CN204828438U - 一种双耦合空气弹簧刚度调节装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种双耦合空气弹簧刚度调节装置，包括曲囊框、设置于曲囊框内串联布置的第一空气弹簧和第二空气弹簧、设置在两空气弹簧中间的中横梁，以及充放气机构和动力输入机构，通过充放气机构对第一空气弹簧和第二空气弹簧进行充气或排气，来改变双耦合空气弹簧的刚度。通过气压传感器对空气弹簧内部气压的监测，控制充放气机构对空气弹簧充放气，调节第一空气弹簧和第二空气弹簧内部气体压力，从而实现两个空气弹簧刚度的调整；该装置结构紧凑、使用方便，当外部环境和动力激振源变化，无需更换弹簧即可实现双耦合机构弹簧刚度的调节，扩大了双耦合弹簧机构的使用范围，提高了适应性。

Description

一种双耦合空气弹簧刚度调节装置

技术领域

本实用新型设计空气弹簧技术领域，特别涉及一种双耦合空气弹簧刚度调节装置。

背景技术

双耦合弹簧机构因采用弹簧进行柔性加载，因此能够避免试验系统激振装置激振换向过程中载荷的冲击，且其结构尺寸紧凑，故常应用于试验系统激振加载机构中。目前双耦合弹簧机构中采用刚性弹簧，当施加激振载荷改变时，就须更换弹簧并进行重新装配，造成了事件的浪费，经常拆卸对弹簧的性能也造成了严重的影响。同时刚性螺旋弹簧机械损耗大，弹簧刚度改变后不易恢复。

空气弹簧是在可伸缩的密闭容器中充以压缩空气，利用空气弹性作用的弹簧。空气弹簧的工作原理是在可伸缩的皮囊内部充入压缩空气，利用压缩高压空气形成的反作用力来支撑起车身的一种活塞运动。与其他弹簧相比，空气弹簧有着很显著的优点：空气弹簧具有非线性特性，刚度和承载能力可以调节，其刚度随载荷的变化而变化。空气弹簧的特性曲线可按实际需要进行理想设计，使其在额定载荷附近具有较低的刚度值，并使空气悬架获得较低的固有频率，因而工作柔和。因此需要结合空气弹簧的优点来设计一种能够方便改变弹簧刚度的装置来解决上述问题。

实用新型内容

本实用新型的目的是解决现有技术中双耦合弹簧改变刚度只能更换弹簧的缺陷，实现了不更换弹簧来调节双耦合弹簧的刚度，扩大了双耦合弹簧的使用范围。

本实用新型提供的技术方案为：

一种双耦合空气弹簧刚度调节装置，包括：

曲囊框，其设置成中空状；

第一空气弹簧和第二空气弹簧，其左右串联布置在所述曲囊框内，所述第一空气弹簧的左端和第二空气弹簧的右端分别与所述曲囊框固定连接；所述第一空气弹簧和第二空气弹簧上均设置有气门嘴，以实现充气或排气从而改变所述第一空气弹簧和第二空气弹簧的刚度；

充放气机构，其与所述气门嘴连接，为所述第一空气弹簧和第二空气弹簧充气或排气；

中横梁，其设置在所述第一空气弹簧和第二空气弹簧之间，并且所述中横梁与所述第一空气弹簧的左端和第二空气弹簧的右端固定连接；

动力输入机构，其从所述曲囊框外穿过曲囊框与所述中横梁固定连接，带动所述中横梁左右移动，从而压缩或拉伸所述第一空气弹簧和第二空气弹簧。

优选的是，所述第一空气弹簧和第二空气弹簧还包括：

曲囊，所述曲囊至少有两节，所述气门嘴设置在所述曲囊上；

腰环，其设置在所述曲囊两节之间，使两节之间不致径向扩张；

端封板，其设置在所述曲囊两端，将所述曲囊密封；

连接法兰，其与将所述曲囊和端封板连接在一起；

其中，所述第一空气弹簧左侧的端封板与所述曲囊框左侧板通过螺栓固定连接，所述第一空气弹簧右侧的端封板与中横梁的左侧通过螺栓固定连接；所述第二空气弹簧右侧的端封板与所述曲囊框右侧板通过螺栓固定连接，所述第二空气弹簧左侧的端封板与中横梁的右侧通过螺栓固定连接。

优选的是，所述充放气机构包括

气泵；

进气阀，其分别与所述气泵和气门嘴连接，通过切换所述进气阀的工作状态实现为所述空气弹簧充气；

排气阀，其与所述气门嘴连接，通过切换所述排气阀的工作状态实现为所述空气弹簧排气。

优选的是，所述空气弹簧内设置有气压传感器，以检测所述空气弹簧内的气压。

优选的是，所述动力输入机构包括：

输入轴；

右横梁，其与所述输入轴固定连接，所述输入轴左右移动能够带动所述右横梁左右移动；

导向杆，其一端与所述右横梁通过固定连接，另一端穿过所述曲囊框与所述中横梁固定连接；

导向座，其设置于所述曲囊框上并与所述导向杆配合，使导向杆只能左右水平移动。

优选的是，所述曲囊框设置成圆柱形。

优选的是，所述曲囊设置有4节。

优选的是，所述进气阀和排气阀均为两位两通阀。

优选的是，所述第一空气弹簧和第二空气弹簧内的压力p满足：

$p=\frac{3E}{SL},$

其中，E为双耦合空气弹簧缓冲的能量，S为第一空气弹簧和第二空气弹簧的横截面积，L为第一空气弹簧和第二空气弹簧可被压缩行程。

本实用新型的有益效果是：本实用新型通过将两个可充气的空气弹簧串联，并通过气压传感器对空气弹簧内部气压的监测，控制一对两位两通进气阀和两位两通排气阀的开启和关闭，调节左空气弹簧和右空气弹簧内部气体压力，从而实现左、右空气弹簧刚度的调整；该装置结构紧凑、使用方便，当外部环境和动力激振源变化，无需更换弹簧即可实现双耦合机构弹簧刚度的调节，扩大了双耦合弹簧机构的使用范围，提高了适应性。

附图说明

图1为本实用新型所述的双耦合空气弹簧刚度调节装置总体结构示意图。

图2为本实用新型所述的第一空气弹簧结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

如图1所示，本实用新型提供了一种双耦合空气弹簧刚度调节装置，包括：曲囊框110、第一空气弹簧120、第二空气弹簧130、中横梁140、充放气机构以及动力输入机构。

曲囊框110设置成中空状，作为一种优选的，所述曲囊框110呈圆柱形。在曲囊框110内放置第一空气弹簧120和第二空气弹簧130，其中第一空气弹簧120和第二空气弹簧130在曲囊框110内左右横向布置，串联在一起。

如图2所示，所述第一空气弹簧120包括曲囊121、腰环122、端封板123以及连接法兰124。所述曲囊121内层用气密性的橡胶制成，而外层则用耐油橡胶制成。所述曲囊121至少设置有两节，在相邻两节曲囊121之围有钢制的腰环122，使中间部分不致有径向扩张，并防止两节曲囊121之间相互摩擦。端封板123设置在所述曲囊121的两端，并通过连接法兰124将曲囊121和端封板123连接在一起，从而使曲囊保持密封。作为一种优选的，所述曲囊设置有4节。在曲囊121内存储有空气，并且每个曲囊121之间的连通的，曲囊121内空气的压力高于大气压力，当曲囊121两侧的端封板123受力后会压缩曲囊121内的空气，从而产生弹性力，实现弹簧的功能。在曲囊121上设置有气门嘴125，在充放气机构的作用下，通过气门嘴125能够实现为曲囊121充气或排气。当为曲囊121充气后，使曲囊121内的气压增大，压缩曲囊121内的空气就需要更大的力，即实现了增大第一空气弹簧120的刚度。当为曲囊121排气后，使曲囊121内的气压降低，相应的压缩曲囊121内的空气就更容易，即实现了减小第一空气弹簧120的刚度。综上所述，使用充放气机构来调节曲囊121的气压，能够实现第一空气弹簧120刚度的改变。第二空气弹簧130与第一空气弹簧120结构相同，同样在充放气机构的作用下能够改变第二空气弹簧130的刚度。第一空气弹簧120的安装与第二空气弹簧130成垂直90度，即两弹簧端封板123相互垂直。

在第一空气弹簧120和第二空气弹簧130之间设置有中横梁140，并且第一空气弹簧120右侧的端封板123和第二空气弹簧130左侧的端封板分别通过螺栓固定到横梁140上，第一空气弹簧120左侧的端封板123与所述曲囊框110左侧板通过螺栓固定连接，第二空气弹簧130右侧的端封板123与所述曲囊框110右侧板通过螺栓固定连接。通过这种连接将第一空气弹簧120和第二空气弹簧130固定到曲囊框110内。

动力输入机构设置在曲囊框110外，并且穿过曲囊框与中横梁140固定连接，动力输入机构作为动力的输入端，在使用双耦合空气弹簧时，力作用在动力输入机构上，从而带动中横梁140左右移动，将第一空气弹簧120和第二空气弹簧130拉伸或压缩。

在另一实施例中，所述动力输入机构包括输入轴151、右横梁152、导向杆153以及导向座154。其中输入轴151与右横梁152通过螺纹连接固定到一起，导向杆153的一端通过螺栓与右横梁152固定，另一端穿过曲囊框110的右侧板进入到曲囊框110内，并且与中横梁140通过螺栓固定连接。作为一种优选的，所述导向杆153设置有两个，呈对称布置。在曲囊框110的右侧板上设置有导向座154，导向杆153从导向座154中间穿过，与导向座154配合，导向座154用于限制导向杆153的运动方向，使其只能水平的左右移动。在曲囊框110的右侧还设置有输出轴155，其与曲囊框110的右侧板采用螺纹固定连接。

当输入轴151向左运动时，右横梁152推动导向杆153和中横梁140左移，中横梁140带动第一空气弹簧120右侧的端封板123和第二空气弹簧130左侧的端封板123向左移动，第一空气弹簧120被压缩，第二空气弹簧130被拉伸，并且一空气弹簧120被压缩的行程与第二空气弹簧130被拉伸的行程相等，第一空气弹簧120推动曲嚢框110向左移动。相反的，当输入轴151向右运动时，右横梁152拉动导向杆153和中横梁140右移，中横梁140带动第一空气弹簧120右侧的端封板123和第二空气弹簧130左侧的端封板123向右移动，第一空气弹簧120被拉伸，第二空气弹簧130被压缩，并且一空气弹簧120被拉伸的行程与第二空气弹簧130被压缩的行程相等，第二空气弹簧130推动曲嚢框110向右移动。

在另一实施例中，所述充放气机构包括气泵161、进气阀162以及排气阀163。气泵161能够将空气进行压缩，气泵161通过进气阀162与气门嘴125连接，空气弹簧需要充气时进气阀162打开，气泵161将压缩空气充入到空气弹簧中，从而增大空气弹簧的刚度。排气阀163一端连接气门嘴125另一端连接大气，当需要排气时，排气阀163打开将空气弹簧中的空气排出到大气中，从而减小空气弹簧的刚度。作为一种优选的，所述进气阀162和排气阀163均为两位两通阀门。

在另一实施例中，所述气门嘴125上连接有气压传感器164，用于检测空气弹簧内空气的压力，从而实现精确缺空气弹簧的压力。

在双耦合弹簧装配时，根据当前动力激振源，对第一空气弹簧120和第二空气弹簧130施加一定的预调整气压，即在输入轴151未施加载荷时，第一空气弹簧120和第二空气弹簧130装配初始状态下，第一空气弹簧120和第二空气弹簧130内的气压相等，并且可以根据气压传感器164测量得到的数值精确计算出第一空气弹簧120和第二空气弹簧130的刚度。外界工作气温的变化和激振加载时间的增加使第一空气弹簧120和第二空气弹簧130内的气压改变，气压传感器15将监测的压力数据反馈给控制系统，控制系统自动调节第一空气弹簧120和第二空气弹簧130的进气阀和排气阀的开启和关闭，直至第一空气弹簧120和第二空气弹簧130内部气压达到预调整气压，整个激振加载过程中都维持左、右空气弹簧内部气压的不变。

当动力激振源改变时，通过控制第一空气弹簧120和第二空气弹簧130的一进气阀和排气阀的开启和关闭，来调节预调整气压，从而达到了双耦合空气弹簧刚度调节的功能。

初始状态，将第一空气弹簧和第二空气弹簧内的压力p调整至以使双耦合空气弹达到最佳的工作状态，其中，E为双耦合空气弹簧缓冲的能量，S为第一空气弹簧和第二空气弹簧的横截面积，L为第一空气弹簧和第二空气弹簧可被压缩行程。

尽管本实用新型的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本实用新型的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本实用新型并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (9)

1.一种双耦合空气弹簧刚度调节装置，其特征在于，包括：

曲囊框，其设置成中空状；

第一空气弹簧和第二空气弹簧，其左右串联布置在所述曲囊框内，所述第一空气弹簧的左端和第二空气弹簧的右端分别与所述曲囊框固定连接；所述第一空气弹簧和第二空气弹簧上均设置有气门嘴，以实现充气或排气从而改变所述第一空气弹簧和第二空气弹簧的刚度；

充放气机构，其与所述气门嘴连接，为所述第一空气弹簧和第二空气弹簧充气或排气；

中横梁，其设置在所述第一空气弹簧和第二空气弹簧之间，并且所述中横梁与所述第一空气弹簧的左端和第二空气弹簧的右端固定连接；

动力输入机构，其从所述曲囊框外穿过曲囊框与所述中横梁固定连接，带动所述中横梁左右移动，从而压缩或拉伸所述第一空气弹簧和第二空气弹簧。

2.根据权利要求1所述的双耦合空气弹簧刚度调节装置，其特征在于，所述第一空气弹簧和第二空气弹簧还包括：

曲囊，所述曲囊至少有两节，所述气门嘴设置在所述曲囊上；

腰环，其设置在所述曲囊两节之间，使两节之间不致径向扩张；

端封板，其设置在所述曲囊两端，将所述曲囊密封；

连接法兰，其与将所述曲囊和端封板连接在一起；

其中，所述第一空气弹簧左侧的端封板与所述曲囊框左侧板通过螺栓固定连接，所述第一空气弹簧右侧的端封板与中横梁的左侧通过螺栓固定连接；所述第二空气弹簧右侧的端封板与所述曲囊框右侧板通过螺栓固定连接，所述第二空气弹簧左侧的端封板与中横梁的右侧通过螺栓固定连接。

3.根据权利要求1或2所述的双耦合空气弹簧刚度调节装置，其特征在于，所述充放气机构包括

气泵；

进气阀，其分别与所述气泵和气门嘴连接，通过切换所述进气阀的工作状态实现为所述空气弹簧充气；

排气阀，其与所述气门嘴连接，通过切换所述排气阀的工作状态实现为所述空气弹簧排气。

4.根据权利要求3所述的双耦合空气弹簧刚度调节装置，其特征在于，所述空气弹簧内设置有气压传感器，以检测所述空气弹簧内的气压。

5.根据权利要求1所述的双耦合空气弹簧刚度调节装置，其特征在于，所述动力输入机构包括：

输入轴；

右横梁，其与所述输入轴固定连接，所述输入轴左右移动能够带动所述右横梁左右移动；

导向杆，其一端与所述右横梁通过固定连接，另一端穿过所述曲囊框与所述中横梁固定连接；

导向座，其设置于所述曲囊框上并与所述导向杆配合，使导向杆只能左右水平移动。

6.根据权利要求1所述的双耦合空气弹簧刚度调节装置，其特征在于，所述曲囊框设置成圆柱形。

7.根据权利要求2所述的双耦合空气弹簧刚度调节装置，其特征在于，所述曲囊设置有4节。

8.根据权利要求3所述的双耦合空气弹簧刚度调节装置，其特征在于，所述进气阀和排气阀均为两位两通阀。

9.根据权利要求1、2、4-8中任一项所述的双耦合空气弹簧刚度调节装置，其特征在于，所述第一空气弹簧和第二空气弹簧内的压力p满足：

$p=\frac{3E}{SL},$

其中，E为双耦合空气弹簧缓冲的能量，S为第一空气弹簧和第二空气弹簧的横截面积，L为第一空气弹簧和第二空气弹簧可被压缩行程。