阅读说明：本技术 蓄能器竖置平衡油气悬挂 (Accumulator vertical balance hydro-pneumatic suspension ) 是由 陈轶杰 韩小玲 郑冠慧 张亚峰 张旭 赵宁 徐梦岩 万义强 于 2020-02-25 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种蓄能器竖置平衡油气悬挂,属于液压机械技术领域。悬挂包括前油气弹簧、前平衡管路、后油气弹簧、后平衡管路、蓄能器和管路接头；前油气弹簧的主油腔油口与前平衡管路的一端连接,前平衡管路的另一端通过管路接头与蓄能器的第一进油口连接；后油气弹簧的主油腔油口与后平衡管路的一端连接,后平衡管路的另一端也通过管路接头与蓄能器的第二进油口连接,形成平衡悬挂。通过前后轮油气弹簧油室连通并外置蓄能器的方式实现单轮冲击载荷的大幅下降,以及轮胎接地能力的显著提升,在矿山机械等领域有着广阔的使用前景。(The invention discloses an energy accumulator vertical balance hydro-pneumatic suspension, and belongs to the technical field of hydraulic machinery. The suspension comprises a front hydro-pneumatic spring, a front balance pipeline, a rear hydro-pneumatic spring, a rear balance pipeline, an energy accumulator and a pipeline joint; the oil port of the main oil cavity of the front hydro-pneumatic spring is connected with one end of a front balance pipeline, and the other end of the front balance pipeline is connected with a first oil inlet of the energy accumulator through a pipeline joint; the oil port of the main oil cavity of the rear hydro-pneumatic spring is connected with one end of a rear balance pipeline, and the other end of the rear balance pipeline is also connected with a second oil inlet of the energy accumulator through a pipeline joint to form a balance suspension. The single-wheel impact load is greatly reduced by communicating the oil chambers of the hydro-pneumatic springs of the front wheel and the rear wheel and externally arranging the energy accumulator, the grounding capacity of the tire is remarkably improved, and the single-wheel impact load-reducing device has a wide application prospect in the fields of mining machinery and the like.)

蓄能器竖置平衡油气悬挂

技术领域

本发明涉及一种蓄能器竖置平衡油气悬挂，属于液压机械技术领域。

背景技术

油气悬挂主要由油气弹簧组成，集弹性和阻尼元件于一身，同时缸体具有一定的导向作用，所需车体布置空间较小，以其优越的非线性弹性特性和良好的减振性能，能够最大限度地满足工程车辆的平顺性要求。从其整体结构看，目前工程车辆上应用的油气悬挂系统主要有独立式和互连式两种类型；从油气弹簧的形式看，则分为单气室油气分离式、双气室油气分离式、多级压力式和油气混合式等。与其他悬挂系统相比，油气悬挂具有典型的非线性变刚度、渐增性的特点，当车辆在平坦路面行驶时，悬挂动行程较小，弹性介质承受瞬时压力所产生的刚度也就小，能够满足平顺性的要求；当车辆在起伏地行驶时，弹性力呈非线性变化且刚度增加，可以吸收较多的冲击能量，发挥出气体单位质量储能比大的特点，有效地起到了缓冲作用，避免了地面激励直接传递到车身以及“悬挂击穿”现象的出现，从而提高车辆的越野速度，改善机动性。

目前国内大部分矿用车辆采用的是6X4的驱动方式，后面两个车桥相对距离较近，主要用于承载货物重量，现有技术大多采用钢板弹簧的结构，通过结构件来实现平衡悬挂的功能，即两个车桥的承载力相互补偿，有效抑制单桥的极限冲击载荷，避免车桥损坏的现象，但机械式平衡悬挂结构复杂，本体结构很重，且实践证明，钢板弹簧在长期经受重载作用时平均使用寿命仅有3个月的时间，使维修保养成本大幅增加，也成为矿用车辆的主要问题和技术短板。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种蓄能器竖置平衡油气悬挂，通过前后轮油气弹簧油室连通并外置蓄能器的方式实现单轮冲击载荷的大幅下降，以及轮胎接地能力的显著提升，在矿山机械等领域有着广阔的使用前景。

一种蓄能器竖置平衡油气悬挂，包括前油气弹簧、前平衡管路、后油气弹簧、后平衡管路、蓄能器和管路接头；所述前油气弹簧的主油腔油口与前平衡管路的一端连接，前平衡管路的另一端通过管路接头与蓄能器的第一进油口连接；后油气弹簧的主油腔油口与后平衡管路的一端连接，后平衡管路的另一端也通过管路接头与蓄能器的第二进油口连接，形成平衡悬挂。

进一步地，所述蓄能器为活塞式蓄能器，进行竖直布置。

进一步地，所述前平衡管路和后平衡管路的管路内径不小于20mm。

进一步地，所述前油气弹簧和后油气弹簧包括缸筒、注油孔、放油用的螺堵、充气阀、上铰链、连通油口、上限位、过油槽、下铰链，前油气弹簧和后油气弹簧的缸筒上端布置有连通油口，下铰链上的注油孔、放油用的螺堵，与上铰链上的注油孔和充气阀布置在同一个方向，朝向车外侧，并与前油气弹簧和后油气弹簧上的连通油口的轴线方向垂直；前油气弹簧和后油气弹簧的连通油口相向布置，其中前油气弹簧的连通油口朝车后方向，后油气弹簧的连通油口朝车前方向。

进一步地，所述上铰链朝向油气弹簧无杆油腔一端加工有环形结构的上限位，上限位的外圆直径小于缸筒的内孔。

进一步地，在所述上限位的侧壁上加工有周向布置的过油槽，且过油槽与连通油口正对。

有益效果：

1、本发明提出了一种平衡油气悬挂结构，将两个车桥同一侧的油气弹簧主油腔分别通过管路与蓄能器上加工的两个油口连通，其工作特点是油气弹簧中的全部油液要先进入蓄能器，多余的部分再进入另一根油气弹簧的腔室进行补偿，即先缓冲再补偿，在实现有效抑制管路内部水击波振荡的基础上再进行前后油气弹簧油室容积的互相补偿，该结构适合用于高机动越野车辆，通过实车测试与传统的独立悬挂相比可成倍降低单轮悬挂所受到的瞬态冲击幅值，大幅提高了车桥的可靠性。

2、本发明提出前后平衡管路的内径不小于20mm，可有效抑制管路的沿程阻力损失，通过测试前后桥油气弹簧油液的补偿时差小于0.05s，能够充分体现平衡悬挂的优越性。

3、本发明创造性提出在油气弹簧上铰链处设置了上限位，避免了悬挂活塞压缩到极限位置时与平衡悬挂连通油口干涉导致油液补偿不畅的情况。

4、本发明采用了活塞式蓄能器竖置的方案，相比于传统的囊式或隔膜式蓄能器(压缩比1：8)，没有压缩比的限制，能吸收更多的冲击能量，并防止出现蓄能器击穿损坏的情况；另外蓄能器竖置时便于实现与前后油气弹簧的分别连通，实现最优化的管路布置。

5、本发明采用了活塞式蓄能器竖置的方案，平衡油气悬挂在安装到车上后，下铰链上的注油孔、放油用的螺堵，与上铰链上的注油孔和充气阀布置在同一个方向，并朝向车外侧，便于对油气弹簧进行维护保养；另外将前油气弹簧和后油气弹簧的连通油口相向布置，其中前油气弹簧的连通油口朝车后方向，后油气弹簧的连通油口朝车前方向，能够最大限度地缩短前平衡管路和后平衡管路的长度，减小沿程损失对平衡悬挂性能的影响。

附图说明

图1为蓄能器横置平衡油气悬挂结构示意图；

图2为蓄能器竖置平衡油气悬挂结构示意图；

图3为油气悬挂主剖视图；

图4为油气悬挂左视图；

图5为油气悬挂外形图；

图6为导向套主剖视图；

图7为导向套左视图；

图8为主活塞主剖视图；

图9为主活塞左视图；

图10为上铰链主剖视图；

图11为上铰链仰视图。

图中：21.前油气弹簧，22.后油气弹簧，23.后平衡管路，24.前平衡管路，25.三通接头，26.蓄能器，27.管路接头，1.缸筒，2.活塞杆，3.导向套，4.钢球，5.主活塞，6.下铰链，7.注油孔，8.螺堵，9.活塞螺栓，10.活塞杆内孔，11.放油通道，12.充气阀帽，13.充气阀，14.上铰链，15.节流小孔，16.节流大孔，17.导向套螺栓，18.连通油口，19.大外圆，20.小外圆，31.导向螺纹通孔，32.第一导向带，33.静密封，34.保护圈，35.防尘圈，36.第一油封，37.第二油封，38.第二导向带，39.导向小外圆，40.导向环形腔，51.活塞内孔，52.环形端面，53.活塞螺纹通孔，54.活塞环形凸台，81.充油通道，82.过油槽，84.上铰链外圆，85.上限位。

具体实施方式

下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。

本发明设计了一种平衡油气悬挂结构，在矿山机械及多轴重型运载车领域拥有广泛的应用前景。如图1和5所示，为蓄能器横置平衡油气悬挂结构示意，前油气弹簧21主油腔的连通油口18与前平衡管路24的一端连接，后油气弹簧22主油腔的连通油口18与后平衡管路23的一端连接，进一步，前平衡管路24的另一端和后平衡管路23的另一端通过三通接头25与蓄能器26的进油口连接，进而形成平衡悬挂，其内部的高压油可以在前油气弹簧21、后油气弹簧22和蓄能器26之间往复流动，蓄能器26为活塞式蓄能器，为方便安装进行水平布置。

如图2和图5所示，为蓄能器竖置平衡油气悬挂结构示意，前油气弹簧21主油腔的连通油口18与前平衡管路24的一端连接，前平衡管路24的另一端通过管路接头27与蓄能器26的第一进油口连接，后油气弹簧22主油腔的连通油口18与后平衡管路23的一端连接，后平衡管路23的另一端也通过管路接头27与蓄能器26的第二进油口连接，进而形成平衡悬挂，其内部的高压油可以在前油气弹簧21、后油气弹簧22和蓄能器26之间往复流动，蓄能器26为活塞式蓄能器，为方便安装进行竖直布置。

如图1、2、3、5所示，平衡油气悬挂在安装到车上后，下铰链6上的注油孔7、放油用的螺堵8，与上铰链14上的注油孔7和充气阀13布置在同一个方向，通常朝向车外侧，便于对油气弹簧进行维护保养，并与油气弹簧上连通油口18的轴线方向垂直；通常前油气弹簧21和后油气弹簧22的连通油口18相向布置，其中前油气弹簧21的连通油口18朝车后方向，后油气弹簧22的连通油口18朝车前方向。

平衡油气悬挂的工作原理如下，当前油气弹簧21受压缩时，其内部压力出现升高的趋势，前油气弹簧21内的部分高压油会通过管路先进入后油气弹簧22内，使得两个油气弹簧内部压力达到平衡，其他多余的油液再进入蓄能器26压缩高压气室，由于前油气弹簧21和后油气弹簧22之间要先进行油液的补偿使压力达到平衡，所以进入蓄能器26中压缩气体的油量与单独的油气弹簧和蓄能器相比就要减少很多，进而大幅降低单轮悬挂受外部冲击时的极限载荷，有效改善悬挂和车桥的使用环境，大幅提升底盘零部件的可靠性。

为了使平衡油气悬挂中油液流动顺畅，相互补偿及时，避免冲击载荷作用下的补偿延迟甚至是沿程损失过大导致空程的问题，前平衡管路24和后平衡管路23的管路内径不能小于20mm。

油气弹簧的结构图如图3-11所示，缸筒1的上端与上铰链14通过焊接或螺纹连接的方式固连到一起，活塞杆2与下铰链6采用焊接或者螺纹连接的方式固连到一起，活塞杆2为中空式结构，加工有活塞杆内孔10；活塞杆2的大外圆19与中空的环形导向套3的内孔配合安装，导向套3与缸筒1的下端面通过周向布置的导向套螺栓17固连到一起；活塞杆2与环形结构主活塞5通过端面周向布置的活塞螺栓9固连到一起，需要说明的是，也可以通过螺纹连接或一体式锻造成型的方法加工而成；活塞杆2的小外圆20与活塞内孔51进行配合安装，活塞内孔51的上端加工有环形端面52，环形端面52的内径与活塞杆内孔10的直径相当，活塞杆2装配进活塞内孔51后，其顶端与环形端面52的侧面充分接触，实现主活塞5的轴向限位；同时在主活塞5的环形端面52上加工有周向的通孔，与环形端面52接触的对应活塞杆2的顶端加工有周向的螺纹孔，装配时对正后通过活塞螺栓9进行固连。主活塞5的外圆布置有导向带。

在活塞杆2的大外圆19和小外圆20的过渡位置，加工有径向的阻尼阀，通常由单向阀和常通孔组成，常通孔由节流小孔15和节流大孔16串联而成，其中节流小孔15靠近活塞杆内孔10，油气弹簧无杆腔与活塞杆内孔10连通，无杆腔的油液顺序通过节流小孔15、节流大孔16进入有杆环形腔，产生阻尼节流的作用。单向阀是在常通孔中加入钢球4，钢球4的直径介于节流小孔15直径和节流大孔16直径之间，并通过主活塞5的活塞内孔51的孔壁进行限位，防止钢球4从常通孔中掉出，活塞内孔51覆盖节流大孔16的面积不超过节流大孔16横截面积的一半。

当油气弹簧活塞杆2压缩时，钢球4被油液顶起，无杆腔油液会同时从常通孔和单向阀中通过进入有杆腔；当油气弹簧活塞杆2处于复原拉伸状态时，钢球4受到油液向下冲击的作用，会堵住节流小孔15，使得油液只能通过常通孔进入无杆腔，进而产生较大的阻尼力值来衰减来自地面的振动。

下铰链6装配有关节轴承，并加工注油孔7用来给关节轴承进行集中润滑。在朝向活塞杆内孔10的下铰链6端面的中心位置加工有放油通道11，将活塞杆内孔10与外界连通，并通过螺堵8密封。当需要放油时将螺堵8打开，由于放油通道11位于油气弹簧的下端，可以方便地将缸筒内油液放净。

如图6-8所示，环形导向套3的内孔中从油气弹簧有杆腔向外顺序装配有第一导向带32、第一油封36、第二油封37、第二导向带38和防尘圈35，采用两道油封串联的结构，导向带对称布置在串联油封的两侧，使导向能力发挥到最佳，导向套3的外圆处安装有静密封33和保护圈34，保护圈布置在密封槽中的低压一侧；导向套3的外圆与缸筒1的内孔配合，使静密封33挤压变形达到对高压油液密封的目的。在导向套3靠近油气弹簧有杆腔的一端加工有导向小外圆39，其外径小于缸筒1的内孔，与缸筒1的内孔之间形成导向环形腔40，与之对应的主活塞5朝向油气弹簧有杆腔的端面加工有活塞环形凸台54，当活塞杆2拉到最长位置时，活塞环形凸台54进入导向环形腔40，并通过挤压油液形成液压缓冲限位，防止出现主活塞5与导向套3的刚性撞击。

另外，如图3、5、10、11所示，油气弹簧的连通油口18布置在缸筒1上，为了避免出现主活塞5压缩到极限位置时与连通油口18干涉甚至堵死的情况，以及导致主活塞5外圆上的导向带损伤，在上铰链14朝向油气弹簧无杆油腔一端加工有环形结构的上限位85，上限位85的外圆直径小于缸筒1的内孔，在上限位85外圆和缸筒1内孔之间形成了过油用的环形间隙，同时在上限位85的侧壁上加工有周向布置的过油槽82，且过油槽82与连通油口18正对，平衡悬挂管路中的油液可同时通过环形间隙和过油槽82与油气弹簧无杆腔连通，既避免了主活塞5在压缩到极限位置时与连通油口18的干涉，也最大限度地保障了油液在连通的油气弹簧和蓄能器之间的相互补偿，确保了平衡悬挂在极限位置工作的稳定性。在上铰链14上安装有充气阀13，并与油气弹簧无杆腔连通，用于充放油气介质，在充气阀13的顶端还布置有充气阀帽12，用于防止充气阀13被磕碰损坏，充气阀帽12通过螺纹与上铰链14连接；上铰链14装配有关节轴承，并加工注油孔7用来给关节轴承进行集中润滑，通常充气阀13和注油孔7布置在上铰链14的同一侧，便于在车上进行操作。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。