一种用于多轴重型车辆的油气平衡悬架及其液压控制系统

摘要

本发明公开了一种用于多轴重型车辆的油气平衡悬架，包括上转动臂、油气弹簧和下摆动臂，其中对于关键组件的油气弹簧而言，它包括缸筒、中空活塞杆以及上下联接体，上下联接体分别通过关节轴承与上转动臂和车轴相联接；中空活塞杆上端的活塞中设置有阻尼孔和单向阀,形成阀体总成，活塞杆下端通过螺纹与下联接体固定相连，构成活塞杆组件,并将缸筒分隔为上端的无杆腔和下端的有杆腔；在中空的活塞杆内固定设置有内置油气缸，该油气缸中的浮动活塞将其分隔为上部内气室和下部内油室。本发明还公开了相应的液压控制系统。通过本发明，能够有效避免活塞杆易受到污染不易自动清理的缺点，同时便利实现车身高度调整和车轴单独提升。

说明书

技术领域

本发明属于车辆悬挂技术领域，更具体地，涉及一种用于多轴重型车 辆的油气平衡悬架及其液压控制系统。

背景技术

油气平衡悬架的作用是把车架与车轴联系起来，传递作用在车轴和车 架之间的力和力矩，并利用蓄能器和液压减振器的共同作用，缓冲不平路 面传递给车架的冲击力，衰减路面不平导致的车身振动，由此提高车辆的 行驶平顺性。油气平衡悬架还能保证相连各轴的轴荷相等，故在特种车辆 和越野车辆上应用较多。

现有的油气弹簧悬架一般包括两种类型，一种是蓄能器外置式的油气 弹簧，另一种是将蓄能器（气室）内置式的油气弹簧悬架。由于蓄能器外 置时体积过大将占用车辆的很多有效空间，因此目前很多车辆上都采用蓄 能器（气室）内置式的油气弹簧。对于气室内置式的油气弹簧，都是将油 缸中的活塞杆做成空心的结构，再采用浮动活塞将中空的活塞杆分隔成油 室和内置式气室。考虑到油气弹簧安装时要求“气上油下”，即安装时油 气弹簧的气室必须处于油室的上方，以降低液压油泄漏到气室中的危险， 上述结构的油气弹簧在安装时都是将有杆腔（活塞杆）布置在上方，同时 将无杆腔放在下方。然而，当车辆的工作坏境比较恶劣时，这种布置形式 很容易使活塞杆受到污染，且不容易自动清理，从而严重影响到油气弹簧 的寿命。

此外，由于多轴重型车辆满载与空载时的载荷相差很大，因此当其空 载时，如果可以抬升部分车轮，减少承重轴数，则可提高运输的效率和经 济性；而且在行驶过程中，若遇到某个轮胎损坏时，为使车辆还能继续行 驶，需暂时将损坏的车轮抬升，要使油气悬架具备上述功能，同时又不影 响正常行驶时必需的平衡功能，相应需要设计出特殊的液压控制系统。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种用于多轴重 型车辆的油气平衡悬架及其液压控制系统，其中通过结合多轴重型车辆的 自身特点对气室内置式油气弹簧及其液压控制系统进行全新设计，能够有 效避免当油气弹簧有杆腔布置在上方时活塞杆易受到污染不易自动清理的 缺点，同时便利地实现车身高度调整和车轴单独提升，因而尤其适用于各 类多轴重型车辆的运输用途。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种用于多轴重型 车辆的油气平衡悬架，该油气平衡悬架包括上转动臂、油气弹簧和下摆动 臂，其特征在于：

所述上转动臂通过铰链与车架相联接并可绕垂直轴线转动，由此实现 车轮的转向；所述下摆动臂的前端与上转动臂相联接并可绕联接轴线转动， 后端通过铰链与车轴相联接，由此可带动车轴上下移动，并使得车轴可绕 其联接铰链在横向平面内摆动；

所述油气弹簧包括缸筒、中空活塞杆、以及设置在缸筒上下两端的上 联接体和下联接体，其中上、下联接体分别通过关节轴承与上转动臂和车 轴相联接；中空活塞杆的上端配备有阀体总成，下端通过螺纹与下联接体 固定相连，中空活塞杆中固定设置有内置油气缸，该内置油气缸中的浮动 活塞将该油气缸分隔为上部内气室和下部内油室；所述中空活塞杆从下方 整体套设在缸筒内部并可来回滑动，由此将缸筒划分为上端的无杆腔和下 端的有杆腔。

通过以上构思，譬如对于五轴重型运输车辆而言，可以将车辆的前两 轴组成一组，后三轴组成一组，形成前二后三的相互独立的两套平衡悬架， 通过将各个平衡悬架中油气弹簧的上端无杆腔用油管连接而油气弹簧下端 的有杆腔同样通过油管连接到油源，这样当悬架压缩行程时，缸筒内有杆 腔的体积减小压力升高，液压油会经由中空活塞杆上端的阀体总成流入到 活塞杆内，然后从固定在活塞杆中的内置油气缸下部进入到油气缸的下部 内油室内，推动浮动活塞上移并压缩上部内气室中的气体，直到内气室的 气压与内油室的油压相等时，浮动活塞停止上移；而悬架回弹行程正好相 反，上部内气室中的高压气体推动浮动活塞下移，将下部内油室中的液压 油排出油气缸，排出的液压油再通过中空活塞杆上端的阀体总成返回到缸 筒内。容易看出，上述平衡悬架既能保证“气上油下”的安装要求，又能 将无杆腔相对于有杆腔布置在其上方，与现有技术相比可有效避免活塞杆 易受到污染不易自动清理的缺点，相应显著提高了悬架的使用可靠性。

作为进一步优选地，所述阀体总成上对称布置有多个阻尼孔和多个单 向阀，其中单向阀包括四个对应于悬架压缩行程而连通的正向单向阀、和 两个对应于悬架回弹行程而连通的反向单向阀。

作为进一步优选地，所述内置油气缸的上端通过螺纹连接有上座，该 上座再通过螺纹与所述阀体总成固定相连；内置油气缸的下端同样通过螺 纹连接有下座，并且该下座上开设有进油孔。

作为进一步优选地，所述下座的进油孔开设在中心位置，或是沿着周 向方向均匀布置。

作为进一步优选地，所述多轴重型车辆为五轴或四轴重型运输车，并 且它的前部两车轴组成一组，后部的三车轴或二车轴组成另外一组，由此 形成包含两套相互独立的平衡悬架的悬架体系。

按照本发明的另一方面，还提供了五轴或四轴重型车辆油气平衡悬架 体系的液压控制系统，该五轴或四轴重型车辆的前部两车轴组成一组，后 部的三车轴或二车轴组成另外一组，由此形成包含两套相互独立的平衡悬 架的悬架体系，其特征在于，所述液压控制系统包括第一换向阀组件、电 磁截止阀组件和第二换向阀组件，其中：

所述第一换向阀组件呈现三位四通换向阀的形式，它们分别对应于各 套平衡悬架而设置，并且彼此之间通过油管并联连接；

所述电磁截止阀组件呈现二位二通电磁截止阀的形式，它们按照每个 油气弹簧配备两个的方式而设置，并分别通过油路与油气弹簧缸筒内的有 杆腔和无杆腔相连通，同时通过油路分别与各个所述三位四通换向阀保持 连通；

所述第二换向阀组件同样呈现三位四通换向阀，它们分别对应于各个 油气弹簧而设置，各自设置在与油源相连通的总油路上，同时通过油路与 各套平衡悬架所配备的所述二位二通电磁截止阀和三位四通换向阀分别保 持相连通。

通过以上构思，譬如当需要调整五轴重型车辆的车身高度时，使上述 液压控制系统中的三位四通换向阀C1～C5处于中位，而二位二通电磁截止 阀B1～B10处于常通位置，这样三位四通换向阀A1、A2处于左位时，车 身抬高；而三位四通换向阀A1、A2处于右位时，车身降低，从而以结构 紧凑、便于操控的方式实现了车身高度调整构成。此外，考虑到车身高度 降低时，无杆腔为高压油，通过在无杆腔回油路上设计液控单向阀，可以 防止因高压油腔主动回油而造成悬架的塌陷。

而当需要执行油缸隔离和单轴抬升时（譬如车辆单轴损坏），可以启 动二位二通电磁截止阀B1、B2使得液压油仅能流入有杆腔内；油缸实现隔 离之后，由控制阀向有杆腔内注油以抬起悬架：此时液压控制系统中的三 位四通换向阀A1、A2处于中位，二位二通电磁截止阀B1～B10处于常闭 位置，三位四通换向阀C1～C5处于中位，由此当操纵三位四通换向阀C1 处于右位时，对应轴的车轮抬起；而当操纵三位四通换向阀C1处于左位时， 对应轴的车轮放下。同理可得，当分别操纵三位四通换向阀C2、C3、C4、 C5时，可实现对相应车轮的操作。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，通过 对平衡悬架的设置方式尤其是作为关键组件的油气弹簧的构造进行设计， 既能保证“气上油下”的安装要求，又能将无杆腔相对于有杆腔布置在其 上方，与现有技术相比可有效避免活塞杆易受到污染不易自动清理的缺点， 显著提高了悬架的使用可靠性；此外，通过对其液压控制系统进行设计， 能够在不影响平衡悬架正常工作的前提下实现车身高度调整和车轴单独提 升，因而尤其适用于各类多轴重型车辆的运输用途。

附图说明

图1a是按照本发明的油气平衡悬架用于五轴重型车辆时的示范性安装 示意图；

图1b是图1a中所示油气平衡悬架的总体布置示意图；

图2是按照本发明的模块化油气平衡悬架的立体结构示意图；

图3是按照本发明的油气弹簧的结构剖视图；

图4是图3中所示油气弹簧的结构分解示意图；

图5是用于显示油气弹簧中的阀体总体的结构示意图；

图6是按照本发明的液压控制系统用于五轴重型车辆时的示范性系统 原理图；

在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：

1-上联接体2-缸筒3-出油孔4-导向座5-大螺母6-下联接体 7-中空活塞杆8-阀体总成9-阻尼孔10-单向阀11-进油孔12-内置 油气缸下座13-下部内油室14-浮动活塞15-内置油气缸16-上部内 气室17-内置油气缸上座21-上转动臂22-油气弹簧23-车轴24- 下摆动臂

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，以下结合附图 及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体 实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的 本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可 以相互组合。

图1a是按照本发明的油气平衡悬架用于五轴重型车辆时的示范性安装 示意图，图1b是图1a中所示油气平衡悬架的总体布置示意图。如图1a和 1b中所示，考虑到车辆的性能要求和轴荷分配的均匀性，将车辆的前二轴 组成一组，后三轴组成一组，形成包含两套相互独立的平衡悬架的悬架体 系。

参见图2，显示了按照本发明的模块化油气平衡悬架的立体结构。该油 气平衡悬架包括上转动臂21、油气弹簧22和下摆动臂24，其中上转动臂 21可通过铰链与车架相联接并可绕垂直轴线转动，由此实现车轮的转向； 下摆动臂24的前端与上转动臂21相联接并可绕联接轴线转动，后端通过 铰链与车轴23相联接，由此可带动车轴上下移动，并使得车轴可绕其联接 铰链在横向平面内摆动。

对于其中关键组件的油气弹簧22，如图3中所示，它包括了缸筒2、 中空活塞杆7、以及设置在缸筒上下两端的上联接体1和下联接体6，其中 上、下联接体1和6分别可通过关节轴承与上转动臂21和车轴23相联接； 中空活塞杆7的上端配备有阀体总成8，下端通过螺纹与下联接体6固定相 连，中空活塞杆中固定设置有内置油气缸15，该内置油气缸15中的浮动活 塞14将该油气缸分隔为上部内气室16和下部内油室13；活塞杆从下方整 体套设在缸筒2内部并可来回滑动，由此将缸筒划分为上端的无杆腔和下 端的有杆腔。

更具体地，在一个优选实施方式中，上联接体1通过螺纹与缸筒2联 结，下连接体6通过螺纹与活塞杆7下端联结，中空的活塞杆7与活塞阀 体8螺纹连接，形成活塞杆总成，与缸筒2相配合，并将缸筒2分隔成无 杆腔（上）与有杆腔（下）。所述内置油气缸15的上端通过螺纹连接有上 座17，该上座17再通过螺纹与所述阀体总成8固定相连；内置油气缸的下 端同样通过螺纹连接有下座12，并且该下座12上开设有进油孔，该进油孔 开设在中心位置，或是沿着周向方向均匀布置。浮动活塞14位于内置油气 缸15的内部，将内置油气缸15分隔为气室16和油室13。

在另外一个优选实施方式中，如图5中所示，所述阀体总成8上对称 布置有多个阻尼孔9和多个单向阀10，这些单向阀包括四个对应于悬架压 缩行程而连通的正向单向阀、和两个对应于悬架回弹行程而连通的反向单 向阀。

通过以上构思，当前、后油气弹簧同时被压缩时，缸筒2内无杆腔体 积变小，腔内的液压油由于受到挤压而压力升高，液压油会通过活塞阀体 总成8上的单向阀10（这时回弹单向阀关闭）和阻尼孔9流入到中空的活 塞杆7内，然后从内置油气缸15的下端进入到内置油气缸油室13内，此 时内置油气缸油室13的体积增大，室内的液压油推动浮动活塞14向上移 动压缩内置油气缸气室16内的气体，使得气体压力升高。当气室16内的 气压与油室13内的油压相等时，浮动活塞14将停止上移。油气弹簧压缩 时，缸筒2内有杆腔体积会增加，压力下降，油源中的液压油会补充到有 杆腔内。

当前、后油气弹簧同时回弹时，缸筒2内无杆腔的体积增加，油压下 降，内置油气缸油室13中的液压油就会在内置油气缸气室16中的气体压 力的作用下从内置油气缸15的下端回流到中空的活塞杆内，再通过活塞阀 体总成8上的阻尼孔9和单向阀10（这时压缩单向阀关闭）回流到无杆腔 中；此时缸筒2内有杆腔的体积减小，压力升高，其内的液压油就会回流 到油源中。

当前(后)油气弹簧压缩，后(前)油气弹簧回弹时，前(后)油气弹簧 缸筒2内的无杆腔体积减小，压力增加，而后(前)油气弹簧缸筒2内的无 杆腔的体积增加，压力减小。由于前(后)油气弹簧缸筒2内的无杆腔压力 高于后(前)油气弹簧缸筒2内的无杆腔压力，因此其内的液压油除一部分 仍将通过活塞阀体总成8上的单向阀10和阻尼孔9流入到内置油气缸15 中外，另一部分将会通过前、后油缸连接的油管流入到后(前)油缸的无杆 腔内，直到两腔的压力达到平衡为止。

此外，当前、后油气弹簧压缩或回弹的速度不一样时，也会出现前、 后油气弹簧无杆腔内的压力不相等，从而出现液压油在前、后油气弹簧无 杆腔之间相互流动。通过液压油的这种相互流动，最终达到前、后油气弹 簧油压相等。

考虑到在一些场合下需要使得多轴重型车辆的油气悬架具备高度调节 和单轴抬升功能，为此目的，本发明中还构建了相应的液压控制系统。

图6是按照本发明的液压控制系统用于五轴重型车辆时的示范性系统 原理图。如图6中所示，该液压控制系统包括第一换向阀组件、电磁截止 阀组件和第二换向阀组件，其中第一换向阀组件呈现三位四通换向阀A1， A2的形式，它们分别对应于各套平衡悬架而设置，并且彼此之间通过油管 并联连接；电磁截止阀组件呈现10个二位二通电磁截止阀B1-B10的形式， 它们按照每个油气弹簧配备两个的方式而设置，并分别通过油路与油气弹 簧缸筒内的有杆腔和无杆腔相连通，同时通过油路分别与各个所述三位四 通换向阀保持连通；第二换向阀组件同样呈现三位四通换向阀C1-C5的形 式且其数量为5个，它们分别对应于各个油气弹簧而设置，各自设置在与 油源相连通的总油路上，同时通过油路与各套平衡悬架所配备的所述二位 二通电磁截止阀和三位四通换向阀分别保持相连通。

当需要调整车身高度时，液压控制系统中三位四通换向阀C1、C2、C3、 C4、C5处于中位，液压控制系统中的二位二通电磁截止阀B1、B2、B3、 B4、B5、B6、B7、B8、B9、B10处于常通位置。为使车身抬高，可操纵 三位四通换向阀A1、A2，使其处于左位；相反，当三位四通换向阀A1、 A2处于右位时，车身降低。考虑到车身高度降低时，无杆腔为高压油，在 无杆腔回油路上设计了一个单向液压锁(D)，只有在有杆腔进油，H处阻尼 阀导致D阀的控制压力升高时，液压锁才会打开，防止因高压油腔主动回 油而造成悬架的塌陷。此外，通过分别操纵三位四通换向阀A1、A2还可 以实现前二轴平衡悬挂系统和后三轴平衡悬挂系统高度的分别调节。

而当需要实现油缸隔离和单轴抬升时，由于在每个油缸的无杆腔和有 杆腔设计了电磁隔离阀B1、B2，可以首先通过操控电磁隔离阀来将指定的 车轴（譬如，发生损坏的车轴）隔离；油缸隔离以后，由控制阀向有杆腔 注油，抬起悬架。操纵系统中的三位四通换向阀A1、A2处于中位，二位 二通电磁截止阀B1、B2、B3、B4、B5、B6、B7、B8、B9、B10处于常闭 位置，三位四通换向阀C1、C2、C3、C4、C5处于中位，当操纵三位四通 换向阀C1处于右位时，对应轴的车轮抬起，当操纵三位四通换向阀C1处 于左位时，对应轴的车轮放下。同理，当分别操纵三位四通换向阀C2、C3、 C4、C5时，可实现对相应车轮的操作。此外，上述五轴重型车辆的液压控 制系统仅用作举例，上述液压控制系统同样可适用于四轴重型车辆或其他 适当类型。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已， 并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等 同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。