CN111486190A - 双气室蓄能器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种双气室蓄能器，属于气动机械技术领域。蓄能器包括连接体、浮动活塞、高压缸筒、低压缸筒、端盖密封、充气阀和气室端盖；连接体为环形柱状结构，在连接体中部加工有进油口，进油口处加工有孔螺纹和安装端面密封的平台；在连接体的两端分别装配有中空的高压缸筒和低压缸筒，浮动活塞分别装入高压缸筒和低压缸筒中，同时在高压缸筒和低压缸筒的另一端安装有气室端盖，在浮动活塞与气室端盖之间形成气室，在浮动活塞与连接体之间形成油室。本发明具有大储能比的特点，同时通过调整高低压气室的充气压力能够满足不同载荷状态下车辆的行驶性能。

Description

双气室蓄能器
技术领域
本发明涉及一种双气室蓄能器，属于气动机械技术领域。
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。
油气悬挂通常是用高压惰性气体来替代传统意义上的弹性元件，在油气分离式的结构中，惰性气体需要封闭在密闭的容器中，称为蓄能器。目前市场上大多气体蓄能器采用的是囊式或隔膜式结构，即在钢制外壳中嵌入橡胶材质的胶囊或者隔膜，将惰性气体封闭其中，并与高压油液隔离；但这种结构的压缩比有限，进口产品的最大压缩比也只能达到8：1，极限压力通常不超过33MPa，在矿山机械和军事特种车辆领域使用时遇到强冲击工况很容易出现击穿破损的情况，很难满足使用要求；特别是运载车辆，空满载的载荷差别十几倍甚至几十倍，单个蓄能器更无法兼顾车辆在不同载货状态下的行驶性能。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种双气室蓄能器，具有大储能比的特点，同时通过调整高低压气室的充气压力能够满足不同载荷状态下车辆的行驶性能。
双气室蓄能器，包括连接体、浮动活塞、高压缸筒、低压缸筒、端盖密封、充气阀、气室端盖、导向带、气密封、油封、缸筒密封，其特征在于：所述连接体为环形柱状结构，在连接体中部加工有进油口，进油口处加工有孔螺纹和安装端面密封的平台；在连接体的两端分别装配有中空的高压缸筒和低压缸筒，将浮动活塞分别装入高压缸筒和低压缸筒中，同时在高压缸筒和低压缸筒的另一端安装有气室端盖，在浮动活塞与气室端盖之间形成气室，在浮动活塞与连接体之间形成油室。
进一步地，所述高压缸筒的气室充入高压气体形成高压气室，低压缸筒的气室充入低压气体形成低压气室。
进一步地，所述高压气室和低压气室充入相同的气体压力。
进一步地，所述连接体与高压缸筒和低压缸筒的装配方式是焊接或者螺纹连接。
进一步地，所述气室端盖与高压缸筒和低压缸筒可以采用焊接或者螺纹连接的方式。
进一步地，所述连接体与高压缸筒和低压缸筒之间采用螺纹连接时，在高压缸筒和低压缸筒的外圆处布置有缸筒密封，通过与连接体的内圆配合防止蓄能器内部高压介质的渗漏。
进一步地，所述气室端盖与高压缸筒和低压缸筒之间采用螺纹连接时，在气室端盖的外圆处装配端盖密封，通过与缸筒内圆的配合防止高压介质的渗漏。
进一步地，所述在连接体的内孔中对称加工有环形凸台，位于进油口的两侧，环形凸台的内径应小于高压缸筒和低压缸筒的内径。
进一步地，所述在浮动活塞的外圆上装配有导向带、气密封和油封，其中导向带在浮动活塞上采用对称布置的形式，气密封靠近气室一侧，油封靠近油室一侧；在浮动活塞朝向气室一侧加工有浮动活塞凹槽。
进一步地，所述在气室端盖的中心位置安装有充气阀，与气室连通；在气室端盖朝向气室一侧的端面处加工有端盖凸台，在端盖凸台上加工有端盖环形凹槽，在端盖环形凹槽的中心位置是与充气阀连通的充气孔；当浮动活塞向气室端盖运动时，端盖凸台能进入浮动活塞凹槽中。
有益效果：
1、本发明提出的双气室活塞式蓄能器结构，集成了高压缸筒和低压缸筒，与传统的隔膜和囊式蓄能器相比，活塞式蓄能器没有压缩比的限制，可显著提高抗外部冲击能力；与现有单筒式活塞式蓄能器相比，由于内置了高低压两个气室，特别适用于空满载载荷变化大的车辆使用，即高压气室用于车辆满载时工作，低压气室用于车辆空载时工作，通过实车测试，能够创造性实现车辆在空满载载荷大幅变化情况下车身固有频率仍旧稳定在合理范围，大幅提升了行驶平顺性，而采用传统的单气室蓄能器在悬挂系统设计时通常只能满足满载的使用工况，而使空载状态无法达到理想的减振缓冲效果。
2、本发明的双气室活塞式蓄能器，创造性提出高压缸筒和低压缸筒直径相同的结构，与现有技术中不同直径的形式相比由于能使用相同的型材加工，极大地方便了批量化生产，而由于直径相同具有同一基准，更容易明确高低压气室的充气压力与载荷变化之间的换算关系，在实际使用过程中特别方便在不同吨位车辆和车型上的通用和互换，很容易实现产品的模块化、通用化和系列化。
3、本发明采用的双气室活塞式蓄能器结构，创造性提出低压气室在压缩到极限位置时的工作压力应大于高压气室的初始充气压力，通过大量试验验证，能够有效避免蓄能器在工作过程中出现低压气室压并时高压气室还没有开始工作而造成的内部瞬态冲击，显著提高蓄能器的可靠性和耐久寿命。
附图说明
图1为双气室蓄能器的总成剖视图。
图中：1.连接体；2.浮动活塞；3.高压缸筒；4.低压缸筒；5.进油口；6.螺纹；7.端盖密封；8.充气阀；9.气室端盖；10.拆装槽；11.导向带；12.气密封；13.油封；14.缸筒密封；15.浮动活塞凹槽，16.端盖环形凹槽，17.环形凸台，18.端盖凸台，19.高压气室，20.低压气室。
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。
本发明设计了双气室蓄能器结构，如图1所示，其中连接体1为环形柱状结构，在连接体中部加工有进油口5，需要说明的是进油口5可根据实际安装布管的需要来确定具体数量，进油口5处通常加工有孔螺纹和端面密封的平台，用于连接与油缸连通的管路接头；在连接体1的两端分别装配有中空的高压缸筒3和低压缸筒4，装配方式可以是焊接或者螺纹连接，焊接方式结构相对简单，且成本低廉，但对焊接质量要求较高，不允许有砂眼等缺陷，若采用螺纹连接的方式，则需要在高压缸筒3和低压缸筒4的外圆处布置有缸筒密封14，通过与连接体1的内圆配合防止蓄能器内部高压介质的渗漏，密封压缩率不小于20％，且采用两道缸筒密封14串联的方式能使密封效果达到最佳，在靠近高压介质一侧的密封槽中应配装密封保护圈，防止缸筒密封14被挤出损坏。将浮动活塞2分别装入高压缸筒3和低压缸筒4中，同时在高压缸筒3和低压缸筒4的另一端安装有气室端盖9，气室端盖9与高压缸筒3和低压缸筒4可以采用焊接或者螺纹连接的方式，焊接方式结构相对简单，但对焊接质量要求较高，不允许有砂眼等缺陷，若采用螺纹连接的方式则需要在气室端盖9的外圆处装配端盖密封7，通过与缸筒内圆的配合防止高压介质的渗漏，密封压缩率不小于20％，且采用两道端盖密封7串联的方式能使密封效果达到最佳，在靠近高压介质一侧的密封槽中应配装密封保护圈，防止缸筒密封14被挤出损坏。在高压缸筒3和低压缸筒4中，浮动活塞2与气室端盖9之间形成气室，在浮动活塞2与连接体1之间形成油室，油液通过与进油口5连接的管路在蓄能器和悬挂油缸之间传递，实现承载和减振的作用。
本发明所提出的双气室蓄能器的高压缸筒3和低压缸筒4直径可以相同或不同，为便于开展批量化生产，可以采用相同的直径，通过调整高压缸筒3和低压缸筒4内的气体压力和缸筒长度即可满足不同车辆载重量的使用要求，特别方便在不同吨位车辆和车型上的通用和互换，例如给高压缸筒3的气室充入高压气体形成高压气室19用于车辆满载时工作，给低压缸筒4的气室充入低压气体形成低压气室20用于车辆空载时工作，以车辆空满载状态时车身固有频率相同为目标，对高压气室19和低压气室20的初始充气压力进行换算，从而能够实现载重车辆在空满载荷差别大也有相近的行驶平顺性，需要特别说明的是，低压气室20在压缩到极限位置时的工作压力应大于高压气室19的初始充气压力，避免蓄能器在工作过程中出现低压气室20压并时高压气室19还没有开始工作而造成的瞬态冲击，显著提高蓄能器的可靠性和耐久寿命。当然，在车辆空满载变化不大的情况下，高压气室19和低压气室20也可以根据需要充入相同的气体压力进行同步工作，此时又相当于转换为单气室蓄能器。其工作原理如下，车辆在空载时，当悬挂缸中的高压油通过外接管路和进油口5进入蓄能器油室后，油液压力高于低压气室20的充气压力时，低压气室20率先压缩开始工作，此时高压气室19由于初始充气压力高不参加工作，随着车辆载荷的增加，油液压力进一步升高并高于高压气室19的充气压力时，高压气室19开始压缩工作，此时高低压气室同时工作，随着载荷的进一步加大，低压气室20将压并，只剩高压气室19继续工作，形成了非常典型的双非线性特性曲线。
在连接体1的内孔中对称加工有环形凸台17，位于进油口5的两侧，环形凸台17的内径应小于高压缸筒3和低压缸筒4的内径，使得高压缸筒3和低压缸筒4的端面能够与环形凸台17的侧面充分接触，以实现缸筒的轴向限位，同时还可限制浮动活塞2在缸筒中运动到极限位置时出现脱出并与进油口5干涉的情况。
在浮动活塞2的外圆上装配有导向带11、气密封12和油封13，其中导向带11用于支撑浮动活塞2在缸筒中的运动，可以在浮动活塞2上采用对称布置在两端，气密封12靠近气室一侧，用于封闭蓄能器中的高压气体，油封13靠近油室一侧，用于防止蓄能器中的高压油液串入气室。在浮动活塞2朝向气室一侧加工有浮动活塞凹槽15，用于浮动活塞2的减重，避免运动过程中惯性过大影响产品工作稳定性。
在气室端盖9的中心位置安装有充气阀8，与气室连通，用于实现对气室的充放气。需要说明的是，在气室端盖9朝向气室一侧的端面处加工有端盖凸台18，在端盖凸台18上加工有端盖环形凹槽16，在端盖环形凹槽16的中心位置是与充气阀8连通的充气孔。当气室被压缩时，浮动活塞2向气室端盖9运动，运动到极限位置时，气室端盖9的端盖凸台18将进入浮动活塞凹槽15中，以减少极限位置的气室容积，通过进一步挤压高压气体实现缓冲限位功能，被压缩的气体将被挤压进预先加工的端盖环形凹槽16的空间中，这种结构的创新设计既能使蓄能器具有更加明显的非线性特性防止出现内部刚性碰撞的情况，又能避免强冲击作用下压力极限上升导致密封的损坏。
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 (10)

1.双气室蓄能器，包括连接体(1)、浮动活塞(2)、高压缸筒(3)、低压缸筒(4)、端盖密封(7)、充气阀(8)、气室端盖(9)、导向带(11)、气密封(12)、油封(13)、缸筒密封(14)，其特征在于：在连接体(1)中部加工有进油口(5)，进油口(5)处加工有孔螺纹和安装端面密封的平台；在连接体(1)的两端分别装配有中空的高压缸筒(3)和低压缸筒(4)，高压缸筒(3)和低压缸筒(4)直径相同，将浮动活塞(2)分别装入高压缸筒(3)和低压缸筒(4)中，同时在高压缸筒(3)和低压缸筒(4)的另一端安装有气室端盖(9)，在浮动活塞(2)与气室端盖(9)之间形成气室，在浮动活塞(2)与连接体(1)之间形成油室。
2.根据权利要求1所述的双气室蓄能器，其特征在于：高压缸筒(3)的气室充入高压气体形成高压气室(19)，低压缸筒(4)的气室充入低压气体形成低压气室(20)，低压气室20在压缩到极限位置时的工作压力大于高压气室19的初始充气压力。
3.根据权利要求1所述的双气室蓄能器，其特征在于：高压气室(19)和低压气室(20)充入相同的气体压力。
4.根据权利要求1所述的双气室蓄能器，其特征在于：连接体(1)与高压缸筒(3)和低压缸筒(4)的装配方式是焊接或者螺纹连接。
5.根据权利要求1所述的双气室蓄能器，其特征在于：气室端盖(9)与高压缸筒(3)和低压缸筒(4)可以采用焊接或者螺纹连接的方式。
6.根据权利要求4所述的双气室蓄能器，其特征在于：连接体(1)与高压缸筒(3)和低压缸筒(4)之间采用螺纹连接时，在高压缸筒(3)和低压缸筒(4)的外圆处布置有缸筒密封(14)，通过与连接体(1)的内圆配合防止蓄能器内部高压介质的渗漏。
7.根据权利要求5所述的双气室蓄能器，其特征在于：气室端盖(9)与高压缸筒(3)和低压缸筒(4)之间采用螺纹连接时，在气室端盖(9)的外圆处装配端盖密封(7)，通过与缸筒内圆的配合防止高压介质的渗漏。
8.根据权利要求1所述的双气室蓄能器，其特征在于：在连接体(1)的内孔中对称加工有环形凸台(17)，位于进油口(5)的两侧，环形凸台(17)的内径应小于高压缸筒(3)和低压缸筒(4)的内径。
9.根据权利要求1所述的双气室蓄能器，其特征在于：在浮动活塞(2)的外圆上装配有导向带(11)、气密封(12)和油封(13)，其中导向带(11)在浮动活塞(2)上采用对称布置的形式，气密封(12)靠近气室一侧，油封(13)靠近油室一侧；在浮动活塞(2)朝向气室一侧加工有浮动活塞凹槽(15)。
10.根据权利要求1所述的双气室蓄能器，其特征在于：在气室端盖(9)的中心位置安装有充气阀(8)，与气室连通；在气室端盖(9)朝向气室一侧的端面处加工有端盖凸台(18)，在端盖凸台(18)上加工有端盖环形凹槽(16)，在端盖环形凹槽(16)的中心位置是与充气阀(8)连通的充气孔；当浮动活塞(2)向气室端盖(9)运动时，端盖凸台(18)能进入浮动活塞凹槽(15)中。
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