CN1805864A - 用于自动轮胎充气系统的可膨胀的轴杆塞子组件 - Google Patents

Abstract

一种安装在轮轴杆内的组件，其在轮胎充气系统中用于将轮轴的压缩空气连通到旋转接头。该组件包括一芯轴，该芯轴具有一贯穿延伸的空气流道、一芯轴端部之间的凸缘和一靠近凸缘的轴向倾斜部分。一密封元件被凸缘支撑，用于与轮轴杆形成气密的密封。一开口环锁定组件在芯轴的倾斜部分周围设置，其由多个被可膨胀的保持弹簧支撑的片组成。这些片在锁定组件上沿着芯轴的倾斜部分径向向外移动，且接合轮轴杆，以固定杆内部的塞子组件。一紧固元件螺纹接合于芯轴，用于沿着芯轴的倾斜部分推动锁定组件起到固定轮轴杆内部的塞子组件的作用。

Description

用于自动轮胎充气系统的可膨胀的轴杆塞子组件

背景技术

本发明涉及一种轴杆塞子组件，其用于将压缩空气通过轮轴杆连通到旋转接头组件上。自动轮胎充气系统，亦称为中央轮胎充气系统，其通常用在牵引车挂车上，在挂车行驶时，利用压缩空气作为压缩空气源向漏气的轮胎充气。然而，这样的充气系统的应用不局限于牵引车挂车，而是可以应用在任何非被驱动轴上。在这里参照用在牵引车挂车上的，因为这是该系统的最普遍应用。

在自动轮胎充气系统中，空气从控制箱通过一个挂车轮轴进入漏气的轮胎，其装有一个从控制箱出来的空气通路，或者被密封并起空气管道的作用。轮轴运送的压缩空气通过位于密封轮轴端部的塞子组件与安装在其上的每一对挂车轮胎连通。压缩空气通过一旋转接头组件，继而引导空气进入旋转轮胎上的阀杆。授权给安东尼.L.Ingram、名为″用在气压充气系统用于牵引车挂车轮胎的旋转接头组件″的美国专利号6,105,645，披露了一种优选的旋转接头组件。在此其说明书一并作为参考。在每个旋转接头组件和与之相连的轮胎之间使用了压力反应阀，这样，在一个轮胎发生泄漏时，引起的压力损失将使其中一个阀打开，允许来自旋转接头组件的空气流流入漏气的轮胎。

一塞子过滤器位于密封的轮轴端部，其通过旋转接头组件将轮轴运送的压缩空气连通到安装在其上的每一对挂车轮胎上，由此空气流从静止的空气管路进入旋转的轮胎的阀杆上。轮轴内的压缩空气通过一空气通道与塞子过滤器组件连通，该空气通道贯穿组件，一端进入密封的轮轴，另一端进入邻近轮轴端部的轮润滑室。然后压缩空气通过旋转接头组件与每一对安装在其上的挂车轮胎相连。

虽然这些中央轮胎充气系统是公知的并且在广泛应用，但是在空心轮轴杆内的压缩空气与塞子过滤器组件之间的连通具有几个缺点。例如，压力塞子空气通道管路系统经常使用一锥形的压力塞子，其带有一外O形密封环，该密封环必须强制地安装在轮轴的轴杆端部内。安装期间，这可导致O形密封环和轴杆内壁的损坏。当O形环损坏时，密封受到危及，使得空气进入车轮润滑室。任何泄漏进车轮润滑室的气体都会导致在室内累积气压，该气压会损坏油封，引起漏油。如果轮轴轴承失去润滑，它们就会咬死，并且会导致起火。

维修或清洗轮轴时拆卸压力塞子存在另一个问题。挂车轮轴的内部聚集了来自通过的空气中的水分，这导致生锈，在轮轴内部产生铁锈颗粒形式的碎屑，这些碎屑会阻塞过滤器。压力塞子必须被强制地拆除，以清洗轮轴和防止由此支撑的过滤器的持续阻塞。过滤器元件也必须定期地清洗或更换。压力塞子的拆除不仅会毁坏压力塞子，它还可以损坏轴杆的内部至如此的程度：在新的压力塞子周围，它不会形成适当的密封，因而使得中央轮胎充气系统不能用在以后的轮轴上。

应这些需要的要求，开发了一种新型的压力-膨胀塞子来克服许多存在的问题。该组件是美国专利号6,394,556的主题。它使用螺纹紧固件，紧固时起到的效果是：组件的塑性头部抵靠在轮轴杆的内壁膨胀，从而以可拆卸方式将组件固定在轴杆内适当位置。组件还包括一在管状主体的上游端部螺纹连接的腔室，一过滤器元件螺纹固定在管状主体上。为了拆除装置以清洗轮轴与/或清洗或更换过滤器，只需旋松螺纹紧固件。虽然该组件代表了该技术的一个重要进步，但是重新固定塞子组件时需要一定程度的细心。如果紧固件不均衡地被扭转，压力塞子组件在轴杆内部的固定以及与此产生的密封会受到不利的影响。如果紧固件不能充分地被扭转，适当的密封或固定两者都不会实现。如果紧固件过量被扭转，当头部要求使用膨胀材料如塑料时，组件可能被损坏。

所希望的是，轴杆塞子组件可以开发为保留该先前专利结构的优点，但可以更容易和更快地安装；以及可以不需要专用工具和不必考虑较窄的扭矩规格。如果组件消除了使用膨胀材料的必要且可以与轮轴杆一样使用耐用的钢来制造，这也是所希望的，因为膨胀材料对损坏更敏感。这不仅会提高组件的耐用性，而且可避免塞子组件的多个部件与轮轴杆之间在膨胀系数和收缩系数上的差异，该差异会对塞子组件和轮轴杆之间形成的密封产生不利影响。本发明的膨胀塞子实现了这些效果。

发明内容

简要来说，本发明的轴杆塞子组件插入轮轴杆内，其中，通过一外O形环，该组件靠在轮轴杆的内壁上密封地固定，以在组件周围形成气密的密封。由多个钢环片形成的可膨胀的固定环设置在组件上，与O形密封环轴向对齐，以接合轮轴杆的内壁。当紧固单个传统的螺纹紧固元件时，环片径向膨胀至与轴杆内壁接合，以起到将塞子组件紧紧地固定在轮轴杆内的作用。对于轮轴内部为密封的且作为一空气管道的应用，本发明的塞子组件装有一过滤器元件来清除经此到旋转接头的空气流中的异物，如铁锈颗粒，灰尘和碎屑。在压缩空气从气源流经轮轴内的一空气流管的那些应用中，本发明的轴杆塞子为该管提供了气密的密封，用于引导压缩空气从该管通过轴杆到达旋转接头。

附图说明

图1是依照本发明第一实施例的膨胀塞子过滤器组件的侧视图。

图2是图1所示的膨胀塞子过滤器组件的分解透视图。

图3是图1的膨胀塞子过滤器组件的部分侧视图，所示的是安装在轮轴杆内部。

图4是应用于本发明的膨胀板和固定环的端视图。

图5是图4沿5-5线的剖视图。

图6是应用于本发明的膨胀板和固定环的分解图。

图7是本发明一变形的部分侧视图。

图8是应用于本发明的芯轴的第二和最佳实施例的剖面图。

图9是适合用于图8所示的芯轴的过滤器元件的剖面图。

具体实施方式

现在详细参考附图，虽然本发明的轴杆塞子组件10可用于多种使用带有空芯轴杆的静止轮轴的行驶车辆的自动轮胎充气系统上，但是其尤其适合于在牵引车挂车上使用。因此，组件10将结合一静止的牵引车轮轴12进行说明。虽然为了保持轮胎的充气压力，在挂车的每个轮轴的端部都提供了同样的轴杆塞子组件10来与旋转接头(没有画出)连通，但是参照将只针对一个这样的组件10和轮轴杆14，组件10安装在轮轴杆14内。

轴杆塞子组件10包括一芯轴16，芯轴16具有一上游部分18、一下游部分20和一环形凸缘22，该环形凸缘在芯轴部分18和20之间径向突出。芯轴16和凸缘22为单件结构，最好为由硬度大约为HT 45-52HRC的钢锻造，这种钢具有与挂车轮轴杆上通常使用的钢大致相同的硬度。部件还可以部分还可以由压制金属铸造。在本发明图1-6所示的实施例中，芯轴16的上游部分18固定有一过滤器元件24，以使在使用期间中空的挂车轮轴中的压缩空气经过滤器元件24、芯轴16的内部形成的空气流道26，进入管27，该管27从通道26的下游端伸到旋转接头外壳，这将在后面描述。一O形环28设置在芯轴16的下游部分20的内端，以在与旋转接头连通的管的外表面周围提供气密的密封。一外O形环30设置在一环形槽32内，该环形槽32形成在环形凸缘22的圆周上，以在轴杆塞子组件10和图3所示的轮轴杆14的内壁之间提供气密的密封。

为了在芯轴16的上游部分18固定过滤器元件24，它的过滤器25部分安装在空心管元件34的上游端，该过滤器25部分最好由多孔的烧结金属结构形成且网孔尺寸大约为10-40微米。在图1-6所示的轴杆塞子组件10的实施例中，过滤器元件24设有外螺纹36，外螺纹36适合与芯轴16的上游端40内形成的内螺纹38螺纹接合。多个扁平状扳手接合表面42也由邻近过滤器25的管形元件34限定，以使得过滤器元件容易固定。这样的过滤器元件由俄克拉荷马州塔尔萨的Berendsen液压公司出售，名称为Breather Vent。应该理解，其他结构的过滤器元件、过滤器材料和元件固定装置也可以应用于本发明。

邻近环形凸缘22的芯轴16的下游部分20的外部限定了一圆锥形或渐缩的部分44，其终止在有螺纹的圆柱部分46的下游端。螺纹部分46终止在多个扁平状扳手接合表面48的下游端。芯轴16的上游部分18的外部最好为圆柱形以使制造容易，但是可以具有任何所希望的形状。

为了切实将轴杆塞子组件10固定在轮轴杆14内部，使用了开口环锁定组件50。组件50包括三个分开的和同样的片50a-50c，这三个片由一径向膨胀的平面金属、即开口环保持弹簧52结合在一起。如图6所示，环组件50的每个片限定了一半径为常数的外表面54、一倾斜的曲线内表面58、一拱形的凹槽区域60和一圆形的基座部分62，该外表面54开度为120度的弧并限定了多个尖锐的隆起(ridge)56，凹槽区域60向内间隔开且向后邻近外表面54。当将片50a-50c与弹簧52对齐并固定在一起时，即形成了开口环锁定组件50。当被如此对齐和固定后，开口环锁定组件50限定了一半径为常数的环形的外表面64和一截头圆锥形的内表面66，外表面形成有多个轴向间隔开的、周向延伸的尖锐的切削隆起64a，内表面66形成在锥形开口68周围。相对于环锁定组件50的中芯轴X，内表面66限定了大约为15度的锥角(参见图5)。这和芯轴16的锥形部分44相对于芯轴贯穿通道26的中心纵轴限定的角度一样。

和芯轴16一样，开口环锁定组件的片50a-50c最好由4140钢锻造，且限定的半径尺寸常数使得锁定环组件50的最终直径等于没有安装O形环30时的环形凸缘22的直径，且稍微小于传统的牵引车-挂车轮轴杆的内径。举例来说，对于内径为2.75英寸的轮轴杆来说，各环形片的半径是1.86英寸，这样锁定环组件50的直径将为2.72英寸。当然，应当提供具有不同直径的径向凸缘的芯轴和相应尺寸的锁定环组件以适应轮轴杆内径的变化。也应注意，虽然开口环锁定组件优选由三个片50a-50c组成，但是，也可以使用两个或多于三个的片。然而，三个片是最佳的，因为该个数目在轴杆塞子组件周围提供了既非常坚固又均匀分布的锁紧力。

开口环锁定组件50设置在芯轴16的下游部分20上，这样环形的截头圆锥内表面66能与芯轴部分20的锥形部分44紧密配合。一平面金属垫圈70在芯轴16邻近锁定组件50的基座部分62的带螺纹的芯轴下游部分46周围设置。一传统的锁紧垫圈72邻近钢垫圈70设置在外部，一传统的紧固螺母74螺纹接合于邻近锁紧垫圈72的芯轴16。当螺母74被紧固在芯轴16的下游部分46时，它压紧在开口环锁定组件50上，并对组件50沿芯轴倾斜部分44向上施加力，使得组件10的各个环形片50a-50c克服开口环保持弹簧52的力径向向外移动，直到环组件50外表面上的尖锐的隆起64a紧接并钻进轮轴杆44的钢制的内表面壁内，将轴杆塞子组件固定在轮轴杆内部。因而，通过利用单个紧固件来将轴杆塞子组件10固定在轴杆内适当的位置，避免了不均匀密封的产生，该不均匀密封可与多个紧固件的不均匀扭转同时发生。用于本发明的将锁定组件片50a-50c保持在适当位置的开口环保持弹簧52可从威斯康星州密尔沃基的Meyer Retaining Ring公司买到，其牌号为External Series 5100。

在图1所示和所述的轴杆塞子组件10进行固定时，紧固螺母74在芯轴16螺纹下游端周围紧固的力不是必须的。即使轻微地紧固螺母74超过开口环组件50接合的点，轮轴杆内壁将克服作用在其上的轮轴内部压缩空气的力，将轴杆塞子组件10固定到位。开口环组件与轴杆壁接合后，尽管只有大约30磅的小扭力施加于螺母74上，但是将需要数千磅的力才能从轮轴杆上拆掉轴杆塞子组件10。另外，芯轴16、开口环锁定组件50的构造和配合以及制造这些部件的硬化钢使得对紧固螺母74的过量扭力很难达到严重损坏塞子组件10或轮轴杆14的程度。假如过量扭力发生，紧固螺母上的螺纹也仅仅是被断扣。为了从轮轴杆上拆下轴杆塞子组件，只需旋松紧固螺母74和轻敲芯轴16，这样，开口环锁定组件50将从芯轴的锥形部分44下移，使塞子组件可以容易地从轴杆中拉出。

对于那些轮轴非加压的但装有空气管道、优选为一柔性管的应用来说，为了连通压缩空气源与旋转接头，不使用过滤器元件24。代替的是，传送压缩空气的管100(参见图7)设置有一配件102，该配件102螺纹接合于形成在芯轴16的上游端40的螺纹。因而，对于这样的应用，本发明的轴杆塞子组件在空气管和旋转接头之间提供了所希望的连通。

本申请中使用的第二种并且是优选的芯轴结构参见图8。图中所示的芯轴216不同于先前实施例的芯轴16，其中，芯轴216的下游部分220的轴长略短于芯轴16的部分20，而且先前实施例的扁平状扳手接合表面48已经替换为扁平的内表面248，该内表面248设置成六角形结构，且适合与通用六角扳手(Allen wrench)接合。芯轴216的锥形或倾斜部分244的长度也比芯轴16的锥形部分44略短。虽然芯轴216的上游部分218的长度保持未变，但是，上游端的内螺纹38已经替换为外螺纹238以减少制造成本。因此，芯轴216支撑的过滤器元件224在过滤器元件的管部分234上提供了内螺纹236，以接合芯轴216的上游端的外螺纹238。这样的过滤器元件在图9中显示，与过滤器元件24一样，也可从Berendsen Fluid Power公司得到。同样地，当使用带有空气管的非加压的轮轴时，管的下游端上的配件将提供一设有内螺纹的配件，以接合芯轴16的上游端240上的外螺纹238。

在不背离本发明的精神和范围的情况下，也可以做其他的变形和改进来实现本发明。例如，径向凸缘与/或芯轴的倾斜部分可以作为一单件形成且固定在空心芯轴的适当位置上。而且，最好为芯轴的倾斜部分44和244邻近径向凸缘，如附图所示，以致将锁定环组件50和径向凸缘贴紧。倾斜部分可以与凸缘轴向地间隔开，以贴紧凸缘且仍然提供一可行的固定。权利要求书中使用的术语″贴紧″用来指且包括如图所示的邻近的并置，还包括凸缘和锁定环组件的轻微的分离。只要是在附带的权利要求书的范围内的变形和改进，都将被认为是本发明的一部分。

Claims (16)

1.一种适合于安装在轮轴杆内的轴杆塞子组件，用于在轮胎充气系统中将压缩空气源通过轮轴与旋转接头组件连通，所述的轴杆塞子组件包括：

芯轴，限定有：上游端部、下游端部、轴向贯穿该芯轴延伸的空气流道、所述端部之间的向外突出的径向凸缘、以及邻近所述凸缘的轴向延伸的倾斜部分；

密封元件，其由所述径向凸缘承载，用于接合一轮轴杆并在其间形成气密的密封；

锁定组件，其设置在所述芯轴的所述倾斜部分周围，当所述锁定组件沿着所述芯轴的所述倾斜部分朝所述凸缘轴向移动时，所述锁定组件径向向外移动，从而所述组件接合轮轴杆，将所述轴杆塞子组件在所述轴杆内固定到位；和

紧固元件，其能够螺纹接合于邻近所述锁定组件的所述芯轴，且当围绕所述芯轴紧固所述紧固元件时，沿着所述芯轴的所述倾斜部分移动所述锁定组件。

2.如权利要求1所述的组件，包括过滤器元件，其以可拆卸方式固定到所述芯轴的所述上游端部。

3.如权利要求2所述的组件，其中，所述过滤器元件能够螺纹接合于所述芯轴的所述上游端部。

4.如权利要求1所述的组件，其中，所述芯轴为单件结构，所述径向凸缘限定了一圆周部分，该圆周部分内具有一凹槽，所述密封元件装在所述凹槽内。

5.如权利要求4所述的组件，其中所述密封元件为一O形环。

6.如权利要求1所述的组件，其中，所述锁定组件是一开口环锁定组件，其包括多个拱形片和一可膨胀的保持元件，该保持元件推动所述片成相邻的并置形式，当所述锁定组件沿着所述芯轴的所述倾斜部分朝所述凸缘移动时，所述片靠着所述保持元件径向向外移动，从而，所述片接合轮轴杆，并将所述塞子组件在所述轴杆内固定到位。

7.如权利要求6所述的组件，其中，所述片各限定了一内曲线表面和一外曲线表面，所述内曲线表面为锥形，适合于与所述芯轴上的所述倾斜表面相配合，所述外曲线表面上限定了多个点接触表面，适合于当所述开口环锁定组件通过所述紧固元件沿着所述芯轴移动以及所述锁定组件的所述片移至与轮轴杆相接合的时候，邻接并接合轮轴杆。

8.如权利要求7所述的组件，其中，在所述片的所述外曲线表面上的所述点接触表面是对齐的，从而限定多个绕所述开口环锁定组件延伸的平行隆起。

9.如权利要求1所述的组件，其包括第二密封元件，该第二密封元件由所述芯轴支撑，所述第二密封元件绕所述芯轴内的所述空气流道延伸。

10.如权利要求6所述的组件，其包括第二密封元件，该第二密封元件由所述芯轴支撑，所述第二密封元件绕所述芯轴内的所述空气流道延伸。

11.如权利要求10所述的组件，其中，所述片各限定了一内曲线表面和一外曲线表面，所述内曲线表面为锥形，适合与所述芯轴上的所述倾斜表面相配合，所述外曲线表面上限定了多个点接触表面，适合于当所述开口环锁定组件通过所述紧固元件沿着所述芯轴移动以及所述锁定组件的所述片移至与轮轴杆相接合的时候，邻接并接合轮轴杆。

12.如权利要求11所述的组件，其中，在所述片的所述外曲线表面上的所述点接触表面是对齐的，从而限定多个绕所述开口环锁定组件延伸的平行隆起。

13.如权利要求1所述的组件，其包括环状密封元件和管形元件，所述密封元件由所述芯轴的所述部分之一承载，并绕贯穿所述芯轴的所述空气流道延伸，所述管形元件由所述芯轴支撑，用于连通所述空气流道与所述旋转接头组件，所述管形元件包括上游的刚性部分和下游的弹性部分，所述刚性部分贯穿所述环状密封元件延伸以与其形成气密的密封，所述弹性部分允许在所述轴杆塞子组件和所述旋转接头组件之间不对准。

14.如权利要求13所述的组件，其中，所述管形元件相对于所述芯轴能够轴向平移，以适应轮轴杆和旋转接头组件之间的轴向间距的变化。

15.如权利要求13所述的组件，包括过滤器元件，其以可拆卸方式固定到所述芯轴的所述上游部。

16.如权利要求14所述的组件，包括过滤器元件，其以可拆卸方式固定到所述芯轴的所述上游部。

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