用于弹簧制动气室的模块化呼吸阀及一种弹簧制动气室
阅读说明：本技术 用于弹簧制动气室的模块化呼吸阀及一种弹簧制动气室 (Modular breather valve for spring brake chamber and spring brake chamber ) 是由 屠志良 李大刚 彭孟男 于 2021-08-23 设计创作，主要内容包括：本发明公开了用于弹簧制动气室的模块化呼吸阀及一种弹簧制动气室,其中呼吸阀包括端盖主体、阀芯、导套以及平衡弹簧,端盖主体固定设置于活塞推杆的顶部,导套固定设置于端盖主体内,阀芯活动设置于导套内；导套底部设有中心呼吸孔,阀芯靠近密封平面的一端设有密封唇口；活塞推杆的侧壁开设有推杆侧壁孔；阀芯的外侧壁与导套的内侧壁间隙配合,配合间隙面积分别与中心呼吸孔的通气截面积和推杆侧壁孔的通气截面积相当。本发明设计结构简单,内呼吸阀结构所需内部体积有明显缩减,有利于活塞式弹簧制动气室驻车腔的轻量化设计,且本发明中阀门密封不需要长期暴露在行车腔工作气压下,内呼吸阀的密封可靠性更稳定优秀。(The invention discloses a modularized breather valve for a spring brake air chamber and the spring brake air chamber, wherein the breather valve comprises an end cover main body, a valve core, a guide sleeve and a balance spring, the end cover main body is fixedly arranged at the top of a piston push rod, the guide sleeve is fixedly arranged in the end cover main body, and the valve core is movably arranged in the guide sleeve; the bottom of the guide sleeve is provided with a central breathing hole, and one end of the valve core close to the sealing plane is provided with a sealing lip; a push rod side wall hole is formed in the side wall of the piston push rod; the outer side wall of the valve core is in clearance fit with the inner side wall of the guide sleeve, and the area of the fit clearance is respectively equal to the ventilation sectional area of the central breathing hole and the ventilation sectional area of the side wall hole of the push rod. The design structure of the invention is simple, the internal volume required by the internal breather valve structure is obviously reduced, the lightweight design of the piston type spring brake air chamber parking cavity is facilitated, the valve seal in the invention does not need to be exposed under the working air pressure of the driving cavity for a long time, and the sealing reliability of the internal breather valve is more stable and excellent.)
技术领域
本发明涉及车辆制动控制系统技术领域，具体涉及用于弹簧制动气室的模块化呼吸阀及一种弹簧制动气室。
背景技术
在大型商用车辆制动系统中，弹簧制动气室作为制动驱动装置。其中活塞式弹簧制动气室以其更高的制动输出力上限和相对更可靠的驻车制动结构，被广泛运用于国内外市场上各类商用车底盘制动系统中。但是活塞式驻车腔制动结构存在呼吸问题，即当活塞运动时，活塞的非工作腔室内的空气，会因短时间内体积的变化，需要从外界吸入或向外界排出，否则会在活塞的非工作侧形成显著的背压/负压，阻碍活塞运动；甚至会破坏驻车腔对外的气密/水密性，将底盘环境中各种粉尘、污水吸入，从而长期使用时会影响活塞的密封性和运动灵活性。目前对活塞式驻车腔呼吸问题的处理方法主要有两个：1)通过一根软管将驻车腔活塞非工作侧与行车腔皮膜的非工作侧连通，从气室外部实现活塞的运动呼吸；2)在气室内部活塞推杆上加装呼吸阀让活塞非工作腔内的空气通过行车腔皮膜充气管路吸入/排出。其中市面现有活塞推杆内呼吸阀以双阀门平面密封结构为主。
然而现有的外呼吸结构容易因外接软管的脱落导致驻车腔的气密/水密性失效，活塞密封和运动环境会受污染而逐渐失效。而现有双阀门结构的活塞推杆内呼吸阀，因为设计初始位置位于气室行车腔和驻车腔工作腔室之间，对阀门平面密封的要求很高，如果行车腔工作气路不够清洁，可能会有杂质吸入内呼吸阀阀门密封平面部位，导致内呼吸阀密封失效。而依内呼吸阀泄漏的严重程度，可能导致行车制动力不足甚至到行车过程中车轮抱死的故障风险。另外双阀门结构的内呼吸阀因为结构复杂，所占用空间较大，不利于结构模块化，也不利于一些轻量化设计如内吊杆形式对驻车腔深度体积的缩减。本发明主要就是针对市面现有的活塞推杆内呼吸阀结构上的缺陷，解决以上提到的两个问题：1)腔室间的密封稳定性，2)内呼吸阀结构的紧凑性和易模块化。从而让内呼吸结构的活塞式弹簧制动气室能够适应更高的市场需求。
发明内容
本发明的目的在于，提供用于弹簧制动气室的模块化呼吸阀及一种弹簧制动气室，针对现有的弹簧制动气室中活塞推杆内呼吸阀结构上的缺陷，解决以上提到的两个问题：1)腔室间的密封稳定性，2)内呼吸阀结构的紧凑性和易模块化。
为达成上述目的，本发明提供如下技术方案：用于弹簧制动气室的模块化呼吸阀，所述弹簧制动气室包括活塞推杆，所述活塞推杆内设有通气通道，所述呼吸阀包括端盖主体、阀芯、导套以及平衡弹簧，所述端盖主体固定设置于活塞推杆的顶部，所述导套固定设置于端盖主体内，所述阀芯活动设置于导套内，所述平衡弹簧设置于阀芯与导套之间；
所述导套底部的密封平面设有中心呼吸孔，所述中心呼吸孔与活塞推杆的通气通道连通；所述阀芯靠近密封平面的一端设有与中心呼吸孔对应的密封唇口；
所述活塞推杆的侧壁开设有推杆侧壁孔，所述推杆侧壁孔与导套的内腔连通；所述阀芯的外侧壁与导套的内侧壁间隙配合，配合间隙面积分别与中心呼吸孔的通气截面积和推杆侧壁孔的通气截面积相当。
作为优选，所述导套的相对上部外侧壁和导套的顶端分别与端盖主体的内侧壁和内顶壁间隙配合，配合间隙面积与推杆侧壁孔的通气截面积相当。
作为优选，所述阀芯的背侧和/或端盖主体的内顶壁设有凸块，使得阀芯的背侧与端盖主体的内顶壁相互间隔。
作为优选，所述阀芯上位于密封唇口的中间向内开设有弹簧槽，所述中心呼吸孔的相对上部设有截面积大于中心呼吸孔的台阶孔，所述平衡弹簧的两端分别抵在弹簧槽内和台阶孔的台阶上。
作为优选，所述端盖主体与活塞推杆的顶部过盈配合。
作为优选，所述端盖主体与活塞推杆之间于推杆侧壁孔的上下两侧分别设有密封圈；所述导套的相对下部外侧面与端盖主体的内侧面之间设有密封圈。
作为优选，所述端盖主体与活塞推杆为一体式成型。
作为优选，所述导套通过限位件固定设置于端盖主体内。
一种弹簧制动气室，包括上述的用于弹簧制动气室的模块化呼吸阀，还包括驻车室、行车室以及位于驻车室和行车室之间的气室中体，所述驻车室内设有活塞，所述活塞将驻车室分为驻车腔和驻车非工作腔；所述行车室内设有膜片，所述膜片将行车室分为行车腔和行车非工作腔；
所述活塞与活塞推杆连接，所述活塞推杆的通气通道与驻车非工作腔连通；所述活塞未顶出时，所述呼吸阀位于气室中体的隔离区，所述推杆侧壁孔被封堵；所述活塞顶出时，所述推杆侧壁孔能够被顶出气室中体的隔离区从而与行车腔连通。
作为优选，所述平衡弹簧的输出力值能够平衡活塞快速顶出、驻车非工作腔体积改变需要吸气时，阀芯所承受的背压。
本发明与现有技术相对比，其有益效果在于：与现有的双阀门平面密封的活塞式弹簧制动气室内呼吸阀相比，本发明设计结构更简单，内呼吸阀结构所需内部体积有明显缩减，有利于活塞式弹簧制动气室驻车腔的轻量化设计。本发明中阀门密封不需要长期暴露在行车腔工作气压下，内呼吸阀的密封可靠性更稳定优秀。并且阀芯-导套-平衡弹簧整体式配合的设计，可以轻易模块化，即便该结构不用于独立的内呼吸阀顶盖上，而是装在一体式活塞顶杆内部，也可以很容易实现。
附图说明
图1是本发明中呼吸阀打开状态的结构示意图。
图2是本发明中呼吸阀关闭状态的结构示意图。
图3是本发明中弹簧制动气室行车状态的结构示意图。
图4是本发明中弹簧制动气室行车制动状态的结构示意图。
图5是本发明中弹簧制动气室驻车制动状态的结构示意图。
图6是本发明中呼吸阀行车制动状态的工作示意图。
图7是本发明中呼吸阀切入起步/驻车状态的工作示意图。
图8是本发明中呼吸阀坡道起步/驻车状态的工作示意图。
图中：100、呼吸阀；1、活塞推杆；2、端盖主体；3、导套；4、阀芯；5、平衡弹簧；6、限位件；7、密封平面；8、中心呼吸孔；9、通气通道；10、密封唇口；11、推杆侧壁孔；12、凸块；13、密封圈；14、驻车室；15、行车室；16、气室中体；17、活塞；18、驻车腔；19、驻车非工作腔；20、膜片；21、行车腔；22、行车非工作腔。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面通过实施例并结合附图，对本发明作进一步具体的说明。
实施例1
用于弹簧制动气室的模块化呼吸阀，如图1-2所示，包括端盖主体2、导套3、阀芯4以及平衡弹簧5，其余辅助零部件包括静密封用的多个密封圈13以及限位卡紧用的限位件6。
其中端盖主体2为蘑菇头形中空端盖，小头端开口，并与活塞推杆1的开口端部卡接或过盈配合，大头端作为活塞推杆1的推顶端帽；活塞推杆1用来在气室驻车或紧急制动状态下通过驻车弹簧做功推动活塞将制动力传导至推盘组件最终作用在制动器上实现制动。
导套3通过限位件6固定设置于端盖主体2内，整体为中空杯状圆柱形结构件，顶端开口，底部内侧为密封平面7，密封平面7的中间设有中心呼吸孔8，中心呼吸孔8与活塞推杆1内的通气通道9连通。本实施例中限位件6可以采用孔用挡圈、外齿挡圈或者卡爪结构，将导套3限位卡紧在端盖主体2内。
阀芯4为双通阀外形结构，外壁为规则圆柱形，活动设置于导套3的圆柱形内腔内；阀芯4的底端设有橡胶的密封唇口10，密封唇口10与中心呼吸孔8对应，当阀芯4上下移动时，能够打开或封堵中心呼吸孔8。
平衡弹簧5为安装于导套3底部中心承穴部位的冷卷圈小压缩弹簧，其输出力作用于阀芯4，具体地，阀芯4上位于密封唇口10的中间向内开设有弹簧槽，中心呼吸孔8的相对上部设有截面积大于中心呼吸孔8的台阶孔，平衡弹簧5的两端分别抵在弹簧槽内和台阶孔的台阶上。
上述结构中，活塞推杆1的侧壁开设有推杆侧壁孔11，端盖主体2的侧壁也开设有与推杆侧壁孔11连通的侧孔，导套3的相对上部外侧壁和导套3的顶端分别与端盖主体2的内侧壁和内顶壁间隙配合，推杆侧壁孔11通过端盖主体2的侧孔以及导套3与端盖主体2的间隙与导套3的内腔连通；阀芯4的外侧壁与导套3的内侧壁为经过计算的间隙配合，从而当阀芯4打开时，推杆侧壁孔11与中心呼吸孔8能够连通，进而与活塞推杆1内的通气通道9连通，实现呼吸阀在特定情况下的呼吸功能。
本实施例中，中心呼吸孔8的通气截面积、阀芯4与导套3的配合间隙面积、导套3的相对上部外侧壁和顶端与端盖主体2的内侧壁和内顶壁的配合间隙面积、端盖主体2的侧孔通气截面积、推杆侧壁孔11的通气截面积均相等，保证呼吸阀的呼吸流量相对稳定。导套3的圆柱形内壁和密封平面7也可以保证阀芯4的往复运动顺畅程度以及密封唇口10密封时与密封平面7的垂直度。
本实施例中，阀芯的4背侧和端盖主体2的内顶壁分别设有相互错位的凸块12，使得阀芯4上移时其背侧与端盖主体2的内顶壁能够保持间隔，从而当推杆侧壁孔11位于弹簧制动气室的行车腔时，制动器制动时的工作气压能够很容易地在阀芯4的背侧形成背压，进而将阀芯4压紧，使阀芯4的密封唇口10封堵中心呼吸孔8，保证制动气压无泄漏，保证行车制动(脚刹)的制动有效。
本实施例中，为了实现呼吸阀结构件的密封，端盖主体2与活塞推杆1之间于推杆侧壁孔11的上下两侧分别设有密封圈13，导套3的相对下部外侧面与端盖主体2的内侧面之间设有密封圈13；密封圈13可以采用O型圈、Y型圈或矩形圈等橡胶静密封圈。
实施例2
用于弹簧制动气室的模块化呼吸阀，本实施例与实施例1的区别在于，本实施例中端盖主体2与活塞推杆1为一体式成型，阀芯-导套-平衡弹簧整体式配合的设计，可以形成模块化设计，安装于活塞推杆1的内部，端盖主体2与活塞推杆1之间的密封性能更加优异。
实施例3
一种弹簧制动气室，如图3-5所示，包括实施例1或实施例2所述的呼吸阀100。该弹簧制动气室还包括驻车室14、行车室15以及位于驻车室14和行车室15之间的气室中体16，驻车室14内设有活塞17，活塞17将驻车室14分为驻车腔18和驻车非工作腔19；行车室15内设有膜片20，膜片20将行车室15分为行车腔21和行车非工作腔22。
上述结构中，活塞17与活塞推杆1连接，活塞推杆1的通气通道9与驻车非工作腔19连通，从而在阀芯4打开中心呼吸口8的情况下，推杆侧壁孔11与驻车非工作腔19为连通状态。
活塞17未顶出时，呼吸阀100位于气室中体16的隔离区，推杆侧壁孔11位于气室中体16隔离区的两档橡胶密封线之间，推杆侧壁孔11被封堵；活塞17顶出时，推杆侧壁孔11能够被顶出气室中体16的隔离区从而与行车腔21连通。
本实施例中，平衡弹簧5的输出力值恰好可以平衡驻车或紧急制动时活塞快速顶出、驻车非工作腔19体积改变需要吸气时，阀芯4所承受的背压，使得在该状态下，平衡弹簧5的输出力值能够使中心呼吸孔8处于打开状态。当坡道起步/驻车时，行车腔21的工作气压远大于平衡弹簧5的输出力，从而能够克服平衡弹簧5的输出力值驱动阀芯4移动。
本实施例在具体实施时，其工作原理如下：
车辆处于行车状态或行车制动状态时，参照图6，活塞推杆1顶端的呼吸阀100位于气室中体16中心部位的密封隔离区，推杆侧壁孔11位于行车腔21与驻车腔18中间隔离的两档橡胶密封线之间，驻车腔18的工作气压和行车腔21的工作气压均不会从呼吸阀100向驻车非工作腔19泄漏。
当车辆拉起驻车手刹进入驻车制动，或者车辆处于驻车状态防松手刹接触驻车制动时，参照图7，驻车室14内的活塞17运动，此时呼吸阀100位于行车腔21内，推杆侧壁孔11与行车腔21以及行车腔气路管口连通，能够通过制动系统的行车腔气路吸入或排出驻车非工作腔19体积变化所需空气，实现驻车非工作腔19通过呼吸阀100的自由呼吸。
当车辆处于坡道起步/驻车状态时，参照图8，行车腔21工作充气，驻车腔18排气，活塞17被驻车弹簧推动，活塞推杆1被顶出气室中体16隔离区，推杆侧壁孔11位于行车腔21内，呼吸阀100在吸入少量行车腔21内的工作气压的空气后，呼吸阀100内的阀芯4在工作气压的背压作用下下移，密封唇口10封堵中心呼吸孔8，行车腔21的工作气压将不会从呼吸阀100泄漏，同时活塞17运动也不受影响，气室可以快速完成驻车制动。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
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