述高度调整装置存在如下不足：(1)现有的非自动式高度调整装置需要额外动力源，如驱动电机、充气放气、或者人力等，增加了结构的复杂程度和制造维修成本，而且有些结构或产品由于受到设计尺寸、运用环境、甚至成本的限制而得不到广泛的运用；(2)现有的自动式高度调整装置受限于车钩高度，转向架弹簧工作挠度不大，不能有效减小轮轨之间的作用力；另外，由于空、重车之间的车钩高度差，车钩受力不均，容易造成车钩断裂事故，危及行车安全。

技术实现要素：

本发明的目的就是要提供一种液压式高度自动调整装置，该液压式高度自动调整装置利用车辆上下的往复振动来改变各个液压油腔的体积大小，从而利用压力差驱动液压油在五个液压油腔中定向流动，实现垂向高度自动调节，避免了空、重车之间车钩高差导致的车钩断裂隐患，还提升了高度调整范围，增加了工作挠度，保证了行车的安全。

为实现上述目的，本发明所设计的液压式高度自动调整装置，包括筒状的基座、设置在基座顶部可沿其内壁上下滑动的中空结构的顶盖，所述基座的内壁与顶盖的外壁贴合形成密封的容纳腔；所述容纳腔内设有与基座底端面垂直布置的杆状结构的整体活塞，所述整体活塞的外周设有与其滑动配合的柱塞体，所述柱塞体的顶部和底部分别设有与整体活塞相配合的上密封盖和下密封盖，所述柱塞体顶部还向上延伸形成环形凸台，所述环形凸台向上运动到设定行程时与顶盖内腔的环形凹台抵接配合，所述柱塞体与基座之间设有可沿柱塞体外壁上下滑动的调高缸体；

所述基座的底部中央设有呈阶梯状的安装座，所述整体活塞的杆体底部嵌入安装座内与其固定连接，所述整体活塞的杆体上端设有用于对柱塞体轴向行程进行限位的弹性限位机构，所述整体活塞的杆体中部设有向外凸起的环形凸缘；所述调高缸体底部与基座底部之间设有内弹簧和外弹簧；

所述调高缸体上端面与顶盖内壁之间的空腔与柱塞体顶部环形凸台的内空腔连通形成第一液压油腔，所述环形凸台底部至调高缸体内端面的空间形成第二液压油腔，所述整体活塞的外壁、柱塞体的内壁、上密封盖、以及整体活塞的环形凸缘上端面之间围合成的环形空间形成第三液压油腔，所述整体活塞的外壁、柱塞体的内壁、下密封盖、以及整体活塞的环形凸缘下端面之间围合成的环形空间形成第四液压油腔，所述调高缸体底端面至基座底部的空间形成第五液压油腔。

进一步地，所述柱塞体还包括设置在环形凸台下部与其一体成型的柱塞本体、设置在柱塞本体上端面的上法兰、以及设置在柱塞本体下端面的下法兰；

所述柱塞本体内设有与第一液压油腔连通的A腔第一通道、A腔第二通道和A腔第三通道、与第二液压油腔连通的B腔第一通道、与第三液压油腔连通的C腔第一通道和C腔第二通道、与第四液压油腔连通的D腔第一通道和D腔第二通道、与第五液压油腔连通的E腔第一通道和E腔第二通道；

所述A腔第一通道与E腔第一通道贯通，所述C腔第二通道、D腔第二通道、以及E腔第二通道之间相互贯通，所述D腔第一通道、A腔第三通道、C腔第一通道、B腔第一通道、以及A腔第二通道之间相互贯通。这样，可以利用液体不可压缩性原理来控制液压油在五个液压油腔中定向流动，将液压油挤压流入第二液压油腔中，使得柱塞体与调高缸体的垂向距离增加，从而抬升柱塞体，推动顶盖上行，实现自动调高。

进一步地，所述A腔第二通道内设有控制液压油从第一液压油腔流出的第一单向阀，所述A腔第三通道内设有控制液压油从第一液压油腔流出的第二单向阀；所述C腔第一通道内设有控制液压油从第三液压油腔流出的第三单向阀，所述C腔第二通道内设有控制液压油流入第三液压油腔的第四单向阀；所述D腔第一通道内设有控制液压油从第四液压油腔流出的第五单向阀，所述D腔第二通道内设有控制液压油流入第四液压油腔的第六单向阀。这样，可以通过利用单向阀来控制液压油的单向流动，从而控制液压油在五个液压油腔中定向流动，实现垂向高度的自动调节。

进一步地，所述A腔第二通道内设有用于改变第一单向阀开启方向的第一限位杆，所述A腔第三通道内设有用于改变第二单向阀开启方向的第二限位杆；所述第一限位杆和第二限位杆向上运动到设定行程时均与弹性限位机构抵接。这样，通过第一限位杆和第二限位杆作用于第一单向阀和第二单向阀，可以改变第一单向阀和第二单向阀的开启方向，从而实现第一单向阀和第二单向阀的双向流动。

再进一步地，所述弹性限位机构包括套设在整体活塞杆体上的上弹性限位套、设置在上弹性限位套下方与其接触连接的下弹性限位套、以及设置在上弹性限位套和下弹性限位套围合成的凹槽内的限位弹簧，所述下弹性限位套下方设有可用于与第一限位杆、第二限位杆相抵接的环形限位座。

更进一步地，所述上法兰与柱塞本体的上端面通过螺钉组件固定连接；所述下法兰与柱塞本体的下端面通过螺钉组件固定连接。这样，可以提高柱塞体的密封性。

本发明的工作原理如下：

(一)自由状态：弹性限位机构起作用，顶盖处于自重位高度，外弹簧承载、内弹簧处于自由状态，车辆上、下振动时，自调高装置不调高，只提供阻尼。

力的传递：顶盖→柱塞体→调高缸体→外弹簧→基座。

(二)自由状态至重载状态：由自由状态过渡到重载状态时，弹性限位机构不作用，内弹簧压缩，顶盖处于较低高度。

力的传递：顶盖→柱塞体→调高缸体→外弹簧和内弹簧→基座。

(三)自动调高状态：即由重载状态调高至自由状态位的过程，此时弹性限位机构不起作用，不管车辆是向上振动还是向下振动，均可通过控制液压油的定向流动将液压油挤压流入第二液压油腔中，使得柱塞体与调高缸体的垂向距离增加，从而抬升柱塞体，推动顶盖上行，实现自动调高。

1)重载状态，当车辆向上振动时：柱塞体相对整体活塞向上运动，导致第四液压油腔、第一液压油腔体积减少，第三液压油腔、第五液压油腔体积增大，那么第四液压油腔、第一液压油腔的液压油被挤压流入第二液压油腔中(通过柱塞体内通道流通)，从而增加柱塞体与调高缸体的垂向距离，柱塞体抬升推动顶盖上行。第一液压油腔的大部分液压油通过阻尼通道流向第五液压油腔，第五液压油腔的一部分液压油将补充到第三液压油腔中。

力的传递：外弹簧和内弹簧→调高缸体→液压油→柱塞体→顶盖。

2)重载状态，当车辆向下振动时：柱塞体相对整体活塞向下运动，导致第三液压油腔、第五液压油腔体积减少，第四液压油腔、第一液压油腔体积增大，那么第三液压油腔的液压油被挤压流入第二液压油腔中(通过柱塞体内通道流通)，从而增加柱塞体与调高缸体的垂向距离，柱塞体抬升推动顶盖上行。第五液压油腔的液压油通过阻尼通道流向第一液压油腔，第五液压油腔的另一部分液压油补充到第四液压油腔中。

力的传递：顶盖→柱塞体→液压油→调高缸体→外弹簧和内弹簧→基座。

(四)重载状态调高至自由状态位：当高度调高至设定位置(即自由状态位)时，弹性限位机构起作用，顶盖处于自由状态位高度，自调高装置不再调高，液压油的流动按自由状态方式进行。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

其一，本发明利用车辆垂向上下振动动能来改变各个液压油腔的体积大小，从而利用压力差驱动液压油在五个液压油腔中定向流动，将液压油挤压流入第二液压油腔中，使得柱塞体与调高缸体的垂向距离增加，从而抬升柱塞体，推动顶盖上行，实现垂向高度的自动调节。

其二，本发明利用单向阀来控制液压油的单向流动，从而控制液压油在五个液压油腔中定向流动，进而实现垂向高度的自动调节。

其三，本发明通过在柱塞体内设有与五个液压油腔连通的通道，实现了液压油在五个液压油腔之间的流通，可提供合适的阻尼，有效缓和了垂向冲击，改善轮轨件作用力。

其四，本发明高度自动调整装置调幅大、稳定性高，能够有效解决因为空重车之间车钩高度差造成受力不均而断裂的问题，提高可靠性，降低车辆运输安全风险，增加运输经济效益。

附图说明

图1为一种液压式高度自动调整装置的剖视结构示意图；

图2为图1中弹性限位机构的放大结构示意图；

图3为图1中沿A-A方向的剖视结构示意图；

图4为图3中沿B-B方向的展开结构示意图；

图5为空车状态车体向上振动时柱塞体内部液压油流动过程示意图；

图6为空车状态车体向下振动时柱塞体内部液压油流动过程示意图；

图7为重车状态车体向上振动时柱塞体内部液压油流动过程示意图；

图8为重车状态车体向下振动时柱塞体内部液压油流动过程示意图；

其中：基座1、安装座1.1、顶盖2、环形凹台2.1、容纳腔3、整体活塞4、环形凸缘4.1、柱塞体5、环形凸台5.1、柱塞本体5.2、上法兰5.3、下法兰5.4、调高缸体6、弹性限位机构7、上弹性限位套7.1、下弹性限位套7.2、限位弹簧7.3、环形限位座7.4、内弹簧8.1、外弹簧8.2、上密封盖9.1、下密封盖9.2、第一单向阀10.1、第二单向阀10.2、第三单向阀10.3、第四单向阀10.4、第五单向阀10.5、第六单向阀10.6、第一限位杆11.1、第二限位杆11.2、第一液压油腔A、第二液压油腔B、第三液压油腔C、第四液压油腔D、第五液压油腔E、A腔第一通道A1、A腔第二通道A2、A腔第三通道A3、B腔第一通道B1、C腔第一通道C1、C腔第二通道C2、D腔第一通道D1、D腔第二通道D2、E腔第一通道E1、E腔第二通道E2。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

图中所示的液压式高度自动调整装置，包括筒状的基座1、设置在基座1顶部可沿其内壁上下滑动的中空结构的顶盖2，基座1的内壁与顶盖2的外壁贴合形成密封的容纳腔3；容纳腔3内设有与基座1底端面垂直布置的杆状结构的整体活塞4，整体活塞4的外周设有与其滑动配合的柱塞体5，所述柱塞体5的顶部和底部分别设有与整体活塞4相配合的上密封盖9.1和下密封盖9.2，柱塞体5顶部还向上延伸形成环形凸台5.1，环形凸台5.1向上运动到设定行程时与顶盖2内腔的环形凹台2.1抵接配合，柱塞体5与基座1之间设有可沿柱塞体5外壁上下滑动的调高缸体6；

基座1的底部中央设有呈阶梯状的安装座1.1，整体活塞4的杆体底部嵌入安装座1.1内与其固定连接，整体活塞4的杆体上端设有用于对柱塞体5轴向行程进行限位的弹性限位机构7，整体活塞4的杆体中部设有向外凸起的环形凸缘4.1；调高缸体6底部与基座1底部之间设有内弹簧8.1和外弹簧8.2；

调高缸体6上端面与顶盖2内壁之间的空腔与柱塞体5顶部环形凸台5.1的内空腔连通形成第一液压油腔A，环形凸台5.1底部至调高缸体6内端面的空间形成第二液压油腔B，整体活塞4的外壁、柱塞体5的内壁、上密封盖9.1、以及整体活塞4的环形凸缘4.1上端面之间围合成的环形空间形成第三液压油腔C，整体活塞4的外壁、柱塞体5的内壁、下密封盖9.2、以及整体活塞4的环形凸缘4.1下端面之间围合成的环形空间形成第四液压油腔D，调高缸体6底端面至基座1底部的空间形成第五液压油腔E。

上述技术方案中，柱塞体5还包括设置在环形凸台5.1下部与其一体成型的柱塞本体5.2、设置在柱塞本体5.2上端面的上法兰5.3、以及设置在柱塞本体5.2下端面的下法兰5.4，上法兰5.3与柱塞本体5.2的上端面通过螺钉组件固定连接；下法兰5.4与柱塞本体5.2的下端面通过螺钉组件固定连接。

柱塞本体5.2内设有与第一液压油腔A连通的A腔第一通道A1、A腔第二通道A2和A腔第三通道A3、与第二液压油腔B连通的B腔第一通道B1、与第三液压油腔C连通的C腔第一通道C1和C腔第二通道C2、与第四液压油腔D连通的D腔第一通道D1和D腔第二通道D2、与第五液压油腔E连通的E腔第一通道E1和E腔第二通道E2；

A腔第一通道A1与E腔第一通道E1贯通，C腔第二通道C2、D腔第二通道D2、以及E腔第二通道E2之间相互贯通，D腔第一通道D1、A腔第三通道A3、C腔第一通道C1、B腔第一通道B1、以及A腔第二通道A2之间相互贯通。

上述技术方案中，A腔第二通道A2内设有控制液压油从第一液压油腔A流出的第一单向阀10.1，A腔第三通道A3内设有控制液压油从第一液压油腔A流出的第二单向阀10.2；C腔第一通道C1内设有控制液压油从第三液压油腔C流出的第三单向阀10.3，C腔第二通道C2内设有控制液压油流入第三液压油腔C的第四单向阀10.4；D腔第一通道D1内设有控制液压油从第四液压油腔D流出的第五单向阀10.5，D腔第二通道D2内设有控制液压油流入第四液压油腔D的第六单向阀10.6。

上述技术方案中，A腔第二通道A2内设有用于改变第一单向阀10.1开启方向的第一限位杆11.1，A腔第三通道A3内设有用于改变第二单向阀10.2开启方向的第二限位杆11.2；第一限位杆11.1和第二限位杆11.2向上运动到设定行程时均与弹性限位机构7抵接。

上述技术方案中，弹性限位机构7包括套设在整体活塞4杆体上的上弹性限位套7.1、设置在上弹性限位套7.1下方与其接触连接的下弹性限位套7.2、以及设置在上弹性限位套7.1和下弹性限位套7.2围合成的凹槽内的限位弹簧7.3，下弹性限位套7.2下方设有可用于与第一限位杆11.1、第二限位杆11.2相抵接的环形限位座7.4。

本发明具体的工作流程如下：

当空车状态时，高度自动调整装置不调高，在弹性限位机构7的作用下，第一限位杆11.1和第二限位杆11.2受压后分别作用于第一单向阀10.1和第二单向阀10.2，A腔第二通道A2、A腔第三通道A3内的第一单向阀10.1、第二单向阀10.2的阀芯向下打开，使得流经A腔第二通道A2、A腔第三通道A3的液压油可双向流动。

如图5所示，当车体向上振动时，柱塞体5相对整体活塞4向上运动，导致第四液压油腔D、第一液压油腔A体积减少、油压增大，第三液压油腔C、第五液压油腔E体积增大、油压降低。第一液压油腔A的液压油将通过A腔第一通道A1→E腔第一通道E1流入油压较低的第五液压油腔E中，同时第四液压油腔D的液压油将由D腔第一通道D1流出，并从A腔第二通道A2、A腔第三通道A3流入第一液压油腔A中。随着第一液压油腔A的液压油流入到第五液压油腔E，使得第五液压油腔E中的油压增大，由于在第三液压油腔C、第四液压油腔D中第三液压油腔C的油压相对较小，那么在C腔第二通道C2、D腔第二通道D2内第四单向阀10.4、第六单向阀10.6的控制下，当第五液压油腔E的油压增大时，通道E腔第二通道E2→C腔第二通道C2将优先于通道E腔第二通道E2→D腔第二通道D2贯通，第五液压油腔E中液压油将通过E腔第二通道E2流入，并经C腔第二通道C2流入到第三液压油腔C中，从而使第三液压油腔C中的液压油得到补充。

如图6所示，当车体向下振动时，柱塞体5相对整体活塞4向下运动，导致第三液压油腔C、第五液压油腔E体积减少、油压增大，第四液压油腔D、第一液压油腔A体积增大、油压降低。第五液压油腔E的液压油将通过阻尼通道E腔第一通道E1→A腔第一通道A1流入油压较低的第一液压油腔A中，同时第三液压油腔C的液压油将由C腔第一通道C1流出，并从A腔第二通道A2、A腔第三通道A3流入第一液压油腔A中。此时由于在第三液压油腔C、第四液压油腔D中第四液压油腔D的油压相对较小，那么在C腔第二通道C2、D腔第二通道D2内第四单向阀10.4、第六单向阀10.6的控制下，通道E腔第二通道E2→D腔第二通道D2将优先于通道E腔第二通道E2→C腔第二通道C2贯通，那么另外一部分第五液压油腔E中液压油将通过E腔第二通道E2流入，并经D腔第二通道D2流入到第四液压油腔D中，从而使第四液压油腔D中的液压油得到补充。

当高度自动调整装置自动调高时，车辆由重车位调高至空车位的过程，此时弹性限位机构7不起作用，即流经A腔第二通道A2、A腔第三通道A3内第一单向阀10.1、第二单向阀10.2的液压油只能单向流动。当车体上、下振动时，通过单向阀的控制使液压油可持续挤压流入第二液压油腔B中，导致第二液压油腔B的油压增大，从而调高柱塞体5与调高缸体6的垂向距离、抬升柱塞体5，推动顶盖2上行，实现自动调高。

如图7所示，当车体向上振动时，柱塞体5相对整体活塞4向上运动，导致第四液压油腔D、第一液压油腔A体积减少、油压增大，第三液压油腔C、第五液压油腔E体积增大、油压降低。第一液压油腔A的液压油将通过阻尼通道A腔第一通道A1→E腔第一通道E1流入油压较低的第五液压油腔E中，第四液压油腔D的液压油将由D腔第一通道D1流出，从B腔第一通道B1流入第二液压油腔B中；与此同时，第一液压油腔A的液压油也可通过A腔第二通道A2、A腔第三通道A3流出，并从B腔第一通道B1流入第二液压油腔B。随着第一液压油腔A的液压油流入到第五液压油腔E，使得第五液压油腔E中的油压增大，由于在第三液压油腔C、第四液压油腔D中第三液压油腔C的油压相对较小，那么在C腔第二通道C2、D腔第二通道D2内第四单向阀10.4、第六单向阀10.6的控制下，当第五液压油腔E的油压增大时，通道E腔第二通道E2→C腔第二通道C2将优先于通道E腔第二通道E2→D腔第二通道D2贯通，第五液压油腔E中液压油将通过E腔第二通道E2流入，并经C腔第二通道C2流入到第三液压油腔C中，从而使第三液压油腔C中的液压油得到补充。

如图8所示，当车体向下振动时，柱塞体5相对整体活塞4向下运动，导致第三液压油腔C、第五液压油腔E体积减少、油压增大，第四液压油腔D、第一液压油腔A体积增大、油压降低。第五液压油腔E的液压油将通过阻尼通道E腔第一通道E1→A腔第一通道A1流入油压较低的第一液压油腔A中，同时第三液压油腔C的液压油将由C腔第一通道C1流出，并从B腔第一通道B1流入第二液压油腔B中。此时由于在第三液压油腔C、第四液压油腔D中第四液压油腔D的油压相对较小，那么在C腔第二通道C2、D腔第二通道D2内第四单向阀10.4、第六单向阀10.6的控制下，通道E腔第二通道E2→D腔第二通道D2将优先于通道E腔第二通道E2→C腔第二通道C2贯通，那么另外一部分第五液压油腔E中液压油将通过E腔第二通道E2流入，并经D腔第二通道D2流入到第四液压油腔D中，从而使第四液压油腔D中的液压油得到补充。

当高度调高至空车位时，弹性限位机构7起作用，使液压油不再经B腔第一通道B1流入第二液压油腔B，自调高装置调高结束，此时柱塞体5内部液压油的流动过程和作用将按空车状态进行。若第二液压油腔B中的液压油从B腔第一通道B1流出，使得第二液压油腔B中油压减少，导致柱塞体5高度降低，此时若第一限位杆11.1和第二限位杆11.2都不再作用于其所在通道内的第一单向阀10.1和第二单向阀10.2，那么柱塞体5内部液压油的流动过程和作用将按自动调高工况进行。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，应当指出，任何熟悉本领域的技术人员在本发明所揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。