CN114562535B - 一种空气减振器系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种空气减振器系统，所述系统与弹簧连接，所述系统包括腔体，所述腔体内设有活塞，所述的一端固定有连杆，所述连杆的另一端与弹簧连接，所述活塞的另一端与腔体内壁形成密闭的空腔，所述空腔内填充气体，且所述空腔内设有气体吸收单元。本发明的气体减振器系统，在相同空气腔容积的减振器，受到震动压力后，减震效果更好。

Description

一种空气减振器系统

技术领域

本发明涉及汽车减震技术领域，具体涉及一种空气减振器系统。

背景技术

减震装置在汽车、火车、飞机起落架、电梯等领域应用很广，由于其减震消振效果，可以说是使乘坐环境更加舒适的一种不可或缺的装置，同时，它也可以通过减震作用，增加其他零部件的疲劳寿命。通常，机械减震的主要减震方式有以下几种：弹簧减震、橡胶减震、磁力减震、惰性气体、油气混合、液压油等。有时也可以是两种或两种以上方式的组合，但是，不同机械减震装置的结构构型各异。依据震动强度或者外冲击载荷的不同，可采用相应的震动形式和结构形式。因此，减震装置有软式的，也有硬式的，也可以随着减震装置在不同压缩阶段显示出不同硬度，这种结构形式相对复杂。现在，汽车中多采用液体减振器，其工作原理是当车架(或车身)和车桥间震动而出现相对运动时，减振器内的活塞上下移动，减振器腔内的油液便反复地从一个腔经过不同的孔隙流入另一个腔内。此时孔壁与油液间的摩擦和油液分子间的内摩擦对震动形成阻尼力，使汽车震动能量转化为油液热能，再由减振器吸收散发到大气中。在油液通道截面和等因素不变时，阻尼力随车架与车桥(或车轮)之间的相对运动速度增减，并与油液粘度有关。但是，由于液体减振器的活塞杆在剧烈的抗震过程中由于压力过大，回复速度很慢，减震效果不理想。

市面上也出现了一些新型的空气减振器，其以压缩空气作为弹簧。空气弹簧是在一个密封的腔体中充入压缩空气，使腔体内的压力高于大气压的几倍或者几十倍，利用气体可压缩性实现其弹性作用。随着悬架偏转和空气进一步压缩，弹簧的刚度上升，变得更加坚硬。对于空气弹簧来说，悬架运动幅度越大，弹簧就越硬，行驶起来就越困难。因此，本领域急需一种减震效果更好的空气减振器系统。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种空气减振器系统。

为了实现本发明之目的，本申请提供以下技术方案。

在第一方面中，本申请提供一种空气减振器系统，所述系统与弹簧连接，所述系统包括腔体，所述腔体内设有活塞，所述的一端固定有连杆，所述连杆的另一端与弹簧连接，所述活塞的另一端与腔体内壁形成密闭的空腔，所述空腔内填充气体，且所述空腔内设有气体吸收单元。

在第一方面的一种实施方式中，所述腔体为密闭腔体，所述活塞将密闭腔体分隔成带杆腔和空腔，所述连杆的另一端穿透所述带杆腔，并与所述弹簧连接，所述活塞上至少设有两个通孔，所述通孔连通所述带杆腔和空腔。

在第一方面的一种实施方式中，所有所述通孔中至少包括一个双向孔和至少一个单向孔，所述单向孔内设有单向阀，且所述单向阀使得空气只能从空腔流向带杆腔。在正常运动过程中，由于活塞运动导致减振器系统中带杆腔和空腔中的气体压力不断变化，一个腔室气体的减少量大于气体从小孔流入另一个腔室的量，再加上气体的可压缩性，导致两气室产生较大的压强差，从而产生单向孔的阻尼力和气体弹力。空气减振器系统在工作过程中，由于其单筒式以及活塞杆占据气缸一部分容积等自身的结构特点，因此，空气减振器系统的总阻力是由孔阻尼力，气体弹力，气体吸收器、活塞与气缸壁的摩擦力以及活塞连杆的惯性力组成，其中占据主要的是孔阻尼力和气体弹力，其他力较小可以忽略不计。

在第一方面的一种实施方式中，在第一方面的一种实施方式中，所述气体吸收单元为沸石材料，所述沸石材料的硅铝比大于等于150；所述沸石材料为颗粒状或块状。所述沸石材料的硅铝比大于等于150时则可大大增加沸石材料的可靠性，稳定性和使用耐久性。

在第一方面的一种实施方式中，所述沸石的至少一部分具有MFI结构。

在第一方面的一种实施方式中，所述沸石的至少一部分具有FER结构。

在第一方面的一种实施方式中，所述颗粒状的沸石材料的粒径为0.1-5mm；沸石材料的微孔孔径为0.3-0.9nm，颗粒状沸石材料的比表面积为300-600m²/g。相比于一般的大比表面积材料，本申请沸石具有以下优势：

1.沸石材料具有孔径大小一致性好，比表面积大；

2.沸石材料的使用寿命比活性炭等长，活性炭具有不可逆的老化问题，硅铝比大于等于150沸石材料具有很好的可靠性稳定性和使用耐久性。

沸石分子吸附性主要有以下几点:

(l)沸石分子具有较大表面积及孔道体积,分子结构呈现蜂窝状,孔道体积占据总晶体体积的一半以上,晶孔直径一般在0.3-1.5nm之间。表面有大量的孔道，对分子有很强的吸附能力。

(2)沸石分子孔径较为单一，分布均匀，而被吸附物质只有体积小于孔径的状况下才能被吸附，大多数物质被阻档于孔道外，此时沸石分子表现为选择性吸附，比如对CO₂具有很强的吸附性。

沸石材料的制备方法主要包括两种：

1：把沸石和胶水混合成悬浮液，滴定成颗粒，或者喷雾成颗粒，干燥除水。

2：把沸石和胶水混合成乳状液，做成块体结构，其中孔道线径≥0.1mm，块体用模具成型。

具体流程：先称量一定量的沸石材料，加入一定量的去离子水进行溶解得到溶液A；然后将一定量有机胶加入溶液A，边加入边充分搅拌均匀后，将混合溶液B滴入块状模具，或者倒入喷枪，调整合适喷压，喷枪口距离块状模具一定距离，匀速横扫喷涂；使涂层均匀厚度适宜，放入干燥箱内干燥固化取出得块状沸石材料。

上述所用的胶水为有机胶；所述沸石和胶水的质量比为100：(2～20)；水浴加热的温度控制在30-80℃；所述干燥的温度为60-200℃；干燥的时间为20-90min。

在第一方面的一种实施方式中，在自然状态下，所述沸石材料占空腔体积的5％～60％。体积比过小，吸附量不够，达不到减振效果，体积过大，活塞易损坏沸石材料。

在第一方面的一种实施方式中，所述气体包括二氧化碳、空气、氧气或惰性气体中的一种。

在第一方面的一种实施方式中，所述密闭腔体的内径为20～200mm。由气体的物理性质可知，气体的压强越大它的可压缩性越小，其被压缩后产生的压强变化也越大，故初始压强越大在两气室之间会产生更大的气压差，减振器产生的阻尼力越大。当管径变大时，气体量更大气体更难被压缩，故减振器管径增大时会使初始气压变化引起的阻尼力增幅变大。当气压减振器的管径大时，减振器内能够充入更多的气体，当更多的气体被压缩后会产生更大的压强变化会产生更大的阻尼力，且当管径越来越大时压强变化会越来越大气体的压缩性会变小压缩后会产生更大的压强，故气压减振器的阻尼力会随着管径的变大而变大且管径越大影响越明显。初始压强的变大会影响气体的压缩性，故初始压强的大小会对这种变化产生影响。管径越大充入的气体越多，气体越难被压缩也会对气压变化造成影响。

在第一方面的一种实施方式中，所述活塞的为铝合金、钢制、橡胶材质等中的一种，且具有较高的密封性。当气压减振器工作时，活塞杆带动活塞在气缸里往复运动，从而导致两个腔室里气体压力的变化，气体就通过单向孔和双向孔在两个腔室流动，这是产生阻尼力原因之一。所期望耗散振动的能量是通过双向孔和单阀门来完成的。由于气体的可压缩性，两个腔室的压力差产生了一定的气体弹力，这是产生阻尼力的另外一个原因。当气压减振器工作频率越大，活塞相对位移越大，此时产生的气体弹力越大，反之气压减振器工作频率越小，活塞相对位移越小，此时产生的气体弹力越小。另外，当车轮遇到冲击时，比如过减速带，其阻尼力是缓慢增加的，能够增加冲击时间，缓和冲击力，减少直接传递到车身的冲击力进而减小了传递到乘客身上的冲击力。(而液压减振器中的液体介质，不可压缩，没有缓和冲击的能力)同时振幅的变大会加剧气体的压缩，故振幅较大时这种变化会更明显。而初始压强的变化会影响气体的可压缩性，气压变大也会加剧这种变化。

当活塞在减振器内运动时，振幅大小直接决定着活塞的行程，振幅变大会使气体被压缩的程度变大，会在两个气室之间产生更大的压强差，产生更大的阻尼力，且当减振器行程变的越来越大时，气体被压缩的程度变的越来越大，气体变的越难被压缩，压缩后产生的减振器的阻尼力越大且随着行程越大这种变化越明显。

在第一方面的一种实施方式中，所述双向孔和单向孔的孔径为0.2～4mm。当拉伸状态的单向孔径变小时，单向孔对气体的节流作用更大，同时上下两气室之间流通的气体量变少，活塞压缩气体在上下两气室之间产生了更大的压强差，这两部分的原因造成了单向孔径的变化影响了气压减振器的阻尼力大小。压缩状态时，单向孔不起作用，故改变此单向孔径对压缩状态的最大阻尼力输出没有影响。气压减振器初始压强的大小对减振器的性能影响较大。随着初始压强的增大，气压减振器的输出阻尼为急剧变化，且当减振器的缸径较大时，这种变化更加明显。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

(1)本申请的气体减振器系统，在相同空气腔容积的减振器，受到震动压力后，减震效果更好，并且小幅振动时气压减振器的阻尼力相比于液压减振器小了很多，提升车辆的舒适性；

(2)本申请的气体减振器系统，相比于液压减振器结构简单；

(3)本申请的气体减振器系统，相比液压减振器相同减振效果，气压减振器体积空间小；

(4)本申请的气体减振器系统，受到的环境温度影响较小，特别是在高温及低寒地区这种优势会更加的明显；液压减振器的工作介质－高压油液，其物理性质受到环境温度影响较大。

附图说明

图1为实施例1中气体减振器系统的结构示意图；

图2为对比例1中气体减振器系统的结构示意图；

图3为对比例2中气体减振器系统的结构示意图；

图4分别为现有的筒式液压减振器的示功图；

图5为对比例1气体减振器系统的示功图；

图6为对比例2气体减振器系统的示功图；

图7为实施例1所示减振器的示功图。

在附图中，1为连杆腔，2为连杆，3为活塞，4为单向阀，5为双向孔，6为空腔，7为气体吸收单元，8为单向孔，9为弹簧。

具体实施方式

应当指出，各附图中的各组件可能为了图解说明而被夸大地示出，而不一定是比例正确的。在各附图中，给相同或功能相同的组件配备了相同的附图标记。

在本发明中，除非特别指出，“布置在…上”、“布置在…上方”以及“布置在…之上”并未排除二者之间存在中间物的情况。此外，“布置在…上或上方”仅仅表示两个部件之间的相对位置关系，而在一定情况下、如在颠倒产品方向后，也可以转换为“布置在…下或下方”，反之亦然。

在本发明中，各实施例仅仅旨在说明本发明的方案，而不应被理解为限制性的。

在本发明中，除非特别指出，量词“一个”、“一”并未排除多个元素的场景。

在此还应当指出，在本发明的实施例中，为清楚、简单起见，可能示出了仅仅一部分部件或组件，但是本领域的普通技术人员能够理解，在本发明的教导下，可根据具体场景需要添加所需的部件或组件。

在此还应当指出，在本发明的范围内，“相同”、“相等”、“等于”等措辞并不意味着二者数值绝对相等，而是允许一定的合理误差，也就是说，所述措辞也涵盖了“基本上相同”、“基本上相等”、“基本上等于”。以此类推，在本发明中，表方向的术语“垂直于”、“平行于”等等同样涵盖了“基本上垂直于”、“基本上平行于”的含义。

另外，本发明的各方法的步骤的编号并未限定所述方法步骤的执行顺序。除非特别指出，各方法步骤可以以不同顺序执行。

传统的减振器多采用液体减振器，但由于液体减振器的活塞杆在剧烈的抗震过程中由于压力过大，回复速度很慢，减震效果不理想。而现有的空气减振器，其以压缩空气作为弹簧，汽车运动幅度越大，弹簧就越硬，行驶起来就越困难。

实施例

下面将结合附图对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例1

一种空气减振器系统，其结构如图1所示，包括一个密闭腔体，密闭腔体内填充有空气，密闭腔体内设有一个活塞3，活塞3将上述密闭腔体分隔成带杆腔1和空腔6，活塞3与连杆2固定，连杆2的另一端穿透带杆腔1，并与弹簧9连接，在空腔6内放置气体吸收单元7，该气体吸收单元7为沸石。活塞3上设有双向孔5和单向孔8，双向孔5和单向孔8连通带杆腔1和空腔6，单向孔8内设有单向阀4，且单向阀4使得空气只能从空腔6流向带杆腔1。

在本实施例中，密闭腔体的内径为50mm，活塞3为铝合金活塞，与密闭腔体的内壁紧密贴合，双向孔5的孔径为0.75mm，单向孔8的孔径为0.75mm。腔内气压为1mpa,振幅频率为2Hz，气体吸收单元所占空腔体积的25％。沸石的制备步骤如下：

先称量一定量的沸石材料，加入一定量的去离子水进行溶解，超声振荡均匀得到溶液A；然后将一定量有机胶于烧杯，滴入一定量去离子水溶液进行稀释，超声振荡均匀得到溶液B，进一步将溶液B加入溶液A，边加入边水浴加热搅拌，充分搅拌均匀后，将混合溶液C滴入块状模具，或者倒入喷枪，调整合适喷压，喷枪口距离块状模具一定距离，匀速横扫喷涂；使涂层均匀厚度适宜，放入干燥箱内干燥固化取出得块状沸石材料。上述所用的胶水为有机胶；沸石和胶水的质量比为100：(2～20)；水浴加热的温度控制在30-80℃；干燥的温度为60-200℃；干燥的时间为20-90min。

当该减振器系统处于压缩工况时(即弹簧9受力被压缩，并对连杆2施以向下压力)，活塞3上的单向孔8和双向孔5都是连通的。活塞3向下移动，气压减振器內预先充入的高压气体由空腔6经由单向孔8和双向孔5流入连杆腔1，空气经过两个孔，并与孔壁摩擦，会造成减振器上下两个气室之间形成压力差。由于连杆2占用了一部分的上腔室的容积，上腔室的容积变化量与下腔室的容积变化量不同，由于气体的可压缩性，容积的变化(气体力)会造成两个腔室气压的变化。这两部分气压的变化成了气压减振器压缩时减振器产生的阻尼力。同时，由于加入气体吸收单元7，当该减振器系统处于压缩工况时，根据气体动力学，气体运动通过气体吸收单元7内部孔径时其高效吸附性能可吸附大于自身5-7倍体积的气体分子，活塞3可继续向下压缩，从而使下腔室体积相对减小，因此压缩产生的阻尼力更小。

当减振器系统处于拉伸工况时(即弹簧9回弹，并对连杆2施以向上的拉力)，活塞3上的单向孔8被单向阀4挡住，只有双向孔5的处于连通状态。此工作状态下减振器系统的活塞3上移，高压气体由活塞3上的双向孔5从带杆腔1流入空腔6，在两气室之间形成了气压差。与压缩时类似，上下两个气室的容积变化量不同，又因气体的可压缩性，造成两个气室之间压力的变化。由孔节流(摩擦)和容积变化(气体力)这两部分形成的压强变化产生了拉伸工况时减振器的阻尼力。且由于气体吸收单元7的存在，压缩的距离更大，气体压强更大，产生的更大的气压差；并且通过双向孔5的气体量增加，因此阻尼力更大。

对比例1

采用与实施例1类似的系统结构，不同点在于：在该对比例中，空腔6内不设其他物质，只有气体，如图2所示。

对比例2

采用与实施例1类似的系统结构，不同点在于：在该对比例中，空腔6内放置的空气吸收单元7为活性炭，放置的活性炭质量与实施例1中放置沸石的质量相同，如图3所示。

图4为现有的筒式液压减振器的示功图，图5为对比例1所示气压减振器示功图，图6为对比例2所示的气压减振器示功图，图7为实施例1所示的气压减振器示功图。

图4可看出图形关于位移0位置近乎对称，且在这个位置减振器的阻尼力在Y轴正方向达到最大值，同时在Y轴负方向上的阻尼力也达到最大值。图形在X轴上方具有较大面积，X轴下方只有较小的一部分面积，表明减振器在正方向上输出阻尼力较大，而在力的负方向上输出阻尼力较小。在位移变化的两端阻尼力的变化较快，在接近位移0位置时阻尼力的变化率放缓。

图5中可以明显看出图形不关于位移0位置对称，在拉伸工况时输出阻尼力持续増大直到拉伸行程的才开始降低，且较气压减振器距离更短，最大值出现在拉伸行程的后半部分，相比纯气压减振器大许多。压缩工况时在0位移，附近输出阻尼力与液压减振器的类似出现了压缩时的最大阻尼力，且压缩距离明显更长。

图6中可以明显看出气压减振器的示功图不关于位移0位置对称，在拉伸工况时输出阻尼力持续増大直到拉伸行程的才开始降低，且较气压减振器距离短，最大值出现在拉伸行程的后半部分，相比纯气压减振器大。压缩工况时在0位移，附近输出阻尼力与液压减振器的类似出现了压缩时的最大阻尼力，且压缩距离明显更长。

图7中可以明显看出气压减振器的示功图不关于位移0位置对称，在拉伸工况时输出阻尼力持续増大直到拉伸行程的才开始降低，且较气压减振器距离更短，最大值出现在拉伸行程的后半部分，相比纯气压减振器更大。压缩工况时在0位移，附近输出阻尼力与液压减振器的类似出现了压缩时的最大阻尼力，且压缩距离明显更长。

因此，可以得出加入沸石材料的气压减振器，活塞压缩时距离最长，而产生的阻尼力最小，活塞拉伸时产生的阻尼力最大，具有最佳的减振效果。

上述对实施例的描述是为了便于本技术领域的普通技术人员能理解和应用本申请。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其它实施例中而不必付出创造性的劳动。因此，本申请不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本申请披露的内容，在不脱离本申请范围和精神的情况下做出的改进和修改都在本申请的范围之内。

Claims (8)

1.一种空气减振器系统，所述系统与弹簧连接，其特征在于，所述系统包括腔体，所述腔体内设有活塞，所述的活塞一端固定有连杆，所述活塞将密闭腔体分隔成带杆腔和空腔，所述连杆的另一端穿透所述带杆腔，并与所述弹簧连接，所述活塞上至少设有一个双向孔和至少一个单向孔，所述单向孔内设有单向阀，且所述单向阀使得空气只能从空腔流向带杆腔，所述双向孔连通所述带杆腔和空腔，所述空腔内填充气体，且所述空腔内设有沸石材料，所述沸石材料的硅铝比大于等于150；所述沸石材料为颗粒状或块状；所述沸石材料的制备包括如下流程：

将一定量的沸石材料，分散于水中，得到溶液A；然后将一定量有机胶加入溶液A，搅拌均匀得到混合溶液B；然后将混合溶液B滴入模具，或者倒入喷枪进行匀速喷涂；最后放入干燥箱内干燥固化，即得沸石材料。

2.如权利要求1所述的空气减振器系统，其特征在于，所述双向孔和单向孔的孔径为0.2~4mm。

3.如权利要求1所述的空气减振器系统，其特征在于，所述沸石的至少一部分具有MFI结构。

4.如权利要求1所述的空气减振器系统，其特征在于，所述沸石的至少一部分具有FER结构。

5. 如权利要求1所述的空气减振器系统，其特征在于，在自然状态下，所述沸石材料占空腔体积5%-60%。

6.如权利要求1所述的空气减振器系统，其特征在于，所述气体包括氧气、

二氧化碳、氢气、空气以及惰性气体中至少一种。

7.如权利要求1所述的空气减振器系统，其特征在于，所述密闭腔体的内径为20~200mm。

8.如权利要求1所述的空气减振器系统，其特征在于，所述活塞的材质为铝合金、钢或橡胶的一种。