CN113969957B - 一种利用气流阻尼增强吸能减振能力的空气弹簧 - Google Patents

Abstract

本发明涉及交通运输装置减振技术领域，具体为一种利用气流阻尼增强吸能减振能力的空气弹簧，通过在空气弹簧内设置相互连通的气室，在空气弹簧承受载荷冲击时不同气室之间产生气压差，使得气体可在不同气室间相互流动而摩擦产生阻尼，通过阻尼吸收空气弹簧的冲击动能，并将冲击动能转化为热能，以此弱化空气弹簧所承受的载荷冲击，提高空气弹簧的隔震减振效果。

Description

一种利用气流阻尼增强吸能减振能力的空气弹簧

技术领域

本发明涉及一种利用气流阻尼增强吸能减振能力的空气弹簧，用于运输装置悬挂系统的隔振部件中，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，被广泛应用于陆运车辆、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、减振和隔振作用。现有技术中空气弹簧的减隔震功能通常是通过气囊本身的变形及气囊内的气压来实现的，由于气囊吸收和转化冲击动能的能力十分有限，在遭受强大的载荷冲击时，只有很小的一部分冲击动能被吸收转化为热能，绝大部分的冲击动能依然储存在受压变形的气囊中，当该方向的冲击力消除时，储存的绝大部分冲击动能依然会以反作用力的形式施加在运输装置上，使运输装置仍然以很大的行程回弹，使得振幅依然较大，隔减振效果差，影响运输装置运行的平稳性。

发明内容

本发明提供的利用气流阻尼增强吸能减振能力的空气弹簧，通过在空气弹簧内设置相连通的气室，在空气弹簧承受载荷冲击时，不同气室之间产生气压差，使得气体在不同气室间相互流动而产生阻尼，利用阻尼效应吸收空气弹簧的冲击动能，并将冲击动能转化为热能，以此弱化空气弹簧所承受的载荷冲击，提高空气弹簧的隔震减振效果，保证运输装置运输的平稳性。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种利用气流阻尼增强吸能减振能力的空气弹簧，空气弹簧包括相互连通的气室一和气室二，当空气弹簧承受冲击载荷时，气室一和气室二之间产生气压差使得气体在气室一和气室二之间相互流动，气体在流动的过程中产生阻尼，利用阻尼效应吸收并转化部分冲击动能，由被压缩的气囊的回弹力提供复位力使得空气弹簧复位。

优选的，空气弹簧包括上支座和下支座，下支座上端设有开口朝上的容纳腔，上支座下端设有伸入容纳腔的中心销，容纳腔和中心销之间设有橡胶弹簧，气室一和气室二位于容纳腔、中心销和橡胶弹簧之间。

优选的，橡胶弹簧包括垂向设置的用以缓冲空气弹簧横向载荷力的橡胶弹簧一，气室一和气室二位于中心销下方、橡胶弹簧一下方、容纳腔腔壁的内周壁和容纳腔底壁之间形成的密闭腔室内。

优选的，橡胶弹簧一包括外套、内套和硫化在外套和内套之间的橡胶体一，橡胶弹簧一的内套内周面与中心销连接，橡胶弹簧一的外套外周面与容纳腔腔壁连接，以此使得橡胶弹簧一的下方、中心销的下方、容纳腔腔壁的内周壁和容纳腔的底壁之间形成密闭的腔室。

优选的，橡胶弹簧还包括横向设置于密闭腔室内用以应急缓冲空气弹簧垂向载荷力的橡胶弹簧二，橡胶弹簧一、中心销和橡胶弹簧二之间共同形成气室一。

优选的，橡胶弹簧二的中部设有中部空腔，中心销的下端伸入中部空腔内，所述中部空腔形成气室一的气流区一。

优选的，橡胶弹簧二包括上板、下板和硫化在上板和下板之间的橡胶体二，橡胶弹簧二的下板在中部空腔处通过紧固螺栓固定在容纳腔的底壁上；橡胶弹簧二的上板外侧部向上延伸形成与橡胶弹簧一的外套下端面相接触的连接台；橡胶弹簧二、上板和中心销之间形成气室一的气流区二；气流区一与气流区二相连通。

优选的，橡胶体二与容纳腔腔壁的内周壁之间的橡胶型面为朝向空气弹簧的垂向中轴线L凸出的弧面型面，弧面型面的橡胶型面与容纳腔腔壁的内周壁共同形成气室二。

优选的，上板的外周面与容纳腔腔壁的内周壁之间设有与气室二连通的气流间隙一，上板上设有若干连通气流间隙一和气流区二的气流孔。

优选的，气囊设于容纳腔的外侧和上支座之间，所述气囊内形成气室三，气室三通过气流管道与气室一相连通。

发明的有益效果是：

1、本发明通过在空气弹簧内设置相互连通的气室，在空气弹簧承受载荷冲击时不同气室之间产生气压差，使得气体可在不同气室间相互流动而摩擦产生阻尼，通过阻尼吸收空气弹簧的冲击动能，并将冲击动能转化为热能，以此弱化空气弹簧所承受的载荷冲击，提高空气弹簧的隔震减振效果；当冲击载荷解除时，由被压缩的气囊的回弹力提供复位力使得空气弹簧复位。本发明中一共设置了三个相互连通的气室：

1）气室一和气室二：通过气室一和气室二使空气弹簧的上支座、下支座及橡胶弹簧之间的内部形成循环流通的气流区，当空气弹簧承受载荷冲击时，空气弹簧不同的位置承受的载荷冲击力大小不一致，如当气室一处承受的载荷冲击较大时，气室一内的气压会增大，导致气室一和气室二内形成气压差，气体从气室一中流入气室二中，气体在流动过程中会因摩擦力产生阻尼，通过阻尼可以吸收并转化空气弹簧的冲击动能，以此缓冲空气弹簧所承受的载荷冲击，提高减振隔震效果；

2）气室三：空气弹簧的气囊内为气室三，通过气流管道将气室三与气室一连通起来。首先，在空气弹簧的加工过程中，空气弹簧内只需要进行一次充气操作，如向气流管道内充气，气体会经气流管道充入气室三内，且会经气流管道充入气室一和气室二内，无需分别向气室一、气室二和气室三内进行单独充气操作，简化了工艺步骤；其次，当空气弹簧承受冲击载荷时，气囊受压缩，当冲击载荷解除时，被压缩的气囊回弹，其回弹力为空气弹簧提供复位力使空气弹簧回到恒定受载位置，空气弹簧回弹时使得气室一和气室二内形成气压差，使得气体流动形成阻尼。

2、本发明在上支座和下支座之间设置了用以缓冲空气弹簧横向冲击力的橡胶弹簧一和用以应急缓冲空气弹簧垂向载荷力的橡胶弹簧二；通过橡胶弹簧一可以进一步增强空气弹簧在横向上的隔减振能力，提高空气弹簧的横向稳定性；当气囊失效时，通过橡胶弹簧二的对空气弹簧实现垂向上的应急缓冲作用。

附图说明

图1为空气弹簧的结构示意图。

图2为图1中A处的局部放大图。

图3为空气弹簧的结构示意图。

附图标记包括：上支座1、上顶板101、外侧板102、中心销103、气囊2、下支座3、下底板301、容纳腔腔壁302、容纳腔底壁302b、橡胶弹簧一4、内套401、内套内周面401a、外套402、外套外周面402b、橡胶体一403、连接台405、橡胶弹簧二5、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、锥面一701、锥面二702、气流通道703、气室一8、气流区一801、气流区二803、气室二9、气流区三901、气流区四902、弧面一903、弧面二904、气流间隙一905、气流孔906、气流间隙二907、气室三10、气流管道11、流道一11a、流道二11b、流道三11c。

具体实施方式

下面结合附图1-3对本发明的实施例做详细说明：

一种利用气流阻尼增强吸能减振能力的空气弹簧，如图1所示，空气弹簧包括相互连通的气室一8和气室二9，当空气弹簧承受冲击载荷时，气室一8和气室二9之间产生气压差使得空气弹簧内的气体在气室一8和气室二9之间相互流动，气体在流动的过程中产生阻尼，利用阻尼效应吸收部分冲击动能，并将部分冲击动能转化为热能，以此弱化空气弹簧所承受的载荷冲击，提高空气弹簧的隔震减振效果，保证运输装置运输的平稳性。当冲击载荷解除时，由被压缩的气囊2的回弹力提供复位力使得空气弹簧复位，运输装置通常包括如运输装置本身重量的恒定载荷，使得空气弹簧处于恒定受载位置，当空气弹簧承受外部冲击载荷时，空气弹簧受载压缩，使得气室一8和气室二9内形成气压差，气体在气室一8和气室二9内流动形成阻尼吸收冲击动能；当外部冲击载荷解除时，通过气囊2的回弹力使得空气弹簧回复到恒定受载位置，在空气弹簧回弹复位的过程中，气室一8和气室二9内将再次产生气压差，使得气体流动形成阻尼；在运输装置工作的整个工况中，空气弹簧内部气流反复经上述步骤循环流动形成阻尼，通过阻尼效应吸收并转化部分外部冲击动能，提高空气弹簧的减振隔震功能，提高运输装置运输的平稳性。

如图3所示，空气弹簧包括上支座1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，下支座3上端设有开口朝上的容纳腔，下支座3包括下底板301，容纳腔为设于下底板301上端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。容纳腔和中心销103之间设有橡胶弹簧，气室一8和气室二9位于容纳腔、中心销103和橡胶弹簧之间。如图1和图3所示，橡胶弹簧包括垂向设置的用以缓冲空气弹簧横向载荷力的橡胶弹簧一4，气室一8和气室二9位于中心销103下方、橡胶弹簧一4下方、容纳腔腔壁302的内周壁和容纳腔底壁302b之间形成的密闭腔室内。橡胶弹簧一4包括外套402、内套401和硫化在外套402和内套401之间的橡胶体一403，橡胶弹簧一4的内套内周面401a与中心销103连接，橡胶弹簧一4的外套外周面402b与容纳腔腔壁302连接；橡胶弹簧一4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。

其中，橡胶弹簧还包括横向设置于密闭腔室内用以应急缓冲空气弹簧垂向载荷力的橡胶弹簧二5，橡胶弹簧一4、中心销103和橡胶弹簧二5之间共同形成气室一8。橡胶弹簧二5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，橡胶弹簧二5的上板501与橡胶弹簧一4连接，下板502与容纳腔底壁302b连接，橡胶弹簧二5的中部设有中部空腔505，下板502在中部空腔505处通过紧固螺栓506固定在容纳腔的底壁上，中心销103的下端伸入中部空腔505内，如图1所示，中部空腔505形成气室一8的气流区一801。如图2所示，橡胶弹簧二5的上板501外侧部向上延伸形成与橡胶弹簧一4的外套402下端面相接触的连接台405，连接台405的上端面或外套402的下端面上可设置橡胶包附的包胶一601，本实施例优选在连接台405的上端面上设置位于连接台405与外套402下端面之间的包胶一601，避免橡胶弹簧一4与橡胶弹簧二5之间刚性接触或碰撞；橡胶弹簧二5、上板501和中心销103之间形成气室一8的气流区二803；气流区一801与气流区二803相连通。

如图1和图2所示，橡胶体二503与容纳腔腔壁302的内周壁之间的橡胶型面为朝向空气弹簧的垂向中轴线L凸出的弧面型面，弧面型面的橡胶型面与容纳腔腔壁302的内周壁共同形成气室二9。在实际应用中，为了调整橡胶弹簧二5的垂向刚度，可根据需要在橡胶体二503中增设若干隔片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，弧面一903与容纳腔腔壁302的内周壁形成气室二9的气流区三901，弧面二904与容纳腔腔壁302的内周壁形成气室二9的气流区四902，隔片504与容纳腔腔壁302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在气流区三901和气流区四902之间循环流通。如图2所示，上板501的外周面与容纳腔腔壁302的内周壁之间还设有与气室二9连通的气流间隙一905，上板501上设有若干连通气流间隙一905和气流区二803的气流孔906，本实施例里具体设置了3个气流孔906，当空气弹簧承受载荷冲击时，气体可通过气流孔906、气流间隙一905在气室二9和气室一8之间循环流动。

在交通运输装置的行进过程中，当空气弹簧承受外部冲击载荷时，如经过冲击载荷从上支座1向下作用的路况时，气室一8的气流区一801中的气压变大，迫使气流区一801中的气体经S1所示方向流向S2所示方向，进而再流入气流区二803中，气体再从气流区二803中经S3所示方向通过气流孔906、气流间隙一905流入气室二9的气流区三901中，再经气流间隙二907流入气流区四902中；当上支座1承受的冲击载荷解除时，通过气囊2的回弹力使得上支座1一回弹，使得气流区一801的空间变大，气流区一801内的气压变低，此时气流区二803中的气压高于气流区一801中的气压，迫使气流区二803中的气体通过气流间隙一905和气流孔906回流入气室一8的气流区二803和气流区一801中。运输装置行进过程中的路况实时变化，当在其他路况状态下时，气室一8和气室二9内气体按上述原理根据具体路况在气室一8和气室二9中循环流动，以此通过气体的流动产生阻尼，通过阻尼吸收空气弹簧的冲击动能，并将冲击动能转化为热能，以此弱化空气弹簧所承受的载荷冲击，提高空气弹簧的隔震减振效果，保证运输装置运输的平稳性。

其中，气囊2设于容纳腔的外侧和上支座1之间，具体为容纳腔腔壁302与上支座1的外侧板102之间设有气囊2，如图3所示，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的下子口与容纳腔腔壁302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。气囊2内形成了气室三10，气室三10通过气流管道11与气室一8相连通。气流管道11包括相互连通的流道一11a、流道二11b和流道三11c，流道一11a为空气弹簧的进气口，流道一11a设于上支座1的上顶板101内；上支座1的上顶板101、中心销103与橡胶弹簧一4的上方、容纳腔腔壁302上端面之间形成与气室三10相连通的气流通道703，流道一11a在气流通道703上方向下分流形成与气室三10相连通的流道二11b；流道一11a在中心销103与上顶板101交汇处向下形成与气室一8相连通的流道三11c，在空气弹簧加工过程中，空气弹簧是从图中W所示处向内充气，气体可从流道一11a流向流道二11b，进而流入气囊2的气室三10中；气体可从流道一11a流向流道三11c，进而流入气室一8和气室二9中，由此可见，空气弹簧内只需要进行一次充气操作，无需分别向气室一8、气室二9和气室三10内单独进行充气操作，简化了工艺步骤。

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 (6)

1.一种利用气流阻尼增强吸能减振能力的空气弹簧，所述空气弹簧包括气囊（2），其特征在于，所述空气弹簧还包括相互连通的气室一（8）和气室二（9），当空气弹簧承受冲击载荷时，气室一（8）和气室二（9）之间产生气压差使得气体在气室一（8）和气室二（9）之间相互流动，气体在流动的过程中产生阻尼，利用阻尼效应吸收并转化部分冲击动能，由被压缩的气囊（2）的回弹力提供复位力使得空气弹簧复位；所述空气弹簧包括上支座（1）和下支座（3），下支座（3）上端设有开口朝上的容纳腔，上支座（1）下端设有伸入容纳腔的中心销（103），容纳腔和中心销（103）之间设有橡胶弹簧，所述气室一（8）和气室二（9）位于容纳腔、中心销（103）和橡胶弹簧之间；所述橡胶弹簧包括垂向设置的用以缓冲空气弹簧横向载荷力的橡胶弹簧一（4），所述气室一（8）和气室二（9）位于中心销（103）下方、橡胶弹簧一（4）下方、容纳腔腔壁（302）的内周壁和容纳腔底壁（302b）之间形成的密闭腔室内；所述橡胶弹簧还包括横向设置于密闭腔室内用以应急缓冲空气弹簧垂向载荷力的橡胶弹簧二（5），橡胶弹簧一（4）、中心销（103）和橡胶弹簧二（5）之间共同形成气室一（8）；所述橡胶弹簧二（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），橡胶弹簧二（5）的上板（501）与橡胶弹簧一（4）连接，下板（502）与容纳腔底壁（302b）连接；所述橡胶体二（503）与容纳腔腔壁（302）的内周壁之间的橡胶型面为朝向空气弹簧的垂向中轴线L凸出的弧面型面，弧面型面的橡胶型面与容纳腔腔壁（302）的内周壁共同形成气室二（9）。

2.根据权利要求1所述的利用气流阻尼增强吸能减振能力的空气弹簧，其特征在于，所述橡胶弹簧一（4）包括外套（402）、内套（401）和硫化在外套（402）和内套（401）之间的橡胶体一（403），橡胶弹簧一（4）的内套内周面（401a）与中心销（103）连接，橡胶弹簧一（4）的外套外周面（402b）与容纳腔腔壁（302）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）的内周壁和容纳腔底壁（302b）之间形成密闭的腔室。

3.根据权利要求2所述的利用气流阻尼增强吸能减振能力的空气弹簧，其特征在于，所述橡胶弹簧二（5）的中部设有中部空腔（505），中心销（103）的下端伸入中部空腔（505）内，所述中部空腔（505）形成气室一（8）的气流区一（801）。

4.根据权利要求3所述的利用气流阻尼增强吸能减振能力的空气弹簧，其特征在于，所述橡胶弹簧二（5）的下板（502）在中部空腔（505）处通过紧固螺栓（506）固定在容纳腔底壁（302b）上；橡胶弹簧二（5）的上板（501）外侧部向上延伸形成与橡胶弹簧一（4）的外套（402）下端面相接触的连接台（405）；橡胶弹簧二（5）、上板（501）和中心销（103）之间形成气室一（8）的气流区二（803）；气流区一（801）与气流区二（803）相连通。

5.根据权利要求4所述的利用气流阻尼增强吸能减振能力的空气弹簧，其特征在于，所述上板（501）的外周面与容纳腔腔壁（302）的内周壁之间设有与气室二（9）连通的气流间隙一（905），上板（501）上设有若干连通气流间隙一（905）和气流区二（803）的气流孔（906）。

6.根据权利要求2-5中任一项所述的利用气流阻尼增强吸能减振能力的空气弹簧，其特征在于，所述气囊（2）设于容纳腔的外侧和上支座（1）之间，所述气囊（2）内形成气室三（10），气室三（10）通过气流管道（11）与气室一（8）相连通。

Images