一種帶多級自增壓機構的空氣彈簧閉環氣路系統的製作方法

2023-12-11 06:51:52 2

專利名稱：一種帶多級自增壓機構的空氣彈簧閉環氣路系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及多級自增壓裝置，特別是涉及一種能夠將空氣彈簧排出的氣壓能有效回收，並通過增壓循環利用的氣路閉環的空氣彈簧系統。
背景技術：
隨著生活水平的提高，人們不僅對汽車的性能要求越來越高，同時由於自然資源日趨匱乏，對汽車的節能性也提出了更高的要求。空氣懸架系統能夠有效地提高車輛的行駛平順性與操縱穩定性，空氣懸架的重要優勢之一是能夠通過給空氣彈簧充、放氣來升高與降低車身高度。然而，在傳統的空氣懸架中，在車身調節的過程中，特別是降低車身高度時，空氣彈簧中的壓縮空氣是直接排放到大氣中的，這意味著這部分壓縮空氣的能量被浪費掉。同時，在懸架工作過程中，減振器通過將車身振動能量轉化為熱量耗散在大氣中來衰減車身振動，這也意味著能量的浪費。如果能將被排放到空氣中的壓縮空氣與耗散到環境中的熱量能回收起來重新利用，不僅可以提高車輛的經濟性，還減少能量消耗與對環境的破壞，因而對車輛工程領域與人類社會具有重要的技術價值與使用價值。就當前技術水平而言，車輛能量回收主要是針對制動能量而言，而對車輛行駛過程中的振動能量回收鮮有提及，而且在已有的文獻與資料中，回收振動能量都是將振動能量轉化為電能儲存在電池中，在轉化的過程中，存在轉化效率低的缺點。因此，專利號為4826141 的美國專利 「LECTRONIC CONTROLLED AIR SUSPENSION SYSTEM」 提了一種高、低壓腔閉環氣路空氣懸架系統結構，將空氣彈簧排出的氣體用一個儲氣罐(低壓罐)收集起來，從而減少了氣壓能的浪費，然而該方案需要利用空壓機將低壓罐中的空氣升壓到高壓罐中。又如專利號為 6685174B2 美國專利 「CLOSED LEVEL CONTROL SYSTEM FOR A VEHICLE」提出設置一個儲氣罐來收集空氣彈簧排出的氣體，空氣泵從該儲氣罐中吸氣直接對空氣彈簧充氣，從而可以節約一定的能量，然而該方案需要頻繁啟動空氣泵實現充氣。以上的方案都依賴於空氣泵，而空氣泵工作需要消耗能量，本質上消耗的是發動機的動力，這給發動機增加了負擔，且都沒有為回收懸架振動能量提`出解決方案。

發明內容
本發明的目的是解決上述背景技術的不足，設計一種不需要頻繁啟動空氣泵，能利用懸架的振動將空氣彈簧放出的氣體經一套多級自增壓裝置而充入高壓罐，從而實現氣壓能有效回收，並通過利用車身的振動將其增壓後加以循環利用，從而可以回收部分車身振動能量。為了實現上述目的，本發明的其技術方案為:一種帶多級自增壓機構的空氣彈簧閉環氣路系統，包括空氣彈簧一作為承載車身載荷的元件；高壓罐、低壓罐，用於存儲壓縮空氣；氣壓多級自增壓裝置(下稱增壓裝置)，利用車身的振動將低壓罐中的氣體升壓到高壓罐；氣壓觸動開關裝置，用於控制自增壓裝置的工作；連接管路、氣動連接插頭、電磁閥若干。由以上各組成部分構成空氣懸架的「空氣彈簧一低壓罐一升壓裝置一聞壓罐一空氣彈簧」氣體循環氣路系統，空氣彈簧排出的氣體被收集在低壓罐中，低壓罐的出口與升壓裝置的進氣端相連，這樣可以利用車身振動將低壓罐中的氣體升壓到高壓罐，進而回收了車身振動能量。所述一種帶多級自增壓機構的空氣彈簧閉環氣路系統，是一個由空氣彈簧通過氣體管路，經充氣電磁閥、放氣電磁閥分別與高壓罐、低壓罐相連接，高壓罐與低壓罐之間由增壓裝置連接而構成的一個氣路閉環系統，系統工作的過程中，壓縮空氣的流通路徑為:空氣彈簧一放氣電磁閥一低壓罐一增壓裝置一聞壓罐一充氣電磁閥一空氣彈簧。本發明的具體技術方案為包括增壓裝置、單向閥a、充氣電磁閥、空氣彈簧、放氣電磁閥、高壓罐、低壓罐和單向閥b ;所述增壓裝置與單向閥a的進氣端連接，單向閥a的出氣端與高壓罐的進氣口 A連接，高壓罐的出氣口 B與充氣電磁閥的一端連接，充氣電磁閥的另一端與空氣彈簧的進氣口 E相連接，進氣口 E通過放氣電磁閥與低壓罐的進氣口 C連接，低壓罐的出氣口 D與單向閥b的進氣端連接，單向閥b的出氣端與壓縮裝置的兩個進氣口 F與G連接。所述放氣電磁閥與低壓罐的進氣口 C的管路上連接補氣電磁閥，補氣電磁閥連接空氣壓縮機。所述增壓裝置包括增壓腔體、上蓋板、下蓋板、浮動活塞a、浮動活塞b、活塞、單向閥e、單向閥d、單向閥C、氣動插頭a、氣動插頭b和氣壓觸動開關；所述增壓腔體為一圓柱形的殼體，增壓腔體的上下端分別與上蓋板和下蓋板通過螺栓連接，形成一密閉腔室；所述密閉腔室內部由上至下依次設有浮動活塞a、浮動活塞b和活塞，所述浮動活塞a、浮動活塞b和活塞將密閉氣室依次分隔成四個小腔室，所述四個小腔室由上至下依次為二級蓄能腔、一級蓄能腔、壓縮腔和下腔；浮動活塞a、浮動活塞b和活塞上分別設置單向閥e、單向閥d和單向閥c ;上蓋板與浮動活塞a之間設置彈簧b，浮動活塞a與浮動活塞b之間設置彈簧a ;所述增壓腔體內壁上沿周向設有一圈限位環，浮動活塞b位於限位環上方，彈簧a與彈簧b將浮動活塞a浮動活塞b壓緊在限位環上；上吊耳焊接在上蓋板上，上蓋板上設置氣動插頭a ;活塞杆a的上端穿過下蓋板的中心，並與活塞通過螺栓固定，下蓋板上設置氣動插頭b ;活塞杆a的下端連接氣壓觸動開關。所述空氣彈簧， 可以根據車輛的性能需要選用合適的型號，空氣彈簧的進氣口與充氣電磁閥、放氣電磁閥連接。所謂高壓罐、低壓罐，可以根據其尺寸要求與車身布置條件確定兩者的之間的位置，可以做成一體，也可以分開布置。高壓罐與單向閥a和充氣電磁閥連接，低壓罐與放氣電磁閥和單向閥b連接。所述氣壓觸動開關，整體上為一長方體，長方體的下端沿其橫向開有圓柱形通孔作為下吊耳，下吊耳用於與車橋或車輪(簧下質量)連接。沿長方體的豎直方向中心軸線開有一定深度的孔，孔徑與增壓裝置的活塞杆杆徑相匹配，增壓裝置的活塞杆可以在此孔內上下運動。在長方體的一側面沿下吊耳軸線平行方向內嵌一個帶有復位彈簧的單出杆式氣缸，復位彈簧軸向套在活塞杆b上，活塞杆b從氣缸的內壁伸出，並可以插入增壓裝置活塞杆a下端的插孔；氣缸無杆端腔室通過側蓋板密封，並通過氣動插頭C、單向閥b與低壓罐相連。氣壓觸動開關利用低壓罐中的氣體壓力作為驅動力，當低壓罐壓力足夠高時，氣壓觸動開關的氣缸活塞受到的壓力大於復位彈簧的預緊力，使氣壓觸動開關的活塞杆運動，插入到增壓裝置活塞杆下端的插孔中，增壓裝置開始工作。隨著低壓罐中壓力的降低，氣壓觸動開關氣缸中的復位彈簧慢慢使活塞反向運動，直至活塞杆完全退出插孔，增壓裝置停止工作。本發明的有益效果:(1)利用本發明提出的方案可以回收空氣彈簧排放的高壓氣體，避免了高壓氣體能量的浪費。(2)本發明提出了一種增壓裝置，利用其可以回收部分車身振動能量，將其轉化為高壓氣體能儲存在高壓罐中，因而本發明可以減少起動行車空氣壓縮機的使用頻率，或避免使用空壓機，從而可以進一步節約能量，提高車輛的燃油經濟性。(3)本發明提出的增壓裝置採用多級蓄能方式，能夠回收車身的小幅振動，進而可以提高振動能量回收的效率。(4)本發明提出一種氣壓觸動開關，能夠根據需要控制增壓裝置的工作，因而可以儘量減小增壓裝置對懸架性能的影響。


圖1是本帶多級自增壓機構的空氣懸架的結構示意圖。圖2是本發明中的空氣壓縮裝置的示意圖。圖3是本發明中的氣壓觸動開關局部示意圖。圖中，I增壓裝置； 2單向閥a ;3充氣電磁閥；4空氣彈簧；5放氣電磁閥；6高壓罐；7低壓罐；8單向閥b ;9氣動插頭a ; 10 二級蓄能腔；11浮動活塞a ; 12—級蓄能腔；13浮動活塞b ；14壓縮腔；15活塞；16下腔；17活塞杆a ；18氣動插頭b ；19氣壓觸動開關側蓋板；20氣壓觸動開關活塞；21氣壓觸動開關無杆端腔室；22氣動插頭c ；23復位彈簧；24活塞杆b ;25下吊耳；26活塞杆導向孔；27插孔；28氣壓觸動開關；29下蓋板；30單向閥c ;31增壓腔體；32單向閥d ; 33彈簧a ;34單向閥e ;35彈簧b ；36上蓋板；37上吊耳；38空氣壓縮機；39補氣電磁閥；40單向閥f。
具體實施例方式下面結合附圖對本發明作進一步詳細的說明:
如圖1所示，本發明提出的帶多級自增壓機構的空氣彈簧系統，包括增壓裝置1、單向閥a2、充氣電磁閥3、空氣彈簧4、放氣電磁閥5、高壓罐6、低壓罐7和單向閥b8 ;所述增壓裝置I與單向閥a2的進氣端連接，單向閥a2的出氣端與高壓罐6的進氣口 A連接，高壓罐6的出氣口 B與充氣電磁閥3的一端連接，充氣電磁閥3的另一端與空氣彈簧4的進氣口 E相連接，進氣口 E通過放氣電磁閥5與低壓罐7的進氣口 C連接，低壓罐7的出氣口 D與單向閥b8的進氣端連接，單向閥b8的出氣端與壓縮裝置的兩個進氣口 F與G連接。所述放氣電磁閥5與低壓罐7的進氣口 C的管路上連接補氣電磁閥39，補氣電磁閥39連接空氣壓縮機38。以上各組成部分與管路之間利用採用快插氣動接頭連接，快插接頭一端通過螺紋與各組成部分連接，另一端可以直接連接相應尺寸的氣動管路。如圖2所示，所述增壓裝置I包括增壓腔體31、上蓋板36、下蓋板29、浮動活塞al1、浮動活塞b 13、活塞15、單向閥e34、單向閥d32、單向閥c30、氣動插頭a9、氣動插頭bl8和氣壓觸動開關28 ;所述增壓腔體31為一圓柱形的殼體，增壓腔體31的上下端分別與上蓋板36和下蓋板29通過螺栓連接，形成一密閉腔室；所述密閉腔室內部由上至下依次設有浮動活塞all、浮動活塞bl3和活塞15，所述浮動活塞all、浮動活塞bl3和活塞15將依次分隔成四個小腔室，所述四個小腔室由上至下依次為二級蓄能腔10、一級蓄能腔12、壓縮腔14和下腔16 ;浮動活塞all、浮動活塞bl3和活塞15上分別設置單向閥e34、單向閥d32和單向閥c30 ;上蓋板36與浮動活塞all之間設置彈簧b35，浮動活塞all與浮動活塞bl3之間設置彈簧a33 ;所述增壓腔體31內壁上沿周向設有一圈限位環，浮動活塞bl3位於限位環上方，彈簧a33與彈簧b33將浮動活塞all浮動活塞bl3壓緊在限位環上；上蓋板36上端面設有上吊耳37，上蓋板36上設置連通二級蓄能腔10的氣動插頭a9 ;活塞杆al7的上端穿過下蓋板29的中心，並與活塞15通過螺栓固定，下蓋板29上設置連通下腔16的氣動插頭bl8。如圖3所示，所述氣壓觸動開關28設於增壓腔體31的下方，氣壓觸動開關28為長方體，長方體的下端開有圓柱形通孔作為下吊耳25，在長方體的上端，沿軸線開設沉孔作為活塞杆導向孔26,活塞杆al7的下端伸入到活塞杆導向孔26內；在長方體側面內嵌一個單出杆式氣缸，所述單出杆式氣缸的活塞杆b24與活塞杆al7的軸線垂直，活塞杆al7下端一側沿徑向設有插孔27，所述單出杆式氣缸的活塞杆b24的一端沿徑向伸出的沉孔插入插孔27，所述單出杆式氣缸的活塞杆b24的一端設有氣壓觸動開關活塞20，活塞杆b24上套有復位彈簧23 ;側蓋板19通過螺栓與氣壓觸動開關28的側面連接與活塞之間形成氣壓觸動開關無杆端腔室21，側蓋板19上設置連通氣壓觸動開關無杆端腔室21的氣動接頭c22。下面以此系統的工作過程來進一步說明本發明的工作原理與各組成部分之間的關係:
當需要降低車身高度時，放氣電磁閥5打開，空氣彈簧4向低壓罐7中放氣，從而降低了車身高度，並把空氣彈簧4排出的壓縮空氣收集到了低壓罐7中。當低壓罐7的壓力高到一定程度時，低壓罐7中的氣體打開單向閥b8進入到下腔16中，並且氣體將推動氣壓觸動開關活塞20運動，使氣壓觸動開關活塞杆b24插入到活塞杆al7下端的插孔27中，從而使增壓裝 置的活塞杆al7與簧下質量連接。由於增壓裝置上端與簧上質量連接，當簧上質量與簧下質量間發生相對位移，即車身發生振動時，增壓裝置開始工作。當增壓裝置的活塞15向上運動時，壓縮腔14中的氣體受到壓縮，其中的壓力升高到一定程度時，壓縮腔中的氣體打開單向閥32進入一級蓄能腔12中。同樣，當一級蓄能腔12中的壓力大於二級蓄能腔10的壓力時，12中的氣體打開單向閥34進入10中，然後10中的氣體通過單向閥2進入高壓罐6，這樣，各蓄能腔中的氣體壓力逐級升高，達到多級蓄能；同時，當活塞15向上運動時，下腔16中的壓力降低，低壓罐7中的氣體會補充到下腔16中。當活塞向下運動時，下腔16受到壓縮，16中的壓力升高，使氣體打開單向閥c30進入到壓縮腔14中，從而完成了壓縮腔的進氣過程。隨著低壓腔中壓力的降低，氣壓觸動開關的復位彈簧23推動氣缸活塞20反向運動，直至氣壓觸動開關的活塞杆b24完全退出插孔27，增壓裝置停止工作，從而達到了增壓裝置的間歇工作。當需要升高車身高度時，充氣電磁閥3打開，高壓罐6向空氣彈簧4充氣。當因為系統漏氣需要向系統中補充氣體時，打開通過空氣壓縮機38與補氣電磁閥39向系統中補充氣體。重複以上過程，即可實現空氣彈簧氣壓能與車身振動能量的回收。
權利要求
1.一種帶多級自增壓機構的空氣彈簧閉環氣路系統，其特徵在於，包括增壓裝置(I)、單向閥a (2)、充氣電磁閥(3)、空氣彈簧(4)、放氣電磁閥(5)、高壓罐(6)、低壓罐(7)和單向閥b (8);所述增壓裝置(I)與單向閥a (2)的進氣端連接，單向閥a (2)的出氣端與高壓罐(6)的進氣口 A連接，高壓罐(6)的出氣口 B與充氣電磁閥(3)的一端連接，充氣電磁閥(3)的另一端與空氣彈簧(4)的進氣口 E相連接，進氣口 E通過放氣電磁閥(5)與低壓罐(7)的進氣口 C連接，低壓罐(7)的出氣口 D與單向閥b (8)的進氣端連接，單向閥b (8)的出氣端與壓縮裝置的兩個進氣口 F與G連接； 所述增壓裝置(I)包括增壓腔體(31)、上蓋板(36)、下蓋板(29)、浮動活塞a (11)、浮動活塞b (13)、活塞(15)、單向閥e (34)、單向閥d (32)、單向閥c (30)、氣動插頭a (9)、氣動插頭b (18)和氣壓觸動開關(28);所述增壓腔體(31)為一圓柱形的殼體，增壓腔體 (31)的上下端分別與上蓋板(36)和下蓋板(29)通過螺栓連接，形成一密閉腔室；所述密閉腔室內部由上至下依次設有浮動活塞a (11)、浮動活塞b (13)和活塞(15)，所述浮動活塞a (11)、浮動活塞b (13)和活塞(15)將依次分隔成四個小腔室，所述四個小腔室由上至下依次為二級蓄能腔(10)、一級蓄能腔(12)、壓縮腔(14)和下腔(16);浮動活塞a (11)、浮動活塞b (13)和活塞(15)上分別設置單向閥e (34)、單向閥d (32)和單向閥c (30)；上蓋板(36)與浮動活塞a (11)之間設置彈簧b (35)，浮動活塞a (11)與浮動活塞b (13)之間設置彈簧a (33);所述增壓腔體(31)內壁上沿周向設有一圈限位環，浮動活塞b (13)位於限位環上方，彈簧a (33)與彈簧b (33)將浮動活塞a (11)浮動活塞b (13)壓緊在限位環上；上蓋板(36)上端面設有上吊耳(37)，上蓋板(36)上設置連通二級蓄能腔(10)的氣動插頭a (9);活塞杆a (17)的上端穿過下蓋板(29)的中心，並與活塞(15)通過螺栓固定，下蓋板(29)上設置連通下腔(16)的氣動插頭b (18);活塞杆a (17)的下端連接氣壓觸動開關(28)。
2.根據權利要求1所述的一種帶多級自增壓機構的空氣彈簧閉環氣路系統，其特徵在於，所述氣壓觸動開關(28)設於增壓腔體(31)的下方，氣壓觸動開關(28)為長方體，長方體的下端開有圓柱形通孔作為下吊耳(25)，在長方體的上端，沿軸線開設沉孔作為活塞杆導向孔(26),活塞杆a (17)的下端伸入到活塞杆導向孔(26)內；在長方體側面內嵌一個單出杆式氣缸，所述單出杆式氣缸的活塞杆b (24)與活塞杆a (17)的軸線垂直，活塞杆a(17)的下端一側沿徑向設有插孔(27)，所述單出杆式氣缸的活塞杆b (24)的一端沿徑向伸出的沉孔插入插孔(27)，所述單出杆式氣缸的活塞杆b (24)的一端設有氣壓觸動開關活塞(20)，活塞杆b (24)上套有復位彈簧(23);側蓋板(19)通過螺栓與氣壓觸動開關(28)的側面連接與活塞之間形成氣壓觸動開關無杆端腔室(21)，側蓋板(19)上設置連通氣壓觸動開關無杆端腔室(21)的氣動接頭c (22)。
3.根據權利要求2或3所述的一種帶多級自增壓機構的空氣彈簧閉環氣路系統，其特徵在於，所述放氣電磁閥(5)與低壓罐(7)的進氣口 C的管路上連接補氣電磁閥(39)，補氣電磁閥(39 )連接空氣壓縮機(38 )。
全文摘要
本發明公開了一種帶多級自增壓機構的空氣彈簧閉環氣路系統，主要包括增壓裝置、單向閥a、充氣電磁閥、空氣彈簧、放氣電磁閥、高壓罐、低壓罐、單向閥b，空氣彈簧根據需要接收來自高壓罐的氣體實現充氣，需要放氣時，則通過放氣電磁閥使空氣彈簧向低壓罐放氣，同時，通過低壓罐中的壓力對氣壓觸動開關裝置作用，裝置根據氣壓大小斷開或結合活塞杆與下吊耳的連接，增壓機構在懸架的外在激勵上下振動行程中，將氣體通過多級升壓後進入高壓罐，形成循環氣路。本發明提供一種可以回收車輛振動能量的蓄能懸架，可將空氣彈簧排出的高壓氣體有效回收，通過增壓裝置增壓以循環利用，達到空氣懸架系統節能目的。
文檔編號B60G11/30GK103241091SQ20131019395
公開日2013年8月14日 申請日期2013年5月23日 優先權日2013年5月23日
發明者李仲興, 孫麗琴, 崔振, 徐興 申請人:江蘇大學