产品・结构文章编号:100320794(2005)0720103202
一种新型的油气悬挂缸
戴志晔
(煤炭科学研究总院太原分院,太原030006)
摘要:介绍了MK-3S悬挂式多用途胶轮车上使用的一种新型油气悬挂缸的结构、工作原
理、主要功能以及主要技术参数。并分析了这种结构型式的油气悬挂系统所具备的特点及其工作
性能。
关键词:油气悬挂缸;快换机构;减振
中图号:TD529文献标识码:B
1 引言
煤矿井下胶轮车辆由于行驶在比较恶劣的井下
巷道中,路面起伏不平,作用于车轮上的垂直反力具
有较强的冲击性,为了提高车辆行驶平顺性和操纵
稳定性,减少动载荷引起车辆零部件损坏程度,提高
车辆的使用寿命,采用一种能同时兼顾几方面要求
的悬挂系统。国外20世纪60年代后期和国内20
世纪80年代初开始研究油气悬挂系统,由于其优越
的非线性弹性特性和良好的减振性能,能够较好地
满足矿山工程车辆的要求。
油气悬挂系统是以油液传递压力,用惰性气体
(通常为氮气)作为弹性介质的一种悬挂系统。
2 油气悬挂缸结构及作用
新型油气悬挂缸是一种双作用油-气协同作用
的减振缸,一端装有液压油、另一端充有高压氮气的
封闭缸,在液压油缸内设置有起阻尼作用的一个小
孔来实现其动作,可缓冲车辆在行驶中所受路面的
冲击载荷,使车厢及车轮的振动迅速得到衰减。这
种悬挂系统是由新型油气悬挂缸、控制阀和手动换
向阀等共同构成的自定位可控油气悬挂系统,在后
机架上左右各安装1套。控制阀由单向阀和二位液
控阀组成,其阀体组焊在该油气悬挂缸上,如图1所
示。油气悬挂缸的两端耳子用铰销联接安装在后机
架和车轮摆架装置之间,而车轮摆架装置与后机架
铰接连接,后轮刚性联接在车轮摆架装置上,当后轮
受到冲击载荷时,后轮与车轮摆架装置共同以铰接
销A为枢轴摆动。
作为快换机构关键元件之一的油气悬挂缸同时
还起升降液压缸的作用,推拉车轮摆架装置使其机
架升降,从而实现工作装置(平板车厢、槽形车厢、自
卸车厢和人厢)的自动更换。油气悬挂缸、锁紧液压
缸和锁紧耳板等共同组成工作装置快换机构。锁紧
液压缸一端铰接固定在后机架上,另一端同安装在
后机架内侧的锁紧耳板铰接。油气悬挂缸伸出,推
动车轮摆架装置,整个机架抬起,同时将车厢举起,
与此同时锁紧液压缸伸出,推动锁紧耳板动作将车
厢定位夹紧,使车厢同后机架连成一体;当油气悬挂
缸缩回时,拉动车轮摆架装置,整个机架降低高度,
同时解除对车厢的锁紧,可将车厢放下,从而实现车厢与后机架的分离。车厢与后机架靠3点啮合,即
车厢前中部长210mm,直径120mm带锥度的柱销
插入后机架前端中部装有尼龙导向套的销孔内,车
厢两侧长95mm,直径100mm的柱销放入后机架
两侧锁紧耳板孔内。
图1 油气悬挂系统及快速更换机构安装简图
Fig11 Thebriefdrawingofmountingforthequickreplace
mechanismandthehydro-pneumaticsuspensionsystem
11导向套 21后机架 31油气悬挂缸 41控制阀 51锁紧液压
缸
61锁紧耳板 71车轮摆架装置 81后车轮
3 油气悬挂缸工作原理
油气悬挂的液压系统原理如图2所示。当车辆
在路面行驶时,油气悬挂缸的活塞杆处于伸出状态,
活塞处于阻尼孔附近,手动换向阀处于中位,活塞杆
腔接通油箱。使油液返回油箱,由于气体的可压缩
性,活塞杆处于既可外伸,又可缩回的悬浮状态,从
而实现缓冲减振功能,振动阻尼行程可达120mm。
在没有冲击载荷时,油气悬挂缸活塞杆的推力与充
气腔的气体推力相互平衡,活塞处于悬浮状态的中
位,使后机架及车厢高度保持不变;当车轮滚动行驶
在凸起或滚出凹坑路面时,产生冲击载荷,车轮与车
轮摆架装置共同以铰接销A为枢轴上摆,靠近后机
架,此时,油气悬挂缸受压缩,活塞杆缩回,高压氮气
被压缩,吸收冲击动能,后机架及车厢相对后轮中心
高度下降;当车轮滚离凸起或滚动行驶在凹坑路面
时,车轮与车轮摆架装置一起以铰接销A为枢轴下
摆,远离后机架,油气悬挂缸受到拉伸作用,活塞杆
伸出,高压氮气膨胀,后机架及车厢相对后轮中心高・301・ 2005年第7期 煤 矿 机 械 度上升。根据油气悬挂缸活塞所处的位置和冲击载
荷的大小可决定油气悬挂缸的最佳气体弹力,从而
使后机架及厢体的水平度得到调节。
图2 油气悬挂液压系统原理图
Fig12 Thetheorydiagramofthehydro-pneumatic
suspensionsystem
11高压油源 21手动换向阀 31单向阀 41后悬架缸 51液控
阀
61油箱
在需要挂装车厢时,操纵手动换向阀手柄至右
挡位,油气悬挂缸活塞杆腔接通高压油,活塞杆缩
回,整个机架绕前轮中心下降,后机架处于某一合适
的位置,车辆后退至车厢前,车厢前部、左右两侧3
个柱销与后机架啮合就位后,操纵锁紧液压缸手柄,
使锁紧液压缸活塞杆伸出,将车厢同后机架固定定
位成一体;操纵手动换向阀手柄至左挡位,油气悬挂
缸活塞腔接通高压油,活塞杆伸出,整个机架绕前轮
中心上升,举起车厢,即完成安装。需要摘卸车厢
时,将车辆驾驶到指定停放地点,操纵锁紧液压缸手
柄,锁紧液压缸活塞杆回缩,解除对车厢的锁紧,操
纵手动换向阀手柄至右挡位,油气悬挂缸活塞杆缩
回,整个机架绕前轮中心下降至最低位置,车厢平稳
落地,车辆前进,车厢即摘卸完成。
4 主要技术参数
液压缸工作压力/MPa10
氮气预充压力/MPa1.38
缸径/mm101.6液压缸工作行程/mm375
液压缸升举行程/mm300
气缸工作行程/mm125
5 性能特点
(1)具有非线性特征的变刚度特性。氮气处于
密闭气室内,气体压力随着外界载荷的变化而变化,
故具有变刚度特性。在平坦的路面上行驶时悬挂运
动行程小、刚度小、行驶平顺性好;而在起伏不平的
路面上行驶时,悬挂刚度大,能吸收较大的冲击能量,避免产生刚性撞击,使车辆具有良好的行驶平顺
性和操纵稳定性。
(2)可自动调节车身高度。通过对油气悬挂缸
补油或排油,实现车身高度的自动调节或保持机架
高度不变,极大地改善了车辆的通过性和乘座的舒
适性。
(3)具有非线性变阻尼特性,减振效果显著,从
而提高了车辆行驶速度,运行效率高。
(4)体积小、重量轻、结构简单。该油气悬挂缸
集弹性元件和减振器于一体,结构紧凑、连接更加简
单。
(5)可提高车辆的承载能力。利用液体可压缩
性极小的特点,使车辆可承受较大的载荷。
(6)由于其承受载荷较大,对油气的密封性和控
制阀的密封性要求较高,工艺性要求严格,且需配备
氮气充气专用工具。
6 结语
(1)该油气悬挂缸设计先进、性能优良,有着广
泛的应用前景,很适合在煤矿井下运输设备上使用。
(2)由油气悬挂缸构成的悬挂系统为自定位可
控式油气悬挂系统,结构更加紧凑简单。
(3)改变油气悬挂缸的氮气预充压力可以调节
悬挂的刚度。
(4)由油气悬挂缸构成的快速更换机构由液压
系统操纵,只需司机1人即可快速、方便地更换多种
不同用途的工作装置,实现一车多用。
(5)该油气悬挂缸存在的主要问题及改进措施:
①在行驶过程中该油气悬挂缸活塞杆处于伸出外
露状态,尤其在重载情况下,活塞杆易发生弯曲变
形。可将活塞杆适当加粗以提高其刚性。②该油
气悬挂缸的活塞杆与端盖接合处,在进行往复运动
中,易发生研磨、拉伤等现象。应在端盖内孔处增加
适当宽度的非金属材料导向套。
参考文献:
[1]封士彩,王国彪.工程车辆油气悬架的现状与发展[J].矿山机械,
2000,(12):27-28.
[2]戴志晔.MK-3S悬挂式多用途胶轮车悬架系统[M].煤炭科学
技术,2005,(4):26-28.
作者简介:戴志晔(1965-),女,山西祁县人,高级工程师,现从
事煤矿井下辅助运输防爆胶轮车的研究开发和设计工作.Tel:0351
-7685025.
收稿日期:2005203229
ANewTypeHydro-pneumaticSuspensionCylinder
DAIZhi-ye(TaiyuanBranch,ChinaCoalResearchInstitute,Taiyuan030006,China)Abstract:Thepaperintroducesthestructure,theoperationtheory,theprimaryfunctionandthekeytechnical
parametersofhydro-pneumaticsuspensioncylinderwhichisbeenusedinMK-3S
multi-purposessuspension
rubber-tyredlocomotive,analyzesthestructurefeatureandoperationfunctionofthisnewtypehydro-pneu2
maticsuspensionsystem.
Keywords:thehydro-pneumaticsuspensioncylinder;thequickreplacementsetting;vibration-absorbing・401・ 一种新型的油气悬挂缸———戴志晔 2005年第7期