CN102094927A - 整体式三级阻尼可控二级刚度自适应油气弹簧 - Google Patents

Abstract

本发明涉及整体式三级阻尼可控二级刚度自适应油气弹簧，其采用活塞、缸筒、蓄能器和可控阻尼阀总成组装而成：采用常通节流孔和两可控旁通节流通路的阻尼阀结构，实现三级阻尼可调；采用的主、副蓄能器的预充气压力不同，主蓄能器预充气压力低于副蓄能器；当油气弹簧载荷较小时，油气弹簧的工作压力小于副蓄能器预充气压力，副蓄能器不参与工作，油气弹簧的刚度特性仅取决于主蓄能器。当油气弹簧载荷较大时，油气弹簧的工作压力大于副蓄能器预充气压力，主、副蓄能器同时参与工作，此时油气弹簧的刚度特性取决于主、副蓄能器；油气弹簧的二级刚度特性随油气弹簧载荷的变化而实现自适应转换；本发明结构简单，易于实现，控制简单，维修方便。

Description

整体式三级阻尼可控二级刚度自适应油气弹簧

技术领域

本发明涉及运输工具的油气弹簧，特别涉及整体式三级阻尼可控二级刚度自适应油气弹簧，属于工程元件或部件领域。

背景技术

油气弹簧作为一种性能优良的汽车悬架弹性阻尼元件，在特种车辆和越野车辆方面具有很好的应用前景。在汽车行驶过程中，油气弹簧通过蓄能器和阻尼阀的共同作用，缓和地面的冲击，衰减汽车的振动，以改善汽车行驶平顺性，提高汽车操纵稳定性。

一般的油气弹簧在内部设有阻尼阀，阻尼阀的阻尼特性是预设定的且不可控的。但汽车在行驶中，不同的行驶工况对悬架的阻尼特性有不同的要求。因此，油气弹簧需要采用可控阻尼阀，并根据行驶工况控制阻尼阀改变阻尼特性，产生不同的阻尼效果，使汽车悬架系统具有更好的性能。

一些高档汽车上出现了阻尼可控的减振器，此类阻尼控制执行机构的结构基于减振器设计，不能直接应用于油气弹簧。也有一些油气弹簧采用可控阻尼阀外置的结构形式，此类油气弹簧结构不够紧凑，增加了车辆上布置安装难度。

一些载货汽车后悬架弹簧的载荷在空载和满载时相差很大，单一刚度的弹簧不能同时满足空载和满载时的汽车行驶平顺性的要求。因此，油气弹簧需要有二级刚度特性并随载荷变化自适应转换以满足载货汽车后悬架的需要。

发明内容

本发明的目的是为了改善汽车行驶平顺性、提高汽车操纵稳定性，而提供整体式三级阻尼可控二级刚度自适应油气弹簧。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的：

本发明包括柱塞总成、缸筒总成、和可控阻尼阀总成三大总成部件以及主、副蓄能器和防尘套；

柱塞总成包括耳环、柱塞、限位块及限位块固定装置；耳环通过螺纹与柱塞下端连接；限位块通过限位块固定装置固定在柱塞的上端；

缸筒总成包括柱塞套管、柱塞套管压盖、锁圈、缸筒和耳轴；柱塞套管内装有密封组件用于柱塞密封，柱塞套管压盖通过螺纹与缸筒下端连接，并把柱塞套管压在缸筒和柱塞套管压盖之间，锁圈安装在柱塞套管压盖的上端；耳轴连接在缸筒上部；

可控阻尼阀总成包括阻尼阀体、阻尼阀芯总成、副蓄能器座、节流阀、节流阀、开关电磁阀、开关电磁阀以及放气螺塞；阻尼阀芯总成通过螺纹安装在阻尼阀体的内部，阻尼阀芯总成将阻尼阀体的内部分成上、下两个腔；阻尼阀体正面上共布置有上、下两排且左、右对称的四个阀座；位于上面一排的两个阀座用于安装开关电磁阀，这两个阀座的底孔与阻尼阀体内部的上腔相通；位于下面一排的两个阀座用于安装节流阀，这两个阀座的底孔与阻尼阀体内部的下腔相通；从阻尼阀体的上表面垂直向下加工有两个连通孔，两个连通孔左、右对称，左侧的连通孔连通位于左侧上、下两个阀座，右侧的连通孔连通位于右侧上、下两个阀座；两个放气螺塞分别用于封堵左、右两个连通孔；阻尼阀芯总成包括阻尼阀芯体、常通孔螺栓、压缩阀片组、伸张阀片组和紧固螺母；阻尼阀芯体的中心有用于安装常通孔螺栓的中心孔，并在圆周方向有四个压缩阀孔和四个伸张阀孔间隔排列，且在阻尼阀芯体的上表面压缩阀孔的端面高于伸张阀孔的端面，在阻尼阀芯体的下表面压缩阀孔的端面低于伸张阀孔的端面；在阻尼阀芯体的上表面对应四个伸张阀孔的位置，加工有放射状的伸张阀孔槽，在阻尼阀芯体的下表面对应四个压缩阀孔的位置，加工有放射状的压缩阀孔槽；常通孔螺栓和紧固螺母把压缩阀片组和伸张阀片组分别固定在阻尼阀芯体的上表面和下表面；副蓄能器座安装在阻尼阀体上；

柱塞总成装在缸筒总成内，可以进行轴向运动；缸筒总成与可控阻尼阀总成固定连接成一体，连接方式是阻尼阀体的下端止口插入缸筒的上端并在圆周方向连续焊接一圈；主蓄能器通过螺纹安装到阻尼阀体上；副蓄能器通过螺纹安装到副蓄能器座上；防尘套下端连接柱塞，上端连接柱塞套管。

本发明的有益效果：

本发明技术方案与现有技术相比，具有如下特点：

(1)结构简单，易于实现。本发明油气弹簧结构简单，仅由活塞、缸筒、可控阻尼阀总成、主蓄能器和副蓄能器组成，其中蓄能器和可控阻尼阀上的节流阀、开关电磁阀均为标准件，便于大批量生产；可控阻尼阀采用内置式结构，结构紧凑，便于布置，可靠性高。

(2)阻尼控制简单，维修方便。本发明油气弹簧阻尼调节功能的执行，仅靠开关电磁阀的通、断电即可实现，控制简单。开关电磁阀为标准件，价格较低廉，维修更换方便。

(3)油气弹簧刚度特性随载荷变化自适应转换，适用于载货汽车的后悬架，可自动为汽车空载或满载工况提供适合的刚度特性，保证载货汽车的行驶平顺性。

附图说明

图1-为本发明实施例的整体式三级阻尼可控二级刚度自适应油气弹簧主视图；

图2-为本发明实施例的整体式三级阻尼可控二级刚度自适应油气弹簧左视图；

图3-为本发明实施例的可控阻尼阀总成主视图；

图4-为本发明实施例的阻尼阀芯体俯视图；

图5-为本发明实施例的阻尼阀芯体A-B剖视图；

图6-为本发明实施例的阻尼阀芯体仰视图；

图7-为本发明实施例的阻尼阀芯总成主视图；

图8-为本发明实施例的油气弹簧阻尼力-速度特性；

图9-为本发明实施例的油气弹簧弹性力-位移特性；

其中：1-耳环、2-柱塞、3-柱塞套管、4-柱塞套管压盖、5-锁圈、6-缸筒、7-限位块、8-限位块固定装置、9-耳轴、10-阻尼阀体、11-阻尼阀芯总成、12-放气螺塞、13-主蓄能器、14-节流阀a、15-开关电磁阀a、16-开关电磁阀b、17-节流阀b、18-防尘套、19-副蓄能器、20-副蓄能器座、21-阻尼阀芯体、22-常通孔螺栓、23-压缩阀片组、24-伸张阀片组、25-紧固螺母、26-压缩阀孔、27-伸张阀孔、28-伸张阀孔槽、29-压缩阀孔槽

具体实施方式

本发明的整体式三级阻尼可控二级刚度自适应油气弹簧，采用活塞、缸筒、可控阻尼阀总成、主蓄能器和副蓄能器组装成一体的整体式油气弹簧结构。活塞的往复运动，促使油液在缸筒和蓄能器间往复流动，蓄能器内的气体体积发生变化，油液的压力随之变化，油气弹簧产生弹簧力。可控阻尼阀总成安装于缸筒和蓄能器之间，油液流经可控阻尼阀总成时，可控阻尼阀对油液的节流作用可控，油气弹簧产生可控阻尼力。

可控阻尼阀采用常通节流孔和两可控旁通节流通路并联的结构，实现三级阻尼可调。阻尼阀总成包括一个阻尼阀体、一个阻尼阀芯、两个节流阀和两个开关电磁阀；阻尼阀芯安装在阻尼阀体内，阻尼阀芯上有一个常通节流孔、一组伸张单向阀和一组压缩单向阀。阻尼阀体上加工有两条旁通节流通路。每条旁通节流通路内串联安装一个节流阀和一个开关电磁阀。当开关电磁阀通、断电时，其所在的油路处于打开或者关闭状态，从而使得阻尼阀的总节流面积发生变化，阻尼力随之发生改变。

采用的主、副蓄能器的预充气压力不同，主蓄能器预充气压力低于副蓄能器预充气压力。当油气弹簧的载荷较小时，在油气弹簧的大部分工作行程内，油气弹簧的工作压力小于副蓄能器预充气压力，副蓄能器不参与工作，油气弹簧的刚度特性仅取决于主蓄能器。当油气弹簧的载荷较大时，在油气弹簧的大部分工作行程内，油气弹簧的工作压力大于副蓄能器预充气压力，主蓄能器和副蓄能器同时参与工作，此时油气弹簧的刚度特性取决于主蓄能器和副蓄能器。油气弹簧的二级刚度特性随油气弹簧载荷变化而实现自适应转换。

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：

本发明的整体式三级阻尼可控二级刚度自适应油气弹簧主要由柱塞总成、缸筒总成、和可控阻尼阀总成三大总成部件以及主、副蓄能器和防尘套组成。

柱塞总成包括耳环1、柱塞2、限位块7及限位块固定装置8。耳环1通过螺纹与柱塞2下端连接；限位块7通过限位块固定装置8固定在柱塞2的上端。

缸筒总成包括柱塞套管3、柱塞套管压盖4、锁圈5、缸筒6和耳轴9。柱塞套管3内装有密封组件用于柱塞密封，柱塞套管压盖4通过螺纹与缸筒6下端连接，并把柱塞套管3压在缸筒6和柱塞套管压盖4之间，锁圈5用于柱塞套管压盖4的防松；耳轴9焊接在缸筒6上部。

可控阻尼阀总成包括阻尼阀体10、阻尼阀芯总成11、副蓄能器座20、节流阀a14、节流阀b17、开关电磁阀a15、开关电磁阀b16以及放气螺塞12。节流阀a14和节流阀b17的型号相同，开关电磁阀a15和开关电磁阀b16的型号相同。阻尼阀芯总成11通过螺纹安装在阻尼阀体10的内部，节流阀a14、节流阀b17和开关电磁阀a15、开关电磁阀b16分别安装在阻尼阀体10上相应的阀座内，副蓄能器座20安装在阻尼阀体10上。

柱塞总成装在缸筒总成内，可以进行轴向运动。缸筒总成与可控阻尼阀总成固定连接成一体，连接方式是阻尼阀体10的下端止口插入缸筒6的上端并在圆周方向连续焊接一圈。主蓄能器13通过螺纹安装到阻尼阀体10上；副蓄能器19通过螺纹安装到副蓄能器座20上；防尘套18下端连接柱塞2，上端连接柱塞套管3。

可控阻尼阀总成的旋转展开剖视图如图3所示，其结构特点描述如下：阻尼阀芯总成11将阻尼阀体10的内部分成上、下两个腔。阻尼阀体10正面上共布置有上、下两排且左、右对称的四个阀座。位于上面一排的两个阀座用于安装开关电磁阀a15、b16，这两个阀座的底孔与阻尼阀体10内部的上腔相通。位于下面一排的两个阀座用于安装节流阀a14、b17，这两个阀座的底孔与阻尼阀体10内部的下腔相通。从阻尼阀体10的上表面垂直向下加工有两个连通孔，两个连通孔左、右对称，左侧的连通孔连通位于左侧上、下两个阀座，右侧的连通孔连通位于右侧上、下两个阀座。两个放气螺塞12分别用于封堵左、右两个连通孔。在为油气弹簧充油时，放气螺塞12也用于放出缸筒及可控阻尼阀内部的空气。

这样，在阻尼阀体10内部的上、下两个腔之间就存在三条并联的通路。即：通路A，阻尼阀芯总成11通路；通路B，开关电磁阀a15串联节流阀a14通路；通路C，开关电磁阀b16串联节流阀b17通路。通路A是常通的，其阻尼特性由阻尼阀芯总成11决定；通路B的通或断由开关电磁阀a15决定，其阻尼特性由节流阀a14决定；通路C的通或断由开关电磁阀b16决定，其阻尼特性由节流阀b17决定。节流阀a14和节流阀b17上都设有节流调节螺栓，用于调整节流阀的阻尼特性。

阻尼阀芯总成11的结构描述如下：阻尼阀芯总成11包括阻尼阀芯体21、常通孔螺栓22、压缩阀片组23、伸张阀片组24和紧固螺母25；阻尼阀芯体21的结构图如图4、5、6所示，阻尼阀芯体21的中心有用于安装常通孔螺栓22的中心孔，并在圆周方向有四个压缩阀孔26和四个伸张阀孔27间隔排列；在阻尼阀芯体21的上表面对应四个伸张阀孔27的位置，加工有放射状的伸张阀孔槽28，在阻尼阀芯体21的下表面对应四个压缩阀孔26的位置，加工有放射状的压缩阀孔槽29；阻尼阀芯总成的结构图如图7所示，常通孔螺栓22和紧固螺母25把压缩阀片组23和伸张阀片组24分别固定在阻尼阀芯体21的上表面和下表面；压缩阀片组23可以压盖住压缩阀孔26，但不能压盖住伸张阀孔27，伸张阀片组24可以压盖住伸张阀孔27，但不能压盖住压缩阀孔26。

当油气弹簧压缩时，油液从下向上流过阻尼阀芯总成11，此时油液分为两路，一路从常通孔螺栓22内的常通孔流过；另一路从压缩阀孔槽29流入压缩阀孔26并推开压缩阀片组23流出。当油气弹簧伸张时，油液从上向下流过阻尼阀芯总成11，此时油液分为两路，一路从常通孔螺栓22内的常通孔流过；另一路从伸张阀孔槽28流入伸张阀孔27并推开伸张阀片组24流出。由于压缩阀片的片数不同于伸张阀片的片数，阻尼阀芯总成11的压缩阻尼特性和伸张阻尼特性并不相同。

三级阻尼可控二级刚度自适应油气弹簧的三种阻尼模式及其实现方式描述如下：

当开关电磁阀a15和开关电磁阀b16同时关闭时，油液不通过节流阀，产生较大的阻尼力，油气弹簧为“硬”阻尼模式；当开关电磁阀a15打开且开关电磁阀b16关闭时，油液通过节流阀a14，产生中等的阻尼力，油气弹簧为“中”阻尼模式；当开关电磁阀a15关闭且开关电磁阀b16打开时，油液通过节流阀b17，产生中等的阻尼力，油气弹簧为“中”阻尼模式；当开关电磁阀a15和开关电磁阀b16同时打开时，油液通过节流阀a14和节流阀b17，产生较小的阻尼力，油气弹簧为“软”阻尼模式。

将开关电磁阀a15和开关电磁阀b16的开、关状态、对应控制油液流经的节流阀、从而得到的阻尼力和阻尼模式列表如表1所示：

表1开关电磁阀a15和开关电磁阀b16的开、关状态对应的三级阻尼模式

三级阻尼可控二级刚度自适应油气弹簧的二级刚度自适应特性描述如下：

主蓄能器13的预充气压力小于副蓄能器19的预充气压力，二级刚度特性的转换是自动完成的。当油气弹簧的载荷较小时，在油气弹簧的大部分工作行程内，油气弹簧的工作压力大于主蓄能器13中的预充气压力但小于副蓄能器19中的预充气压力，此时，副蓄能器19不工作，油气弹簧的刚度特性由主蓄能器13决定，油气弹簧的刚度特性为第一级；当油气弹簧的载荷较大时，在油气弹簧的大部分工作行程内，油气弹簧的压力大于副蓄能器19预充气压力，此时主蓄能器13和副蓄能器19同时工作，油气弹簧的刚度特性由主蓄能器13和副蓄能器19共同决定，油气弹簧的刚度特性为第二级。根据油气弹簧载荷的变化，油气弹簧的刚度特性在二级刚度特性间实现自动地转换。

经过对本发明实施例的整体式三级阻尼可控二级刚度自适应油气弹簧进行试验，结果表明：

1、本发明的整体式三级阻尼可控二级刚度自适应油气弹簧，能产生所要求的三级阻尼，且油气弹簧性能良好，阻尼特性稳定。阻尼力-速度特性曲线如图8所示。

2、本发明的整体式三级阻尼可控二级刚度自适应油气弹簧，能随油气弹簧的工作压力自动地在二级刚度特性间切换，且油气弹簧性能良好，刚度特性稳定。弹性力-位移特性曲线如图9所示。

3、本发明的整体式三级阻尼可控二级刚度自适应油气弹簧，其阻尼力的调整范围较大，能够满足汽车可控悬架系统阻尼三级控制的需要，其二级刚度自适应功能可以实现二级刚度特性并随载荷变化自适应转换，能够满足载货汽车后悬架的需要。

Claims (3)

1.整体式三级阻尼可控二级刚度自适应油气弹簧，其特征在于：包括柱塞总成、缸筒总成、和可控阻尼阀总成三大总成部件以及主、副蓄能器和防尘套；

柱塞总成包括耳环(1)、柱塞(2)、限位块(7)及限位块固定装置(8)；耳环(1)通过螺纹与柱塞(2)下端连接；限位块(7)通过限位块固定装置(8)固定在柱塞(2)的上端；

缸筒总成包括柱塞套管(3)、柱塞套管压盖(4)、锁圈(5)、缸筒(6)和耳轴(9)；柱塞套管(3)内装有密封组件用于柱塞密封，柱塞套管压盖(4)通过螺纹与缸筒(6)下端连接，并把柱塞套管(3)压在缸筒(6)和柱塞套管压盖(4)之间，锁圈(5)安装在柱塞套管压盖(4)的上端；耳轴(9)焊接在缸筒(6)上部；

可控阻尼阀总成包括阻尼阀体(10)、阻尼阀芯总成(11)、副蓄能器座(20)、节流阀a(14)、节流阀b(17)、开关电磁阀a(15)、开关电磁阀b(16)以及放气螺塞(12)；阻尼阀芯总成(11)通过螺纹安装在阻尼阀体(10)的内部，阻尼阀芯总成(11)将阻尼阀体(10)的内部分成上、下两个腔；阻尼阀体(10)正面上共布置有上、下两排且左、右对称的四个阀座；位于上面一排的两个阀座用于安装开关电磁阀a(15)、b(16)，这两个阀座的底孔与阻尼阀体(10)内部的上腔相通；位于下面一排的两个阀座用于安装节流阀a(14)、b(17)，这两个阀座的底孔与阻尼阀体(10)内部的下腔相通；从阻尼阀体(10)的上表面垂直向下加工有两个连通孔，两个连通孔左、右对称，左侧的连通孔连通位于左侧上、下两个阀座，右侧的连通孔连通位于右侧上、下两个阀座；两个放气螺塞(12)分别用于封堵左、右两个连通孔；阻尼阀芯总成(11)包括阻尼阀芯体(21)、常通孔螺栓(22)、压缩阀片组(23)、伸张阀片组(24)和紧固螺母(25)；阻尼阀芯体(21)的中心有用于安装常通孔螺栓(22)的中心孔，并在圆周方向有四个压缩阀孔(26)和四个伸张阀孔(27)间隔排列，且在阻尼阀芯体(21)的上表面压缩阀孔(26)的端面高于伸张阀孔(27)的端面，在阻尼阀芯体(21)的下表面压缩阀孔(26)的端面低于伸张阀孔(27)的端面；在阻尼阀芯体(21)的上表面对应四个伸张阀孔(27)的位置，加工有放射状的伸张阀孔槽(28)，在阻尼阀芯体(21)的下表面对应四个压缩阀孔(26)的位置，加工有放射状的压缩阀孔槽(29)；常通孔螺栓(22)和紧固螺母(25)把压缩阀片组(23)和伸张阀片组(24)分别固定在阻尼阀芯体(21)的上表面和下表面；副蓄能器座(20)安装在阻尼阀体(10)上；

柱塞总成装在缸筒总成内，可以进行轴向运动；缸筒总成与可控阻尼阀总成固定连接成一体，连接方式是阻尼阀体(10)的下端止口插入缸筒6的上端并在圆周方向连续焊接一圈；主蓄能器(13)通过螺纹安装到阻尼阀体(10)上；副蓄能器(19)通过螺纹安装到副蓄能器座(20)上；防尘套(18)下端连接柱塞(2)，上端连接柱塞套管(3)。

2.如权利要求1所述的整体式三级阻尼可控二级刚度自适应油气弹簧，其特征在于：当油气弹簧压缩时，油液从下向上流过阻尼阀芯总成(11)，此时油液分为两路，一路从常通孔螺栓内的常通孔流过；另一路从压缩阀孔槽流入压缩阀孔并推开压缩阀片组流出；当油气弹簧伸张时，油液从上向下流过阻尼阀芯总成(11)，此时油液分为两路，一路从常通孔螺栓内的常通孔流过；另一路从伸张阀孔槽流入伸张阀孔并推开伸张阀片组流出。

3.如权利要求1所述的整体式三级阻尼可控二级刚度自适应油气弹簧，其特征在于：三级阻尼可控二级刚度自适应油气弹簧的三种阻尼模式及其实现方式描述如下：

当开关电磁阀a(15)和开关电磁阀b(16)同时关闭时，油液不通过节流阀，产生较大的阻尼力，油气弹簧为“硬”阻尼模式；当开关电磁阀a(15)打开且开关电磁阀b(16)关闭时，油液通过节流阀a(14)，产生中等的阻尼力，油气弹簧为“中”阻尼模式；当开关电磁阀a(15)关闭且开关电磁阀b(16)打开时，油液通过节流阀b(17)，产生中等的阻尼力，油气弹簧为“中”阻尼模式；当开关电磁阀a(15)和开关电磁阀b(16)同时打开时，油液通过节流阀a(14)和节流阀b(17)，产生较小的阻尼力，油气弹簧为“软”阻尼模式；

三级阻尼可控二级刚度自适应油气弹簧的二级刚度自适应特性描述如下：

主蓄能器(13)的预充气压力小于副蓄能器(19)的预充气压力，二级刚度特性的转换是自动完成的；当油气弹簧的载荷较小时，在油气弹簧的大部分工作行程内，油气弹簧的工作压力大于主蓄能器(13)中的预充气压力但小于副蓄能器(19)中的预充气压力，此时，副蓄能器(19)不工作，油气弹簧的刚度特性由主蓄能器(13)决定，油气弹簧的刚度特性为第一级；当油气弹簧的载荷较大时，在油气弹簧的大部分工作行程内，油气弹簧的压力大于副蓄能器(19)预充气压力，此时主蓄能器(13)和副蓄能器(19)同时工作，油气弹簧的刚度特性由主蓄能器(13)和副蓄能器(19)共同决定，油气弹簧的刚度特性为第二级；根据油气弹簧载荷的变化，油气弹簧的刚度特性在二级刚度特性间实现自动地转换。

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