一种两级压力式油气弹簧及工作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及车辆悬架系统领域，具体是用于悬架系统的压力式油气弹簧。
【背景技术】
[0002]油气弹簧是一种集弹性和阻尼一体的性能优良的汽车悬架元件，在越野车和工程机械车辆方面具有良好的应用。油气弹簧在汽车行驶过程中可以起缓和地面冲击、衰减汽车振动作用，从而改善汽车行驶平顺性，提高汽车操纵稳定性。
[0003]一般油气弹簧的阻尼特性是不可变的，但汽车在行驶过程中，特别是在崎岖路面行驶时，很容易受到车桥(或车轮)与车架相对速度较大的激励，如果只有一种阻尼状态的话，在受到车桥(或车轮)与车架相对速度较大的激励时，弹簧压缩行程时的阻尼会突然上升，车辆需承受较大的冲击载荷，导致乘坐舒适性下降。为了提高乘坐舒适性，曾采用油气弹簧可控阻尼阀外置的结构形式来实现阻尼可调，但是这类油气弹簧的结构不够紧凑，不便于布置和安装。
[0004]对于载货汽车而言，后悬架弹簧的载荷在空载和满载两种状态下相差甚大，单一的刚度无法同时地满足空载和满载时具有较好的行驶平顺性的要求。因此，能随载荷变化刚度随之改变的两级压力式油气弹簧能够很好地满足载货汽车后悬架的需要。专利申请号201280014155.X公开了一种阻尼阀，其压缩阻尼孔和伸张阻尼孔在同一平面对称分布。这种结构在工作中容易因单向液体流动产生的摩擦力而对另一侧阀体产生挤压。中国专利申请号201110007901.X公开了一种整体式三级阻尼可控二级刚度自适应油气弹簧，其两级气室都是以并联的方式布置，这种方式存在占用空间大，不便于布置和安装的缺陷。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供了一种具有两级阻尼的阻尼效果好的新型两级压力式油气弹簧及其工作方法。
[0006]本发明一种两级压力式油气弹簧采用的技术方案是:包括工作缸筒、缸筒盖、活塞杆组件和阻尼阀总成，工作缸筒顶端开口处固定连接与外杆成间隙配合的缸筒盖，活塞杆组件包括外杆、内杆和两个浮动活塞，内杆同轴空套在外杆内腔中，阻尼阀总成固定连接在活塞杆组件的正下方，活塞杆组件和阻尼阀总成自工作缸筒外从缸筒盖的正中间伸入工作缸筒内且将工作缸筒内分成上方的环形腔和下方的无杆腔，无杆腔为液体腔；内杆内腔中设可沿内杆内壁上下移动的第一浮动活塞，第一浮动活塞将内杆的内腔隔成上方的第一级气室的第一部分和下方的活塞杆内液体腔；外杆内壁与内杆外壁之间设第二浮动活塞，第二浮动活塞将外杆内壁与内杆外壁之间的隔成上方的第一级气室的第二部分和下方的第二级气室；内杆顶端开有使第一级气室的第一部分和第二部分相通的径向矩形通孔，第一级气室第一部分和第二部分的预充气压小于第二级气室的预充气压；阻尼阀总成由阻尼阀体、单向阀体、伸张阀、螺旋弹簧及压缩阀组成，阻尼阀体的中间部分向上凸起延伸至活塞杆内液体腔内，在中间凸起部分的上表面上固定连接有椭圆形压缩阀，在阻尼阀体的底部中间从下至上开有一个盲孔，盲孔底部开口处装有半球形的单向阀体，盲孔内部的轴向中间装有螺旋弹簧，螺旋弹簧上端接触于盲孔上面、下端固定连接单向阀体，单向阀体外部套有椭圆形伸张阀；在所述中间凸起部分开有周向均布的、连通活塞杆内液体腔和无杆腔的轴向的两个压缩阻尼孔和两个伸张阻尼孔，伸张阻尼孔的孔径小于压缩阻尼孔的孔径，两个压缩阻尼孔、两个伸张阻尼孔各相对于阻尼阀体的中心轴对称国；在阻尼阀体的中间凸起部分外壁的外侧还开有四个连通活塞杆内液体腔和无杆腔的轴向常通孔，在盲孔的孔壁上设置四个沿圆周方向均布的径向矩形通孔作为第二级阻尼孔；椭圆形的压缩阀在长轴方向上完全覆盖两个压缩阻尼孔，但在短轴方向上不覆盖伸张阻尼孔，椭圆形的伸张阀7在长轴方向上完全覆盖两个伸张阻尼孔，但在短轴方向上不覆盖压缩阻尼孔。
[0007]本发明一种两级压力式油气弹簧的工作方法采用的技术方案是:1)在良好路面且承受小载荷时，压缩行程中，整个活塞杆组件向下运动，无杆腔内的液体推开压缩阀，且液体还通过压缩阻尼孔和轴向常通孔向上流到活塞杆内液体腔中，活塞杆内液体腔中的液体推动第一浮动活塞向上运动，第一级气室的第一部分和第二部分中的气体受到压缩，工作压力上升但小于第二级气室的预充气压，第二级气室不工作，第二级阻尼孔不起作用；在伸张行程中，整个活塞杆组件向上运动，无杆腔内液体压力下降，第一级气室的第一部分和第二部分内的气体推动第一浮动活塞向下运动，活塞杆内液体腔中的液体通过伸张阻尼孔和轴向常通孔流回无杆腔中，第二级气室不工作；
2)在良好路面且承受较大载荷时，压缩行程中，整个活塞杆组件向下运动，无杆腔内的液体推开压缩阀，液体通过压缩阻尼孔和轴向常通孔流到活塞杆内液体腔中，活塞杆内液体腔中的液体推动第一浮动活塞向上运动，当工作气压大于第二级气室的预充气压时，第二级气室参与工作，第一级气室的第二部分内的气体推动第二浮动活塞向下运动压缩第二级气室内的气体，第一级气室的第一分部分和第二部分以及第二级气室中的气体都受到压缩；在伸张行程中，整个活塞杆组件向上运动，第二级气室内的气体推动第二浮动活塞向上运动，第一级气室的第一部分中的气体推动第一浮动活塞向下运动，活塞杆内液体腔中的液体推开伸张阀，经伸张阻尼孔和轴向常通孔返回无杆腔中。
[0008]3)在崎岖路面行驶且承受相对加速度过大的激励时，压缩行程中，整个活塞杆组件向下运动，无杆腔受到挤压，无杆腔与活塞杆内液体腔的液体压差大于螺旋弹簧的预紧力，液体通过单向阀体向上压缩螺旋弹簧，单向阀体打开，无杆腔中液体除通过压缩阻尼孔和轴向常通孔外，也通过单向阀体进入盲孔内再流经第二级阻尼孔到达活塞杆内液体腔，阻尼力下降；当无杆腔和活塞杆内液体腔的液体压力差减小到等于或小于螺旋弹簧的预紧力时，螺旋弹簧恢复到初始设计位置，推动单向阀体向下运动，单向阀体关闭；伸张行程中的工作方法与步骤2)中伸张行程中的工作方法一致。
[0009]本发明的有益效果:
1、本发明增设了第二级阻尼阀，采用刚度较大的螺旋弹簧使第二级阻尼阀具有一定的开阀预应力，第二级阻尼阀只在车辆遇到较大路面激励的压缩行程时才开启工作，此时车轮与车架的相对速度较大，阻尼阀上下压差超过开阀预应力，可以保证车辆在崎岖路面行驶中受到车桥(或车轮)与车架相对速度较大的激励时能够有更好的乘坐舒适性。
[0010]2、与专利申请号201280014155.X公布的阻尼阀相比。本发明的阻尼阀设有两两相互对称的四个阻尼孔，两个压缩阻尼孔呈对称分布，与两个压缩阻尼孔径向相位差为90°的两个伸张阻尼孔也是对称分布，孔径较大的为压缩阻尼孔，孔径较小的为伸张阻尼孔。阻尼阀中的阻尼孔对称分布，可以避免因单向液体流动造成对另一侧阀体的挤压。阻尼阀片设计成椭圆型，减少材料成本。
[0011]3、该油气弹簧的刚度特性随载荷变化而自适应转换，可为汽车空载或满载工况提供适当的刚度特性。与专利申请号201110007901.X公布的整体式三级阻尼可控二级刚度自适应油气弹簧相比，本发明的第一级气室和第二级气室为串联形式布置，可以让油气弹簧的结构更加紧凑，便于在车辆上的安装与布置。
[0012]4、阻尼无需控制，且便于维修。本发明油气弹簧的第二级阻尼在受到车桥(或车轮)与车架相对速度较大的激励时可以自动工作。结构的联接件均为螺栓组件和螺钉组件，便于结构部件的维修、更换。
【附图说明】
[0013]图1是本发明两级压力式油气弹簧的结构图；
图2是图1中外杆的结构剖面图；
图3是图1中内杆的立体图；
图4是图1中阻尼阀总成的剖视放大图；
图5是图1中阻尼阀总