一种复合材料刹车储气瓶及一体化成型工艺

本发明涉及储气瓶技术及复合材料缠绕工艺，即复合材料刹车储气瓶及一体成型工艺。

背景技术：

1、刹车储气瓶是一种用于储存压缩空气或气体的装置，主要应用于气动制动系统。这种制动系统通常用于大型车辆，如卡车、公共汽车和列车，以提供高效的制动性能。传统的刹车储气瓶大多为金属材料制成，如采用钢或合金材料，金属相对来说比较重，导致整个刹车系统的重量增加，影响车辆的燃油效率和性能。金属可能受到腐蚀的影响，尤其是在湿润或盐分环境下，缩短刹车储气瓶的寿命并且增加维护成本。此外，金属的制造和成形比较传统，因此实现特殊形状存在限制。金属的热导性较高，在极端条件下导致的刹车系统过热会带来行车危险。

2、近年来出现了复合材料缠绕的工艺，通常采用的复合材料包括碳纤维、玻璃纤维等，这些材料具有高强度、低密度和优异的耐腐蚀性。复合材料缠绕储气瓶的制造过程通常涉及将纤维材料(例如碳纤维)与环氧树脂等树脂基体组合在一起。这种混合物通过缠绕机器进行缠绕，根据设计要求，沿着储气瓶的轴向或径向进行交叉缠绕。缠绕完成后，需要对复合材料进行固化。这一步通常包括将储气瓶送入烤箱或采用其他固化方法，使树脂固化并形成坚固的结构。总的来说，复合材料缠绕储气瓶的制造技术，提供了轻量、高强度、耐腐蚀的解决方案，适用于需要高性能储气瓶的应用领域，如气动制动系统。

3、储气瓶长期储存压缩空气,由于压力较大会在瓶内产生一定量的水,需要及时排除,否则会对储气瓶产生腐蚀，影响制动系统。但是现有储气瓶的传统外形都基本为柱形外壳，导致积水无法排净，导致存在潜在风险。

技术实现思路

1、本发明是提供了一种复合材料制成的刹车储气瓶及储气桶积水排出方法，本刹车储气瓶结构简单、易于排水、抗高压冲击性能好、安全系数高，可为汽车提供清洁无水高压空气动力源，并且大大减轻刹车系统的重量。

2、本发明的技术方案为：

3、一种复合材料储气瓶，包括内胆，非对称封头且无筒身段，在气瓶顶部设置一个进气口和一个出气口，一端与气瓶连通，另一端与刹车系统管路连接；在气瓶底部设置一个液体流出口，连接部在液体流出口处通过单向阀连通到外部。

4、本发明与现有技术相比，有以下优点：

5、容积对比

6、v椭球：v柱体＝4/3πa2b：πr2h

7、其中，a和b是椭球体的两个半轴的长度，r是圆柱体底面半径，h是圆柱体的高度，b＝h。

8、可以看到，在实际的刹车系统应用当中，椭球体的储气瓶与传统的圆柱体储气瓶相比，当a>r时，椭球体的体积大于圆柱体。

9、椭球形封头

10、椭球形封头的椭球部分径线曲率变化平滑连续,应力分布比较均匀,且易于加工成型；

11、椭球壳体是由椭圆曲线绕轴旋转而成。

12、

13、

14、代入曲率公式：

15、

16、

17、可以得到：

18、

19、

20、其中，r1为p点的第一曲率半径，r2为p点的第二曲率半径；为垂直于纬向截面的经向压力，nθ为垂直于经向截面的环向压力；

21、综上，椭球壳体表面各点的应力是连续的，同时与长轴和短轴之比(a/b)有很大关系，复合材料刹车储气瓶的长轴与短轴之比要保持在(1，2)之间。

22、空气中通常含有水蒸气，这是由于空气中的湿度，即水分的含量。传统的刹车储气瓶,当空气进入刹车系统，它会带有这些水蒸气。空气经过压缩机进行压缩。压缩空气的过程会使其温度上升，但随后在储气瓶中，由于空气冷却的影响，温度下降。随着空气冷却，空气中的相对湿度可能会超过饱和度，其中的水蒸气可能会冷却并凝结成液态水。凝结的水将在储气瓶中积聚。如果刹车系统中的其他部分存在缺陷或者排水系统不畅通，水可能会在储气瓶内积聚，形成水分。可以看到本发明的特殊外形，保证了储气瓶中的积水的完全排放。

23、(轻量化)复合材料刹车储气瓶，相对于传统的储气瓶而言，由于本发明由轻质的纤维和树脂组成，这降低了整个气瓶系统的重量，对于需要减轻结构负担的应用(例如汽车、飞机)非常有利。

24、复合材料具有出色的强度和刚度，相比之下，它们在相同重量下可能提供更高的强度。这使得复合材料气瓶在承受高压力的情况下表现良好。

25、复合材料通常对腐蚀的抵抗性更强，相对于金属气瓶而言更耐用，尤其是在潮湿或化学腐蚀的环境中。这使得复合材料刹车储气瓶的使用寿命大大延长。

26、由于轻量化和高强度，复合材料气瓶可以在一些应用中提高能源效率，例如提高车辆的燃油效率。且复合材料刹车储气瓶具有较好的抗磨损和冲击性能。

技术特征：

1.一种复合材料刹车储气瓶，其特征在于：包括内胆(3)，内胆包括椭球形封头和气体进出口(4)以及液体流出口(6)，在复合型刹车储气瓶上顶点处设置一个气体进出口(4)，一端连通储气瓶，另一端与管道连接；该管道部分包括向内气体通路、向外气体通路。在储气瓶下底部设置一个液体流出口及泄气阀口(6)，该部分可以完成储气瓶内的液体。

2.根据权利要求1所述的复合材料刹车储气瓶，其特征在于：瓶身整体为椭球体，并沿经过长轴a的任何方向的截面都为椭圆，且1<离心率<2；长轴：短轴：中轴＝2：1：1。

3.根据权利要求1所述的复合材料刹车储气瓶，其特征在于：单个气体进出口的位置设置储气瓶的顶端，即中轴线与椭球体的交点处，可以保持瓶体内部压力一致，变化呈连续状态。

4.根据权利要求1所述的复合材料刹车储气瓶，其特征在于：气体进出口与储气瓶体是在成型时，二者一体成型。

5.根据权利要求1所述的复合材料刹车储气瓶，其特征在于：液体流出口及泄气阀口的位置设置在z轴方向的最低点，可以实现液体的排净。同时，通过使用排水及泄气的两用阀可以实现一孔多用。

6.根据权利要求1所述的复合材料刹车储气瓶，其特征在于：液体流出口与储气瓶体是在成型时，二者一体成型。

7.根据权利要求1所述的复合材料刹车储气瓶，其特征在于：制作复合材料储气瓶的缠绕工艺如下：

8.根据权利要求1所述的复合材料刹车储气瓶，其特征在于：制作复合材料储气瓶的工艺中的固化方案：90℃/1h+120℃/2h+150℃/3h+自然降温。

技术总结
复合材料刹车储气瓶，包括椭球形复合型瓶体。所述复合型瓶体包括内胆、连接部：内胆包括椭球形封头、无筒身。该复合型刹车储气瓶的上部制有进气口及出气口，底部制有出水口。内胆外层由复合材料(玻璃纤维或碳纤维)包覆加补强层缠绕而成,中间设置隔热层。本发明构思新颖、结构简单、易于排水、抗高压冲击性能好，可提供清洁无水高压空气动力源，大大减轻刹车系统的重量，具有轻量化、高强度和刚度、抗腐蚀性及空气储备更大等特点。一体成型工艺描述了储气瓶的高精度、高效率的制成方案，该工艺简化了生产流程，降低了生产成本，减少了装配过程和零部件连接的需要，更适用于大规模生产。

技术研发人员：杨海,蔺晓林,许家忠,尤波,赵舣盛
受保护的技术使用者：哈尔滨理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/5/16