淺談商用汽車空氣彈簧懸架系統(tǒng)
美國有專門的法規(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輛進(jìn)行運(yùn)輸否則一旦出現(xiàn)問題,承運(yùn)方將承擔(dān)所有的問題。隨著電子產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展國內(nèi)外客戶對(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、80%的貨車和40%的掛車都已使用空氣懸架系統(tǒng),而我國仍處于起步階段,空氣懸架系統(tǒng)只應(yīng)用在一些豪華客車和少部分重型貨車和掛車上。
20世紀(jì)30年代中葉,美國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(見圖1)。1944年通用汽車公司與凡士通公司合作在其客車上進(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,通用汽車公司經(jīng)過大量的產(chǎn)品試驗(yàn)研究工作從1953年開發(fā)始生產(chǎn)裝備有空氣懸架系統(tǒng)的客車這是商用汽車使用空氣彈簧懸架的開始。
20世紀(jì)50年代中葉美國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。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,固有頻率變化曲線圖。
目前商用汽車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。
空氣彈簧懸架系統(tǒng)廣泛用于客車、貨車和掛車等車輛的車橋。下面介紹美國紐威·安柯洛克公司的空氣彈簧懸架系統(tǒng)。美國紐威·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、貨車和掛車馳騁于世界各地,為遍及全球的用戶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為紐威公司研制開發(fā)生產(chǎn)的客車和貨車等驅(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為掛車車橋系列空氣懸架系統(tǒng)。下面介紹紐威掛車車橋系列空氣懸架系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和性能。
紐威掛車空氣懸架系統(tǒng)的3襯套設(shè)計(jì)(見圖8A)延長輪胎的使用壽命;如果只有一個(gè)前銷軸襯套(見圖8B)其柔性必然很大這樣就難以保持車橋調(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km質(zhì)量保證。
降低車架與車橋應(yīng)力:懸架裝置通過兩處向掛車傳遞沖擊和振動(dòng)負(fù)荷,即通過空氣彈簧和通過車架支架。這些負(fù)荷的分布應(yīng)盡可能均勻否則掛車結(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(見圖9A)而競(jìng)爭者設(shè)計(jì)方案的負(fù)荷分配是80/20(見圖9B)另外,專利車橋適配座設(shè)計(jì)加上其橡膠襯套控制的車橋良好定位使得車橋應(yīng)力大幅度下降。結(jié)果是車橋壽命增加抗側(cè)傾性能也比典型的鋼板彈簧要好得多。
下面介紹紐威掛車車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)定位的銷軸連結(jié);安裝時(shí)連結(jié)銷軸可調(diào)節(jié)車橋定位并易于維修。
車橋適配座:控制車橋運(yùn)動(dòng),減少車橋應(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。
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)踐證明的非焊接車橋定位調(diào)節(jié)裝置(見圖10);只需幾分鐘就可在道路外側(cè)對(duì)車橋進(jìn)行調(diào)節(jié)定位。調(diào)節(jié)系統(tǒng)非常簡單不需特殊工具,不需焊接。松開自鎖螺母不需除去焊縫,轉(zhuǎn)動(dòng)銷軸螺栓頭調(diào)節(jié)好車橋定位:擰緊自鎖螺母,達(dá)到擰緊扭矩800英寸/磅。紐威車橋提升裝置(見圖11):雙軸或多軸貨車或掛車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)通過減少錯(cuò)誤導(dǎo)向而降低其它車橋輪胎的磨損。另外,在行駛過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。在其它車橋過載的情況下提升的車橋會(huì)自動(dòng)回位(見圖12)。車橋的提升由安裝在車架下方的車橋提升裝置去完成提升裝置有用一個(gè)電動(dòng)開關(guān)進(jìn)行電動(dòng)或氣動(dòng)控制的亦有用一個(gè)手動(dòng)閥門進(jìn)行手動(dòng)或氣動(dòng)控制。
紐威車橋提升裝置安裝在車架之下的中間位置,節(jié)省空間(見圖11),它通過一個(gè)附加的有鋼索的支承架與橫梁相連。
對(duì)大型客車和重型貨車和掛車,要求空載和滿載時(shí)的車身高度相等因此應(yīng)對(duì)車身高度進(jìn)行調(diào)節(jié),采用空氣彈簧懸架容易對(duì)車身高度實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)節(jié)。在裝有空壓機(jī)的車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架上通過控制桿與車橋相連。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)車輛載荷增加時(shí)車橋移近車架控制桿上升通過搖臂機(jī)構(gòu)打開充氣閥壓縮空氣便進(jìn)入空氣彈簧,使車架與車身高度升高,直到恢復(fù)車身與車橋的原距離為止。而當(dāng)載荷減小車橋遠(yuǎn)離車架時(shí)控制桿下移,打開放氣閥,則空氣彈簧內(nèi)的空氣排入大氣,車身與車架隨即降低到原來位置。 為方便貨車和掛車根據(jù)裝卸平臺(tái)高度裝卸貨物或迅速地使掛車與牽引車掛接或脫卸??諝鈶壹芟到y(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)盤式閥門可使車架上升或下降。由于升降過程可在整個(gè)空氣彈簧行程內(nèi)任意停下來因此它可以適應(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)裝卸過程中保持不變。
由于客車對(duì)舒適性的要求較高,從世界各地的情況來看空氣彈簧懸架首先應(yīng)用在客車領(lǐng)域。最先進(jìn)入我國市場(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)我國的具體情況。
國內(nèi)廠家一直在尋找結(jié)構(gòu)簡單能適應(yīng)我國道路和車輛條件的空氣彈簧懸架系統(tǒng)。美國紐威公司的空氣懸架產(chǎn)品性能優(yōu)良、結(jié)構(gòu)簡單、安裝方便,尤其是其混合路面懸架比較適應(yīng)我國目前的道路狀況,一進(jìn)入我國市場(chǎng)就得到了廣泛應(yīng)用。
已有2000多套空氣彈簧懸架在國內(nèi)的大客車、載貨車和掛車上使用。目前紐威空氣懸架在我國的使用已很成熟,成為我國大客車空氣懸架的主流品牌。隨著紐威在國內(nèi)的成功也吸引不少國外空氣懸架生產(chǎn)企業(yè)的注意力。如美國的塔海爾集團(tuán)屬下空氣懸架生產(chǎn)公司、美國翰德林中重型車輛空氣懸架生產(chǎn)公司、美國凡士通輪胎公司和固特異輪胎公司以及德國BPW車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)公司等不斷向我國商用車生產(chǎn)企業(yè)等推介他們的產(chǎn)品。
我國高等級(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市場(chǎng)的使用進(jìn)一步擴(kuò)大。無論是在客貨運(yùn)輸需求方面還是在商用汽車技術(shù)發(fā)展方面,空氣彈簧懸架都代表著我國未來的車輛發(fā)展技術(shù)。 可以預(yù)見,我國商用汽車市場(chǎng)對(duì)空氣彈簧懸架的需求將是爆發(fā)性的。
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