CN110435378A - 一种特种车辆使用的油气悬架高度自动平衡机构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种特种车辆使用的油气悬架高度自动平衡机构，包括：油气悬架，其一端与车架铰接，另一端与车桥铰接；平衡油缸，其滑动设置在所述车架上；双联活塞连杆，其一端滑动设置在所述平衡油缸内；第一摆套，其铰接在所述双联活塞连杆另一端，能够随所述双联活塞连杆沿所述平衡油缸的缸臂滑动；第二摆套，其铰接在所述活塞组件另一端，能够随所述活塞组件沿所述缸筒的筒壁滑动；安装臂，其为“L”型，可旋转支撑在车桥上，平衡油缸通过车桥摇臂连接油气悬架，可以通过改变平衡油缸在车架上的位置，改变油气悬架高度，进而改变车辆高度，结构简单，方便人员操作与维修。
Description
技术领域
本发明涉及汽车悬架领域，尤其涉及一种特种车辆使用的油气悬架高度自动平衡机构。
背景技术
许多特种作业车辆如云梯车、电力抢修车、矿用车、移动塔吊车、快递运输车辆等，在进行作业时，都需要保持车辆作业平台的水平状态或保持一定的离地高度不变，并抵御外界环境干扰或作业中载荷变化的干扰，有时还要求调整车辆高度即离地间隙。作业车辆其工作部分通过悬架系统与车轮、地面接触，保持作业平台的平衡、调节车辆高度，对车辆悬架系统提出很高要求。
目前的特种作业车辆仍然普遍采用钢板弹簧悬架，其缺点是弹簧刚度线性，空满载共振频率变化大，搭配其使用的车辆无法主动调节车辆高度；而近年来兴起的空气悬架，具备理想的非线性刚度特性，可以实现高度调节，但成本过高、易损坏、占用空间大等缺点制约了其应用。
油气悬架是近年来特种车辆、重型车辆应用的热点。其也具备较理想的非线性刚度特性，可实现调节车辆高度功能，且克服了空气悬架的部分缺点，结构相对简单、成本较低，且容易改型为主动控制系统。油气悬架在特种作业车辆等领域具有广阔的应用前景。
发明内容
本发明设计开发了一种特种车辆使用的油气悬架高度自动平衡机构，平衡油缸通过车桥摇臂连接油气悬架，可以通过改变平衡油缸在车架上的位置，改变油气悬架高度，进而改变车辆高度，结构简单，方便人员操作与维修。
本发明还有一个目的是在油气悬架的缸筒侧壁设置有充放油口，充放油口能够连通平衡油缸，能够通过油气悬架内油液和平衡油缸内油液的自适应压力平衡维持车身高度，能够抵抗一定的外界干扰或作业时车辆的载荷的动态变化。
本发明提供的技术方案为：
一种特种车辆使用的油气悬架高度自动平衡机构，包括：
油气悬架，其支撑在车架和车桥之间，能够调节所述车架和所述车桥之间的距离；
平衡油缸，其可滑动地设置在所述车架上，所述平衡油缸与所述油气悬架通过输油管连通，液压油能够在所述油气悬架和所述平衡油缸之间流动；
双联活塞连杆，其一端滑动设置在所述平衡油缸内；
第一摆套，其铰接在述双联活塞连杆另一端，能够随所述双联活塞连杆沿所述平衡油缸的缸壁方向滑动；
第二摆套，其与所述车桥铰接；
安装臂，其为“L”型，可旋转支撑在车桥上；
第一分支臂，其一端嵌套在所述第一摆套内，并能够沿所述第一摆套滑动，另一端连接所述安装臂一端；
第二分支臂，其一端嵌套在所述第二摆套内，并能够沿所述第二摆套滑动，另一端连接所述安装臂另一端。
优选的是，所述双联活塞连杆包括：
第一活塞；
联杆，其一端连接所述第一活塞；
第二活塞，其一端连接所述联杆另一端；
活塞杆，其连接所述第二活塞另一端；
其中，所述第一活塞和所述平衡油缸一端形成的容置空间为第一腔室，所述第一活塞、所述第二活塞和所述平衡油缸形成的容置空间为第二腔室，所述第二活塞和所述平衡油缸另一端形成的容置空间为第三腔室。
优选的是，所述油气悬架的缸筒侧壁上具有充放油口，通过所述充放油口向所述油气悬架内充入或释放液压油，能够实现油气悬架高度调节。
优选的是，还包括：
高压进油口，其设置在所述平衡油缸侧壁上，位于所述第一腔室和所述第二腔室之间；
高压出油口，其设置在所述平衡油缸侧壁上，连通所述第二腔室；
第一低压出油口，其设置在所述平衡油缸侧壁上，连通所述第一腔室；
第二低压出油口，其设置在所述平衡油缸侧壁上，位于所述第二腔室和所述第三腔室之间；
第三低压出油口，其设置在所述平衡油缸侧壁上，连通所述第三腔室。
其中，所述双联活塞连杆沿所述平衡油缸内壁滑动，所述第一活塞和所述第二活塞能够同时堵塞所述高压进油口和所述第二低压出油口。
优选的是，还包括：
四通油管，其一端连通所述高压出油口；
蓄能器，其连接所述四通油管的第二端，能够储存液压油；
液压泵，其一端连接所述四通油管的第三端，能够将油液泵入所述平衡油缸内；
限压阀，其连接所述四通油管的第四端，能够限制液压泵泵出的油液压力上限。
油壶和滤油器。其中，油壶连通前述所有低压出油口和限压阀出油端；滤油器一端连通油壶，另一端连通所述液压泵，用于过滤液压泵吸取液压油中的杂质。
优选的是，还包括：
手控开关阀，其设置在所述油管上，能够导通或阻隔所述液压油在述油气悬架和所述平衡油缸之间流动。
优选的是，还包括：
第二皮带轮，其连接所述液压泵，能够驱动所述液压泵；
第一皮带轮，其连接汽车发动机的曲轴皮带轮，能够随所述曲轴皮带轮旋转；
传动皮带，其套设在所述第一皮带轮和所述第二皮带轮上；
其中，所述第一皮带轮旋转，能够带动所述第二皮带轮同步旋转，进而驱动所述液压泵。
优选的是，还包括：
手摇丝杠，其可旋转支撑在所述车架上；
滑道，其与所述手摇丝杠平行设置，所述平衡油缸能够沿所述滑道滑动；
丝杠螺母，其设置在所述平衡油缸底部，并与所述手摇丝杠螺纹配合；
其中，所述手摇丝杠旋转，所述丝杠螺母能够沿所述手摇丝杠滑动，进而带动所述平衡油缸沿所述滑道滑动。
优选的是，所述手摇丝杠和所述丝杠螺母为梯形丝杠，且具有自锁式导程角。
本发明所述的有益效果：
本发明设计开发了一种特种车辆使用的油气悬架高度自动平衡机构，平衡油缸通过车桥摇臂连接油气悬架，可以通过改变平衡油缸在车架上的位置，改变油气悬架高度，进而改变车辆高度，结构简单，方便人员操作与维修，且相比于目前流行的车辆高度调节方案，不使用电子控制系统，结构简单，方便人员操作与维修。
本发明在油气悬架的缸筒侧壁设置有充放油口，充放油口能够连通平衡油缸，能够通过油气悬架内油液和平衡油缸内油液的自适应压力平衡维持车身高度，能够抵抗一定的外界干扰或作业时车辆的载荷的动态变化，可以实现在车辆作业时，自动维持设定的工作高度不变的特性，可以抵抗一定的外界环境干扰、以及作业过程中可能出现的载荷变化。
附图说明
图1为本发明所述的油气悬架高度自动平衡机构的结构示意图。
图2为本发明所述的油气悬架的结构示意图。
图3为本发明所述的双联平衡油缸的结构示意图。
图4为本发明所述的双联平衡油缸的后视图。
图5为本发明所述的双联平衡油缸的剖视图。
图6为本发明所述的油气悬架高度自动平衡机构装配示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
如图1和图6所示，本发明提供的特种车辆使用的油气悬架高度自动平衡机构，包括：油气悬架134、导向机构131、车桥摇臂111、平衡油缸107和液压泵104等。车架128与车桥113之间由导向机构131和油气悬架134连接。在本实施例中，导向机构131为半钢板弹簧机构，通过U型螺栓连接113车桥，通过铰链连接车架128，导向机构131负责传递车桥113与车架128之间的纵向力及侧向力，并限制、引导车轮的跳动轨迹。油气悬架134通过两个铰链分别连接车架128与车桥113，负责传递二者之间的垂向力。
如图2所示，油气悬架134由气室120、第一油缸119、缸筒118、第二油缸117、活塞116、活塞杆115组成。其中，气室120，起到传统悬架中弹簧的作用；位于第一油缸119与第二油缸117之间的节流孔起到传统悬架阻尼的作用。
如图6所示，油气悬架134的一端通过缸筒118上的铰链铰接于车架128上；另一端通过活塞杆115端部的铰链铰接于车桥113上。
如图1和图2所示，油气悬架134的第二油缸117侧壁上开有充放油口135。手控开关阀121两端分别通过液压管路连接充放油口135与平衡油缸107的第二腔室上的高压出油口137。手控开关阀121可以由人工操作，连通或隔断此段液压油路。在正常行车状态下，手控开关阀121处于隔断状态。
如图3、4所示，平衡油缸107内部包括：双联活塞109和双联活塞连杆124。双联活塞109与双联活塞连杆124为同轴一体结构，二者装配于平衡油缸107内部，将平衡油缸107划分为三个腔室。
双联活塞109包括：第一活塞191、连杆192、第二活塞193和活塞杆194。其中，连杆192的一端连接第一活塞191，另一端连接第二活塞193的一端，活塞杆194连接第二活塞193的另一端；
第一活塞191和平衡油缸107一端形成的容置空间为第一腔室171，第一活塞191、第二活塞193和平衡油缸107形成的容置空间为第二腔室172，第二活塞193和平衡油缸107另一端形成的容置空间为第三腔室173。
所述平衡油缸107壁上具有高压进油口132、高压出油口137、第一低压出油口130、第二低压出油口133、第三低压出油口136。高压进油口132位于所述第一腔室171与第二腔室172之间；高压出油口137位于所述第二腔室172内；第一低压出油口130位于所述第一腔室171内，第二低压出油口133位于所述第二腔室172与第三腔室173之间，第三低压出油口136位于所述第三腔室173内。
第一低压出油口130、第二低压出油口133、第三低压出油口136通过液压管路连接油壶125；高压出油口137连接手控开关阀121一端；当双联活塞109在平衡油缸107内移动时，第一腔室171和第三腔室173容积发生变化，第一低压出油口130、第三低压出油口136连接油壶125后，可以使得在第一腔室171和第三腔室173容积发生变化时，两腔室内液压力始终与油壶125平衡，防止在双联活塞109运动过程中由于第一腔室171和第三腔室173中受压缩腔的液压力上升导致双联活塞109运动受阻。其中，当油气悬架高度自动平衡机构处于下文实施步骤中所述的平衡状态时，第一活塞191和第二活塞193总是分别堵塞高压进油口132和第二低压出油口133。
在第一腔室171和第二腔室172之间的平衡油缸107外壁上开有高压进油口132，高压进油口132、液压泵104的出油端、蓄能器105、限压阀126的进油端四者通过液压管路互连。
液压泵104由皮带轮传动系统驱动，皮带轮传动系统包括：第一皮带轮101，传动皮带102，第二皮带轮103。第一皮带轮101安装于发动机上，由发动机曲轴带动；传动皮带102分别安装在第一皮带轮101和第二皮带轮103之上，负责将第一皮带轮101的动力传递到第二皮带轮103上；第二皮带轮103与液压泵104同轴连接，二者共同转动，第二皮带轮103接受传动皮带102传递来的动力后驱动液压泵104转动。
液压泵104、滤油器127和油壶125分别按次序以液压管路相连；高压进油口132、液压泵104的出油端、蓄能器105、限压阀126的进油端四者通过液压管路互连，限压阀126的出油端与油壶125通过液压管路相连。液压泵104按照上述被驱动后，油液由油壶125，经过滤油器127被泵出，泵出的油液一部分储存于蓄能器105中。限压阀126不工作时为关闭状态，由于液压系统由发动机带动，当发动机运行时液压泵104不会停止泵油，当泵出的油液过多，导致液压管路内压力上升时，若压力超过了限压阀126设定的压力上限，则油液的压力将限压阀126顶开，多余的油液通过限压阀126流回油壶125，液压管路中的压力得以维持在一定的值附近。
车桥113和平衡油缸107之间通过第一摆套123、车桥摇臂111和第二摆套114连接。车桥摇臂111由安装臂110、第一分支臂122、第二分支臂112组成，三者为一体结构，呈类似“L”字形。安装臂110与车架128铰接；第一摆套123与双联活塞连杆124铰接；第一分支臂122穿过第一摆套123，可以在摆套内滑动；第二摆套114与车桥113铰接；第二分支臂112穿过第二摆套114，可以在摆套内滑动。
当车桥113与车架128之间的间距变小时，车桥113相对向着车架运动，将带动第二摆套114向上运动，第二摆套114的移动将引起车桥摇臂111绕着安装臂110与车架128的铰接点转动，进而驱动第一摆套123向左运动，引起与之铰接的双联活塞连杆124向左运动，改变双联活塞109在平衡油缸107中的位置。反之当车桥113与车架128之间的间距变大时，将引起双联活塞连杆124向右运动，改变双联活塞109在平衡油缸107中的位置。
如图4所示，在另一实施例中，平衡油缸107背部还加工有滑块107a，滑块107a可以与滑道106配合，限制平衡油缸107只能在滑道106内滑动，滑道106固连于车架128。平衡油缸107下部，还加工有丝杠螺母107b，丝杠螺母170b可以与手摇丝杠108配合，手摇丝杠108固连于车架128，且与滑道106平行布置。驾驶员可以通过操作手摇丝杠108，驱动平衡油缸107在滑道106内移动。
作为一种优选，手摇丝杠108与平衡油缸107下部的丝杠螺母107b为梯形丝杠，且导程角设计为自锁，即只能通过手摇丝杠108驱动平衡油缸107沿着滑道106滑动，而平衡油缸107的滑动无法驱动手摇丝杠108转动。此设计可用于固定平衡油缸107位置，防止使用过程中由于车辆振动等外界因素造成平衡油缸107沿着滑道106窜动导致高度调节不准确。
油气悬架高度自动平衡机构，可以实现以下功能：
可调节车辆高度；在车辆作业状态下，维持车身高度，并能够抵抗一定的外界干扰或作业时车辆的载荷的动态变化。
一、车辆高度调节过程为：
步骤101、首先驾驶员将车辆进行驻车制动，但不熄火，保持车辆发动机运转状态，以确保发动机仍然可以通过第一皮带轮101、传动皮带102和第二皮带轮103驱动液压泵104。
步骤102、将手控开关阀121置于导通状态，再通过手摇丝杠108调整平衡油缸107的位置。调节平衡油缸107位置时，平衡油缸107沿着滑道106移动，而平衡油缸107的第二腔室172中油液通过高压出油口137、手控开关阀121与油气悬架134的第二油缸117连通，具有一定压力。如果将高压进油口132向着平衡油缸107的第二腔室172方向移动，当双联活塞109的第一活塞191不再堵塞高压进油口132时，则高压油液被泵入平衡油缸107的第二腔室172，进而被泵入油气悬架134的第二油缸117，使得油气悬架134被抬高，当油气悬架134被抬高后，由于车架128与车桥113间距增加，导致车桥摇臂111转动，引起双联活塞连杆124和双联活塞109向着堵塞高压进油口132的方向移动，直到完全关闭高压进油口132，此时油气悬架134在新的高度上达到平衡状态；反之，如果将高压进油口132向着远离平衡油缸107的第二腔室172的方向移动，当双联活塞的第二活塞193不再堵塞第二低压出油口133时，则油气悬架134的第二油缸117中的高压油液被吸入平衡油缸107的第二腔室172，并进一步通过第二低压出油口133流入油壶125；使得油气悬架134被降低，当油气悬架134被降低后，由于车架128与车桥113间距减小，导致车桥摇臂111转动，引起双联活塞连杆124和双联活塞109向着堵塞第二低压出油口133的方向移动，直到完全关闭第二低压出油口133，此时油气悬架在新的高度上达到平衡状态。
步骤103、依次对所有车轮处悬架进行调节即可达到调节整车高度的效果。
步骤104、驾驶员关闭手控开关阀121，调节结束，允许驾驶员行车。
二、在车辆作业状态下，维持车身高度：
步骤201、当特种车辆需要作业时，首先参照步骤101～103将车辆高度调整到合适的作业高度，调节完毕后手控开关阀121保持导通状态，此时依靠平衡机构的机械特性即可实现维持车身高度的功能。
步骤202、如果在作业过程中整车质量有变化，如快递运输车辆装卸货物等；若当某车轮处重量加大时，此处油气悬架134被压缩，车架128与车桥113间距减小，车桥113相对向上移动，通过第二摆套114推动车桥摇臂111绕着安装臂110与车架128的铰接点转动，车桥摇臂111通过第一摆套123推动双联活塞连杆124和双联活塞109向着打开平衡油缸107的高压进油口132的方向运动，液压油被泵入油气悬架134的第二油缸117内，导致油气悬架134被调高，直到平衡油缸107的高压进油口132再次被双联活塞109的第一活塞191堵塞为止。如此即抵消了该处重量增加导致的高度下降。
若当某车轮处重量减小时，油气悬架134被相对拉伸，车架128与车桥113间距增大，车桥113相对向下移动，通过第二摆套114推动车桥摇臂111绕着安装臂110与车架128的铰接点转动，车桥摇臂111通过第一摆套123推动双联活塞连杆124和双联活塞109向着打开平衡油缸107中第二低压出油口133的方向运动，油气悬架134的第二油缸117内的液压油在自身压力作用下被吸回油壶125，则此处油气悬架134被调低，直到平衡油缸107的第二低压出油口133再次被双联活塞109的第二活塞193堵塞为止。如此即抵消了该处重量减小导致的高度上升。
步骤203、如果在作业过程中遇到诸如作业部分摇摆、有大风吹动车辆等情况，由于整车有加速度存在，将发生载荷转移，即存在瞬时某些车轮载荷变重，而其他车轮载荷变轻的情况。此时载荷变重的车轮处发生与步骤202中车轮重量加大时相同的动作，将此处油气悬架134调高，抑制了此处车辆高度降低；而载荷变轻的车轮处发生与步骤202中车轮重量减小时相同的动作，将此处油气悬架134调低，抑制了此处车辆高度的上升。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。
Claims (10)
1.一种特种车辆使用的油气悬架高度自动平衡机构，其特征在于，包括：
油气悬架，其支撑在车架和车桥之间，能够调节所述车架和所述车桥之间的距离；
平衡油缸，其可滑动地设置在所述车架上，所述平衡油缸与所述油气悬架通过输油管连通，液压油能够在所述油气悬架和所述平衡油缸之间流动；
双联活塞连杆，其一端滑动设置在所述平衡油缸内；
第一摆套，其铰接在所述双联活塞连杆另一端，能够随所述双联活塞连杆沿所述平衡油缸的缸壁方向滑动；
第二摆套，其与所述车桥铰接；
安装臂，其为“L”型，可旋转支撑在车桥上；
第一分支臂，其一端嵌套在所述第一摆套内，并能够沿所述第一摆套滑动，另一端连接所述安装臂一端；
第二分支臂，其一端嵌套在所述第二摆套内，并能够沿所述第二摆套滑动，另一端连接所述安装臂另一端。
2.根据权利要求1所述的特种车辆使用的油气悬架高度自动平衡机构，其特征在于，所述双联活塞连杆包括：
第一活塞；
联杆，其一端连接所述第一活塞；
第二活塞，其一端连接所述联杆另一端；
活塞杆，其连接所述第二活塞另一端；
其中，所述第一活塞和所述平衡油缸一端形成的容置空间为第一腔室，所述第一活塞、所述第二活塞和所述平衡油缸形成的容置空间为第二腔室，所述第二活塞和所述平衡油缸另一端形成的容置空间为第三腔室。
3.根据权利要求2所述的特种车辆使用的油气悬架高度自动平衡机构，其特征在于，所述油气悬架的缸筒侧壁上具有充放油口，通过所述充放油口向所述油气悬架内充入或释放液压油，能够实现油气悬架高度调节。
4.根据权利要求3所述的特种车辆使用的油气悬架高度自动平衡机构，其特征在于，还包括：
高压进油口，其设置在所述平衡油缸侧壁上，位于所述第一腔室和所述第二腔室之间；
高压出油口，其设置在所述平衡油缸侧壁上，连通所述第二腔室；
第一低压出油口，其设置在所述平衡油缸侧壁上，连通所述第一腔室；
第二低压出油口，其设置在所述平衡油缸侧壁上，位于所述第二腔室和所述第三腔室之间；
第三低压出油口，其设置在所述平衡油缸侧壁上，连通所述第三腔室。
其中，所述双联活塞连杆沿所述平衡油缸内壁滑动，所述第一活塞和所述第二活塞能够同时堵塞所述高压进油口和所述第二低压出油口。
5.根据权利要求4所述的特种车辆使用的油气悬架高度自动平衡机构，其特征在于，还包括：
四通油管，其一端连通所述高压出油口；
蓄能器，其连接所述四通油管的第二端，能够储存液压油；
液压泵，其一端连接所述四通油管的第三端，能够将油液泵入所述平衡油缸内；
限压阀，其连接所述四通油管的第四端，能够限制液压泵泵出的油液压力上限。
油壶和滤油器。其中，油壶连通前述所有低压出油口和限压阀出油端；滤油器一端连通油壶，另一端连通所述液压泵，用于过滤液压泵吸取液压油中的杂质。
6.根据权利要求5所述的特种车辆使用的油气悬架高度自动平衡机构，其特征在于，还包括：
手控开关阀，其设置在所述输油管上，能够导通或阻隔所述液压油在述油气悬架和所述平衡油缸之间流动。
7.根据权利要求6所述的特种车辆使用的油气悬架高度自动平衡机构，其特征在于，还包括：
第二皮带轮，其连接所述液压泵，能够驱动所述液压泵；
第一皮带轮，其连接汽车发动机的曲轴皮带轮，能够随所述曲轴皮带轮旋转；
传动皮带，其套设在所述第一皮带轮和所述第二皮带轮上；
其中，所述第一皮带轮旋转，能够带动所述第二皮带轮同步旋转，进而驱动所述液压泵。
8.根据权利要求7所述的特种车辆使用的油气悬架高度自动平衡机构，其特征在于，还包括滤油器，其设置在所述液压泵和所述油壶之间。
9.根据权利要求8所述的特种车辆使用的油气悬架高度自动平衡机构，其特征在于，还包括：
手摇丝杠，其可旋转支撑在所述车架上；
滑道，其与所述手摇丝杠平行设置，所述平衡油缸能够沿所述滑道滑动；
丝杠螺母，其设置在所述平衡油缸底部，并与所述手摇丝杠螺纹配合；
其中，所述手摇丝杠旋转，所述丝杠螺母能够沿所述手摇丝杠滑动，进而带动所述平衡油缸沿所述滑道滑动。
10.根据权利要求9所述的特种车辆使用的油气悬架高度自动平衡机构，其特征在于，所述手摇丝杠和所述丝杠螺母为梯形丝杠，且具有自锁式导程角。
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