CN104613123B - 一种两级压力式油气弹簧及工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种用于车辆悬架系统的两级压力式油气弹簧及工作方法，活塞杆组件的内杆同轴空套在外杆内腔中，阻尼阀总成固定连接在活塞杆组件的正下方；阻尼阀总成由阻尼阀体、单向阀体、伸张阀、螺旋弹簧及压缩阀组成，在阻尼阀体中间凸起部分的上表面上固定连接有椭圆形压缩阀，在阻尼阀体的底部中间从下至上开有一个盲孔，单向阀体外部套有椭圆形伸张阀；在盲孔的孔壁上设置四个沿圆周方向均布的径向矩形通孔作为第二级阻尼孔，本发明增设了第二级阻尼阀，只在车辆遇到较大路面激励的压缩行程时才开启工作，阻尼阀上下压差超过开阀预应力，可以保证车辆在崎岖路面行驶中受到车桥与车架相对速度较大的激励时能够有更好的乘坐舒适性。

Description

一种两级压力式油气弹簧及工作方法

技术领域

本发明涉及车辆悬架系统领域，具体是用于悬架系统的压力式油气弹簧。

背景技术

油气弹簧是一种集弹性和阻尼一体的性能优良的汽车悬架元件，在越野车和工程机械车辆方面具有良好的应用。油气弹簧在汽车行驶过程中可以起缓和地面冲击、衰减汽车振动作用，从而改善汽车行驶平顺性，提高汽车操纵稳定性。

一般油气弹簧的阻尼特性是不可变的，但汽车在行驶过程中，特别是在崎岖路面行驶时，很容易受到车桥（或车轮）与车架相对速度较大的激励，如果只有一种阻尼状态的话，在受到车桥（或车轮）与车架相对速度较大的激励时，弹簧压缩行程时的阻尼会突然上升，车辆需承受较大的冲击载荷，导致乘坐舒适性下降。为了提高乘坐舒适性，曾采用油气弹簧可控阻尼阀外置的结构形式来实现阻尼可调，但是这类油气弹簧的结构不够紧凑，不便于布置和安装。

对于载货汽车而言，后悬架弹簧的载荷在空载和满载两种状态下相差甚大，单一的刚度无法同时地满足空载和满载时具有较好的行驶平顺性的要求。因此，能随载荷变化刚度随之改变的两级压力式油气弹簧能够很好地满足载货汽车后悬架的需要。专利申请号201280014155.X公开了一种阻尼阀，其压缩阻尼孔和伸张阻尼孔在同一平面对称分布。这种结构在工作中容易因单向液体流动产生的摩擦力而对另一侧阀体产生挤压。中国专利申请号201110007901.X公开了一种整体式三级阻尼可控二级刚度自适应油气弹簧，其两级气室都是以并联的方式布置，这种方式存在占用空间大，不便于布置和安装的缺陷。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供了一种具有两级阻尼的阻尼效果好的新型两级压力式油气弹簧及其工作方法。

本发明一种两级压力式油气弹簧采用的技术方案是：包括工作缸筒、缸筒盖、活塞杆组件和阻尼阀总成，工作缸筒顶端开口处固定连接与外杆成间隙配合的缸筒盖，活塞杆组件包括外杆、内杆和两个浮动活塞，内杆同轴空套在外杆内腔中，阻尼阀总成固定连接在活塞杆组件的正下方，活塞杆组件和阻尼阀总成自工作缸筒外从缸筒盖的正中间伸入工作缸筒内且将工作缸筒内分成上方的环形腔和下方的无杆腔，无杆腔为液体腔；内杆内腔中设有能够沿内杆内壁上下移动的第一浮动活塞，第一浮动活塞将内杆的内腔隔成上方的第一级气室的第一部分和下方的活塞杆内液体腔；外杆内壁与内杆外壁之间设第二浮动活塞，第二浮动活塞将外杆内壁与内杆外壁之间的隔成上方的第一级气室的第二部分和下方的第二级气室；内杆顶端开有使第一级气室的第一部分和第二部分相通的径向矩形通孔，第一级气室第一部分和第二部分的预充气压小于第二级气室的预充气压；阻尼阀总成由阻尼阀体、单向阀体、伸张阀、螺旋弹簧及压缩阀组成，阻尼阀体的中间部分向上凸起延伸至活塞杆内液体腔内，在中间凸起部分的上表面上固定连接有椭圆形压缩阀，在阻尼阀体的底部中间从下至上开有一个盲孔，盲孔底部开口处装有半球形的单向阀体，盲孔内部的轴向中间装有螺旋弹簧，螺旋弹簧上端接触于盲孔上面、下端固定连接单向阀体，单向阀体外部套有椭圆形伸张阀；在所述中间凸起部分开有周向均布的、连通活塞杆内液体腔和无杆腔的轴向的两个压缩阻尼孔和两个伸张阻尼孔，伸张阻尼孔的孔径小于压缩阻尼孔的孔径，两个压缩阻尼孔、两个伸张阻尼孔各相对于阻尼阀体的中心轴对称；在阻尼阀体的中间凸起部分外壁的外侧还开有四个连通活塞杆内液体腔和无杆腔的轴向常通孔，在盲孔的孔壁上设置四个沿圆周方向均布的径向矩形通孔作为第二级阻尼孔；椭圆形的压缩阀在长轴方向上完全覆盖两个压缩阻尼孔，但在短轴方向上不覆盖伸张阻尼孔，椭圆形的伸张阀在长轴方向上完全覆盖两个伸张阻尼孔，但在短轴方向上不覆盖压缩阻尼孔。

本发明一种两级压力式油气弹簧的工作方法采用的技术方案是：1）在良好路面且承受小载荷时，压缩行程中，整个活塞杆组件向下运动，无杆腔内的液体推开压缩阀，且液体还通过压缩阻尼孔和轴向常通孔向上流到活塞杆内液体腔中，活塞杆内液体腔中的液体推动第一浮动活塞向上运动，第一级气室的第一部分和第二部分中的气体受到压缩，工作压力上升但小于第二级气室的预充气压，第二级气室不工作，第二级阻尼孔不起作用；在伸张行程中，整个活塞杆组件向上运动，无杆腔内液体压力下降，第一级气室的第一部分和第二部分内的气体推动第一浮动活塞向下运动，活塞杆内液体腔中的液体通过伸张阻尼孔和轴向常通孔流回无杆腔中，第二级气室不工作；

2）在良好路面且承受较大载荷时，压缩行程中，整个活塞杆组件向下运动，无杆腔内的液体推开压缩阀，液体通过压缩阻尼孔和轴向常通孔流到活塞杆内液体腔中，活塞杆内液体腔中的液体推动第一浮动活塞向上运动，当工作气压大于第二级气室的预充气压时，第二级气室参与工作，第一级气室的第二部分内的气体推动第二浮动活塞向下运动压缩第二级气室内的气体，第一级气室的第一部分和第二部分以及第二级气室中的气体都受到压缩；在伸张行程中，整个活塞杆组件向上运动，第二级气室内的气体推动第二浮动活塞向上运动，第一级气室的第一部分中的气体推动第一浮动活塞向下运动，活塞杆内液体腔中的液体推开伸张阀，经伸张阻尼孔和轴向常通孔返回无杆腔中。

3）在崎岖路面行驶且承受相对加速度过大的激励时，压缩行程中，整个活塞杆组件向下运动，无杆腔受到挤压，无杆腔与活塞杆内液体腔的液体压差大于螺旋弹簧的预紧力，液体通过单向阀体向上压缩螺旋弹簧，单向阀体打开，无杆腔中液体除通过压缩阻尼孔和轴向常通孔外，也通过单向阀体进入盲孔内再流经第二级阻尼孔到达活塞杆内液体腔，阻尼力下降；当无杆腔和活塞杆内液体腔的液体压力差减小到等于或小于螺旋弹簧的预紧力时，螺旋弹簧恢复到初始设计位置，推动单向阀体向下运动，单向阀体关闭；伸张行程中的工作方法与步骤2）中伸张行程中的工作方法一致。

本发明的有益效果：

1、本发明增设了第二级阻尼阀，采用刚度较大的螺旋弹簧使第二级阻尼阀具有一定的开阀预应力，第二级阻尼阀只在车辆遇到较大路面激励的压缩行程时才开启工作，此时车轮与车架的相对速度较大，阻尼阀上下压差超过开阀预应力，可以保证车辆在崎岖路面行驶中受到车桥（或车轮）与车架相对速度较大的激励时能够有更好的乘坐舒适性。

2、与专利申请号201280014155.X公布的阻尼阀相比。本发明的阻尼阀设有两两相互对称的四个阻尼孔，两个压缩阻尼孔呈对称分布，与两个压缩阻尼孔径向相位差为90°的两个伸张阻尼孔也是对称分布，孔径较大的为压缩阻尼孔，孔径较小的为伸张阻尼孔。阻尼阀中的阻尼孔对称分布，可以避免因单向液体流动造成对另一侧阀体的挤压。阻尼阀片设计成椭圆型，减少材料成本。

3、该油气弹簧的刚度特性随载荷变化而自适应转换，可为汽车空载或满载工况提供适当的刚度特性。与专利申请号201110007901.X公布的整体式三级阻尼可控二级刚度自适应油气弹簧相比，本发明的第一级气室和第二级气室为串联形式布置，可以让油气弹簧的结构更加紧凑，便于在车辆上的安装与布置。

4、阻尼无需控制，且便于维修。本发明油气弹簧的第二级阻尼在受到车桥（或车轮）与车架相对速度较大的激励时可以自动工作。结构的联接件均为螺栓组件和螺钉组件，便于结构部件的维修、更换。

附图说明

图1是本发明两级压力式油气弹簧的结构图；

图2是图1中外杆的结构剖面图；

图3是图1中内杆的立体图；

图4是图1中阻尼阀总成的剖视放大图；

图5是图1中阻尼阀总成的爆炸视图；

图6是图4中阻尼阀体的放大的剖面示意图；

图7是图5中单个压缩阀片的放大的俯视图；

图8是图5中单个伸张阀片的放大的俯视图；

图9是图5中压缩阀片与压缩阻尼孔、伸张阻尼孔的位置关系图；

图10是图5中伸张阀片与压缩阻尼孔、伸张阻尼孔的位置关系图；

图11是图5中伸张阀和压缩阀的位置关系图。

图中：1、外杆；1a、凸起；1b、螺栓安装孔；1c、第二充气孔；1d、第一充气孔；2、内杆；2a、矩形通孔；2b、螺栓安装孔；2c橡胶垫圈安装槽；2d、密封圈安装槽；3、缸筒盖；4、工作缸筒；4a、充油孔；5、阻尼阀体；5a、压缩阻尼孔；5b、螺栓安装孔；5c、第二级阻尼孔；5d、盲孔；5e、轴向常通孔；5f、伸张阻尼孔；6、单向阀体；7、伸张阀；7a、伸张阀片；7b、螺钉安装孔；7c、中心通孔；8、螺旋弹簧；9、压缩阀；9a、压缩阀片；9b、螺钉安装孔；10、阻尼阀总成；11、浮动活塞；12、浮动活塞。

A₁、第一级气室第一部分，A₂、第一级气室第二部分；B、无杆腔；C、活塞杆内液体腔；D、环形腔；E、第二级气室。

具体实施方式

参见图1，本发明两级压力式油气弹簧主要包括工作缸筒4、缸筒盖3、活塞杆组件和阻尼阀总成10。工作缸筒4的顶端开口处盖有缸筒盖3，缸筒盖3与外杆1成间隙配合，与工作缸筒4顶端通过缸筒盖安装螺钉组件固定。

活塞杆组件主要由外杆1、内杆2和两个浮动活塞11、12组装而成，内杆2有间隙地空套在外杆1内腔中，与外杆1同轴心，内杆2的上端抵靠在外杆1的顶端的下表面。阻尼阀总成10通过螺栓固定连接在活塞杆组件的正下方，与活塞杆组件形成一个整体。活塞杆组件和阻尼阀总成10自工作缸筒4外从缸筒盖3的正中间伸入工作缸筒4内，可整体沿工作缸筒4的内壁上下移动。阻尼阀总成10、活塞杆组件、工作缸筒4三者同轴心，缸筒盖3对整个活塞杆组件起到导向和限位作用。在工作缸筒4内部，活塞杆组件和阻尼阀总成10将工作缸筒4分上下两个腔室，分别是上方的环形腔D和下方的无杆腔B。环形腔D由外杆1的外壁、工作缸筒4的内壁及缸筒盖3的下表面构成，由于缸筒盖3与外杆1成间隙配合，所以环形腔D与外界大气相通，便于弹簧工作时环形腔D内的气体交换。阻尼阀总成10底面与工作缸筒4之间围成无杆腔B，无杆腔B为液体腔。在工作缸筒4侧壁上设有充油孔4a，充油孔4a与无杆腔B相通，通过充油孔4a可向无杆腔B内充液体油。

内杆2的内腔中安装浮动活塞11，浮动活塞11的外壁和内杆2的内壁之间安装密封圈，浮动活塞11可沿内杆2内壁上下移动。浮动活塞11将内杆2的内腔隔成上下两个腔室，分别是上方的第一级气室的第一部分A₁和下方的活塞杆内液体腔C。在外杆1的内壁与内杆2外壁之间的间隙处安装浮动活塞12，浮动活塞12的内、外侧壁分别与内杆2和外杆1采用密封件密封。浮动活塞12将外杆1的内壁与内杆2外壁之间的间隙隔成上下两个腔室，分别是上方的第一级气室的第二部分A₂和下方的第二级气室E。

第一级气室的第一部分A₁由外杆1顶端的下表面、内杆2的内壁、浮动活塞11的上表面围成。第一级气室的第二部分A₂由内杆2的外壁、浮动活塞12的上表面、外杆1的内壁以及外杆1顶端的下表面围成。活塞杆内液体腔C由浮动活塞11的下表面、内杆2的内壁以及阻尼阀总成10的上表面构成。第二级气室E由外杆1的内壁、内杆2的底座上表面、内杆2的外壁及浮动活塞12的下表面围成。外杆1的底座下端面连接内杆2的底座上表面，在外杆1的下端面连接在内杆2的底座上表面的水平面联接处采用密封元件密封，防止第二级气室E内的气体泄露。外杆1的底座、内杆2的底座和阻尼阀总成10的阀座通过螺栓固定连接在一起。

参见图1和图2，在外杆1的上段，沿外杆1的内壁的圆周方向设有四个均布的凸起1a。凸起1a位于浮动活塞12的上方，其作用是作为浮动活塞12向上移动到最高位置时的限位。在外杆1侧壁上，在四个凸起1a的上方开有1个第一充气孔1d，第一充气孔1d连通第一级气室的第二部分A₂。在外杆1侧壁上在四个凸起1a下方的一定距离处开有1个第二充气孔1c，第二充气孔1c连通第二级气室E。第二充气孔1c与凸起1a的轴向距离需根据浮动活塞12的轴向长度确定，该距离应该满足在本发明全部组装完成后在初始位置时，使第二充气孔1c位于浮动活塞12的下方。在外杆1的底座的周向方向设有四个均布的轴向螺栓安装孔1b，用于安装螺栓以固定连接内杆2的底座和阻尼阀总成10。

参见图1和图3，内杆2顶端开有四个周向均布的径向矩形通孔2a，径向矩形通孔2a使第一级气室的第一部分A₁和第二部分A₂相通。矩形通孔2a的位置要高于外杆1上的凸起1a，且矩形通孔2a的轴向长度小于浮动活塞12的轴向长度。内杆2的底座径向方向开有四个均布的轴向螺栓安装孔2b，螺栓安装孔2b的位置与外杆1上的轴向螺栓安装孔1b位置对应，用以安装螺栓以固定连接外杆1和阻尼阀总成10。内杆2底座的上表面开有环形橡胶垫片的安装槽2c，使内杆2底座与外杆1底座之间密封连接。底座侧面设有密封圈的安装槽2d，用以安装密封圈，使内杆2及整个活塞杆组件与工作缸筒4的内壁之间密封。

参见图1、图4和图5，阻尼阀总成10由阻尼阀体5、单向阀体6、伸张阀7、螺旋弹簧8及压缩阀9组成。阻尼阀体5的中间部分向上凸起延伸至活塞杆内液体腔C内，在其中间凸起部分的上表面上固定安装压缩阀9。在阻尼阀体5的底部中间从下至上开有一个盲孔5d，盲孔5d的中心轴与阻尼阀体5的中心轴共线。在盲孔5d底部开口处安装单向阀体6，单向阀体6是半球形状。盲孔5d内部的轴向中间安装第二级阻尼弹性元件螺旋弹簧8，螺旋弹簧8的上端接触于盲孔5d上面，螺旋弹簧8的下端固定连接单向阀体6，与单向阀体6的上表面焊接在一起。单向阀体6从盲孔5d内向下伸在无杆腔B中，在单向阀体6外部套有一个伸张阀7。油气弹簧的拉伸行程中，在上方的活塞杆内液体腔C的液体压力大于在下方的无杆腔B内的液体压力，伸张阀7套在单向阀体6的外部可防止在伸张行程时，单向阀体6脱离盲孔5d。

参见图1、图4、图5、图6，在阻尼阀体5的中间凸起部分开有周向均布的四个轴向通孔，四个轴向通孔位于盲孔5d的外圈之外，与盲孔5d不连通；四个轴向通孔均连通于上方的活塞杆内液体腔C和下方的无杆腔B。四个轴向通孔分别是轴向的两个压缩阻尼孔5a和轴向的两个伸张阻尼孔5f，伸张阻尼孔5f的孔径小于压缩阻尼孔5a。两个压缩阻尼孔5a相对于阻尼阀体5的中心轴对称，两个伸张阻尼孔5f也相对于阻尼阀体5的中心轴对称，压缩阻尼孔5a与伸张阻尼孔5f之间位置相差90°。油气弹簧的阻尼力是由阻尼孔孔壁与油液间的摩擦及液体分子内摩擦力形成，即液体流经阻尼孔时会对阻尼阀体产生一个力矩。所以本发明的两个压缩阻尼孔5a和两个伸张阻尼孔5f分别对称布置，可以使阻尼阀体5在液体流经阻尼孔时受到对称力矩。阻尼阀体5的中间凸起部分外壁的外侧还开有四个直径相同的轴向常通孔5e，轴向常通孔5e连通活塞杆内液体腔C和无杆腔B。当车架或车身振动缓慢（即活塞杆组件和工作缸筒4的相对运动缓慢）时，无杆腔B与活塞杆内液体腔C腔内的油压差不足以克服压缩阀9和伸张阀7的阀片弯曲预紧力而推开压缩阀9或伸张阀7，此时，油液通过轴向常通孔5e产生阻尼力。在盲孔5d的孔壁上设置四个沿圆周方向均布、相隔90°的径向矩形通孔作为第二级阻尼孔5c，使盲孔5d与外部连通。第二级阻尼孔5c只有在本发明的活塞杆组件与工作缸筒4相对运动加速度过大的激励时参与工作，避免本发明在受到激励时压缩行程中产生过大阻尼力导致车辆乘坐舒适性下降。

参见图4、图5和图7，压缩阀9是由三片厚度为0.2mm且具有弯曲预紧力的椭圆形压缩阀片9a上下叠成，压缩阀片9a是由一种弹簧钢片制成。压缩阀片9a上开有四个周向均布的螺钉安装孔9b，压缩阀片9a通过螺钉安装孔9b以及螺钉组件固定在阻尼阀体5的上表面，压缩阀9底层的压缩阀片9a的下表面与阻尼阀体5上表面紧密贴合。

参见图4、图5和图8，伸张阀7由六片厚度为0.2mm且具有弯曲预紧力的椭圆形伸张阀片7a上下叠成，伸张阀片7a是一种弹簧钢片制成。伸张阀片7a上开有四个周向均布的螺钉安装孔7b，伸张阀片7a通过螺钉安装孔7b以及螺钉组件固定在阻尼阀体5的下表面上。与压缩阀片9a不同的是，伸张阀片7a的正中间开有直径小于单向阀体6直径的中心通孔7c，使半球形的单向阀体6的下部分从中心通孔7c中向下伸出，同时中心通孔7c用于单向阀体6向下运动的限位。伸张阀7最上层的伸张阀片7a与阻尼阀体5的下表面紧密贴合。

参见图4、图5、图7和图10，椭圆形的压缩阀片9a在长轴方向上其外缘完全覆盖两个压缩阻尼孔5a，但在短轴方向上其外缘不覆盖伸张阻尼孔5f。椭圆形的伸张阀片7a 在长轴方向上其外缘完全覆盖两个伸张阻尼孔5f，但在短轴方向上其外缘不覆盖压缩阻尼孔5a。

参见图4、图5、图11，伸张阀7与压缩阀9分别布置在阻尼阀体5的上下表面，伸张阀7的椭圆形长轴与压缩阀9的椭圆形长轴在空间相互垂直。

本发明在对为活塞杆组件安装密封件前，应先将图1中的外杆1、内杆2和阻尼阀总成10上下翻转180°，即让浮动活塞12与凸起1a接触，被凸起1a限制后再进行密封。密封结束后，保持这种倒置的位置。将工作缸筒4倒置，活塞杆组件自工作缸筒4外伸入工作缸筒4内。缸筒盖3从下到上套在工作缸筒4的开口端，缸筒盖3与工作缸筒4顶端通过缸筒盖安装螺钉组件固定，缸筒盖3与外杆1之间为间隙配合。外杆1的外壁需进行刨光处理，从而减少外杆1与缸筒盖3之间的摩损。活塞杆组件的底座与工作缸筒4的内壁之间可移动地密封配合，活塞杆组件和工作缸筒4的中心轴共线，整个活塞杆组件及阻尼阀总成10可沿工作缸筒4的内壁上下移动。安装完成后应暂时保持弹簧倒置的位置，方便对该油气弹簧的第二级气室E的充气。充气时，先通过第二充气孔1c对第二级气室E充气，第二级气室E充满后用气塞将第二充气孔1c堵住。第二级气室E充气完成后，将整个弹簧上下翻转180°恢复到图1的位置后，通过第一充气孔1d对第一级气室的第二部分A₂和第一级气室的第一部分A₁充气，充满后用气塞堵住第一充气孔1d。本发明的第一级气室和第二级气室初始充气气压不同，第一级气室第一部分A₁和第一级气室第二部分A₂的预充气压要小于第二级气室E的预充气压。

本发明工作时，压缩和伸张行程的工作原理依据三种工况分为三种不同情况，三种工况为：良好路面小载荷、良好路面大载荷、崎岖路面受相对加速度过大的激励。具体如下：

一、在良好路面上行驶且油气弹簧承受载荷较小时，油气弹簧第二级气室E不参与工作。另外在良好路面行驶时，车辆不会受到车桥（或车轮）与车架相对加速度过大的激励，所以在良好路面行驶时第二级阻尼孔5c不起作用。

压缩行程中，整个活塞杆组件向下运动，无杆腔B受到挤压，无杆腔B内的液体克服压缩阀9的阀片弯曲预紧力推开压缩阀9，液体通过压缩阻尼孔5a和轴向常通孔5e向上流到活塞杆内液体腔C中，活塞杆内液体腔C中的液体推动浮动活塞11向上运动，第一级气室的第一部分A₁和第一级气室的第二部分A₂中的气体受到压缩。油气弹簧的工作压力（即第一级气室的第一部分A₁和第一级气室的第二部分A₂内气压）上升。但油气弹簧的工作压力（即第一级气室的第一部分A₁和第一级气室的第二部分A₂内气压）依旧小于第二级气室E的预充气压，所以在此行程内第二级气室E不参与工作。此行程中只有第一级气室的第一部分A₁和第一级气室的第二部分A₂中的气体产生作用，所以油气弹簧此工况的压缩行程的刚度特性由第一级气室的第一部分A₁和第一级气室的第二部分A₂决定。

伸张行程中，整个活塞杆组件向上运动，无杆腔B内液体压力下降。由于油气弹簧承受载荷较小，该油气弹簧的第二级气室E未参与工作，此时，第一级气室的第一部分A₁和第一级气室的第二部分A₂内的气体推动浮动活塞11向下运动。活塞杆内液体腔C中的液体通过伸张阻尼孔5f和轴向常通孔5e流回无杆腔B中。

二、在良好路面上行驶且油气弹簧载荷的较大时，油气弹簧的第二级气室E参与工作。车辆不会受到车桥（或车轮）与车架相对加速度过大的激励，所以第二级阻尼孔5c不参与工作。

压缩行程中，整个活塞杆组件向下运动，无杆腔B受到挤压，无杆腔B内的液体克服压缩阀9的阀片弯曲预紧力推开压缩阀9，液体通过压缩阻尼孔5a和轴向常通孔5e流到活塞杆内液体腔C中。活塞杆内液体腔C中的液体推动浮动活塞11向上运动，第一级气室的第一部分A₁中的气体受压缩，第一级气室第一部分A₁的气体通过矩形通孔2a流到第一级气室的第二部分A₂中。当油气弹簧的第一级气室的第一部分A₁和第一级气室的第二部分A₂内的工作气压大于第二级气室E的预充气压时，第二级气室E参与工作，第一级气室第二部分A₂内的气体推动第二级气室环形浮动活塞12向下运动压缩第二级气室E内的气体。油气弹簧的第一级气室第一部分A₁和第一级气室的第二部分A₂以及第二级气室E中的气体都受到压缩，所以此时，油气弹簧的刚度特性由第一级气室的第一部分A₁、第一级气室的第二部分A₂及第二级气室E共同决定。

在伸张行程中，整个活塞杆组件向上运动，无杆腔B内液体压力下降。第二级气室E内的气体反过来推第二级气室环形浮动活塞12向上运动，而第一级气室的第二部分中A₂中的气体通过矩形通孔2a到达第一级气室的第一部分A₁腔，第一级气室的第一部分A₁中的气体推动浮动活塞11向下运动，迫使活塞杆内液体腔C中的油液克服伸张阀7的阀片弯曲预紧力推开伸张阀7，经伸张阻尼孔5f和轴向常通孔5e返回无杆腔B中。

三、崎岖路面行驶且受相对加速度过大的激励时，第二级阻尼孔5c参与工作。崎岖路面行驶时，油气弹簧的刚度特性与相同载荷时在良好路面行驶时的刚度特性一致。

压缩行程中，整个活塞杆组件向下运动，无杆腔B受到挤压。当车辆受到车桥（或车轮）与车架相对加速度过大的激励时，本发明的油气弹簧的无杆腔B与活塞杆内液体腔C的液体压差大于螺旋弹簧8的预紧力，此时液体通过单向阀体6向上压缩螺旋弹簧8，单向阀体6打开，无杆腔B中液体除了通过压缩阻尼孔5a和轴向常通孔5e外，也可通过单向阀体6与阀体之间的缝隙进入盲孔5d内再流经第二级阻尼孔5c到达活塞杆内液体腔C腔，此时因节流面积增大，油气弹簧压缩行程的阻尼力下降。因此第二级阻尼孔5c起到增大液体流动通道横截面积的作用，其使压缩行程中弹簧的阻尼力保持在一定限度之内，以避免车桥受到激励时因油气弹簧阻尼力过大而使车架承受过大的冲击载荷的情况发生。当无杆腔B腔和活塞杆内液体腔C腔中的液体压力差减小到等于或小于螺旋弹簧8的预紧力时，螺旋弹簧8恢复到初始设计位置，推动单向阀体6向下运动，单向阀体6关闭。此后压缩行程的弹簧工作原理与良好路面时的工作原理相同。油气弹簧的刚度特性变化与相同载荷时在良好路面行驶的刚度特性一致。

伸张行程中，整个活塞杆组件向上运动，由于第二级阻尼孔5c不影响弹簧的伸张行程，所以此时本发明在崎岖路面行驶的工作原理与本发明相同载荷时在良好路面行驶的伸张行程的工作原理一致。

当车辆在崎岖路面行驶而没有受到相对加速度过大的激励时，本发明油气弹簧压缩、伸张行程的工作原理与相同载荷时在良好路面行驶时的压缩、伸张行程的工作原理一致。

Claims (4)

1.一种两级压力式油气弹簧，包括工作缸筒（4）、缸筒盖（3）、活塞杆组件和阻尼阀总成（10），工作缸筒（4）顶端开口处固定连接与外杆（1）成间隙配合的缸筒盖（3），其特征是：活塞杆组件包括外杆（1）、内杆（2）和两个浮动活塞（11、12），内杆（2）同轴空套在外杆（1）内腔中，阻尼阀总成（10）固定连接在活塞杆组件的正下方，活塞杆组件和阻尼阀总成（10）自工作缸筒（4）外从缸筒盖（3）的正中间伸入工作缸筒（4）内且将工作缸筒（4）内分成上方的环形腔（D）和下方的液体无杆腔（B），内杆（2）内腔中设有能够沿内杆（2）内壁上下移动的第一浮动活塞（11），第一浮动活塞（11）将内杆（2）的内腔隔成上方的第一级气室的第一部分（A₁）和下方的活塞杆内液体腔（C）；外杆（1）内壁与内杆（2）外壁之间设第二浮动活塞（12），第二浮动活塞（12）将外杆（1）内壁与内杆（2）外壁之间的隔成上方的第一级气室的第二部分（A₂）和下方的第二级气室（E）；内杆（2）顶端开有使第一级气室的第一部分（A₁）和第二部分（A₂）相通的径向矩形通孔（2a），第一级气室第一部分（A₁）和第二部分（A₂）的预充气压小于第二级气室（E）的预充气压；阻尼阀总成（10）由阻尼阀体（5）、单向阀体（6）、伸张阀（7）、螺旋弹簧（8）及压缩阀（9）组成，阻尼阀体（5）的中间部分向上凸起延伸至活塞杆内液体腔（C）内，在中间凸起部分的上表面上固定连接有椭圆形压缩阀（9），在阻尼阀体（5）的底部中间从下至上开有一个盲孔（5d），盲孔（5d）底部开口处装有半球形的单向阀体（6），盲孔（5d）内部的轴向中间装有螺旋弹簧（8），螺旋弹簧（8）上端接触于盲孔（5d）上面、下端固定连接单向阀体（6），单向阀体（6）外部套有椭圆形伸张阀（7）；在所述中间凸起部分开有周向均布的、连通活塞杆内液体腔（C）和无杆腔（B）的轴向的两个压缩阻尼孔（5a）和两个伸张阻尼孔（5f），伸张阻尼孔（5f）的孔径小于压缩阻尼孔（5a）的孔径，两个压缩阻尼孔（5a）、两个伸张阻尼孔（5f）各相对于阻尼阀体（5）的中心轴对称；在阻尼阀体（5）的中间凸起部分外壁的外侧还开有四个连通活塞杆内液体腔（C）和无杆腔（B）的轴向常通孔（5e），在盲孔（5d）的孔壁上设置四个沿圆周方向均布的径向矩形通孔作为第二级阻尼孔（5c）；椭圆形的压缩阀（9）在长轴方向上完全覆盖两个压缩阻尼孔（5a），但在短轴方向上不覆盖伸张阻尼孔（5f），椭圆形的伸张阀（7）在长轴方向上完全覆盖两个伸张阻尼孔（5f），但在短轴方向上不覆盖压缩阻尼孔（5a）。

2.根据权利要求1所述两级压力式油气弹簧，其特征是：压缩阀（9）是由三片具有弯曲预紧力的椭圆形压缩阀片（9a）上下叠成，伸张阀（7）由六片具有弯曲预紧力的椭圆形伸张阀片（7a）上下叠成，伸张阀片（7a）的正中间开有直径小于单向阀体（6）直径的中心通孔（7c）。

3.根据权利要求1所述两级压力式油气弹簧，其特征是：在外杆（1）的上段，沿外杆（1）内壁的圆周方向设有四个均布的、位于第二浮动活塞（12）上方的凸起（1a），在外杆（1）侧壁上，在四个凸起（1a）的上方开有连通第一级气室的第二部分（A₂）的第一充气孔（1d），在四个凸起（1a）下方开有连通第二级气室（E）的第二充气孔（1c），在工作缸筒（4）侧壁上设有与无杆腔（B）相通的充油孔（4a）。

4.一种如权利要求1所述两级压力式油气弹簧的工作方法，其特征是：

1）在良好路面且承受小载荷时，压缩行程中，整个活塞杆组件向下运动，无杆腔（B）内的液体推开压缩阀（9），且液体还通过压缩阻尼孔（5a）和轴向常通孔（5e）向上流到活塞杆内液体腔（C）中，活塞杆内液体腔（C）中的液体推动第一浮动活塞（11）向上运动，第一级气室的第一部分（A₁）和第二部分（A₂）中的气体受到压缩，工作压力上升但小于第二级气室（E）的预充气压，第二级气室（E）不工作，第二级阻尼孔（5c）不起作用；在伸张行程中，整个活塞杆组件向上运动，无杆腔（B）内液体压力下降，第一级气室的第一部分（A）和第二部分（A₂）内的气体推动第一浮动活塞（11）向下运动，活塞杆内液体腔（C）中的液体通过伸张阻尼孔（5f）和轴向常通孔（5e）流回无杆腔（B）中，第二级气室（E）不工作；

2）在良好路面且承受较大载荷时，压缩行程中，整个活塞杆组件向下运动，无杆腔（B）内的液体推开压缩阀（9），液体通过压缩阻尼孔（5a）和轴向常通孔（5e）流到活塞杆内液体腔（C）中，活塞杆内液体腔（C）中的液体推动第一浮动活塞（11）向上运动，当工作气压大于第二级气室（E）的预充气压时，第二级气室（E）工作，第一级气室的第二部分（A₂）内的气体推动第二浮动活塞（12）向下运动压缩第二级气室（E），第一级气室的第一部分（A₁）和第二部分（A₂）以及第二级气室（E）中的气体都受到压缩；在伸张行程中，整个活塞杆组件向上运动，第二级气室（E）内的气体推动第二浮动活塞（12）向上运动，第一级气室的第一部分（A₁）中的气体推动第一浮动活塞（11）向下运动，活塞杆内液体腔（C）中的液体推开伸张阀（7），经伸张阻尼孔（5f）和轴向常通孔（5e）返回无杆腔（B）中；

3）在崎岖路面行驶且承受相对加速度过大的激励时，压缩行程中，整个活塞杆组件向下运动，无杆腔（B）受到挤压，无杆腔（B）与活塞杆内液体腔（C）的液体压差大于螺旋弹簧（8）的预紧力，液体通过单向阀体（6）向上压缩螺旋弹簧（8），单向阀体（6）打开，无杆腔（B）中液体除通过压缩阻尼孔（5a）和轴向常通孔（5e）外，也通过单向阀体（6）进入盲孔（5d）内再流经第二级阻尼孔（5c）到达活塞杆内液体腔（C），阻尼力下降；当无杆腔（B）和活塞杆内液体腔（C）的液体压力差减小到等于或小于螺旋弹簧（8）的预紧力时，螺旋弹簧（8）恢复到初始设计位置，推动单向阀体（6）向下运动，单向阀体（6）关闭；伸张行程中的工作方法与步骤2）中伸张行程中的工作方法一致。