淺談商用汽車(chē)空氣彈簧懸架系統(tǒng)
美國(guó)有專(zhuān)門(mén)的法規(guī)規(guī)定凡是運(yùn)送精密儀器和電子設(shè)備等物品,必須使用裝備空氣懸架的車(chē)輛進(jìn)行運(yùn)輸否則一旦出現(xiàn)問(wèn)題,承運(yùn)方將承擔(dān)所有的問(wèn)題。隨著電子產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展國(guó)內(nèi)外客戶(hù)對(duì)高科技產(chǎn)品的運(yùn)輸提出了很高的要求,其中最重要的一項(xiàng)是廣泛采用空氣懸架車(chē)輛,如摩托羅拉、戴爾等電訊電腦公司,在承運(yùn)他們的產(chǎn)品時(shí),明確提出要用空氣懸架車(chē)輛運(yùn)輸,因?yàn)檫@些精密電子器件,對(duì)顛簸十分敏感,用非獨(dú)立懸架板簧車(chē)輛運(yùn)輸時(shí)造成的損傷率很高。據(jù)報(bào)導(dǎo)目前歐、美地區(qū)95%的客車(chē)、80%的貨車(chē)和40%的掛車(chē)都已使用空氣懸架系統(tǒng),而我國(guó)仍處于起步階段,空氣懸架系統(tǒng)只應(yīng)用在一些豪華客車(chē)和少部分重型貨車(chē)和掛車(chē)上。
20世紀(jì)30年代中葉,美國(guó)凡士通輪胎公司研制出空氣柱形式的空氣彈簧-AIREDE空氣彈簧(見(jiàn)圖1)。1944年通用汽車(chē)公司與凡士通公司合作在其客車(chē)上進(jìn)行了首輪試驗(yàn);試驗(yàn)結(jié)果顯示了空氣懸架系統(tǒng)的內(nèi)在優(yōu)越性。隨后,通用汽車(chē)公司經(jīng)過(guò)大量的產(chǎn)品試驗(yàn)研究工作從1953年開(kāi)發(fā)始生產(chǎn)裝備有空氣懸架系統(tǒng)的客車(chē)這是商用汽車(chē)使用空氣彈簧懸架的開(kāi)始。
20世紀(jì)50年代中葉美國(guó)固特異輪胎公司研制出一種滾動(dòng)凸輪式空氣彈簧一Rolling Lobe空氣彈簧(見(jiàn)圖2),凸輪在活塞的型面上滾動(dòng)從而控制空氣彈簧的負(fù)載變形關(guān)系曲線(xiàn)。同時(shí)空氣控制系統(tǒng)的巨大進(jìn)步也為空氣懸架系統(tǒng)的應(yīng)用起了很大的推動(dòng)作用。
基于空氣彈簧固有頻率穩(wěn)定彈性性能穩(wěn)定空氣彈簧更接近于理想狀態(tài),已逐步在商用汽車(chē)上代替鋼板彈簧。圖3為空氣彈簧和鋼板彈簧在不同載荷下,固有頻率變化曲線(xiàn)圖。
目前商用汽車(chē)上廣泛使用空氣彈簧為囊式空氣彈簧,它由2層纖維層和內(nèi)外橡膠層組成的氣囊及密閉在其中的壓縮空氣組成。氣囊的纖維層起加強(qiáng)作用外層橡膠起密封作用,同時(shí)保護(hù)氣囊不受外界影響而損壞。氣囊一般做成單節(jié)(如圖1和圖2),但亦有做成雙節(jié)的(見(jiàn)圖4)節(jié)與節(jié)之間圍有鋼質(zhì)的加強(qiáng)環(huán),使中間部分不致有徑向擴(kuò)張并防止兩節(jié)之間相互摩擦。氣囊的上下蓋板將氣囊密閉。
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空氣彈簧懸架系統(tǒng)廣泛用于客車(chē)、貨車(chē)和掛車(chē)等車(chē)輛的車(chē)橋。下面介紹美國(guó)紐威·安柯洛克公司的空氣彈簧懸架系統(tǒng)。美國(guó)紐威·安柯洛克公司已有50多年的歷史如今裝配有紐威空氣懸架系統(tǒng)的各種客車(chē)、貨車(chē)和掛車(chē)馳騁于世界各地,為遍及全球的用戶(hù)提供了安全舒適的乘坐感受。
紐威公司也由此確立了其在空氣懸架系統(tǒng)行業(yè)的世界領(lǐng)先地位。圖5為紐威公司研制開(kāi)發(fā)生產(chǎn)的客車(chē)和貨車(chē)等驅(qū)動(dòng)橋系列空氣懸架系統(tǒng);圖6為它們的轉(zhuǎn)向橋系列空氣懸架系統(tǒng);圖7為掛車(chē)車(chē)橋系列空氣懸架系統(tǒng)。下面介紹紐威掛車(chē)車(chē)橋系列空氣懸架系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和性能。
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紐威掛車(chē)空氣懸架系統(tǒng)的3襯套設(shè)計(jì)(見(jiàn)圖8A)延長(zhǎng)輪胎的使用壽命;如果只有一個(gè)前銷(xiāo)軸襯套(見(jiàn)圖8B)其柔性必然很大這樣就難以保持車(chē)橋調(diào)節(jié)好的定位并且襯套磨損的可能性大為增加。紐威的3襯套設(shè)計(jì),使得車(chē)橋前后運(yùn)動(dòng)的彈性系數(shù)大約是一個(gè)襯套的3倍這就使得負(fù)荷分配和襯套變形更為均勻,從而使輪胎的壽命顯著延長(zhǎng)維修成本大為下降。紐威空氣懸架系統(tǒng)不僅具有這些優(yōu)點(diǎn),同時(shí)還提供5年8萬(wàn)km質(zhì)量保證。
降低車(chē)架與車(chē)橋應(yīng)力:懸架裝置通過(guò)兩處向掛車(chē)傳遞沖擊和振動(dòng)負(fù)荷,即通過(guò)空氣彈簧和通過(guò)車(chē)架支架。這些負(fù)荷的分布應(yīng)盡可能均勻否則掛車(chē)結(jié)構(gòu)就容易提前疲勞損壞。紐威公司設(shè)計(jì)的負(fù)荷分配是60/40(見(jiàn)圖9A)而競(jìng)爭(zhēng)者設(shè)計(jì)方案的負(fù)荷分配是80/20(見(jiàn)圖9B)另外,專(zhuān)利車(chē)橋適配座設(shè)計(jì)加上其橡膠襯套控制的車(chē)橋良好定位使得車(chē)橋應(yīng)力大幅度下降。結(jié)果是車(chē)橋壽命增加抗側(cè)傾性能也比典型的鋼板彈簧要好得多。
下面介紹紐威掛車(chē)車(chē)橋系列空氣懸架系統(tǒng)零部件特點(diǎn)和功能。
EZ-ALIGN TM易調(diào)節(jié)定位的銷(xiāo)軸連結(jié);安裝時(shí)連結(jié)銷(xiāo)軸可調(diào)節(jié)車(chē)橋定位并易于維修。
車(chē)橋適配座:控制車(chē)橋運(yùn)動(dòng),減少車(chē)橋應(yīng)力。
剛性導(dǎo)向臂:板簧導(dǎo)向臂容易斷裂行駛中易出現(xiàn)意想不到的故障。剛性導(dǎo)向臂則不易出故障使用壽命長(zhǎng)。
復(fù)合材料空氣彈簧活塞:重量輕抗沖擊和抗腐蝕性很好。
紐威EZ-ALIGN TM原始設(shè)計(jì)并經(jīng)實(shí)踐證明的非焊接車(chē)橋定位調(diào)節(jié)裝置(見(jiàn)圖10);只需幾分鐘就可在道路外側(cè)對(duì)車(chē)橋進(jìn)行調(diào)節(jié)定位。調(diào)節(jié)系統(tǒng)非常簡(jiǎn)單不需特殊工具,不需焊接。松開(kāi)自鎖螺母不需除去焊縫,轉(zhuǎn)動(dòng)銷(xiāo)軸螺栓頭調(diào)節(jié)好車(chē)橋定位:擰緊自鎖螺母,達(dá)到擰緊扭矩800英寸/磅。紐威車(chē)橋提升裝置(見(jiàn)圖11):雙軸或多軸貨車(chē)或掛車(chē)在空載和部分承載時(shí):可以進(jìn)行單軸或多軸提升,這樣可保護(hù)提升的輪胎同時(shí)通過(guò)減少錯(cuò)誤導(dǎo)向而降低其它車(chē)橋輪胎的磨損。另外,在行駛過(guò)程中還有其它的積極作用,即一方面在空載和部分承載時(shí)產(chǎn)生適當(dāng)?shù)姆€(wěn)定力另一方面提高驅(qū)動(dòng)橋的附著力。在其它車(chē)橋過(guò)載的情況下提升的車(chē)橋會(huì)自動(dòng)回位(見(jiàn)圖12)。車(chē)橋的提升由安裝在車(chē)架下方的車(chē)橋提升裝置去完成提升裝置有用一個(gè)電動(dòng)開(kāi)關(guān)進(jìn)行電動(dòng)或氣動(dòng)控制的亦有用一個(gè)手動(dòng)閥門(mén)進(jìn)行手動(dòng)或氣動(dòng)控制。
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紐威車(chē)橋提升裝置安裝在車(chē)架之下的中間位置,節(jié)省空間(見(jiàn)圖11),它通過(guò)一個(gè)附加的有鋼索的支承架與橫梁相連。
對(duì)大型客車(chē)和重型貨車(chē)和掛車(chē),要求空載和滿(mǎn)載時(shí)的車(chē)身高度相等因此應(yīng)對(duì)車(chē)身高度進(jìn)行調(diào)節(jié),采用空氣彈簧懸架容易對(duì)車(chē)身高度實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)節(jié)。在裝有空壓機(jī)的車(chē)輛上一般用隨載荷的不同而改變空氣彈簧內(nèi)的空氣壓力的方法達(dá)到此目的。高度控制閥固定在車(chē)架上通過(guò)控制桿與車(chē)橋相連。高度控制閥閥體內(nèi)有兩個(gè)閥通氣源的充氣閥和通大氣的放氣閥。這兩個(gè)閥均由控制桿操縱。當(dāng)車(chē)輛載荷增加時(shí)車(chē)橋移近車(chē)架控制桿上升通過(guò)搖臂機(jī)構(gòu)打開(kāi)充氣閥壓縮空氣便進(jìn)入空氣彈簧,使車(chē)架與車(chē)身高度升高,直到恢復(fù)車(chē)身與車(chē)橋的原距離為止。而當(dāng)載荷減小車(chē)橋遠(yuǎn)離車(chē)架時(shí)控制桿下移,打開(kāi)放氣閥,則空氣彈簧內(nèi)的空氣排入大氣,車(chē)身與車(chē)架隨即降低到原來(lái)位置。 為方便貨車(chē)和掛車(chē)根據(jù)裝卸平臺(tái)高度裝卸貨物或迅速地使掛車(chē)與牽引車(chē)掛接或脫卸。空氣懸架系統(tǒng)可經(jīng)濟(jì)地配置一個(gè)升降設(shè)備.只需安裝一個(gè)轉(zhuǎn)盤(pán)式閥門(mén)可使車(chē)架上升或下降。由于升降過(guò)程可在整個(gè)空氣彈簧行程內(nèi)任意停下來(lái)因此它可以適應(yīng)不同高度的裝卸貨物平臺(tái)。當(dāng)裝卸高度已被確定可在整個(gè)裝卸過(guò)程中保持不變。
由于客車(chē)對(duì)舒適性的要求較高,從世界各地的情況來(lái)看空氣彈簧懸架首先應(yīng)用在客車(chē)領(lǐng)域。最先進(jìn)入我國(guó)市場(chǎng)的是歐洲的空氣彈簧懸架,但其推廣使用卻受到很大限制。主要是因?yàn)槠湓O(shè)計(jì)復(fù)雜,難以適應(yīng)我國(guó)的具體情況。
國(guó)內(nèi)廠家一直在尋找結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單能適應(yīng)我國(guó)道路和車(chē)輛條件的空氣彈簧懸架系統(tǒng)。美國(guó)紐威公司的空氣懸架產(chǎn)品性能優(yōu)良、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安裝方便,尤其是其混合路面懸架比較適應(yīng)我國(guó)目前的道路狀況,一進(jìn)入我國(guó)市場(chǎng)就得到了廣泛應(yīng)用。
已有2000多套空氣彈簧懸架在國(guó)內(nèi)的大客車(chē)、載貨車(chē)和掛車(chē)上使用。目前紐威空氣懸架在我國(guó)的使用已很成熟,成為我國(guó)大客車(chē)空氣懸架的主流品牌。隨著紐威在國(guó)內(nèi)的成功也吸引不少?lài)?guó)外空氣懸架生產(chǎn)企業(yè)的注意力。如美國(guó)的塔海爾集團(tuán)屬下空氣懸架生產(chǎn)公司、美國(guó)翰德林中重型車(chē)輛空氣懸架生產(chǎn)公司、美國(guó)凡士通輪胎公司和固特異輪胎公司以及德國(guó)BPW車(chē)橋公司威巴克公司和大陸集團(tuán)屬下的康迪泰克空氣懸架生產(chǎn)公司等不斷向我國(guó)商用車(chē)生產(chǎn)企業(yè)等推介他們的產(chǎn)品。
我國(guó)高等級(jí)公路的發(fā)展和運(yùn)輸量的增加以及人民生活水平的提高,都對(duì)汽車(chē)的操縱穩(wěn)定性、平順性和安全性提出了更高的要求。重型汽車(chē)運(yùn)輸量的增加和對(duì)路面破壞機(jī)制的研究及認(rèn)識(shí)的進(jìn)一步加深,政府對(duì)高速公路養(yǎng)護(hù)的重視將使空氣彈簧懸架在重型車(chē)市場(chǎng)的使用進(jìn)一步擴(kuò)大。無(wú)論是在客貨運(yùn)輸需求方面還是在商用汽車(chē)技術(shù)發(fā)展方面,空氣彈簧懸架都代表著我國(guó)未來(lái)的車(chē)輛發(fā)展技術(shù)。 可以預(yù)見(jiàn),我國(guó)商用汽車(chē)市場(chǎng)對(duì)空氣彈簧懸架的需求將是爆發(fā)性的。
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