CN1975194A - 气弹簧 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种气弹簧，它是在活塞体分隔气缸体形成的主弹性气腔和副弹性气腔之间设置阻尼气道构成封闭的空气压缩系统，利用阻尼气道对介质的阻尼力作用，使主弹性气腔和副弹性气腔内具有不等的气体压强，当活塞体受外力作用上下移动即气弹簧对外表现为压缩或伸长时，它能按接近“实时性”的最佳工况自动调节其刚度变化来平衡适应外力的作用，本发明结构简单、制造方便、体积小巧、布置灵活，能广泛应用于汽车、火车等机动车辆和飞机起落架及其它缓冲装置，还特别适用于坦克、装甲车等军用机动车的悬架系统，具有极佳的缓冲减震和传力性能。

Description

气弹簧

技术领域：

本发明涉及空气压缩系统构成的弹性缓冲装置，它是一种气弹簧，它适用于汽车、火车等机动车辆和飞机起落架及其它缓冲装置，特别适用于坦克、装甲车等军用机动车的悬架系统。

背景技术：

气体弹簧具有比较接近理想弹簧的二次曲线弹力变化特性，被广泛地应用于豪华客车和部分高档小轿车的悬架系统。目前主动悬架装置中普遍应用的橡胶空气弹簧虽然结构简单，但压缩刚度和伸长刚度都是按相同曲线变化的，为了不让空气弹簧在大幅度压缩后产生弹性振荡，在弹簧伸长时由减震器提供一个与弹力相反的阻力来阻止弹簧快速伸长产生振荡。为了使悬架适应各种路面，悬架刚度和阻尼力的调整只能与路面段适应，而不能因应各个路面障碍点实时调整。配备刚度可调橡胶空气弹簧和阻尼可调减震器的主动悬架其电控系统也很复杂，所以这种悬架装置的生产成本和维护费用都很高，不利于空气悬架的推广使用。

发明内容：

本发明是在空气压缩技术的基础上提出一种全新的可“实时”调节刚度的气弹簧，它是对现有气体弹簧压缩和伸长刚度变化规律的进一步补充完善，它具有设计新颖、结构简单、制造方便、生产成本低、体积小巧、空间布置灵活、使用时不须配备减震器即具有极佳的缓冲减震效果，特别适用于汽车、火车、军用机动车辆和飞机起落架及其它缓冲装置，它能随路面起伏而实时调节其刚度来适应路面障碍点变化，具有极佳的缓冲传力性能。

它是通过如下技术方案来实现的：

它主要由活塞体分隔为主弹性气腔和副弹性气腔的气缸体、连接于气缸体的端盖和连接于活塞体的活塞杆构成，其特征在于：在主弹性气腔和副弹性气腔之间设置有阻尼气道。

本发明的实质是由活塞体分隔气缸体形成的主弹性气腔、副弹性气腔和设置于主弹性气腔和副弹性气腔之间的阻尼气道构成一个封闭的空气压缩系统。为了方便地叙述它的工作原理，我们将主弹性气腔对活塞体上端面形成弹性力的空气压缩单元称为主弹簧，将副弹性气腔对活塞体下端面形成弹性力的空气压缩单元称为副弹簧，主、副弹簧对活塞体的弹性作用力方向相反、大小不等。当活塞体上下位移即整体对外表现为气弹簧压缩或伸长时，由于阻尼气道对流体介质的阻尼力作用，使主弹性气腔和副弹性气腔内具有不等的气压，加之活塞体上、下端面不相等的有效受压面积等因素的共同作用，主弹簧的弹力变量总是大于副弹簧的弹力变量，气弹簧整体对外表现为刚度随活塞体相对于气缸体的位移速度和位移量而变化。只需通过合理地设计阻尼气道的阻尼系数和气弹簧的缸、杆截面积之比，即能使气弹簧接近刚度变化“实时性”的理想状态，能使气弹簧具有极佳的缓冲效果。为进一步阐明本发明提出的气弹簧的工作原理，下面对气弹簧在压缩和伸长过程中的工作状态作详尽的说明：

1、气弹簧的压缩过程：

当活塞体相对于气缸体向上移动时，气弹簧整体对外表现为压缩，阻尼气道对从主弹性气腔压缩到副弹性气腔的气体的阻尼随压缩速度的增加而增加，主弹性气腔和副弹性气腔内的压强之差也随压缩速度、压缩幅度增加而增加，气弹簧表现为压缩刚度随压缩速度和压缩幅度增加而增加。

2、气弹簧的伸长过程：

在压缩后活塞体相对于气缸体向下移动时，气弹簧整体对外表现为伸长，虽然压缩过程中主弹性气腔的压强大于副弹性气腔的压强，但气弹簧开始伸长后的短时间内，在阻尼气道的阻尼作用下副弹性气腔的压强就会大于主弹性气腔的压强，使得气弹簧在压缩以后伸长开始时的刚度大于压缩末端的刚度，并随气弹簧的伸长而减小，因伸长速度越快，主、副弹性气腔的压强差就越大，所以气弹簧的伸长刚度也会随伸长速度增加而增加。

综上所述，气弹簧的压缩刚度会随压缩行程和压缩速度的增加而增加；伸长刚度随伸长幅度增加而减小，但随伸长速度增加而增加。

本发明还具有如下技术特征：

所说的阻尼气道设置于气缸体的缸壁壁体内，在生产制造气缸体部件时，在气缸体的缸壁壁体内按照设计要求的阻尼系数预埋制造加工出阻尼气道，能更方便于批量生产配合组装合格的气弹簧产品。

在气缸体内配装有启闭阻尼气道的行程阀，在活塞体的对应位置处设置有油缸，在行程阀的阀芯上配装有弹簧，当活塞体在气缸体内上下移动幅度超过一定值后，行程阀将进入或退出油缸，当行程阀在油缸内往复运动时，油缸与行程阀间隙的介质阻尼力将迫使阀芯上下运动，从而控制阻尼气道的开启或关闭，简单地说：当阀芯向上运动关闭阻尼气道时，相当于阻尼气道的阻尼力处于最大值的工作状态。为方便地叙述其工作原理，我们将行程阀进入油缸前的行程称为软行程，将行程阀进入油缸后的行程称为硬行程。在配装启闭阻尼气道的行程阀后可以适当减小气道的阻尼力和增大缸杆截面积比，让气弹簧在软行程内的压缩、伸长刚度设计得更小，在硬行程内的压缩、伸长刚度设计得更大，使气弹簧的刚度变化更接近“实时性”的极佳缓冲性能，它的工作原理表述如下：

1.气弹簧在软行程内的压缩、伸长：

在软行程内行程阀处于开启状态，气弹簧的压缩刚度和伸长刚度主要受压缩、伸长速度、行程的影响，但因阻尼气道的阻尼力不大，压缩、伸长刚度都比较小。

2、气弹簧在硬行程内的压缩、伸长：

气弹簧在硬行程内压缩，行程阀相对油缸向下移动，油缸中的介质阻力作用于行程阀的阀芯，该作用力小于弹簧的弹力时阀芯不上移，只有当气弹簧的压缩速度大到一定值时，油缸中介质的阻力大于弹簧的弹力时阀芯上移关闭阻尼气道，这时主弹簧的弹力随气弹簧的压缩按二次曲线上升，而副弹簧的弹力却随气弹簧的压缩按二次曲线减小，在主弹簧和副弹簧的交互作用下，气弹簧的刚度将随行程增加而快速增加。

硬行程压缩后伸长的瞬间因行程阀与油缸间隙的介质的阻尼力和弹簧的共同作用，行程阀的阀芯迅速下移，行程阀开启，主弹性气腔的高压气体向副弹性气腔迅速泄压，气弹簧的伸长刚度迅速减小到较小值，并随伸长行程的增加而减小。

在阻尼气道上配装有电磁阀，是为了充分拓展气弹簧的功能和实时控制性能，将计算机技术和电磁控制技术应用于气弹簧控制阻尼气道的开启或关闭，简单地说：当电磁阀关闭阻尼气道时，相当于阻尼气道的阻尼力处于最大值的工作状态，它的工作原理与上述行程阀控制阻尼气道开启或关闭的原理基本相同。它是由安装于悬架系统上下控制臂之间的车高传感器检测的气弹簧压缩或伸长位移信号参数和由车速传感器、转向传感器检测的速度、转弯角度信号参数一并送到计算机，通过编程在计算机里预置高度、速度、车辆加速度、转弯角度等基础数据，由计算机根据检测数据和预置数据进行计算后输出相应的控制信号给电磁阀开启或关闭阻尼气道，达到实时调整气弹簧的压缩刚度和伸长刚度的目的。

在上述配装有行程阀的阻尼气道上还配装有电磁阀，由行程阀和电磁阀构成对阻尼气道开启或关闭的复合控制，由电子电路驱动控制电磁阀，在车辆急刹、转弯、起步时关闭阻尼气道，大大提高气弹簧的刚度。

在活塞体上嵌装有防撞胶垫，能有效防止活塞体极限上移对气缸体造成刚性碰撞。

在活塞体的底部嵌装有防撞胶垫，能有效防止活塞体极限下移时对端盖造成刚性碰撞。

在主弹性气腔内盛有润滑油液，能使行程阀在进入或退出油缸时，行程阀能根据活塞体与气缸体的相对速度及时、可靠地启闭阻尼气道，同时充分润滑气缸体的内缸壁。

在气缸体的端盖上设置有润滑油腔，润滑油腔中的油液能阻止副弹性气腔内高压气体泄漏，同时能确保活塞杆在往复运动时有良好润滑。

本发明的实质性特点和显著进步在于：它是由活塞体分隔气缸体形成的主弹性气腔和副弹性气腔之间设置阻尼气道构成封闭的空气压缩系统，利用阻尼气道对不同流速的介质产生不同的阻尼力，使主弹性气腔和副弹性气腔内具有不相等的气体压强，当活塞体上下位移对外表现为气弹簧压缩或伸长时，气弹簧能够根据压缩速度和行程自动调节其刚度，即是说能使气弹簧的刚度变化接近“实时性”的最佳工作状态，使气弹簧具有极佳的缓冲效果。由于气体介质流经阻尼气道时能量消耗很少，所以由本发明提出的气弹簧构成的悬架比带有减震器的悬架消耗的能量少的多。

附图说明：

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明由行程阀控制阻尼气道的结构示意图；

图3是本发明由电磁阀控制阻尼气道的结构示意图；

图4是本发明由行程阀和电磁阀复合控制阻尼气道的结构示意图；

图5是将阻尼气道设置于气缸体的缸壁壁体内的结构示意图。

具体实施方式：

实施例一

本发明提出的气弹簧主要由连接安装有端盖6的气缸体3、配装于气缸体3内连接有活塞杆7的活塞体4构成，在气缸体3的顶部上做有上连接件1，在活塞杆7的底部做有下连接件8，在气缸体3的端盖6上与活塞体4的活塞杆7配合处设置有润滑油腔9，在活塞体4上嵌装有防撞胶垫10、12，配装于气缸体3内的活塞体4分隔气缸体3为主弹性气腔13和副弹性气腔5，在主弹性气腔13和副弹性气腔5之间设置阻尼气道11构成一个封闭的空气压缩系统。它作为用于悬架的气弹簧是这样工作的：将上连接件1、下连接件8分别固定连接于悬架系统的上下控制臂，当气弹簧受到外力作用使活塞体4上、下移动时，即气弹簧整体对外表现为气弹簧的压缩或伸长，这时由阻尼气道11连通主弹性气腔13和副弹性气腔5构成的空气压缩系统会产生气体运动，由于阻尼气道11对不同流速的介质会产生不同的阻尼力作用使得主弹性气腔13和副弹性气腔5内具有不相等的空气压强，加之活塞体4上端面和下端面有效受压面积不相等的因素，使得活塞体4上下端面将同时受到不等的弹性作用力，并且活塞体4上端面受到的弹力变量总是大于下端面的弹力变量，这时气弹簧整体对外表现为：弹性刚度能够自动随着活塞体4相对于气缸体3的位移速度和位移量而变化来平衡适应外力的作用。即能实现气弹簧接近刚度变化“实时性”的最佳工作状态，使气弹簧具有极佳减震缓冲效果。可在气缸体3的主弹性气腔13内盛装润滑油液，对气缸体3缸壁有很好的润滑作用，在气缸体3的端盖6上设置有润滑油腔9，润滑油腔9中的油液能阻止副弹性气腔5内的高压气体泄漏，同时能够确保活塞杆7在往复运动时有良好的润滑。还可在气缸体3上配装气嘴2，可方便地向主弹性气腔13内进气或排气，调节主、副弹性气腔13、5内的气压，或者通过气嘴2连接外置气腔并控制气嘴2的开闭，改变气弹簧的刚度。

实施例二

在按照实施例一所述的实施方案基础上，可将阻尼气道11设置于气缸体3的缸壁壁体内，即是说在浇铸生产气缸体3的部件时，采用预埋的方式加工制造出阻尼气道11，能更加方便地批量生产气弹簧产品。

实施例三

在按照实施例一所述的实施方案基础上，在气缸体3内配装能开启或关闭阻尼气道11的行程阀15，在活塞体4的对应位置处设置有与行程阀15相适应的油缸18，在行程阀15的阀芯16上配装有弹簧17，当活塞体4在气缸体3内上下移动，行程阀15进入或退出油缸时，在油缸18与行程阀15间隙处油液介质的阻尼力作用下，油液介质将通过行程阀15的孔14迫使阀芯16上下运动，从而控制阻尼气道11的开启或关闭，弹簧17的作用是在气弹簧由压缩转为伸长的瞬间加速阀芯16向下运动快速开启阻尼气道11，当阀芯16向上运动关闭阻尼气道11时，相当于阻尼气道11的阻尼力处于最大值的工作状态，随着阻尼气道11的开启或关闭，使气弹簧的刚度变化更接近“实时性”的极佳缓冲性能。

实施例四

在按照实施例一所述的实施方案基础上，在阻尼气道11上配装有能开启或关闭阻尼气道11的电磁阀19，所说的电磁阀19是受车高传感器、车速传感器和转向传感器检测的信号参数经计算机处理输出信号控制开启或关闭阻尼气道11，也能达到实时调整气弹簧的压缩刚度和伸长刚度的目的，也能使气弹簧的刚度变化更接近“实时性”的极佳缓冲性能。

实施例五

在按照实施例三所述的实施方案基础上，还可在配装有行程阀15的阻尼气道11上再配装电磁阀19，由行程阀15和电磁阀19构成对阻尼气道11开启或关闭的复合控制装置，电磁阀19受电子电路驱动来控制阻尼气道11的开启或关闭，在机动车辆急刹、转弯、起步时关闭阻尼气道11，对提高气弹簧的刚度也有很好的效果。

上述实施例仅是能够实现本发明提出的技术方案的具体方式之一，本发明要求保护的范围并不局限于上述几种实施例，还应包括本技术领域的普通技术人员按照本发明提出的技术方案所能变化的其它实施方式。

Claims (9)

1.一种气弹簧，它主要由活塞体(4)分隔为主弹性气腔(13)和副弹性气腔(5)的气缸体(3)、连接于气缸体(3)的端盖(6)和连接于活塞体(4)的活塞杆(7)构成，其特征在于：在主弹性气腔(13)和副弹性气腔(5)之间设置有阻尼气道(11)。

2.根据权利要求1所述的气弹簧，其特征在于：所说的阻尼气道(11)设置于气缸体(3)的缸壁壁体内。

3.根据权利要求1或2所述的气弹簧，其特征在于：在气缸体(3)内配装有启闭阻尼气道(11)的行程阀(15)，在活塞体(4)的对应位置处设置有油缸(18)，在行程阀(15)的阀芯(16)上配装有弹簧(17)。

4.根据权利要求1或2所述的气弹簧，其特征在于：在阻尼气道(11)上配装有电磁阀(19)。

5.根据权利要求3所述的气弹簧，其特征在于：在阻尼气道(11)上还配装有电磁阀(19)。

6.根据权利要求1或2所述的气弹簧，其特征在于：在活塞体(4)上嵌装有防撞胶垫(12)。

7.根据权利要求1或2所述的气弹簧，其特征在于：在活塞体(4)的底部嵌装有防撞胶垫(10)。

8.根据权利要求1所述的气弹簧，其特征在于：在主弹性气腔(13)内盛有润滑油液。

9.根据权利要求1所述的气弹簧，其特征在于：在气缸体(3)的端盖(6)上设置有润滑油腔(9)。

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