在前一种情形下， 因单向阀开启， 活塞及活塞杆 组件相对缸筒运动时受到的阻尼力较小，这相当于 传统悬架中的弹簧作用； 在后一种情形下， 因单向阀 关闭，活塞及活塞杆组件相对缸筒运动时受到的阻 尼力较大， 这相当于传统悬架中的减振器作用。
工程机械
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油气悬架的特性及其应用现状
被评为 "##" 年中国工程机械十大新闻之一的
工程机械
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关键词： 油气悬架 全地面起重机 结构 原理
对油气悬架的结构、 原理、 特征作一初步介绍。 $%&"’ 全地面起重机，
（ 由徐州工程机械集团 设 计 ） $%&"’ 型 全 地 面 起 重 机采用了油气悬架。 油气悬架类属于被动悬架， 但油 气悬架又具有主动悬架的结构型式，具有只有主动 悬架才能实现的部分功能和性能。所谓油气悬架是 指以油液传递压力、 用惰性气体（ 通常为氮气） 作为 弹性介质的一种悬架， 它的弹性元件为蓄能器， 减振 元件则为悬架缸内部的节流孔、 单向阀等。
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试 验
油气悬架的特征及其结构原理分析
徐州工程机械研究院 秦家升 安 静 单海燕 安时祥
研 究
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摘 要 + 油气悬架技术是一种新型的车辆悬架技术，它融合了液压传动控制技术和悬架技 术，是发展现代特种车辆及大型工程车辆的关键技术，文章结合由徐州工程机械集团设计的
日本的重型车辆上， 以后逐步推广应用到军用特种 车辆及工程车辆上。目前油气悬架的结构有单气室 油气分离式、 双气室油气分离式和油气混合式等多 种商品化型式。在技术方面， 国外定性定量研究比 较全面， 对于如何进行结构参数的设计以及结构参 数的变化如何影响油气悬架的性能， 应该说都有较 好的研究成果， 但因为这是结构设计的关键， 属于 企业的商业秘密，因此很难看到这方面的相关资 料， 充其量不过是油气悬架的简化数学模型、 仿真 及其仿真结果的试验验证等。 国内在油气悬架技术研究方面起步较晚， 5& 年 代初才引起国内研究人员的关注。 %652 年上海重型 汽车制造厂通过参考美国样机设计的油气悬架应 用到该厂的 19:5& 、 但使用效 19:5/ 矿用自卸车上， 果较差，后来，徐州工程机械集团有限公司（ %66/ 年） 、 湖南浦沅工程机械厂（ 先后 从 德 国 利 %662 年） 勃海尔公司引进了 )*"%&/0 、 )*"%&:/ 、 )*"%&0& 全地面起重机，促进了油气悬架技术的推广应用， 有关高校也开展了这方面的研究，如北京理工大 — ! —
可迅速抑制车架的振动，具有 通过悬架缸的同时或单
#车身高度自由调节
独调节，车架高度可上下升降、前后升降或左右升 降， 这对改善车辆的通过性能和行驶性能十分重要。
$刚性闭锁
通过切断液压缸与蓄能器及其它
液压元件的连接油路， 利用油液压缩性较小的特点， 可使油气悬架处于刚性状态，在这种条件下车辆可 承受较大载荷并能缓慢移动。
参考文献
表" 结构参数
结构参数对油气悬架性能的影响 参数变化 刚度变化 增大 增大 增大 增大 增大 增大 增大 减小 增大 增大 增大 减小 减小 减小（ 相对压缩时） 阻尼变化
蓄能器充气压力 蓄能器充气容积 悬架液压缸缸径 悬架液压缸杆径 油缸阻尼孔面积 油缸单向阀面积
"! 表 中 液 压 缸 单 向 阀 的 有 效 过 流 面 积 对 悬 架 阻 尼 的 影
%改善车辆运动性能 通过悬架纵横交错的不 同连接 ( 可 以 改 善 车 辆 的 某 些 运 动 性 能 ) 如 侧 倾 运 动、 俯仰运动 *， 解决车辆启动和刹车时的点头现象
等。
&单位储能比大
这一特点对重型车辆特别有 — " —
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试 验 研 究 ・
响仅在液压缸的活塞杆组件相对缸筒收缩时有作用。
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吴仁智 & 油气悬架系统动力学建模仿真和试验研究 & 浙江大学博士论文， %### 封士彩 & 工程车辆油气悬架的现状与发展 & 矿山机械，
何存兴 & 液压传动与气压传动（ 第二版） 武汉： 华中科 技大学出版社

通信地址：江苏省徐州市金山桥经济技术开发区工业一区 徐州工程机械研究院液压室（ !!"##$ ） （ 收稿日期： %##’(#)(!* ）
"全 地 面 起 重 机
德国利勃海尔公司生产的
)*" 系列起重机、美国格鲁夫公司生产的 +", 系 列起重机、日本钢铁株式会社生产的 ’, 系列起重 机、 徐州重型机械厂生产的 -!./0 起重机。 # 铲 运 机 械 美 国 卡 特 彼 勒 公 司 生 产 的 *1$ /23 自行式铲运机。 $轮 式 挖 掘 机 日 本 日 立 建 筑 机 械 有 限 公 司 生产的 %& 吨轮式挖掘机。 %矿用自卸车 美国卡特彼勒公司生产的 (!*456 自卸车、瑞典沃尔沃公司生产的 7"8’6& 自 卸 车 、 上 海 重 型 汽 车 制 造 厂 生 产 的 19:5& 和 19:5/ 自卸车。 !"# 油气悬架的技术现状 油 气 悬 架 技 术 始 于 /& 世 纪 ;& 年 代 后 期 ,<=>?@@ 发明的油气减振器，它最先应用在德国和
!"!
油气悬架性能影响因素分析 结合图 % 油气悬架的连接方式可得到相关的数
学模型，通过模型分析可以得出有如下参数影响油 气悬架的性能： （ 蓄能器的结构参数 &） 蓄能器的充气压力和充气容积影响油气悬架的 刚度， 充气压力越大， 油气悬架的刚度越大； 充气容 积越大， 悬架的刚度越小。 用于油气悬架的皮囊式蓄 能器通常选用的充气压力为 !,-./0 ，公称容积为 — ! —
（ 双气室悬架液压缸结构 !） 图 ! 所示的油气悬架缸结构是双气室结构， 液 压缸的内部有 "、 #、 $ 三个油腔， $ 腔一方面通过数 个阻尼孔和单向阀与 # 腔相通， 另一方面还通过管 路与左蓄能器相通， " 腔通过管路仅与右蓄能器相 通。 当活塞及活塞杆相对缸筒收缩时， " 腔的油液会 受到压缩而进入右蓄能器， $ 腔的油液因 # 腔容积 增大而受到左蓄能器气体压缩进而通过阻尼孔和单 向阀进入 # 腔； 相反地当活塞及活塞杆相对缸筒伸 张时， # 腔的油液因受到压缩而通过阻尼孔进入左 蓄能器， 右蓄能器的油液因 " 腔容积增大而受到右 蓄能器气体压缩进而进入 " 腔。 与单气室悬架液压缸情形类似，在前一种情形 下， 因单向阀开启， 活塞及活塞杆组件相对缸筒运动 时受到的阻尼力较小； 在后一种情形下， 因单向阀关 闭，活塞及活塞杆组件相对缸筒运动时受到的阻尼 力较大。 沟通， 且与各自的蓄能器相连接。 在这种条件下路面 的激励产生的冲击可通过悬架缸的液压油传递给存 有一定压力气体的蓄能器，从而起到缓冲和吸收振 动的作用， 此外， 该种连接还可减小起重机转弯时的 侧倾角， 从而改善了起重机的行驶稳定性。 （ 整车升降 %） 在四个气动阀接通的前提下，同时接通 ’!、 ’( （ 或 ’&、 ’%） 可实现车架的整体升高（ 或降低） ， 从而 提高整车的通过性能。 （ 单侧升降 (） 在四个气动阀接通的前提下，单独接通一侧的 电磁阀可使该侧的车架升高 ) 如接通 ’!* 或降低 ) 如 接 通 ’ &* ， 而另一侧的车架会有较小幅度的升高或 降低。
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油气悬架液压系统原理及主要实现功能 图 % 为一起重机前桥油气悬架的液压系统原理
（ 整车调平 +） 接通调平开关，悬架缸上的传感器开始检测活 塞所处位置，进而调节相应液压缸以达到整车调平 的目的。
图， 主要元件有两个悬架缸、 两个蓄能器、 四个电磁 阀、 四个气动阀， 此外配有油源和气源系统。具有如 下主要功能： （ 刚性悬架 &） 此时所有的电磁阀、 气动阀都处于关闭状态， 悬 架缸与蓄能器、 其它液压元件断开， 相当于悬架缸的 大小油腔皆被堵塞。在这种条件下可实现上车的吊 重行驶功能。 （ 弹性悬架 !） 此时四个电磁阀关闭， 四个气动阀接通， 一个悬 架缸的大、 小油腔与另一个悬架缸的小、 大油腔互相
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油气悬架的特征
!非线性刚度
传统的悬架因弹性元件的刚度
大多为线性的而使其刚度基本保持不变，而在油气 悬架中， 弹性元件的刚度具有非线性、 渐增（ 减） 的特 点， 这就可以实现车辆在平坦路面上行驶平顺， 在劣 质路面上因悬架吸收较多的冲击能量而使其保持一 定的行驶速度。
"非线性阻尼
很好的减振性。
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!"!#$，现实中经常通过改变蓄能器的充气压力来
改变油气悬架的刚度，以便适应不同的路况和不同 的环境温度。 （ 悬架液压缸的结构参数 %） 悬架缸的缸径、活塞杆的杆径直接影响悬架缸 的大、 小油腔截面面积。液压缸的缸径越大， 悬架的 刚度、 阻尼越大； 液压缸的杆径越大， 悬架的刚度越 大， 阻尼越小； 液压缸阻尼孔和单向阀的有效过流面 积越大， 油气悬架的阻尼越小。 表 ! 总结了有关结构 参数对油气悬架性能的影响。