CN113969956A - 提高空气弹簧横向稳定性的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及交通运输装置减振技术领域，具体为提高空气弹簧横向稳定性的方法，其中空气弹簧包括：上支座、气囊和下支座，气囊位于上支座和下支座之间，且上支座和下支座之间还设有弹性的定位轴套，本方案通过定位轴套增加空气弹簧的横向反作用力，以此增加空气弹簧的横垂刚度比，提高空气弹簧的横向稳定性。

Description

提高空气弹簧横向稳定性的方法

技术领域

本发明涉及提高空气弹簧横向稳定性的方法，用于空气悬挂系统的隔振装置中，属于交通运输装置减振技术领域。

背景技术

空气弹簧是一种具有支撑、缓冲、高度调节和角度调节等功能的装置，被广泛应用于商业汽车、巴士、轨道车辆、航运、航空等交通运输工具的悬挂系统中，能够实现缓冲、减振和隔振的作用。在运输装置运行过程中，空气弹簧能对运输装置提供横向和纵向的刚度和承载，垂向刚度是通过调节橡胶气囊的内压力实现的，横向刚度是通过橡胶气囊在横向变形后的反作用力实现的。由于橡胶气囊横向变形所提供的反作用力较小，空气弹簧的横向刚度小，在运输装置过弯道或横向受力大的情况下，运输装置横向载荷较大，空气弹簧的止挡产生横向限位作用时，会对车体产生冲击现象，从而影响运输装置运行的平稳性和乘坐的舒适性。

现有技术中，针对上述问题，出现了如下专利：1、如专利号为“201910769283.9”，专利名称为“非线性空气弹簧”的发明专利，该专利包括上支座、气囊、辅助弹簧和底板，可实现水平方向刚度的非线性特性，保证车辆的横向稳定性和舒适性，但该空气弹簧在运行过程中存在突变，运行平稳性差；2、如专利号为“201911095409.5”，专利名称为“一种非线性空气弹簧及其横向刚度设计方法”的发明专利，实现了三级横向非线性刚度，可更好地适应各种线路情况，保证车辆的安全性要求，但该空气弹簧也存在横向刚度突变、运行不平稳的问题，且横向刚度不可调；3、如专利号为“201810761812.6”，专利名称为“一种提供横向刚度的空气弹簧”，通过在空气弹簧气囊中设置钢带，可提供空气弹簧的横向刚度；在止挡座上增加磨耗板，磨耗板可支撑车体和降低空气弹簧横向位置造成的磨损，提高空气弹簧的使用耐久性，但该方案中横向刚度的实现方法是在气囊内部增加钢丝圈，增加的横向刚度非常有限。4、如专利号为“202011153571.0”，专利名称为“一种提高空气弹簧横向稳定性的方法及空气弹簧”，通过在空气弹簧的上支座与底座之间设置摩擦组件的方式，来增加上支座与底座之间横向力。以减少空气弹簧的横向载荷，避免或减少横向刚度的突变和横向冲击现象，提高空气弹簧的横向稳定性，同时还能够实现空气弹簧横向力可调，以满足车辆隔振系统横向稳定性的客观需求，保证车辆在各种复杂工况条件下的运行平稳性和乘员舒适性，该方案虽然通过摩擦副结构可实现空气弹簧的横向稳定性，但对摩擦副材料要求高，耐久性能差。

综上所述，如何在保持原有空气弹簧横向刚度的基础上，提高空气弹簧横向稳定性，且使得空气弹簧的横向刚度可调，提高空气弹簧的耐久性和使用寿命，以保证运输装置在各种复杂工况条件下的运行平稳性和乘员舒适性，是亟需解决的技术问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在的不足，提供一种通过增加空气弹簧的横向反作用力来提高空气弹簧横向稳定性的方法。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：提高空气弹簧横向稳定性的方法，空气弹簧包括：上支座、气囊和下支座，气囊位于上支座和下支座之间的型腔内，通过增加空气弹簧的横向反作用力，来增加空气弹簧的横垂刚度比，以提高空气弹簧的横向稳定性。

优选的，在上支座和下盖板之间设置定位轴套，当承受水平位移时，通过定位轴套中橡胶体一的弹性作用增加空气弹簧的横向反作用力。

优选的，将定位轴套竖向设置在上支座和下支座之间的型腔一内，将气囊设置在上支座和下支座之间的型腔二内，通过定位轴套和气囊形成的并联的隔震组件增加空气弹簧的横向反作用力。

优选的，根据实际应用工况中空气弹簧的横向刚度要求，通过在橡胶体一中增设隔板，或调节橡胶体一的胶料硬度，实现空气弹簧的横向刚度可调，提高空气弹簧的横向稳定性。

优选的，所述气囊采用高径比结构，且将气囊在高度方向上的外侧面设为直线段结构，以此提高气囊本体的横向刚度，进一步提高空气弹簧的横向稳定性。

优选的，上支座包括上顶板和位于上顶板下端的外侧板，上顶板和外侧板的连接处内侧形成容纳气囊的型腔二，通过增加气囊的外侧面和外侧板内壁的接触面积，提高气囊本体的横向刚度。

优选的，在腔室一内设置位于定位轴套下端的横向放置的缓冲橡胶堆，当气囊失效时，通过缓冲橡胶堆的弹性对空气弹簧实现垂向上的应急缓冲作用。

优选的，下支座包括下底板和延伸至下底板上方的开口朝上的容纳腔，上支座中部下端设有伸入容纳腔内的中心销，中心销和容纳腔形成型腔一，定位轴套的内套内周面与中心销的销壁连接，定位轴套的外套外周面与容纳腔的内周壁连接；中心销的下端与缓冲橡胶垫形成横向硬止挡，通过控制中心销下端与缓冲橡胶垫之间的间距F，来限制定位轴套的最大横向形变位移，以在大横向载荷的情况下保证空气弹簧的横向稳定性，保证运输装置的安全性。

优选的，上支座的外侧板和下支座中容纳腔的内周壁共同形成型腔二，上支座位于型腔二和定位销之间的下壁与容纳腔的腔壁上端面形成垂向硬止挡，通过控制上支座的下壁与容纳腔的腔壁上端面之间的距离E，来限制上支座的最大垂向位移，保证运输装置的安全性。

优选的，缓冲橡胶堆包括上板、下板和硫化在上板和下板之间的橡胶体二，上板与定位轴套的外套下端面连接，下板与容纳腔的底壁固定连接；缓冲橡胶堆上设有中部空腔，通过中部空腔为上支座的中心销提供垂向位移时的形变容积空间，同时使得中心销的下端可与缓冲橡胶堆的上板形成横向硬止挡。

技术效果：

1、当运输装置承受横向载荷时，横向载荷将传递至空气弹簧上，本发明在保持原有空气弹簧横向刚度的基础上，增加空气弹簧对传递过来的横向载荷的横向反作用力，通过横向反作用力将横向载荷抵消掉，以此提高空气弹簧的横向稳定性。

2、本发明中的定位轴套为包括橡胶体一的弹性件，通过橡胶体一的弹性作用，可以抵消掉传递至空气弹簧上的横向载荷，提高空气弹簧的横向稳定性。

将定位轴套和气囊并联设置在型腔一和型腔二内，定位轴套和气囊共同形成隔震组件，通过隔震组件可以更大程度的抵消传递至空气弹簧上的横向载荷，进一步提高空气弹簧的横向稳定性。

3、在实际应用工况中，针对不同的运输装置或工作场景，空气弹簧所承受的横向载荷力不同，可通过调整空气弹簧的横向刚度，可应对不同的横向载荷需求，具体为：1）可在定位轴套的橡胶体一内设置隔板来提高定位轴套的横向刚度，可通过增加或减少隔板的数量来调整定位轴套的横向刚度；2）可通过调节橡胶体一的胶料硬度，来调整定位轴套的横向刚度。

4、本发明中的气囊采用高径比结构，即气囊的高度值与径向长度值之比较大，气囊的高度值大于径向长度值，可增大气囊本体的横向承载力；同时将气囊在高度方向的外侧面设为直线段结构，可进一步增大气囊本体的横向承载面积；同时增加气囊的外侧面和外侧板内壁的接触面积，可更进一步的增强气囊本体的横向承载力，提高气囊本体的横向刚度，提高空气弹簧的横向稳定性。

5、本发明在定位轴套下端设置了缓冲橡胶堆，用于气囊失效时空气弹簧在垂向上的应急缓冲。

6、本发明的空气弹簧中设置了横向硬止挡和垂向硬止挡；横向硬止挡由中心销的下端与缓冲橡胶垫形成，通过控制中心销下端与缓冲橡胶垫之间的间距F，来限制定位轴套的最大横向形变位移，防止运输装置侧翻；垂向硬止挡由上支座的下壁与容纳腔的腔壁上端面形成，通过控制上支座的下壁与容纳腔的腔壁上端面之间的距离E，来限制上支座的最大垂向位移，保证运输装置的安全性。

附图说明

图1为本发明中空气弹簧的整体结构示意图。

图2为图1中A处的局部放大图。

附图标记包括：上支座1、上顶板101、外侧板102、中心销103、销壁103a、下壁104、气囊2、外侧面201、下支座3、下底板301、容纳腔的腔壁302、腔壁上端面302a、容纳腔的底壁302b、定位轴套4、内套401、内套内周面401a、外套402、外套外周面402b、橡胶体一403、缓冲橡胶堆5、上板501、下板502、橡胶体二503、隔片504、中部空腔505、紧固螺栓506、包胶一601、包胶二602、锥面一701、锥面二702、气流空腔901、弧面一903、弧面二904、气流间隙一905、气流孔906、气流间隙二907。

具体实施方式

下面结合附图1-2对本发明的实施例做详细说明：

提高空气弹簧横向稳定性的方法，如图1所示，其中空气弹簧包括：上支座1、气囊2和下支座3，上支座1包括上顶板101和位于上顶板101下端的外侧板102，上顶板101和外侧板102的连接处内侧形成容纳气囊2的型腔二；下支座3包括下底板301和延伸至下底板301上方的开口朝上的容纳腔，上支座1中部下端设有伸入容纳腔内的中心销103，中心销103和容纳腔形成型腔一。气囊2位于上支座1和下支座3之间的型腔内，具体位于型腔二内，通过增加空气弹簧的横向反作用力，可增加空气弹簧的横垂刚度比，提高空气弹簧的横向稳定性；当运输装置承受横向载荷时，横向载荷将传递至空气弹簧上，本方案在保持原有空气弹簧横向刚度的基础上，增加空气弹簧对传递过来的横向载荷的横向反作用力，通过横向反作用力将横向载荷抵消掉，以此增加空气弹簧的横向稳定性。

其中，在上支座1和下盖板之间设置定位轴套4，定位轴套4包括内套401、外套402和硫化在内套401和外套402之间的橡胶体一403，将定位轴套4竖向设置在上支座1和下支座3之间的型腔一内，当承受水平位移时，通过定位轴套4中橡胶体一403的弹性作用增加空气弹簧的横向反作用力。位于型腔一内的竖向设置的定位轴套4与位于型腔二内的气囊2形成并联的隔震组件，可进一步增加空气弹簧在承受横向载荷时的横向反作用力，提高空气弹簧的横向稳定性。

其中，根据实际应用工况中空气弹簧的横向刚度要求，通过在橡胶体一403中增设隔板，或调节橡胶体一403的胶料硬度，实现空气弹簧的横向刚度可调，提高空气弹簧的横向稳定性。在不同的应用工况中时，对空气弹簧横向刚度的要求不同，通过调整空气弹簧的横向刚度，可应对空气弹簧不同的的横向载荷需求，调节空气弹簧横向刚度的具体方法为：1）可在定位轴套4的橡胶体一403内设置隔板来提高或降低定位轴套4的横向刚度，可通过增加或减少隔板的数量来调整定位轴套4的横向刚度，增加隔板时，定位轴套4的横向刚度增加，减少隔板或不设置隔板时，定位轴套4的横向刚度降低，通过调整定位轴套4的横向刚度来调整空气弹簧的横向刚度；2）可通过调节橡胶体一403的胶料硬度，来调整定位轴套4的横向刚度，当胶料硬度大时，定位轴套4的横向刚度大，当胶料硬度低时，定位轴套4的横向刚度小，通过调整定位轴套4的横向刚度来调整空气弹簧的横向刚度。

其中，如图1所示，气囊2采用高径比结构，即气囊2的高度值M与径向长度值N之比较大，气囊2的高度值M大于径向长度值N，可增大气囊2本体的横向承载力；且将气囊2在高度方向上的外侧面201设为直线段结构，当横向承载力从P所示的横向方向传递至空气弹簧上时，直线段结构的气囊2外侧面201可提高气囊2本体的横向刚度，进一步提高空气弹簧的横向稳定性。

其中，通过增加气囊2的外侧面201和外侧板102内壁的接触面积，提高气囊2本体的横向刚度。具体为将外侧面201的下端面设置成与气囊2的下端面齐平，或外侧面201延伸至气囊2下端面的下侧，以此增加气囊2的外侧面201和外侧板102内壁的接触面积，提高空气弹簧的横向稳定性。本实施例优选为将外侧面201的下端面设置成与气囊2的下端面齐平。

气囊2的上子口与上盖板之间通过锥面一701进行密封，气囊2的下子口与下盖板之间通过锥面二702进行密封，锥面型面的密封面密封性好，密封结构简单，耐压能力高。本装置工作内压范围为1.0～2.5MPa。

其中，在腔室一内设置位于定位轴套4下端的横向放置的缓冲橡胶堆5，当气囊2失效时，通过缓冲橡胶堆5的弹性对空气弹簧实现垂向上的应急缓冲作用。如图1所示，竖向设置的定位轴套4的内套内周面401a与中心销103的销壁103a连接，定位轴套4的外套外周面402b与容纳腔的内周壁连接，容纳腔的内周壁为容纳腔的腔壁302的内侧周面；缓冲橡胶堆5包括上板501、下板502和硫化在上板501和下板502之间的橡胶体二503，橡胶体二503中设有隔片504，缓冲橡胶堆5通过下板502的紧固螺栓506固定在容纳槽的底壁上，上板501为L型结构且上板501的上端面与纵向设置的定位轴套4的外套402下端面连接，上板501的上端面或外套的下端面上可设置橡胶包附的包胶一601，本实施例具体在上板501的上端面设置位于上板501与外套402下端面之间的包胶一601，保证空气弹簧在无气状态下亦可正常工作，避免定位轴套4与缓冲橡胶堆5之间刚性接触或碰撞。L型结构的上板501具体为上板501的外侧部向上延伸形成连接台405，连接台405与上板501共同形成L型结构，通过连接台405与橡胶弹簧一4的外套402下端面相连接；缓冲橡胶堆5中位于容纳腔的内周壁侧方的橡胶体二503的橡胶型面为朝向空气弹簧的垂向中轴线L凸出的弧面型面，弧面型面与容纳腔的内周壁之间形成气流空腔901，上板501与容纳腔的内周壁之间设有气流间隙一905，上板501上设有使得气流空腔901与中部空腔505连通的气流孔906，在运输车辆行进过程中，当承受外部冲击载荷时，气流空腔901和中部空腔505中会产生气压差，通过气流间隙一905和气流孔906，使得气体可在气流空腔901和中部空腔505中循环流动，气体在流动的过程中产生阻尼，通过阻尼效应可吸收并转化冲击动能，进一步提高空气弹簧的横向稳定性。为了调整缓冲橡胶堆5的刚度，可根据实际需要在橡胶体二503中设置相应数量的隔片504，本实施例在橡胶体二503中增设了一个隔片504，上板501与隔片504之间的橡胶型面为朝向空气弹簧的垂向中轴线L凸出的弧面一903，下板502与隔片504之间的橡胶型面为朝向空气弹簧的垂向中轴线L凸出的弧面二904，隔片504与容纳腔的内周壁之间设有气流间隙二907，气体可通过气流间隙二907在气流空腔901中循环流动。

定位轴套4可固定连接在中心销103上，或固定连接在容纳腔腔壁302上；具体可在中心销103的销壁上设置外螺纹，在橡胶弹簧一4的内套内周面401a上设置与中心销103的外螺纹相配合的内螺纹，通过螺纹连接的方式将橡胶弹簧一4固定连接在中心销103上；或在容纳腔腔壁302的内周壁上部设置内螺纹，在橡胶弹簧一4的外套外周面402b上设置与容纳腔腔壁302的内周壁上的内螺纹相配合的外螺纹，通过螺纹连接的方式将橡胶弹簧一4固定连接在容纳腔腔壁302的内周壁上。本实施例里优选将橡胶弹簧一4通过内套内周面401a螺纹连接在中心销103上，再在外套外周面402b上涂抹润滑酯，通过润滑脂使得外套外周面402b与容纳腔腔壁302之间滑动密封连接，以此使得橡胶弹簧一4的下方、中心销103的下方、容纳腔腔壁302的内周壁和容纳腔的底壁之间形成密闭的腔室；在承受横向载荷时，中心销103带动定位轴套4一起运动，并在橡胶体一403的弹性作用下产生横向反作用力，使得空气弹簧得到维持横向稳定的横向作用力，提高空气弹簧的横向稳定性。

如图1所示，中心销103的下端与缓冲橡胶垫形成横向硬止挡，通过控制中心销103下端与缓冲橡胶垫之间的间距F，来限制定位轴套4的最大横向形变位移，以在大横向载荷的情况下保证空气弹簧的横向稳定性，保证运输装置的安全性；缓冲橡胶堆5上设有中部空腔505，中部空腔505由上板501、橡胶体的内周面和下板502上端面围合而成，通过中部空腔505为上支座1的中心销103提供垂向位移时的形变容积空间，同时使得中心销103的下端可与缓冲橡胶堆5的上板501形成横向硬止挡，具体为当空气弹簧承受横向载荷时，中心销103下端外侧部与缓冲橡胶堆5中外套402和橡胶体二503的内侧部连接形成横向硬止挡，可限制定位轴套4的最大横向形变位移，进而限制空气弹簧的最大横向形变位移，防止运输装置在承受大横向载荷时发生侧翻；在加工时，工作人员也可根据实际应用需求，根据具体工况下空气弹簧的横向载荷要求，来设置间距F的大小。

上支座1位于型腔二和定位销之间的下壁104与容纳腔的腔壁302上端面形成垂向硬止挡，通过控制上支座1的下壁104与容纳腔的腔壁302上端面之间的距离E，来限制上支座1的最大垂向位移，保证运输装置的安全性；如图1所示，距离e为气囊2未失效时，空气弹簧的最大垂向位移距离，此时当发生最大垂向位移时，上支座1的下壁104与定位轴套4中外套402的上端面连接，外套402的外端面上设有橡胶包附的包胶二602，避免定位轴套4与上支座1的下壁104之间刚性接触或碰撞，增加使用寿命；距离E为上支座1的下壁104与容纳腔的腔壁302上端面之间的距离，为上支座1的最大垂向位移距离，当气囊2失效时，缓冲橡胶垫发生作用，同时上支座1向下移动并与容纳腔的腔壁302上端面连接，根据实际工作需求，通过控制调整上支座1的下壁104与容纳腔的腔壁302上端面之间的距离E，可避免垂向载荷使得空气弹簧的上支座1无限向下运动导致部件损坏。

以上的仅是本发明的实施例，该发明不限于此实施案例涉及的领域，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明内容的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。

Claims (10)

1.提高空气弹簧横向稳定性的方法，所述空气弹簧包括：上支座（1）、气囊（2）和下支座（3），气囊（2）位于上支座（1）和下支座（3）之间的型腔内，其特征在于，通过增加空气弹簧的横向反作用力，来增加空气弹簧的横垂刚度比，以提高空气弹簧的横向稳定性。

2.根据权利要求1所述的提高空气弹簧横向稳定性的方法，其特征在于，在上支座（1）和下盖板之间设置定位轴套（4），当承受水平位移时，通过定位轴套（4）中橡胶体一（403）的弹性作用增加空气弹簧的横向反作用力。

3.根据权利要求2所述的提高空气弹簧横向稳定性的方法，其特征在于，将定位轴套（4）竖向设置在上支座（1）和下支座（3）之间的型腔一内，将气囊（2）设置在上支座（1）和下支座（3）之间的型腔二内，通过定位轴套（4）和气囊（2）形成的并联的隔震组件增加空气弹簧的横向反作用力。

4.根据权利要求3所述的提高空气弹簧横向稳定性的方法，其特征在于，根据实际应用工况中空气弹簧的横向刚度要求，通过在橡胶体一（403）中增设隔板，或调节橡胶体一（403）的胶料硬度，实现空气弹簧的横向刚度可调，提高空气弹簧的横向稳定性。

5.根据权利要求4所述的提高空气弹簧横向稳定性的方法，其特征在于，所述气囊（2）采用高径比结构，且气囊（2）在高度方向上的外侧面（201）设为直线段结构，以此提高气囊（2）本体的横向刚度，进一步提高空气弹簧的横向稳定性。

6.根据权利要求5所述的提高空气弹簧横向稳定性的方法，其特征在于，上支座（1）包括上顶板（101）和位于上顶板（101）下端的外侧板（102），上顶板（101）和外侧板（102）的连接处内侧形成容纳气囊（2）的型腔二，通过增加气囊（2）的外侧面（201）和外侧板（102）内壁的接触面积，提高气囊（2）本体的横向刚度。

7.根据权利要求6所述的提高空气弹簧横向稳定性的方法，其特征在于，在腔室一内设置位于定位轴套（4）下端的横向放置的缓冲橡胶堆（5），当气囊（2）失效时，通过缓冲橡胶堆（5）的弹性对空气弹簧实现垂向上的应急缓冲作用。

8.根据权利要求1-7中任一项所述的提高空气弹簧横向稳定性的方法，其特征在于，下支座（3）包括下底板（301）和延伸至下底板（301）上方的开口朝上的容纳腔，上支座（1）中部下端设有伸入容纳腔内的中心销（103），中心销（103）和容纳腔形成型腔一，定位轴套（4）的内套内周面（401a）与中心销（103）的销壁（103a）连接，定位轴套（4）的外套外周面（402b）与容纳腔的内周壁连接；中心销（103）的下端与缓冲橡胶垫形成横向硬止挡，通过控制中心销（103）下端与缓冲橡胶垫之间的间距F，来限制定位轴套（4）的最大横向形变位移，以在大横向载荷的情况下保证空气弹簧的横向稳定性，保证运输装置的安全性。

9.根据权利要求8所述的提高空气弹簧横向稳定性的方法，其特征在于，上支座（1）的外侧板（102）和下支座（3）中容纳腔的内周壁共同形成型腔二，上支座（1）位于型腔二和定位销之间的下壁（104）与容纳腔的腔壁（302）上端面形成垂向硬止挡，通过控制上支座（1）的下壁（104）与容纳腔的腔壁（302）上端面之间的距离E，来限制上支座（1）的最大垂向位移，保证运输装置的安全性。

10.根据权利要求9所述的提高空气弹簧横向稳定性的方法，其特征在于，缓冲橡胶堆（5）包括上板（501）、下板（502）和硫化在上板（501）和下板（502）之间的橡胶体二（503），上板（501）与定位轴套（4）的外套（402）下端面连接，下板（502）与容纳腔的底壁（302b）固定连接；缓冲橡胶堆（5）上设有中部空腔（505），通过中部空腔（505）为上支座（1）的中心销（103）提供垂向位移时的形变容积空间，同时使得中心销（103）的下端可与缓冲橡胶堆（5）的上板（501）形成横向硬止挡。

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