一种空气弹簧环境试验自动充气加压装置的制作方法

本发明涉及轨道客车试验技术领域，具体涉及一种对轨道客车用空气弹簧环境试验的自动、快速充气、加压装置。

背景技术：

空气弹簧是轨道客车系统，包括高铁、动车、地铁等车辆上用来减震和承载的重要部件，其工作原理就是将承载气囊充满压缩空气，利用空气的可压缩性，实现减震功能。承载气囊一般由橡胶和帘布制成，在正式装车使用之前，要进行多项性能试验，如环境试验、疲劳试验，以此来验证空气弹簧的各项性能指标是否满足车辆的使用要求。试验要求空气弹簧充气达到工作条件，一般充气30到100升，充气压力小于0.8mpa，考虑到试验的效率，还要要求充气时间要短。

在试验室里，传统的空气弹簧充、放气方法是利用高压气泵产生的压缩空气，经过各种控制阀注入气囊内，这样就要求气源(气泵)要具有很高的工作压力，产生巨大的气压差才可以注入。因此，试验室里要专门配备这样的气体发生和保压装置。但是，有些情况下，试验室周边不具备这样的气源条件。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提供了一种空气弹簧环境试验自动充气加压装置，利用活塞的快速运动以产生瞬时高压，再将瞬时高压的气体注入空气弹簧内，从而使得空气弹簧在无需配套额外的高压气源的情况下，实现快速高效，全自动化的充气，提升空气弹簧充气的便捷性。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种空气弹簧环境试验自动充气加压装置，包括：

气缸；

连接于所述气缸的进气口的第一阀；

连接于所述气缸的出气口与所述被测空气弹簧进气口之间的第二阀；

可沿所述气缸内壁做直线往复运动的活塞；

用于驱动所述活塞运动的驱动机构。

优选地，所述驱动机构包括伺服电机和设置于所述伺服电机输出端的减速器，所述减速器的输出端与所述活塞的推杆构成螺旋传动副。

优选地，所述螺旋传动副包括：

设置于所述活塞的推杆外壁的外螺纹；

设置于所述减速器输出端，用于同所述外螺纹配合的螺母。

优选地，所述活塞设有用于同所述气缸内壁配合的密封圈。

优选地，还包括：连接于所述第一阀的进气端的除湿滤清器。

优选地，所述第二阀为三通电控气阀，所述三通电控气阀的第一出气口用于连接所述被测空气弹簧的进气口，第二出气口用于连通大气。

优选地，还包括：设在所述气缸外壁，用于检测所述活塞运行位置的位移传感器。

优选地，还包括与所述驱动机构、所述位移传感器、所述第一阀和所述第二阀均为通讯连接的控制器；

所述控制器能够根据所述位移传感器发送的位置信号，控制所述驱动机构的正反转和所述第一阀和所述第二阀的开闭。

优选地，还包括：设置于所述被测空气弹簧和所述第二阀之间的压力传感器。

从上述的技术方案可以看出，本发明提供的空气弹簧环境试验自动充气加压装置，利用活塞在气缸内的压缩运动，以产生瞬时高压并压入被测空气弹簧内，实现了空气弹簧在无额外高压气源条件下的快速有效充气，从而提升了空气弹簧充气的高效性和便捷性；此外，由于装置多数零部件是机械结构，具有工作稳定性好和可靠性高等特点；另外，本发明实施例提供的装置外观体积小，重量轻，安装方便，可以直接安装于环境试验箱附近。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的空气弹簧的自动充气加压装置的工作原理示意图；

图2为本发明实施例提供的空气弹簧的自动充气加压装置的工作顺序图。

其中，1为伺服电机，2为活塞，3为气缸，4为进气口，5为出气口，6为第一电控阀，7为第二电控阀，8为除湿滤清器，9为被测空气弹簧，10为控制器，11为位移传感器，12为压力传感器。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例提供的空气弹簧的自动充气加压装置，包括：

气缸3，其结构可以参照图1所示；

连接于气缸3的进气口4的第一阀6；

连接于气缸3的出气口5与被测空气弹簧9(具体为其气囊)的进气口之间的第二阀7；

可沿气缸3内壁做直线往复运动的活塞2；

用于驱动活塞2运动的驱动机构。

从上述的技术方案可以看出，本发明实施例提供的空气弹簧的自动充气加压装置中，利用活塞在气缸内的压缩运动，以产生瞬时高压并压入被测空气弹簧内，实现了空气弹簧在无额外高压气源条件下的快速有效充气，从而提升了空气弹簧充气的高效性和便捷性；此外，由于装置多数零部件是机械结构，具有工作稳定性好和可靠性高等特点；另外，本发明实施例提供的装置外观体积小，重量轻，安装方便，可以直接安装于环境试验箱附近。

作为优选，驱动机构包括伺服电机1和设置于伺服电机1输出端的减速器，其结构可以参照图1所示，减速器的输出端与活塞2的推杆构成螺旋传动副，以将伺服电机1的旋转运动转化成直线运动，即可实现了活塞2在气缸3内的直线往复运动。

具体地，螺旋传动副包括：设置于活塞2的推杆外壁的外螺纹；设置于减速器输出端，用于同外螺纹配合的螺母，其结构可以参照图1所示。通过螺母与外有外螺纹的推杆的螺纹配合，将伺服电机1的旋转运动转化为活塞2的直线运动，具有结构简单，传动稳定性高等特点。

在本实施例中，活塞2设有用于同气缸3内壁配合的密封圈，保证气缸3内工作区域的气密性，以起到密封保压的作用，其结构可以参照图1所示。优选的，活塞2具有用于同密封圈配合的防脱结构，避免活塞2在相对气缸3内壁的直线运动中发生密封圈脱落，以保证密封圈工作的可靠性。为了保证活塞2的直线运动的顺畅，密封圈与气缸3内壁之间预留一定的间隙余量。

为了进一步优化上述的技术方案，还包括：连接于第一阀6的进气端的除湿滤清器8，其结构可以参照图1所示。本方案提供的装置的气源来自空气，利用除湿滤清器8可以滤除掉空气中的水分，保持气缸3腔体的干燥性以防止生锈，从而提升了压缩部件的使用寿命。

具体地，第二阀7为三通电控气阀，三通电控气阀的第一出气口用于连接被测空气弹簧9的进气口，第二出气口用于连通大气，其结构可以参照图1所示。通过三通电控气阀的第二出气口，可实现测空气弹簧9的放气；为了保持结构的一致性，相应地，第一阀6选用单向电控阀门。

在本实施例中，还包括：设在气缸3外壁，用于检测活塞2运行位置的位移传感器11，其结构可以参照图1所示。通过位移传感器11可预设活塞2在气缸3内的运动行程，即为位移传感器11的检测范围对应于活塞2在气缸3内的运动范围，从而实现了对充入气体的压缩量的调节，以保证充入气体的高压性。作为优选，本方案中采用了磁感应式位移传感器用来检测活塞2的运动位置，具有检测精度高，反应灵敏等特点。

为了进一步优化上述的技术方案，还包括与伺服电机1、位移传感器11、第一阀6和第二阀7均为通讯连接的控制器10，其结构可以参照图1所示；

控制器10能够根据位移传感器11发送的位置信号，控制伺服电机1的正反转和第一阀6和第二阀7的开闭。控制器10通过接收移传感器11的反馈信号，调整伺服电机1的运转以及对应开闭第一阀6和第二阀7，以完成气缸3的充气和压气，实现了空气弹簧的自动化充气。

本发明实施例提供的空气弹簧的自动充气加压装置，还包括：设置于被测空气弹簧9和第二阀7之间的压力传感器12，用于检测被测空气弹簧9的压力。进一步的，压力传感器12与控制器10通讯连接，以更好自动化充气。

具体地，控制器10打开第一阀6，关闭第二阀7，然后驱动电机旋转，带动活塞2运动，位移传感器11到预先设定的位置，这样，气缸3从大气吸入空气。下一步，控制器10关闭第一阀6，打开第二阀7，电机反转推动活塞2向前运动，将气缸2内的空气压入空气弹簧9，同时，控制器10同时监控压力传感器12是否达到工作压力。接下来打开第一阀6，关闭第二阀7，空气弹簧9内的空气被封堵，可以开始试验，同时，活塞2后移，吸入空气为下一次加压做准备。当试验结束时，控制器10操作第二阀7换向，排出空气弹簧9中的空气。

下面结合具体实施例对本方案作进一步介绍：

本发明实施例提供了一种用于轨道客车承载空气弹簧环境试验的自动、快速充气加压装置。本发明的技术方案如下。

装置包括以下几个部分：

带有减速器的伺服电机1，减速器里面有一个螺旋传动副，将伺服电机1的旋转运动，转化成直线运动。活塞2，边沿与气缸壁利用橡胶密封环来密封。充气气缸上面有进气口4和出气口5，活塞2在气缸2内可以做往复运动，气缸2内的有效容积是被测空气弹簧9气囊工作容积的1.5到2倍，气缸2的外壁上安装有磁感应式位移传感器，用来检测活塞2的运动位置。进气口4和单向电控阀门的出气端连接，进气口4和除湿滤清器8连接。出气口5和一个两位三通电控气阀连接，该阀有两个出气口，一个接被测空气弹簧9，一个接通大气。控制器10通过内部的嵌入式程序，可以采集位移传感器11的信号，对第一阀6和第二阀7进行开关控制，同时对伺服电机1进行控制。

优选的是：该方案是利用活塞2在气缸3内做快速往复直线运动，缸内可以产生瞬时高压，将压缩空气注入被测空气弹簧9。

优选的是：方案可以根据被测空气弹簧9的工作容积不同，选择控制活塞2在气缸3内运动的行程，以适应不同容积的试样。

优选的是：关闭出气口5的第二阀7，打开进气口4的第一阀6，活塞2后移可以为气缸3充气。

优选的是：打开出气口5的第二阀7，关闭进气口4的第一阀6，活塞2前移可以为被测空气弹簧9充气。

优选的是：打开出气口5的第二阀7的排气口，继续保持第二阀7对气缸3是关闭的，被测空气弹簧9可以放气，同时，活塞2后移可以为气缸3充气。

有益的效果是：空气弹簧充气过程全程自动化，快速高效。由于本发明是利用活塞的快速运动，产生瞬时高压，因此充气装置无需额外的高压气源。由于装置多数零部件是机械结构，工作稳定性和可靠性高。本发明的装置外观体积小，重量轻，安装方便，可以直接安装于环境试验箱附近。

下面再结合附图对本发明进行详细说明：

如图1所示，活塞2在气缸3内做直线往复运动，活塞2上安装有橡胶密封圈，密封圈与缸壁接触，起到密封保压的作用，密封圈与缸壁的接触不一定很紧密，要保持有一定量的间隙，以便活塞2运动方便。活塞2通过推杆与伺服电机1连接，内部装有减速器，输出端为一个旋转的螺母，与推杆上的外螺纹一起组成一个螺旋传动副，这样，将伺服电机1的旋转运动，转化成直线运动，实现了电机推动活塞2的直线运动。

气缸3上设置有进气口4和出气口5，空气可以经过一个除湿滤清器8和电控阀进入到气缸2，电控阀由控制器10操作开闭。出气口5与一个两位三通电控气阀连接，该阀有两个出气口，一个接被测空气弹簧9，一个接通大气。

控制器10可以对位移传感器11进行采样，获得位置信息，经过内部运算，可以对控制阀门和带有排气口的控制阀门进行开、闭控制，控制器10可以对伺服电机1进行调速控制。

如图2所示，本发明实施例提供的装置的工作过程是这样的，控制器10打开第一阀6，关闭第二阀7，然后驱动电机旋转，带动活塞2运动，检测位置传感器11到预先设定的位置，这样，气缸3从大气吸入空气。下一步，控制器10关闭第一阀6，打开第二阀7，电机反转推动活塞2向前运动，将气缸2内的空气压入空气弹簧9，同时，控制器10同时监控压力传感器12是否达到工作压力。接下来打开第一阀6，关闭第二阀7，空气弹簧9内的空气被封堵，可以开始试验，同时，活塞2后移，吸入空气为下一次加压做准备。当试验结束时，控制器10操作第二阀7换向，排出空气弹簧9中的空气。

综上所述，本发明介绍了一种用于轨道客车承载空气弹簧环境试验的自动充气加压装置。这种装置可以在进行空气弹簧的性能试验时，对其进行快速的充气、加气压及容积控制，装置可以和相应的环境试验系统联合使用，包括高低温性能测试系统、疲劳特性测试系统。而且，可以不需要额外的高压气源和气压控制装置。该装置的原理是：设置一个充气气缸，一台伺服电机通过减速器驱动气缸的活塞做往复运动，气缸的缸体设置有进气口和出气口，每个气口都有各自的控制阀门。进气口由经除湿过滤器与大气相通，出气口则与试样气囊经控制阀门相通。初始状态时，装置关闭出气口阀门，打开进气阀门，电机带动活塞后移，活塞缸开始充气，当活塞缸充满空气时，装置关闭进气阀门，打开出气阀门，电机反转驱动活塞前移，为空气弹簧气囊充气。试验结束后，装置再重复上述的动作，为下一个试样气囊充气。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。