帘线一体化缠绕增强橡胶空气弹簧的制作方法

本发明涉及一种隔振元件，具体的说是一种帘线一体化缠绕增强橡胶空气弹簧。

背景技术：

空气弹簧是一种具有非线性静、动态刚度的减振元件，它可利用空气压缩的非线性刚度和阻尼特性来隔离振动和冲击,已经被广泛应用于各种动力、机械、精密仪器等装置的隔振或作动设计。

空气弹簧的承载能力取决于囊内气体压力，对于应用安装空间较小的场合，必须大幅提高囊内工作压力，减小空气弹簧尺寸，以满足使用安装空间要求。囊内工作压力的大幅提高对其接头强度和气密性提出了更高的要求。传统空气弹簧囊体和盖板接头结构形式一般采用囊体硫化自密封式(中国专利号201710538102.2)，螺栓法兰挤压式(中国专利号201721709826.0)、或卷边自密封式(中国专利号201380073617.x)，但都不能满足高压大承载时空气弹簧接头抗拔脱性及高气密性要求。

《高压大载荷空气弹簧》(中国专利号200710051635.4)采用三法兰一体化的接头结构形式，即囊体的骨架层在中间法兰上绕一圈后再由外法兰和压紧法兰压紧硫化为一体，其改进了囊体和盖板的接头结构，提高了抗拔脱能力。但此结构靠法兰压紧骨架层形成的摩擦力来保证其抗拔脱能力，当空气弹簧直径较大，工作压力进一步提高，或是在受到外界冲击而囊体产生较大变形的情况下，帘线还是会从夹紧的法兰中拔脱出来，另外这种结构的法兰开口较大，对密封性要求较高。

技术实现要素：

本发明的目的是为了解决上述技术问题，提供一种结构简单、强度高、气密性好、抗拔脱性能优异的帘线一体化缠绕增强橡胶空气弹簧。

技术方案包括上、下法兰以及与上、下压紧环硫化成一体的囊体，所述上法兰经上紧固件与上盖板连接，所述下法兰经下紧固件与下盖板连接，所述囊体与上盖板和下盖板之间分别设有上、下压紧环，所述囊体外套有与上盖板连接的约束法兰；所述囊体由内胶层、骨架层和外胶层构成，所述内胶层分别与上法兰和下法兰硫化成一体,所述外胶层分别与上压紧环和下压紧环硫化成一体；所述骨架层中的帘线对内胶层及上下法兰进行交叉网状缠绕，形成可将上下法兰捆绑为一体的、网状结构的帘线层。

所述骨架层至少含有帘线层。

所述骨架层由多层交错布置的帘线层和橡胶层组成。

所述上法兰或下法兰上开有进气口，开有进气口的法兰对应的盖板上开有气孔，所述进气口经气孔与气嘴连接。

开有进气口的法兰顶面设有环形凸台，开有气孔的盖板底面设有与环形凸台对应的环形凹槽，所述环形凹槽内设有环形密封圈，所述环形凸台对应卡入环形凹槽中。

所述法兰的进气口处对应设有固定在盖板上的密封件，所述密封件由硫化成一体的上层橡胶层和下层金属盘构成，所述橡胶层的周部设有开口向下的环形凹槽口，所述环形凹槽口的外壁与所述法兰进气口的壁面接触；所述密封件上也对应开有与所述气孔连通的气口。

还包括有位于囊体内的内置限位器，所述内置限位器通过紧固件安装在下法兰上。

还包括有位于约束法兰外的外置限位器，所述外置限位器通过紧固件安装在下盖板上；所述约束法兰上设有与所述外置限位器配合的限位板。

所述外置限位器包括限位金属架和限位橡胶层。

有益效果：

(1)改进空气弹簧接头结构形式，通过用帘线的一体化缠绕将上下法兰绑成一个整体，进而提高整体连接性，这种看似简单的改造，使得拔脱时克服的不再是法兰与骨架层之间的摩擦力，而是帘线层对上下法兰一体捆绑式的网状缠绕力，除非帘线断裂，否则不会出现囊体拔脱的情况，极大的提高了空气弹簧的抗拔脱性能。

(2)采用一体化增强橡胶囊体结构，上、下法兰中仅一法兰开有进气口，可有效保证整体气密性；为了提一步保证法兰进气口处的气密性，采用两级密封结构：法兰与对应盖板间用环形密封圈密封；在进气口处使用密封件，密封件周部的环形凹槽口外壁正好抵在法兰进气口与对应盖板间的接缝处，当囊体充气后，可在局部实现自密封。

(3)对空气弹簧冲击特性要求较高的场合，可在空气弹簧上安装限位装置，通过内置限位器和外置限位器的组合，可以有效限制空气弹簧三向冲击变形；通过适当调节限位装置的结构和刚度特性，可以有效调整空气弹簧垂向压缩、拉伸，横/纵向冲击特性参数。

(4)本发明空气弹簧整体性好、空间尺寸小、承载能力强、可靠性高、抗拔脱性能和气密性好，适用于例如膜式、囊式或其它结构的空气弹簧。

附图说明

图1为本发明示意图(膜式结构)。

图2为图1的上下盖板安装接口示意图。

图3为图1中a部的局部放大图。

图4a为上法兰帘线缠绕示意图(膜式结构)。

图4b为下法兰帘线缠绕示意图(膜式结构)。

图5为密封件的结构示意图。

图6为图5的a-a向示意图。

图7为本发明(膜式结构)装有限位装置的实施例示意图。

图8为图7的左视图。

图9为帘线缠绕示意图(囊式结构)。

图10为本发明囊式结构实施例示意图。

图11为本发明(囊式结构)改变上下法兰结构形式后实施例示意图。

其中，1-第一螺栓、2-囊体、2.1-内胶层、2.2-骨架层、2.21-帘线层、2.22-橡胶层、2.3-外胶层、3-第二螺栓、4-上盖板、4.1-气孔、4.2-环形凹槽、5-上法兰、5.1-进气口、5.2-环形凸台、6-下盖板、7-下法兰、8-上压紧环、9-下压紧环、10-约束法兰、11-帘线、12-气嘴、13-环形密封圈、14-密封件、14.1-气口、15-橡胶层、15.1-环形凹槽口、16-金属盘、17-安装孔、18-第三螺栓、19-第四螺栓、20-内置限位器、21-第五螺栓、22-外置限位器、22.1-限位金属架、22.2-限位橡胶层、23-第六螺栓、24-限位板、25-肋板。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步解释说明：

参见图1及图2，本发明中上盖板4和下盖板6均预留有多个安装孔17用于安装相应的上部减震设备及底部基座；囊体2连接上、下法兰5、7并与之硫化成一体；所述上法兰5经第二螺栓3与上盖板4连接，所述下法兰7经第三螺栓18与下盖板6连接，所述囊体2与上盖板4和下盖板6之间分别设有上、下压紧环8、9，所述囊体2外套有约束法兰10，所述约束法兰10经第一螺栓1固定在上盖板4上，可以通过调整约束法兰10的导向角度来调整空气弹簧的静、动态刚度等力学特性。所述下法兰7全封闭，所述上法兰5开有进气口5.1，所述上盖板4开有气孔4.1，所述进气口5.1经气孔4.1与气嘴12连接。

参见图1，所述上法兰5顶面设有环形凸台5.2，所述上盖板4底面设有与形环凸台5.2对应的环形凹槽4.2，所述环形凹槽4.2内设有环形密封圈13，所述环形凸台5.2对应卡入环形凹槽4.2中，同时用环形密封圈13密封。

参见图5和图6,所述上法兰5的进气口5.1处对应设有经第四螺栓19固定在上盖板4上的密封件14，所述密封件14由硫化成一体的上层橡胶层15和下层金属盘16构成，所述橡胶层15的周部设有开口向下的环形凹槽口15.1，所述环形凹槽口15.1的外壁与所述上法兰5进气口5.1的壁面接触；所述密封件14上也对应开有与所述气孔4.1连通的气口14.1，以保证从气嘴12至囊体2内的充放气通道通畅。

所述囊体2由内胶层2.1、骨架层2.2和外胶层2.3构成，所述内胶层2.1分别与上法兰5和下法兰7硫化成一体；所述外胶层2.3分别与上压紧环8和下压紧环9硫化成一体，所述骨架层2.2中的帘线11对内胶层及上下法兰进行交叉网状缠绕，形成可将上下法兰捆绑为一体的、网状结构的帘线层2.21(缠绕形成的网状结构见图4a和图4b)。

优选的，根据工作强度需要，参见图3，所述骨架层2.2可仅由单层帘线层2.21组成，也可由多层交错设置的帘线层2.21和橡胶层2.22构成，所述帘线层2.21的铺设层数和帘线层2.21中帘线11的缠绕角度并不特别限定，本领域技术人员可以根据需要进行设计；所述帘线11的材料可以为高强度芳纶纤维或尼龙、聚酯等其它纤维材料。

优选的，参见图7-8，为进一步优化空气弹簧的静、动态特性和冲击特性，在满足安装空间尺寸要求的情况下，可以在空气弹簧上安装限位装置：

一是在空气弹簧内部安装内置限位器20，内置限位器20通过第五螺栓21安装在下法兰7上，通过改变内置限位器20的体积可以调节空气弹簧的静、动态特性，通过改变内置限位器20的高度和刚度特性可以调节空气弹簧垂向压缩冲击特性。

二是可以在空气弹簧外部安装外置限位器22，外置限位器22由限位金属架22.1和限位橡胶层22.2组成，通过第六螺栓23安装于下盖板6上(下盖板6需调整尺寸满足外置限位器22的安装要求)；在约束法兰10上焊接限位板24，限位板24与约束法兰10之间设置肋板25；通过限位板24和外置限位器22的组合，可以限制空气弹簧垂向压缩、拉伸，横/纵向位移。通过改变空气弹簧三向冲击变形过程中空气层、缓冲层的厚度值(即调节各方向限位橡胶层22.2外表面至限位板24之间的距离和限位橡胶层22.2的厚度)，可调节垂向拉伸、压缩，横/纵向冲击特性参数。此外，限位板24与约束法兰10之间的连接强度、外置限位装置22与下盖板6之间的连接强度，限位金属架22.1的结构强度和限位橡胶层22.2的材料特性都能对空气弹簧的各向冲击特性产生影响。

上述结构为膜式结构的空气弹簧，参见图1或图7，本发明结构还适用于囊式结构的空气弹簧，图9为囊式结构空气弹簧帘线缠绕示意图，图10为囊式结构空气弹簧结构示意图。

上述两种实施例(膜式结构或囊式结构)中均选取上法兰5开口，下法兰7封闭的结构形式，参见图11，本发明也能实现下法兰7开口，上法兰5封闭的结构形式。

本发明实施例中膜式结构空气弹簧(参见图1)长405mm，宽360mm，高228mm，额定气压为2.5mpa。经试验验证，在空气弹簧充气1.5～3mpa时，其承载能力为9.75～19吨。空气弹簧充压至26mpa时未见泄露、破损或囊体拔脱情况。空气充内压至4mpa，在单级密封(仅留环形密封圈)状态下静置90天，压力降小于5.5％，采用10组样机进行单、双级密封状态下24h气密性试验对比，气密性效果进一步提高16％。在额定工作载荷下，在固有频率处以振幅±1.27mm，进行1x10⁶次循环垂向振动的疲劳试验，试验过程中空气弹簧无异常，试验后空气弹簧外观良好，此时进行24h气密性试验，压降仅为0.3％。在额定状态下以3.0mm/s的速度对空气弹簧进行垂向拉伸、压缩50mm大变形试验，试验循环10次，空气弹簧外观良好，囊体无损坏，无拔脱；将两个空气弹簧组合固定在试验夹具上，以2.5mm/s的速度进行拉压30mm试验，试验循环10次，空气弹簧外观良好，囊体无损坏，无拔脱。空气弹簧在lc-4型20t落锤冲击机上进行三向冲击试验，当落锤处于试验最大高度向下冲击时，空气弹簧垂向拉伸、垂向压缩达到50mm大变形，横、纵向冲击达到30mm大变形，两次重复性试验后，空气弹簧外观良好，囊体无损坏，无拔脱。由此，本实施例中空气弹簧的承载能力、抗拔脱、密封性以及可靠性能够得到充分保证。