高級(jí)大客車空氣懸架及其控制系統(tǒng)的研究 典型的大客車空氣懸架主要是由空氣彈簧組件(包括空氣彈簧,、空氣壓縮機(jī),、儲(chǔ)氣筒等)、高度控制組件(車身高度調(diào)節(jié)閥,、高度傳感器),、導(dǎo)向桿件(推力桿),、橫向穩(wěn)定器、減振器和緩沖限位部件等組成,。大客車對(duì)懸架系統(tǒng)的要求非常高,,而且鋼板彈簧式懸架系統(tǒng)已不能滿足使用要求,發(fā)展方向之一是采用空氣懸架,。其中空氣彈簧是空氣是架的彈性元件和重要組成部分,。空氣彈簧具有較理想的彈性特性,,其振動(dòng)頻率不隨簧載質(zhì)量的變化而變化,,并且有良好的可控制性,可進(jìn)一步提高大客車的舒適性,,因此得到了廣泛的應(yīng)用,。
1 、空氣懸架的特性1.1 空氣懸架的優(yōu)點(diǎn)a )單位質(zhì)量的儲(chǔ)能量高,,它是評(píng)價(jià)彈性元件好壞的一個(gè)重要指標(biāo),。空氣彈簧單位質(zhì)量的儲(chǔ)能量與缸體的工作壓力和氣體在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的密度有關(guān),。在 6.0MPal 作壓力下的氮?dú)?,其質(zhì)量能可達(dá) 3.3*105Nm/g 。而鋼板彈簧,、螺旋彈簧,、扭桿彈簧、橡膠彈簧的質(zhì)量能分別為 76-115Nm/kg ,、 178-280Nm/kg ,、 254- 380Nm/kg 、 508-1016Nm/kg ,。由此可見,,氣體是彈性元件最合適的工作介質(zhì)。
b )具有變剛度特性,,因而整個(gè)懸架系統(tǒng)可以得到較低的固有振動(dòng)頻率,。試驗(yàn)表明,空氣懸架的固有頻率為 1 . 25-1 . 7Hz ,,而板簧懸架為 2.0-2.7Hz ,,所以空氣懸架可大大改善乘坐舒適性。
C )其剛度是由氣體容積和壓力決定的,。對(duì)于同一規(guī)格的氣囊,,當(dāng)改變內(nèi)部壓力時(shí),可以得到不同的承載能力,。因而同一種空氣彈簧可適應(yīng)多種剛度或載荷的要求,,因此經(jīng)濟(jì)性較好,。
d )能較好地緩和來自路面的振動(dòng),而減振器又能迅速抑制振動(dòng),。試驗(yàn)表明:當(dāng)車速為 40km/h 時(shí),,裝有空氣是架的汽車車身的振幅比鋼板彈簧懸架降低近50 %,而當(dāng)車速增至80km/h時(shí),,振幅可降低近46 %,。
e )具有高吸振及低噪聲性能??諝鈴椈梢钥諝鉃榻橘|(zhì),,與板簧相比,內(nèi)摩擦極小,,因此工作時(shí)空氣是架幾乎沒有噪聲,,這對(duì)于高級(jí)大客車來說是特別有利的。
f )可顯著減小車身在轉(zhuǎn)向時(shí)的側(cè)傾角,。試驗(yàn)表明,,當(dāng)車速在 24km/h 以下時(shí),空氣懸架與板簧這兩種懸架的側(cè)傾角相同,,當(dāng)車速達(dá)到30km/h時(shí),,空氣懸架的側(cè)傾角就可以減小約30 %。
g )能通過車身高度調(diào)節(jié)閥來調(diào)節(jié)車身高度,,從而保證車身高度不隨載荷變化而變化,。當(dāng)簧載左右不均時(shí),車身高度調(diào)節(jié)閥可以維持整車車身處于水平狀態(tài),。
h )使用壽命比板簧長(zhǎng)得多,。氣囊的壽命決定了空氣懸架的壽命。臺(tái)架試驗(yàn)表明,,我國(guó)生產(chǎn)的氣囊的壽命約為板簧的 20-30倍,,并可節(jié)約大量彈簧鋼。
綜上所述,,使用空氣簧不僅可明顯改善和提高汽車的行駛平順性和舒適性,而且還具有良好的經(jīng)濟(jì)性,。
1.2 空氣懸架的缺點(diǎn)a )結(jié)構(gòu)復(fù)雜,。因空氣彈簧只能承受垂直載荷,故必須安裝導(dǎo)向結(jié)構(gòu)以承受橫向力,、縱向力及力矩,,因而整個(gè)懸架總成的成本較高。 b )空氣彈簧尺寸較大,,這在非獨(dú)立懸架的布置上就較難保證兩側(cè)的空氣彈簧有較大的中心距,,限制了整車側(cè)傾角剛度提高,,因此在懸架系統(tǒng)中必需裝備橫向穩(wěn)定器。
C )密封環(huán)節(jié)多,,容易因密封件質(zhì)量不良和磨損而漏氣,,導(dǎo)致維修復(fù)雜化。
2 ,、空氣彈簧的特性和類型2 .1 空氣彈簧的彈性特性 空氣懸架的特性在很大程度上取決于空氣彈簧的彈性特性,。空氣彈簧具有非線性特性,??諝鈴椈傻妮d荷一位移曲線形狀呈反“ S ”形,作該曲線上某點(diǎn)的切線便得到了該點(diǎn)的剛度,。通過合理選擇設(shè)計(jì)參數(shù),,可使空氣彈簧在正常工作范圍剛度較小且剛度變化小,而在伸張或壓縮的邊緣區(qū)段剛度逐漸增加,,這就帶來以下優(yōu)點(diǎn):
a )空氣彈簧在正常工作范圍工作柔和,,振動(dòng)頻率較低。
b )當(dāng)因振動(dòng)發(fā)生較大的壓縮或拉伸位移時(shí)剛度迅速增加,,從而小振幅,。
C )空氣彈簧可保持在標(biāo)準(zhǔn)高度附近工作。
在相同的載荷作用下,,空氣彈簧的當(dāng)量靜撓度比鋼板彈簧的靜撓度大得多,,這就使得空氣彈簧可以得到比鋼板彈簧低得多的振動(dòng)頻率,從而提高行駛平順性,。
2.2 空氣彈簧的類型 根據(jù)橡膠氣囊工作時(shí)的變形方式,,空氣彈簧可分為囊式空氣彈簧、膜式空氣彈簧和混合式空氣彈簧三種,。囊式空氣彈簧主要靠橡膠氣囊的撓曲獲得彈性變形,;膜式空氣彈簧主要靠橡膠氣囊的卷曲獲得彈性變形;混合式空氣彈簧則兼有以上兩種變形方式,。
2.3 空氣彈簧的布置 空氣彈簧的布置應(yīng)考慮汽車的側(cè)傾角剛度,。在布置允許的情況下,應(yīng)盡可能把空氣彈簧布置在車架以外,,以利加大彈簧的中心距,,提高汽車的側(cè)傾角剛度,在曰野,、奔馳等大客車的后懸架上,,采用了一種變梁結(jié)構(gòu),在每個(gè)彎梁的瑞部安裝了與前懸架氣囊尺寸相同的二個(gè)氣囊,這樣就可以加大氣囊的中心距,。又如在曼等大客車的后懸架上,,采用了A形架結(jié)構(gòu),將兩根縱向?qū)虮鄣娘滄滭c(diǎn)在車架的連接處合并在一起,,空氣彈簧布置在后輪附近,, 增加了彈簧中心距,提高了汽車的抗倒傾的性能,。
3 ,、車身高度調(diào)節(jié)裝置3.1 高度調(diào)節(jié)閥的調(diào)節(jié)特性 高度調(diào)節(jié)閥是固定在車架上的。車架與導(dǎo)向機(jī)構(gòu)之間的相對(duì)位置變化通過連桿和擺桿反映到高度調(diào)節(jié)閥上,,擺桿的兩端分別與連桿上端及高度調(diào)節(jié)閥連接,,連桿下端通過球鉸連接到導(dǎo)向機(jī)構(gòu)上。
車身的高度主要取決于空氣彈簧的工作高度,。而空氣彈簧工作高度的確定是通過調(diào)整連桿下端點(diǎn)的位置來實(shí)現(xiàn)的,。裝配時(shí)應(yīng)按設(shè)計(jì)要求確定空氣彈簧的工作高度。在汽車正常行駛狀態(tài)下,,連桿繞下端球鉸中心作小幅度擺動(dòng),,從而帶動(dòng)擺桿控制高度調(diào)節(jié)閥。一般要求連桿下端點(diǎn)位于導(dǎo)槽的中間,,氣囊充氣后車身正好位于設(shè)計(jì)高度,。當(dāng)要求改變?cè)O(shè)計(jì)高度時(shí),可松開連桿的下端點(diǎn),,使連桿沿導(dǎo)槽上下移動(dòng),。導(dǎo)槽的長(zhǎng)短決定了車身高度可調(diào)節(jié)范圍的大小。為了使空氣彈簧不因車身高度的小幅波動(dòng)就進(jìn)行頻繁地充氣和放氣,,從而產(chǎn)生較大的頻率變化,,高度調(diào)節(jié)閥的擺桿應(yīng)留有一個(gè)空擺角。
3.2 高度調(diào)節(jié)閥的基本結(jié)構(gòu)布置 車身高度調(diào)節(jié)閥安裝位置,。高度調(diào)節(jié)閥通過調(diào)節(jié)擺桿,、連桿與車橋連在一起。車架與車橋之間的相對(duì)位置的變化通過援桿的角度變化反映到高度調(diào)節(jié)閥上,。具體地說,,就是連桿的上下移動(dòng)帶動(dòng)了擺桿的轉(zhuǎn)動(dòng),從而使得高度調(diào)節(jié)閥進(jìn)行工作,。
車身高度調(diào)節(jié)閥是串聯(lián)在空氣懸架氣路中的,,是以一個(gè)車身高度調(diào)節(jié)裝置來控制左右兩側(cè)的兩個(gè)空氣彈簧。來自于儲(chǔ)氣筒的壓縮空氣由進(jìn)氣管接通車身高度調(diào)節(jié)閥,,并分配給兩個(gè)空氣彈簧。車身高度調(diào)節(jié)閥必須安置在汽車的中部,,這種布置的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,,布置方便,。其缺點(diǎn)是,當(dāng)汽車發(fā)生偏載時(shí),,會(huì)造成車身沿縱軸側(cè)斜,。
為了克服該缺點(diǎn),采用獨(dú)立控制形式,,即每個(gè)車身高度調(diào)節(jié)閥控制一個(gè)空氣彈簧,。來自于儲(chǔ)氣筒的壓縮空氣,分配給兩個(gè)車身高度調(diào)節(jié)閥,,每個(gè)閥接通一個(gè)空氣彈簧,,這樣就保證了汽車在發(fā)生偏載的情況下,始終維持汽車車身處于水平狀態(tài),。
在現(xiàn)代高級(jí)大客車及城市大客車的設(shè)計(jì)中都要求盡量降低車身地板高度或一級(jí)踏步高度以方便乘客的上下車,,但是由于受最小離地間隙的限制,車身高度又不能太低,,因此必須解決乘客上下的方便性與行駛過程中的通過性這一對(duì)矛盾的,。在采用空氣懸架的現(xiàn)代大客車上,可通過空氣懸架中高度調(diào)節(jié)閥的調(diào)節(jié)協(xié)調(diào)矛盾,,這就是所謂的“下跪功能”,。
在空氣懸架的氣路中串聯(lián)一個(gè)電磁閥,此電磁閥在車門一邊的氣路中,,并且在空氣彈簧與車身高度調(diào)節(jié)閥之間,。當(dāng)汽車停在車站時(shí),由駕駛員手動(dòng)控制電磁閥動(dòng)作,,電磁閥在關(guān)閉車身高度調(diào)節(jié)閥與空氣彈簧之間氣路的同時(shí),,使空氣彈簧通過電磁閥向大氣放氣,從而使得汽車車門一邊的車身向下傾斜,,以降低一級(jí)踏步的高度,,方便乘客上下車;當(dāng)乘客上下車完畢,,駕駛員手控關(guān)閉電磁閥,,此時(shí)車身高度調(diào)節(jié)閥與空氣彈簧接通并起作用,車身很快恢復(fù)水平狀態(tài)
應(yīng)注意的是,,車門一側(cè)車身下降的高度應(yīng)預(yù)以控制,,在汽車上通常采用限位閥來保證,限位閥在工作時(shí)起單向閥的作用,,串聯(lián)在電磁閥和空氣彈簧之間,。當(dāng)車身下降到控制高度時(shí),眼位閥工作,關(guān)閉空氣彈簧一電磁閥的通路,,從而保證空氣彈簧中的空氣不致過多排放,,而造成空氣彈簧的損壞。
3 .3 高度調(diào)節(jié)閥的工作原理 控制桿與導(dǎo)桿相連,,導(dǎo)桿的內(nèi)端是一個(gè)偏心裝置,,隨著控制桿的轉(zhuǎn)動(dòng),偏心裝置帶動(dòng)活塞上下移動(dòng),,從而控制了過氣閥和出氣閥的開閉,。當(dāng)汽車載荷增大時(shí),空氣彈簧被壓縮,,從而使車軸與車身的距離縮短,,控制桿升高,由此轉(zhuǎn)動(dòng)偏心裝置,,使其推動(dòng)活塞朝著閥片的方向移動(dòng),,并打開進(jìn)氣口,來自于儲(chǔ)氣筒的壓縮空氣,,自閥的上部進(jìn)入,,通過進(jìn)氣口及出口閥到達(dá)空氣彈簧。隨著空氣彈簧內(nèi)部的空氣增加,,車身逐漸升高,,當(dāng)車身升高到控制高度時(shí),控制桿已轉(zhuǎn)過足夠的角度在關(guān)閉過氣口,,即停止向空氣彈簧供氣,。反之,若汽車載荷減少,,車軸與車身的相對(duì)距離增大,,則控制桿向相反的方向轉(zhuǎn)動(dòng),活塞向下移動(dòng),,打開出氣口,,空氣彈簧中的空氣經(jīng)出氣閥及出氣口,在閥的底部與大氣接通,,空氣彈簧中的空氣釋放入大氣,,從而車身高度降低,當(dāng)車身的高度降低到控制位置時(shí),,出氣口關(guān)閉,,空氣彈簧停止釋放空氣。通過以上的調(diào)節(jié)過程,,使得汽車在使用過程能維持車身的高度保持不變,,從而滿足了高級(jí)大客車的使用要求,。
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