CN104514829A - 一种单位颗粒空气弹簧 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种单位颗粒空气弹簧，包括其弹簧本体，所述弹簧本体有实心和空心两种制作方式。所述弹簧本体由用于缓冲的颗粒弹簧，和用于填装颗粒弹簧的分段袋，以及用于约束分段袋内的颗粒弹簧的外套，其均采用纤维布和橡胶复合工艺制作。所述颗粒弹簧为圆球形，由初胎和保护层组成，所述颗粒弹簧在分段袋内与相邻颗粒弹簧之间的空隙设置有传接颗粒；所述分段袋和外套上设置有排气孔和排气口，所述外套约束部位的纤维复合层比缓冲部位的厚。本发明的单位颗粒空气弹簧具有良好的缓冲防护性能，柔和的反弹属性，其空心的弹簧本体可借助外套上的连接位任意组合。

Description

一种单位颗粒空气弹簧

技术领域

本发明涉及一种用于机动车安全防护的一种空气缓冲弹簧，尤其是一种填充有多个单位空气颗粒的缓冲弹簧。

背景技术

现今世界的交通越来越发达，人们对出行的方式也越来越多样化，同时也对交通工具的安全性能要求也越来越高。越来越多的交通事故让人们对自己的爱车的安全防护从被动的防护方式，即车身防护装置采用刚性的如金属保险杠防撞装置，转而要求更安全的主动防护方式，即在金属保险杠与车身之间设置金属弹簧来主动缓冲刚性撞击。如中国专利97208274.3。还包括各种各样的紧急制动装置，在车身遭遇碰撞时或以智能技术探测到风险时使发动机熄火并紧急刹车，来减轻碰撞损失或减少减少碰撞风险。

发明紧急制动装置是汽车世界的一大发明，但是，不管是车身接触时还是电子智能探测到风险时启动紧急制动装置，要保证汽车安全的一个永恒的主题是增强车身防护性能。金属保险杠和是金属弹簧是现有技术防护主要零部件，但它们在给车身提供防护的同时也暴露出了它们在安全防护的局限性，首先是不可能无节制的使用金属或纤维复合材料来加强车身的防护性能，那样不但汽车本身的负载功率不允许，同时汽车标准（车身尺寸）也会遭到限制。那就需要主动缓冲装置，采用金属弹簧可以起到一定的主动抵消冲击力的缓冲作用，但金属弹簧也有缺陷——首先是弹簧本身，要在高强度的碰撞中保证乘客安全，不仅要有支撑力足够大的或数量足够多的金属弹簧来抵消强大的冲击力，还需要足够的缓冲行程，否则就算弹簧的支撑力再大或数量足够多，弹簧的缓冲行程不够，那也只能算是有限度主动缓冲。但弹簧的支撑力和它的弹簧丝的直径是成正比的，即支撑力越大弹簧丝的直径越大，以现有弹簧技术要满足足够的弹簧行程弹簧的长度可能不会适合。

汽车安全性能不仅是增强撞击防护性能，还有撞击之后的安全系数。当发生交通事故，汽车碰撞双方不仅要比较撞击时的防护性能，还有撞击后的保护要求。由于弹簧承受的力有多大它回弹的力就有多大，假设车身的缓冲弹簧有足够大的支撑力，也有足够距离的缓冲行程，那么在高速撞击时巨大的冲击力将被弹簧的主动缓冲抵消进而满足了乘客对撞击防护性能的要求，但弹簧对车身缓冲保护的同时也为弹簧本身储存了巨大的能量，在碰撞双方的冲击力消失后弹簧失去压力将会把其承受的力反弹给碰撞双方的车身，这个力远大于车身本身的摩擦抵抗力，它将会将车身反弹出去给乘客带来第二次甚至更多次的伤害。

综上所述，现今汽车安全防护技术和防碰撞零部件不能满足乘客对车身防护性能的要求，我们需要更有效的缓冲防护产品。

发明内容

本发明针对现有技术在缓冲防护方面的缺陷，提供一种单位颗粒空气弹簧，应用空气的压缩和解压特征来满足乘客对车身安全防护的需求。

本发明所述的单位颗粒空气弹簧，包括弹簧本体，所述弹簧本体包括用于缓冲作用的颗粒弹簧，和用于装填颗粒弹簧的分段袋，以及用于增加对颗粒弹簧束缚强度的外套。

所述颗粒弹簧是一种内部填充有气体的初胎，所述初胎由纤维布和密封性能好的橡胶复合制作而成，初胎内填充的是具有一定压力的氮气或其它气体。

为进一步增强初胎的气密性能和耐用性，所述初胎外面设置有保护层。所述保护层由一层或多层纤维布和气密性能好的橡胶复合制作，保护层的设置方式可以是单独的，即保护层和初胎分开制作好后，再用外套将初胎包裹进行密封；所述保护层的还可以是直接用纤维布将初胎包裹后再和橡胶复合制作。为使颗粒弹簧制作好后是一种具有良好缓冲性能的空气弹簧，所述颗粒弹簧为圆球形。

所述颗粒弹簧是一种较小的颗粒，要最大限度的使用它的缓冲功能需要多个颗粒弹簧组合来使用。如采用分段袋将其约束成型，所述分段袋由纤维布和橡胶复合制作而成，将多个颗粒弹簧按规则排列装填进分段袋，填满后将填充口封闭并填充一定气压的气体以平衡内胎内的颗粒弹簧的气压，以减少颗粒弹簧内的气体泄漏的可能性，增加其耐用性。

所述颗粒弹簧装进分段袋后，其相邻的颗粒弹簧之间不可避免的会留有空隙，为使本发明所述的单位颗粒空气弹簧拥有高效的缓冲冲击力的性能，在所述颗粒弹簧之间的空隙设置有传接颗粒，以使相邻的颗粒弹簧有更多的接触面来协同承担冲击力。所述传接颗粒可以是比颗粒弹簧更小的空气颗粒弹簧，也可以是软质的橡胶粒。

虽然在相邻颗粒弹簧之间的空隙设置了传接颗粒，但不可能把所有的空隙都填满，因而其相邻颗粒弹簧之间始终还是有空隙。为防止在快速冲击的情况下内胎或分段袋因气压突然增高而破裂，而使颗粒弹簧不能有效缓冲，所述分段袋的纤维复合层上设置有排气孔，所述排气孔设置有能够承受一定气压的密封层，即分段袋的袋布由一层或多层纤维布与橡胶复合制作而成，但设置在胎壁或袋布上的排气孔位置只有橡胶层而不设置纤维布来增强其抗压性能，并使其在平时能够承受一定的气压，而一定的冲击力冲击时可以轻易的冲破该密封层，进而使颗粒弹簧发挥最佳缓冲性能。

为进一步约束颗粒弹簧并强化其缓冲性能，本发明的弹簧本体设置有外套来进一步约束内胎或分段，以使其内部的颗粒弹簧在强有力的约束环境下能够最大限度的发挥其缓冲性能，所述外套由纤维布和橡胶复合制作而成。进一步的，所述外套的约束部位的纤维复合层比外套缓冲部位的纤维层厚，所述外套上设计有和分段袋上排气孔同样功能的排气口以使其在受到冲击的时候，不会因其内部的气体压力突然增加而冲破外套，进而增加本发明的安全使用性能。

所述弹簧本体可以是实心的，也可以是空心的。所述实心的是指将弹簧本体的外套设计成圆球形或半圆球形的实体模式，其球形部位为缓冲部位，腰部或底部为约束部位；所述空心的是指弹簧本体的中间设置有如轮胎状的空心部分以方便套在特定部件上的圆圈形外套，其胎面结合部区域为约束部位，胎侧两面为缓冲部位。

进一步的，所述外套采用分体式制作方式，以方便填装颗粒弹簧。根据弹簧本体的具体特征设计，如轮胎形的空心弹簧本体的外套可采用均等的对剖的两部分制作，在其中一部分依序装填好分段后，将领一部分合上并在其结合部用胶水进行永久性连接。

进一步的，所述外套的密封连接处设置有连接位，所述连接位用于和另一个空心弹簧本体连接。

本发明的有益效果：

1、良好的安全防护性能：本发明提供的单位颗粒空气弹簧采用由多个颗粒弹簧组合的方式，每个颗粒弹簧采用气密性好的橡胶作制初胎，并使用纤维增强工艺对其进行增强防护。这样既限制了颗粒弹簧的扩展延伸性能，又使颗粒弹簧有了良好的压缩环境——在颗粒弹簧受到冲击时，其受到冲击的力将会对其缓冲部位进行压缩，球形颗粒弹簧的纵向纤维不会影响压缩方向的力；其内部增高的气压将全力寻求突破口以使其破裂，在初胎的外层设置的保护层可以保障颗粒弹簧的气密可靠性；其约束部位会尽力延伸膨胀，由于颗粒弹簧是圆球形的，其采用的纤维增强工艺的横向纤维将会紧紧箍紧颗粒弹簧的约束部位以确保其压缩环境。同时多个颗粒弹簧组合成的单位颗粒空气弹簧将缓冲冲击的力以协同的方式使各个颗粒弹簧各自独立承担其缓冲任务，增强了防护可靠性。分段式的组合方式既方便了制作程序又增加了各个分段的独立性，其排气孔和外套上的排气口的设计更是在平时确保了颗粒弹簧气密性的同时不会影响冲击时的缓冲性能，同时不会因某一个颗粒弹簧发生意外漏气或破裂而严重影响到弹簧本体的整体防护性能。

2、理想的缓冲行程：金属弹簧的最大缓冲行程是自由高度减去弹簧丝的直径之和后的距离，因此金属丝直径大小决定金属弹簧的荷载和行程，其本身的直径厚度是影响弹簧自由高度的决定要素本。本发明的单位颗粒空气弹簧虽然由外套、内胎和颗粒弹簧三方面构成，但其内部主要的是气体，其实际净厚度占用弹簧直径比例很小。但具有强力束缚的颗粒弹簧的缓冲效果却相当明显——在受到冲击时，颗粒弹簧在约束部位的紧箍作用下，缓冲部位向内压缩其内部的气体，由于气体越压缩它对初胎密封层的支撑力越大，进而使单位颗粒空气弹簧抵抗冲击力的缓冲荷载越大，由于气体可以被压缩成液体，所以从某种意义上来说，本发明的单位颗粒空气弹簧的最大有效荷载是把该所填充的气体压缩成液体的力，其缓冲行程是其外套内的气体实际厚度。

3）、相对柔和的反弹属性：金属弹簧由于其致密的分子结构决定了它被压缩时只能以形变的方式对施力部件进行缓冲支撑，这也决定了它在复位反弹时具有快速性、刚猛性。也就是说金属弹簧对施加给它力的施力部件会以同样大小的力对其进行快速、猛烈的反击。本发明圆球形的单位颗粒空气弹簧回弹反弹时相比金属弹簧要柔和得多——在颗粒弹簧受到冲击时，其约束部位由于采用了纤维增强工艺因而不会膨胀，而缓冲部位受力后将向其内部压缩，这样颗粒弹簧内的气体将由于被压缩而被迫改变其分子排列，因而颗粒弹簧的复位反弹过程就是其内部气体分子逐步解压的过程。而且由于其是纤维材料和空气，相比于金属材料轻很多。这说明了气体弹簧复位反弹的属性是比较柔和的，缓慢的，因而本发明的单位颗粒空气弹簧最大限度的避免了对撞击双方造成二次伤害的可能性。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步说明，在附图中相应的参考标志指示相应的部分，其中：

图1是本发明弹簧本体内部的分段组合示意图。

图2是本发明弹簧本体的组合示意图。

图3是本发明颗粒弹簧的结构示意图。

图4是本发明颗粒弹簧初胎的纤维增强示意图。

图5是本发明弹簧本体的截面透视图。

图6是本发明分段的结构示意图。

图中：1——弹簧本体、2——外套、3——分段、4——颗粒弹簧、5——传接颗粒、6——排气孔、7——分段袋、8——内胎、9——连接位、11——初胎、12——保护层、13——纤维布、14——排气口、15——缓冲部位、16——缓冲部位、17——约束部位、18——约束部位。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明，但不应理解为本发明上述主题范围仅限于下述实施例。在不脱离本发明上述技术思想的情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段，作出各种替换和变更，均应包含在本发明范围内。

参照所有附图，本发明的单位颗粒空气弹簧，包括弹簧本体1，所述弹簧本体1包括用于缓冲的颗粒弹簧4，和用于装填颗粒弹簧4的分段袋7，以及用于约束分段内颗粒弹簧4的外套2，还设置有用于填充相邻颗粒弹簧4之间空隙的传接颗粒5。

所述颗粒弹簧4的初胎11采用纤维布13和橡胶复合工艺制作。所述初胎11内部填充有一定气压的氮气或其它气体，并在其外面设置有保护层12以加强初胎11的抗压缩强度，并进一步增加初胎11的气密性以保证其耐用性。

将多个颗粒弹簧4按规则有序的装入分段袋7并密封，所述按规则有序的排列指的是按一层一层的排列方式，即根据外套2容纳分段袋7的实际空间设计颗粒弹簧4和传接颗粒的规格，装入一层颗粒弹簧4再填上传接颗粒，然后再装入下一层颗粒弹簧，再填上传接颗粒，以此方式有序装填，其主要是为了保证各分段支撑力的均匀性，并方便标准化制作。所述分段袋7采用纤维布和橡胶复合工艺制作。为增加分段袋7内的颗粒弹簧4的耐用性，所述封闭的分段袋内填充有一定气压的氮气或其它气体，并在其袋壁上设置有排气孔6（未出示），所述排气孔6没有设置纤维布以使其在分段袋7制作号后该处只有橡胶密封层，排气孔6的抗压强度应设计为能在平时保持分段袋内的气压，以平衡颗粒弹簧4内的气压来保障颗粒弹簧4内的气体不会泄漏，而在受到一定外力挤压时又可以被冲破以排出分段袋7内的气体，进而避免分段袋7被突然增高的气压冲破以保障颗粒弹簧4的缓冲环境。

将装有颗粒弹簧4的分段3有序装入外套2内，所述外套2采用分体式制作方法，以方便装入分段，并设置有用于组合的连接位9。根据不同环境的需要，弹簧本体1可以是实心的，也可以是空心的，所述空心的是指弹簧本体1的中间设置有如轮胎状的空心部分以方便套在特定部件上。外套2既是弹簧本体1的外观形状，更是发挥颗粒弹簧4的缓冲效率的基础，为进一步加强外套2对颗粒弹簧4的约束强度，所述外套的约束部位比缓冲部位厚，以象轮胎的子午线一样强化约束部位的强度。为保障颗粒弹簧4的缓冲环境，所述外套上设置有排气口14，所述排气口14的设计和排气孔6的一样，以在弹簧本体受到冲击时不影响其内部分段错位。

颗粒弹簧4和分段袋7内填充的气体建议填充氮气，以使其随机动车运动的时候不会产生过高的温度而影响其气体发生热膨胀。

将一个或多个弹簧本体1设置在固定在车身纵梁上的防护板和迎接撞击的保险杠之间，当保险杠受到撞击时，其受到冲击的力将传递给弹簧本体1的缓冲部位15，缓冲部位15将被迫向防护板压缩，弹簧本体的缓冲部位16在防护板的反作用下对弹簧本体1实施反压缩，这样在缓冲部位15和16的压缩下弹簧本体1内相邻的颗粒弹簧4内将协同应对所受外部施加的力，其内部的气体分子将被压缩重组，同时将其所受压力转换成空气能的能量储存，并在这一压缩过程中运用其支撑力对保险杠实施缓冲，进而对撞击物体实施缓冲。

本发明的单位颗粒空气弹簧适用于所有适用环境。

Claims (10)

1.一种单位颗粒空气弹簧，包括弹簧本体（1），所述弹簧本体（1）设置有外套（2），其特征在于：所述外套（2）内装填有颗粒弹簧（4）。

2.根据权利要求1所述的一种单位颗粒空气弹簧，其特征在于：所述颗粒弹簧（4）由初胎（11）构成，所述初胎（11）内填充有一定气压的氮气或其它气体，所述初胎（11）的胎由纤维布（13）和橡胶复合制作而成。

3.根据权利要求1或2所述的一种单位颗粒空气弹簧，其特征在于：所述外套（2）内的颗粒弹簧（4）采用分段袋（7）以分段（3）的方式装填。

4.根据权利要求3所述的一种单位颗粒空气弹簧，其特征在于：所述颗粒弹簧（4）相邻之间的空隙设置有传接颗粒（5）。

5.根据权利要求3所述的一种单位颗粒空气弹簧，其特征在于：所述分段袋（7）的由纤维布和橡胶复合制作而成，所述分段袋（7）上设置有排气孔（6）。

6.根据权利要求1所述的一种单位颗粒空气弹簧，其特征在于：所述弹簧本体（1）有实心和空心两种制作方式。

7.根据权利要求6所述的一种单位颗粒空气弹簧，其特征在于：所述外套（2）由纤维布和橡胶复合制作而成，所述外套（2）的约束部位的纤维复合层比缓冲部位的厚。

8.根据权利要求7所述的一种单位颗粒空气弹簧，其特征在于：所述外套（2）上设置有排气口（14）。

9.根据上述任一项权利要求所述的一种单位颗粒空气弹簧，其特征在于：所述外套采用分体式方式制作，并在装填好分段（3）后采用胶水将结合处密封。

10.根据权利要求6所述的一种单位颗粒空气弹簧，其特征在于：所述空心方式制作的外套（2）上设置有连接位（9）。