CN111473080A - 油气弹簧 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种油气弹簧，属于液压机械技术领域。缸筒的上端与上铰链固连，活塞杆与下铰链固连，活塞杆为中空式结构，加工有活塞杆内孔；活塞杆的大外圆与中空的环形导向套的内孔配合安装，导向套与缸筒的下端面通过周向布置的导向套螺栓固连到一起；活塞杆与主活塞连接到一起；在活塞杆上加工有径向的阻尼阀，油气弹簧无杆腔与活塞杆内孔连通，阻尼阀的单向阀和常通孔用于连通油气弹簧有杆腔和活塞杆内孔；上铰链和下铰链分别装配有关节轴承，并加工注油孔用来给关节轴承进行集中润滑。本发明具有结构简单、承载力大的特点，适用于油气混合或外置蓄能器的结构，在矿山机械等领域有着广阔的使用前景。

Description

油气弹簧
技术领域
本发明涉及一种油气弹簧，属于液压机械技术领域。
背景技术
油气悬挂主要由油气弹簧组成，集弹性和阻尼元件于一身，同时缸体具有一定的导向作用，所需车体布置空间较小，以其优越的非线性弹性特性和良好的减振性能，能够最大限度地满足工程车辆的平顺性要求。从其整体结构看，目前工程车辆上应用的油气悬挂系统主要有独立式和互连式两种类型；从油气弹簧的形式看，则分为单气室油气分离式、双气室油气分离式、多级压力式和油气混合式等。与其他悬挂系统相比，油气悬挂具有典型的非线性变刚度、渐增性的特点，当车辆在平坦路面行驶时，悬挂动行程较小，弹性介质承受瞬时压力所产生的刚度也就小，能够满足平顺性的要求；当车辆在起伏地行驶时，弹性力呈非线性变化且刚度增加，可以吸收较多的冲击能量，发挥出气体单位质量储能比大的特点，有效地起到了缓冲作用，避免了地面激励直接传递到车身以及“悬挂击穿”现象的出现，从而提高车辆的越野速度，改善机动性。
现有技术中的单筒式油气弹簧通常有两种典型结构，一种是将密封件布置在主活塞上，环形腔为空腔，另一种是将密封件布置在活塞杆的导向套处，二者均需要在缸筒内布置单独的阻尼阀用于衰减外界振动。第一种结构对缸筒内表面的光洁度和耐磨性等加工质量提出了很高的要求，导致成本大幅增加，所以不适于在大缸径油气弹簧上推广，且现有技术油气弹簧在车上使用时均需要单独在车外布置刚性限位，防止压缩和复原行程达到极限时损坏弹簧本体导致的失效现象。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种油气弹簧，具有结构简单、承载力大的特点，适用于油气混合或外置蓄能器的结构，内置了上下限位，显著提升了油气弹簧抗冲击的可靠性，同时将阻尼阀直接集成在活塞杆壁上，降低了加工成本，在矿山机械等领域有着广阔的使用前景。
一种油气弹簧，包括缸筒、活塞杆、导向套、主活塞、下铰链、上铰链和导向套螺栓；缸筒的上端与上铰链通过螺栓、焊接或螺纹连接的方式固连到一起，活塞杆与下铰链采用一体式锻造、焊接或者螺纹连接的方式固连到一起，活塞杆为中空式结构，加工有活塞杆内孔；活塞杆的大外圆与中空的环形导向套的内孔配合安装，导向套与缸筒的下端面通过周向布置的导向套螺栓固连到一起；活塞杆与主活塞连接到一起；在活塞杆上加工有径向的阻尼阀，由单向阀和常通孔组成，油气弹簧无杆腔与活塞杆内孔连通，阻尼阀的单向阀和常通孔用于连通油气弹簧有杆腔和活塞杆内孔；上铰链和下铰链分别装配有关节轴承，并加工注油孔用来给关节轴承进行集中润滑。
进一步地，所述常通孔由节流小孔和节流大孔串联而成，其中节流小孔靠近活塞杆内孔一侧，无杆腔的油液顺序通过节流小孔、节流大孔进入有杆腔；所述单向阀是在常通孔中加入钢球，钢球的直径介于节流小孔直径和节流大孔直径之间，并通过主活塞的活塞内孔的孔壁进行限位，防止钢球从常通孔中掉出，活塞内孔覆盖节流大孔的面积不超过节流大孔横截面积的一半。
进一步地，所述环形导向套的内孔中从油气弹簧有杆腔一侧顺序装配有第一导向带、第一油封、第二油封、第二导向带和防尘圈，第一和第二导向带对称布置在串联的第一油封和第二油封的两侧；导向套的外圆处安装有静密封和保护圈，保护圈布置在静密封的密封槽中低压一侧；导向套的外圆与缸筒的内孔配合，使静密封挤压变形达到对高压油液密封的目的；在导向套靠近油气弹簧有杆腔的一端加工有导向小外圆，其外径小于缸筒的内孔，与缸筒的内孔之间形成导向环形腔，与之对应的主活塞朝向油气弹簧有杆腔的端面加工有活塞环形凸台，当活塞杆拉到最长位置时，活塞环形凸台进入导向环形腔。
进一步地，所述活塞杆与环形结构的主活塞通过螺纹连接或一体式锻造成型的方法加工而成。
进一步地，所述主活塞的活塞内孔的上端加工有环形端面，活塞杆装配进活塞内孔后，其顶端与环形端面的侧面接触；在主活塞的环形端面上加工有周向的活塞通孔，与环形端面接触的活塞杆的顶端加工有周向的螺纹孔，装配时活塞通孔与所述周向的螺纹孔对正后通过活塞螺栓进行固连；主活塞的外圆布置有导向带。
进一步地，在所述缸筒的筒壁上端加工有连通油口，在上铰链朝向油气弹簧无杆腔一端加工有环形结构的上限位，上限位的外圆直径小于缸筒的内孔，在上限位的侧壁上加工有周向布置的过油槽，且过油槽与连通油口正对。
进一步地，所述上铰链上的充气阀和注油孔布置在上铰链的同一侧；在充气阀的顶端还布置有充气阀帽，充气阀帽通过螺纹与上铰链连接。
进一步地，在朝向活塞杆内孔的所述下铰链端面处加工有放油通道，并通过螺堵密封。
有益效果：
1、本发明提出的油气弹簧结构，主要通过拆装缸筒下端的导向套来换装活塞总成、密封等内部核心组件，与现有技术相比便于在车上进行操作，即不需要将悬挂缸从车体上整体拆卸，只需旋松导向套螺栓即可将活塞杆与活塞等内部组件直接拆出进行维护或维修，极大地方便了野外环境下的操作便捷性，拥有很好的推广优势。
2、本发明提出的油气弹簧结构，在导向套和主活塞接触端面通过结构创新设计有液压缓冲限位装置，当主活塞拉到最长位置时，通过液压限位产生的缝隙节流可以有效防止主活塞和导向套端面的刚性撞击，避免了出现碎屑导致产品损坏。另外在下铰链上布置有放油通道，便于油气弹簧在车上进行维护保养时将缸筒内部油液排净。
3、本发明提出的油气弹簧结构，在活塞杆上加工有径向的阻尼阀，由单向阀和常通孔组成；阻尼阀的单向阀和常通孔用于连通油气悬挂有杆腔和无杆腔；单向阀通过在常通孔中加入钢球即可实现，特别是通过结构创新，装配主活塞时即能实现钢球的限位功能，具有结构简单、成本低廉、适用于大批量生产的特点。另外通过试验验证，活塞内孔覆盖节流大孔的面积不超过节流大孔横截面积的一半可有效避免主活塞限位对油液产生明显的节流现象。
4、本发明提出的油气弹簧结构，在车上安装时下铰链上的注油孔、放油用的螺堵，与上铰链上的注油孔和充气阀布置在同一个方向，并朝向车外侧，便于对油气弹簧进行维护保养。
附图说明
图1为蓄能器单油口平衡悬挂结构示意图；
图2为蓄能器双油口平衡悬挂结构示意图；
图3为油气弹簧主剖视图；
图4为油气弹簧左视图；
图5为油气弹簧外形图；
图6为导向套主剖视图；
图7为导向套左视图；
图8为主活塞主剖视图；
图9为主活塞左视图；
图10为上铰链主剖视图；
图11为上铰链仰视图。
图中：21.前油气弹簧，22.后油气弹簧，23.后平衡管路，24.前平衡管路，25.三通接头，26.蓄能器，27.管路接头，1.缸筒，2.活塞杆，3.导向套，4.钢球，5.主活塞，6.下铰链，7.注油孔，8.螺堵，9.活塞螺栓，10.活塞杆内孔，11.放油通道，12.充气阀帽，13.充气阀，14.上铰链，15.节流小孔，16.节流大孔，17.导向套螺栓，18.连通油口，19.大外圆，20.小外圆，31.导向通孔，32.第一导向带，33.静密封，34.保护圈，35.防尘圈，36.第一油封，37.第二油封，38.第二导向带，39.导向小外圆，40.导向环形腔，51.活塞内孔，52.环形端面，53.活塞通孔，54.活塞环形凸台，81.充油通道，82.过油槽，84.上铰链外圆，85.上限位。
具体实施方式
下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。
本发明设计了平衡油气悬挂结构，在矿山机械及多轴重型运载车领域拥有广泛的应用前景。如图1和5所示，为蓄能器横置平衡油气悬挂结构示意，前油气弹簧21主油腔的连通油口18与前平衡管路24的一端连接，后油气弹簧22主油腔的连通油口18与后平衡管路23的一端连接，进一步，前平衡管路24的另一端和后平衡管路23的另一端通过三通接头25与蓄能器26的进油口连接，进而形成平衡悬挂，其内部的高压油可以在前油气弹簧21、后油气弹簧22和蓄能器26之间往复流动，蓄能器26为活塞式蓄能器，为方便安装进行水平布置。
如图2和图5所示，为蓄能器竖置平衡油气悬挂结构示意，前油气弹簧21主油腔的连通油口18与前平衡管路24的一端连接，前平衡管路24的另一端通过管路接头27与蓄能器26的第一进油口连接，后油气弹簧22主油腔的连通油口18与后平衡管路23的一端连接，后平衡管路23的另一端也通过管路接头27与蓄能器26的第二进油口连接，进而形成平衡悬挂，其内部的高压油可以在前油气弹簧21、后油气弹簧22和蓄能器26之间往复流动，蓄能器26为活塞式蓄能器，为方便安装进行竖直布置。
如图1、2、3、5所示，平衡油气悬挂在安装到车上后，下铰链6上的注油孔7、放油用的螺堵8，与上铰链14上的注油孔7和充气阀13布置在同一个方向，通常朝向车外侧，便于对油气弹簧进行维护保养，并与油气弹簧上连通油口18的轴线方向垂直；通常前油气弹簧21和后油气弹簧22的连通油口18相向布置，其中前油气弹簧21的连通油口18朝车后方向，后油气弹簧22的连通油口18朝车前方向。
平衡油气悬挂的工作原理如下，当前油气弹簧21受压缩时，其内部压力出现升高的趋势，前油气弹簧21内的部分高压油会通过管路先进入后油气弹簧22内，使得两个油气弹簧内部压力达到平衡，其他多余的油液再进入蓄能器26压缩高压气室，由于前油气弹簧21和后油气弹簧22之间要先进行油液的补偿使压力达到平衡，所以进入蓄能器26中压缩气体的油量与单独的油气弹簧和蓄能器相比就要减少很多，进而大幅降低单轮悬挂受外部冲击时的极限载荷，有效改善悬挂和车桥的使用环境，大幅提升底盘零部件的可靠性。
为了使平衡油气悬挂中油液流动顺畅，相互补偿及时，避免冲击载荷作用下的补偿延迟甚至是沿程损失过大导致空程的问题，前平衡管路24和后平衡管路23的管路内径不能小于20mm。
油气弹簧的结构图如图3-11所示，缸筒1的上端与上铰链14通过螺栓、焊接或螺纹连接的方式固连到一起，活塞杆2与下铰链6采用一体式锻造、焊接或者螺纹连接的方式固连到一起，活塞杆2为中空式结构，加工有活塞杆内孔10；活塞杆2的大外圆19与中空的环形导向套3的内孔配合安装，导向套3与缸筒1的下端面通过周向布置的导向套螺栓17固连到一起；活塞杆2与环形结构主活塞5通过端面周向布置的活塞螺栓9固连到一起，需要说明的是，也可以通过螺纹连接或一体式锻造成型的方法加工而成；活塞杆2的小外圆20与主活塞5的活塞内孔51进行配合安装，活塞内孔51的上端加工有环形端面52，环形端面52的内径与活塞杆内孔10的直径相当，活塞杆2装配进活塞内孔51后，其顶端与环形端面52的侧面充分接触，实现主活塞5的轴向限位；同时在主活塞5的环形端面52上加工有周向的活塞通孔53，与环形端面52接触的对应活塞杆2的顶端加工有周向的螺纹孔，装配时对正后通过活塞螺栓9进行固连。主活塞5的外圆布置有导向带。
在活塞杆2的大外圆19和小外圆20的过渡位置，加工有径向的阻尼阀，通常由单向阀和常通孔组成，油气弹簧无杆腔与活塞杆内孔10连通，阻尼阀的单向阀和常通孔用于连通油气弹簧有杆腔和活塞杆内孔10。常通孔由节流小孔15和节流大孔16串联而成，其中节流小孔15靠近活塞杆内孔10一侧，无杆腔的油液顺序通过节流小孔15、节流大孔16进入有杆环形腔，产生阻尼节流的作用。单向阀是在常通孔中加入钢球4，钢球4的直径介于节流小孔15直径和节流大孔16直径之间，并通过主活塞5的活塞内孔51的孔壁进行限位，防止钢球4从常通孔中掉出，活塞内孔51覆盖节流大孔16的面积不超过节流大孔16横截面积的一半。
当油气弹簧活塞杆2压缩时，钢球4被油液顶起，无杆腔油液会同时从常通孔和单向阀中通过进入有杆腔；当油气弹簧活塞杆2处于复原拉伸状态时，钢球4受到油液向下冲击的作用，会堵住节流小孔15，使得油液只能通过常通孔进入无杆腔，进而产生较大的阻尼力值来衰减来自地面的振动。
下铰链6装配有关节轴承，并加工注油孔7用来给关节轴承进行集中润滑。在朝向活塞杆内孔10的下铰链6端面处加工有放油通道11，将活塞杆内孔10与外界连通，并通过螺堵8密封。当需要放油时将螺堵8打开，由于放油通道11位于油气弹簧的下端，可以方便地将缸筒内油液放净。
如图6-8所示，环形导向套3的内孔中从油气弹簧有杆腔向外顺序装配有第一导向带32、第一油封36、第二油封37、第二导向带38和防尘圈35，采用两道油封串联的结构，导向带对称布置在串联油封的两侧，使导向能力发挥到最佳，导向套3的外圆处安装有静密封33和保护圈34，保护圈布置在密封槽中的低压一侧；导向套3的外圆与缸筒1的内孔配合，使静密封33挤压变形达到对高压油液密封的目的。在导向套3靠近油气弹簧有杆腔的一端加工有导向小外圆39，其外径小于缸筒1的内孔，与缸筒1的内孔之间形成导向环形腔40，与之对应的主活塞5朝向油气弹簧有杆腔的端面加工有活塞环形凸台54，当活塞杆2拉到最长位置时，活塞环形凸台54进入导向环形腔40，并通过挤压油液形成液压缓冲限位，防止出现主活塞5与导向套3的刚性撞击。
另外，如图3、5、10、11所示，油气弹簧的连通油口18布置在缸筒1上，为了避免出现主活塞5压缩到极限位置时与连通油口18干涉甚至堵死的情况，以及导致主活塞5外圆上的导向带损伤，在上铰链14朝向油气弹簧无杆油腔一端加工有环形结构的上限位85，上限位85的外圆直径小于缸筒1的内孔，在上限位85外圆和缸筒1内孔之间形成了过油用的环形间隙，同时在上限位85的侧壁上加工有周向布置的过油槽82，且过油槽82与连通油口18正对，平衡悬挂管路中的油液可同时通过环形间隙和过油槽82与油气弹簧无杆腔连通，既避免了主活塞5在压缩到极限位置时与连通油口18的干涉，也最大限度地保障了油液在连通的油气弹簧和蓄能器之间的相互补偿，确保了平衡悬挂在极限位置工作的稳定性。在上铰链14上安装有充气阀13，并与油气弹簧无杆腔连通，用于充放油气介质，在充气阀13的顶端还布置有充气阀帽12，用于防止充气阀13被磕碰损坏，充气阀帽12通过螺纹与上铰链14连接；上铰链14装配有关节轴承，并加工注油孔7用来给关节轴承进行集中润滑，通常充气阀13和注油孔7布置在上铰链14的同一侧，便于在车上进行操作。
综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种油气弹簧，包括缸筒(1)、活塞杆(2)、导向套(3)、主活塞(5)、下铰链(6)、上铰链(14)、导向套螺栓(17)，其特征在于：缸筒(1)的上端与上铰链(14)通过螺栓、焊接或螺纹连接的方式固连到一起，活塞杆(2)与下铰链(6)采用一体式锻造、焊接或者螺纹连接的方式固连到一起，活塞杆(2)为中空式结构，加工有活塞杆内孔(10)；活塞杆(2)的大外圆(19)与中空的环形导向套(3)的内孔配合安装，导向套(3)与缸筒(1)的下端面通过周向布置的导向套螺栓(17)固连到一起；活塞杆(2)与主活塞(5)连接到一起；在活塞杆(2)上加工有径向的阻尼阀，由单向阀和常通孔组成，油气弹簧无杆腔与活塞杆内孔(10)连通，阻尼阀的单向阀和常通孔用于连通油气弹簧有杆腔和活塞杆内孔(10)；上铰链(14)和下铰链(6)分别装配有关节轴承，并加工注油孔(7)用来给关节轴承进行集中润滑。
2.根据权利要求1所述的油气弹簧，其特征在于：所述常通孔由节流小孔(15)和节流大孔(16)串联而成，其中节流小孔(15)靠近活塞杆内孔(10)一侧，无杆腔的油液顺序通过节流小孔(15)、节流大孔(16)进入有杆腔；所述单向阀是在常通孔中加入钢球(4)，钢球(4)的直径介于节流小孔(15)直径和节流大孔(16)直径之间，并通过主活塞(5)的活塞内孔(51)的孔壁进行限位，防止钢球(4)从常通孔中掉出，活塞内孔(51)覆盖节流大孔(16)的面积不超过节流大孔(16)横截面积的一半。
3.根据权利要求1所述的油气弹簧，其特征在于：所述环形导向套(3)的内孔中从油气弹簧有杆腔一侧顺序装配有第一导向带(32)、第一油封(36)、第二油封(37)、第二导向带(38)和防尘圈(35)，第一和第二导向带对称布置在串联的第一油封(36)和第二油封(37)的两侧；导向套(3)的外圆处安装有静密封(33)和保护圈(34)，保护圈(34)布置在静密封(33)的密封槽中低压一侧；导向套(3)的外圆与缸筒(1)的内孔配合，使静密封(33)挤压变形达到对高压油液密封的目的；在导向套(3)靠近油气弹簧有杆腔的一端加工有导向小外圆(39)，其外径小于缸筒(1)的内孔，与缸筒(10)的内孔之间形成导向环形腔(40)，与之对应的主活塞(5)朝向油气弹簧有杆腔的端面加工有活塞环形凸台(54)，当活塞杆(2)拉到最长位置时，活塞环形凸台(54)进入导向环形腔(40)。
4.根据权利要求1所述的油气弹簧，其特征在于：所述活塞杆(2)与环形结构的主活塞(5)通过螺纹连接或一体式锻造成型的方法加工而成。
5.根据权利要求1所述的油气弹簧，其特征在于：所述主活塞(5)的活塞内孔(51)的上端加工有环形端面(52)，活塞杆(2)装配进活塞内孔(51)后，其顶端与环形端面(52)的侧面接触；在主活塞(5)的环形端面(52)上加工有周向的活塞通孔(53)，与环形端面(52)接触的活塞杆(2)的顶端加工有周向的螺纹孔，装配时活塞通孔(53)与所述周向的螺纹孔对正后通过活塞螺栓(9)进行固连；主活塞(5)的外圆布置有导向带。
6.根据权利要求1所述的油气弹簧，其特征在于：在所述缸筒(1)的筒壁上端加工有连通油口(18)，在上铰链(14)朝向油气弹簧无杆腔一端加工有环形结构的上限位(85)，上限位(85)的外圆直径小于缸筒(1)的内孔，在上限位(85)的侧壁上加工有周向布置的过油槽(82)，且过油槽(82)与连通油口(18)正对。
7.根据权利要求1所述的油气弹簧，其特征在于：所述上铰链(14)上的充气阀(13)和注油孔(7)布置在上铰链(14)的同一侧；在充气阀(13)的顶端还布置有充气阀帽(12)，充气阀帽(12)通过螺纹与上铰链(14)连接。
8.根据权利要求1所述的油气弹簧，其特征在于：在朝向活塞杆内孔(10)的所述下铰链(6)端面处加工有放油通道(11)，并通过螺堵(8)密封。
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