CN113915275B - 一种空气弹簧及具有该空气弹簧的空气悬架 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种空气弹簧及具有该空气弹簧的空气悬架，属于空气弹簧技术领域。该空气弹簧具有由弹性体材料制成的柱形气囊，气囊连接底座和上盖板以形成密封的空气室，在空气室的体积在底座缩回时的水平与底座伸出时的水平之间变化的情况下，气囊的外表面在底座上滑滚，上盖板由一弹性限位块在纵向导向限位，弹性限位块置于空气室内且连接在底座上用于最低行程位置限位；在空气室内设置有用于最高行程位置限位的限位筒，限位筒上端连接至上盖板上封装，下端连接至底座上螺纹连接；限位筒主要由至少一层强化丝线层以及橡胶硫化得到。气囊在下跳状态时，拉升限位筒，限位筒拉长到一定长度而起到限位作用，防止气囊过度拉升。

Description

一种空气弹簧及具有该空气弹簧的空气悬架

技术领域

本发明属于空气弹簧技术领域，更具体地说，涉及一种空气弹簧及具有该空气弹簧的空气悬架。

背景技术

伴随着汽车电子、测量与控制控技术、材料成型、机械加工等先进技术的迅速发展，空气弹簧设计与控制技术日趋成熟。近年5年来，中高端轿车的竞争日趋激烈，国外上市的知名乘用车(大众、丰田、奔驰、保时捷)及商务车越来越多在其中高端车型应用半主动空气悬架技术，一方面提升品牌形象，展示企业先进技术优势抢占高端市场，另一方面，搭载新技术带来的丰厚利润，对主机厂也足够大的吸引力。19世纪初，人们将空气弹簧产品应用于机械设备。经历近百年后，20世纪初，美国人率先将空气弹簧装载到重型卡车上。发展至今，全世界有一半以上的重型载货车装载了空气弹簧，60％以上的拖挂车配装空气弹簧田，工程用车(如水泥搅拌车、环卫用车)、高速客车等车型上配置空气弹簧的份额逐年上升。空气弹簧产品及技术的应用逐年增多。1957年，凯迪拉克率先将空气弹簧应用在乘用车上对车身进行高度调整，自此空气弹簧产品开始受到高端轿车品牌的关注，奔驰、福特、别克等主机厂相继推出装载空气弹簧的车型。

空气弹簧构成包括气囊、底座及活塞、上盖板、密封圈等部件。运动过程中，橡胶气囊沿着活塞底座外轮廓卷曲，从而获得空气弹簧的弹性变形。为了应对现场突发情况造成的不正常适用对空气弹簧造成的损害，提高空气弹簧应对故障的能力，空气弹簧在行程最高及最低位置都设置了限定装置，并且保留了一定的距离空间。

1、最低限位：

压缩状态下的最小高度总是规定为略高于气囊压紧的高度(放完气后能压低，的最低高度)。如果气囊长期处于上述压瘪状态，则可能会造成损坏，因此，要求有一个向下的限位以防止出现这种情况。通常设置空气弹簧下限位的方法有两种，一种是外部下限位，可以空气弹簧的四周放置一个简单的钢铁块，限位高度应略高于高马特空气弹簧的最小高度。另一种是在空气弹簧的工作环境下无法使用外部限位的情况下，空气弹簧内部也可以设置一个内部缓冲垫块作为空气弹簧的最小行程限位。

2、最高限位：

空气弹簧在接近其最长的距离位置，也会设置其长度限位装置，目的就是为了防止空气弹簧在其长度眼神到一定位置的时候，不至于会由于过度拉升而损坏，空气弹簧毕竟属于金属与橡胶组合搭配而成的产品，如果超过空气弹簧的长度极限，首先，空气弹簧橡胶气囊部分的抗拉强度并不高，对于空气弹簧的长期使用会造成严重影响，大大缩短了空气弹簧的使用寿命。第二，空气弹簧的橡胶气囊与空气弹簧的端盖之间呈卷边式设计，在空气弹簧受到拉力时，如果拉力过大，很容易会因为应力集中而使得橡胶气囊在与端盖的先接处撕裂，直接损坏空气弹簧。通常设置空气弹簧上限为的方法在也有很多，通常的手段包括链条、缆绳以及金属接触限位等，在大客车的空气悬架系统中一般装有钢丝绳反向限位装置。

随着技术的发展，目前出现了采用传感设备来限位的空气弹簧，例如中国专利CN202020421723.X公开了一种空气弹簧装置，包括：上盖板、下柱体、气囊以及测距传感器，下柱体与上盖板上下间隔设置；气囊的上端与上盖板连接、下端与下柱体连接以形成密闭腔体，密闭腔体通过充放气以调节上盖板与下柱体之间的间距；测距传感器设于上盖板靠近密闭腔体一侧，测距传感器用于测量上盖板与下柱体之间的间距，将传统的位移传感器替换为测距传感器。

上述不论是机械式的限位结构还是光电式的传感结构，均是对空气弹簧的行程最高及最低位置有效限位，提高了空气弹簧应对故障的能力，但仍有待进一步改进。

发明内容

1.要解决的问题

针对上述的技术问题，本发明提供一种自主防护空气弹簧，能够有效预防在最高行程位置时拉坏空气弹簧囊皮。

本发明还提供一种具有上述空气弹簧的空气悬架。

2.技术方案

为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：

本发明的自主防护空气弹簧，该空气弹簧具有由弹性体材料制成的柱形气囊，所述气囊连接底座和上盖板以形成密封的空气室，在空气室的体积在底座缩回时的水平与底座伸出时的水平之间变化的情况下，所述气囊的外表面在底座上滑滚，所述上盖板由一弹性限位块在纵向导向限位，所述弹性限位块置于空气室内且连接在所述底座上用于最低行程位置限位；在所述空气室内设置有用于最高行程位置限位的限位筒，所述限位筒上端连接至上盖板上封装，下端连接至底座上螺纹连接；所述限位筒主要由至少一层强化丝线层以及橡胶硫化得到。

于本发明一种可能实施方式中，强化丝线层相对于限位筒圆周螺旋倾斜30°至60°的角度，并在一层内强化丝线相互平行设置。

于本发明一种可能实施方式中，强化丝线为锦纶66浸胶帘线、单根帘线强度可达15～25Kg；强化丝线的直径为0.5-1.2mm。

于本发明一种可能实施方式中，限位筒采用的硫化橡胶为氢化丁腈橡胶、氯丁橡胶、N660炭黑等材料配方的硫化橡胶，硫化橡胶具有高扯断伸长率(550％)以上。

于本发明一种可能实施方式中，限位筒的有效厚度为1.5-3mm。

于本发明一种可能实施方式中，在一层内的强化丝线至少一部分具有与其余部分不同的强度，所述强化丝线在限位筒圆周上交替地分别在第一种强化丝线相邻位置设置一条第二种强化丝线。

于本发明一种可能实施方式中，第一种强化丝线和第二种强化丝线采用不同强度的材料制得。

于本发明一种可能实施方式中，第一种强化丝线为高强度的芳族聚酰胺丝线；第二种强化丝线为较低强度的锦纶66浸胶帘线、单根帘线强度可达15～25Kg。

本发明还提供了一种空气悬架，包括上述的空气弹簧。

3.有益效果

相比于现有技术，本发明的有益效果为：

(1)本发明的自主防护空气弹簧，气囊在下跳状态时，拉升限位筒，限位筒拉长到一定长度而起到限位作用，防止气囊过度拉升至气囊损坏；

(2)本发明的自主防护空气弹簧，结构简单，易于制造。

附图说明

图1为本发明自主防护空气弹簧的结构示意图；

图2为本发明自主防护空气弹簧的A的放大图；

图3为图2的侧视图；

图4为图1沿B-B线的剖面图。

附图标记说明：

11、气囊；

12、底座；

13、上盖板；

14、空气室；

15、弹性限位块；

16、限位筒；161、强化丝线层；162、橡胶；163、第一种强化丝线；164、第二种强化丝线；165、导流孔；

17、封板。

具体实施方式

下文对本发明的示例性实施例进行了详细描述。尽管这些示例性实施例被充分详细地描述以使得本领域技术人员能够实施本发明，但应当理解可实现其他实施例且可在不脱离本发明的精神和范围的情况下对本发明作各种改变。下文对本发明的实施例的更详细的描述并不用于限制所要求的本发明的范围，而仅仅为了进行举例说明且不限制对本发明的特点和特征的描述，以提出执行本发明的最佳方式，并足以使得本领域技术人员能够实施本发明。因此，本发明的范围仅由所附权利要求来限定。

下文对本发明的详细描述和示例实施例进行说明。

本实施例的自主防护空气弹簧应用于空气悬架上，可以用在汽车、卡车上等等。

如图1至图4所示，该空气弹簧具有由弹性体材料制成的柱形气囊11，弹性体材料可以为橡胶等等材料，所述气囊11连接底座12和上盖板13以形成密封的空气室14，空气室14连接至气源，在空气室14的体积在底座12缩回时的水平与底座12伸出时的水平之间变化的情况下，所述气囊11的外表面在底座12上滑滚，所述上盖板13由一弹性限位块15在纵向导向限位，所述弹性限位块15置于空气室14内且连接在所述底座12上用于最低行程位置限位；在所述空气室14内设置有用于最高行程位置限位的限位筒16，所述限位筒16上端连接至上盖板13上封装，下端连接至底座12上螺纹连接，具体的采用封板17压紧限位筒16的下端折边部分，然后螺栓固定；所述限位筒16主要由至少一层强化丝线层161以及橡胶162硫化得到，较佳的，至多两层强化丝线层161，可以降低空气弹簧的重量，层数不应该太多，以达到高的柔性。

上述限位筒16的硫化工艺不作具体的限定，可以参考采用现有的硫化工艺，例如橡胶162轮胎的硫化工艺，限位筒16的有效厚度为1.5-3.0mm，具体的厚度为1.5mm、1.8mm、2.0mm、2.4mm、2.5mm、2.8mm和3.0mm。

限位筒16内置于气囊11的空气室14中，限位筒16的高度小于气囊11的高度，即实现了有效的利用空间，同时气囊11拉升时，限位筒16也随之拉升，限位筒16到达最高行程位置时可以限制气囊11继续拉升而起到气囊11下调限位的作用；气囊11从限位压缩时，限位筒16也同时回缩，限位筒16耐拉强度依据车辆悬挂重量及安全系数确定，如：悬挂重量为1000公斤，安全系数为1.5倍，气囊11杠杆比为70％，计算：限位筒16强度M≥1000*0.7*1.5/2＝525公斤。

从图2中可以看出，强化丝线层161相对于限位筒16圆周螺旋倾斜30°至60°的角度，具体的角度选择为30°、45°、50°或60°，并在一层内强化丝线相互平行设置，考虑限位筒16在气囊11内高频率的动作，在规定的限位筒16轮廓内，可以用强化丝线角度影响限位筒16的耐拉承载力和侧面力。

在本实施例中，强化丝线为锦纶66浸胶帘线、单根帘线强度可达15～25Kg；强化丝线的直径为0.5-1.2mm，具体的选择为0.5mm、0.6mm、0.7mm、0.8mm、0.9mm、1.0mm、1.1mm和1.2mm。

进一步的，限位筒16采用的硫化橡胶为氢化丁腈橡胶、氯丁橡胶、N660炭黑等材料配方的硫化橡胶，硫化橡胶具有高扯断伸长率(550％)以上。

相比现有采用链条、缆绳、钢丝绳以及金属接触限位等，限位筒16具有较好的使用效果，需要说明的是，气囊11的结构未有改变，将限位筒16置于气囊11中，对应的将空气室14分成三个部分，如图1所示，即为第一空气室、第二空气室和第三空气室，其中第一空气室由限位筒16包围构成，两侧分别为第二空气室和第三空气室。有试验表明，由于限位筒16的隔离加之高频的振动，使得整个空气室14内部的气流出现局部的紊乱，造成空气弹簧的波动，进而影响空气悬架的稳定性。对此，本实施例中给出了在限位筒16的筒壁上开设若干个导流孔165，在一层内的强化丝线至少一部分具有与其余部分不同的强度，所述强化丝线在限位筒16圆周上交替地分别在第一强度的强化丝线163相邻位置设置一条第二强度的强化丝线164，可以有效地防止在存在工作压力时某个区域内的点状破坏(橡胶162爆裂)，同时提高限位筒16的刚性，减小振动；导流孔165可以将第一空气室、第二空气室和第三空气室有效连通，同时导流孔165的设置可以化解部分的振动能量。

具体的，第一种强化丝线163和第二种强化丝线164采用不同强度的材料制得。第一强度的强化丝线163为高强度的芳族聚酰胺丝线；芳族聚酰胺丝线兼有高强度和高弹性模量，突出的尺寸稳定性，芳族聚酰胺可以采用主要由对苯二甲酸和p-苯二胺组成的共聚物；第二强度的强化丝线164为较低强度的锦纶66浸胶帘线、单根帘线强度可达15～25Kg。

以上所述仅为本发明的优选实施方案，应当指出，对于本技领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干赶紧和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种自主防护空气弹簧，该空气弹簧具有由弹性体材料制成的柱形气囊（11），所述气囊（11）连接底座（12）和上盖板（13）以形成密封的空气室（14），在空气室（14）的体积在底座（12）缩回时的水平与底座（12）伸出时的水平之间变化的情况下,

所述气囊（11）的外表面在底座（12）上滑滚，所述上盖板（13）由一弹性限位块（15）在纵向导向限位，所述弹性限位块（15）置于空气室（14）内且连接在所述底座（12）上用于最低行程位置限位；其特征在于，

在所述空气室（14）内设置有用于最高行程位置限位的限位筒（16），所述限位筒（16）上端连接至上盖板（13）上封装，下端连接至底座（12）上螺纹连接；所述限位筒（16）主要由至少一层强化丝线层（161）以及橡胶（162）硫化得到，在限位筒（16）的筒壁上开设若干个导流孔（165）；

强化丝线层（161）相对于限位筒（16）圆周螺旋倾斜30°至60°的角度，并在一层内强化丝线相互平行设置；

在一层内的强化丝线至少有两种不同的强度强化丝线构成，所述强化丝线在限位筒（16）圆周上交替地分别在第一种强化丝线（163）相邻位置设置一条第二种强化丝线（164）。

2.根据权利要求1所述的自主防护空气弹簧，其特征在于，强化丝线为锦纶66高强度浸胶帘线、单根帘线强度可达15~25Kg；强化丝线的直径为0.5-1.2mm。

3.根据权利要求2所述的自主防护空气弹簧，其特征在于，限位筒（16）采用氢化丁腈橡胶、氯丁橡胶或N660炭黑制作而成。

4.根据权利要求3所述的自主防护空气弹簧，其特征在于，限位筒（16）的有效厚度为1.5-3mm。

5.根据权利要求4所述的自主防护空气弹簧，其特征在于，第一种强化丝线（163）和第二种强化丝线（164）采用不同强度的材料制得。

6.根据权利要求5所述的自主防护空气弹簧，其特征在于，第一种强化丝线（163）为高强度的芳族聚酰胺丝线，丝线强度在20~50Kg，丝线直径0.3~0.8mm；第二种强化丝线（164）为高强度的锦纶66浸胶帘线，单根帘线强度可达15~25Kg。

7.一种空气悬架，其特征在于，包括权利要求1至6任一项所述的空气弹簧。