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关于重型商用车搭载空气悬挂系统的应用分析
作者：邓刚常健
来源：《山东工业技术》2017年第05期
摘要：科学技术水平的不断提高，不仅提高了人们的生活水平，同时也为我国各个产业
的健康发展奠定了良好的基础。空气悬挂系统作为一种现代化的车辆系统，其虽然已经在诸多西方国家以及我国的客车当中均得到了广泛应用，但由于受到了成本等多种因素的影响，我国的重型商用车内却并未搭载空气悬挂系统。基于此，本研究将针对重型商用车搭载空气悬挂系统的实际应用进行分析，期望以此来为空气悬挂系统在我国重型商用车中的合理应用提供有效的理论基础。
关键词：重型商用车；空气悬挂系统；应用
DOI：10.16640/https://www.doczj.com/doc/ef1653926.html,ki.37-1222/t.2017.05.199
0 前言
空气悬挂系统也被称为空气悬架系统，其是由导向机构、承载元件和控制系统三部分组成，目前被广泛应用于我国的汽车领域当中。不同于重型商用车目前搭载的钢板弹簧悬挂系统，空气悬挂系统具有平顺性好、维护方便以及操控方便等多种优点，但由于其成本较高，且存在一定的时效性缺点，因此在我国重型商用车中的应用并不广泛。随着我国重型商用车的大量应用，如何将空气悬挂系统有效应用于重型商用车中，日益成为了该领域内研究学者所关注的重点。
1 空气悬挂系统的优缺点
1.1 空气悬挂系统的优点
相比于传统的钢板弹簧悬挂系统，空气悬挂系统拥有较多的优点，其中最为主要的就是平顺性好。空气悬挂系统主要是利用空气弹簧作为承载部件，因此其具有较低的系统频率，且在空气弹簧自身特性的影响和作用下，其所承受的载荷越大，系统的刚度越大，车辆所受到的震动减少，对于车辆的寿命提升也将带来积极的影响。其次，空气悬挂系统具有操作便利的影响，这主要是由于其采用了电子空气悬挂控制系统（ECAS），其可以利用操作面板实现对整车高度的调整，确保了车辆与物流平台之间的连接性，提高了运输效率[1]。最后，空气悬挂
系统的维修和保养较为便利，与钢板弹簧悬挂系统不同，其不需要进行定期润滑，从而降低了车辆的维护成本。
空气制动，又称为机械制动或摩擦制动。城市轨道交通车辆常用的空气制动方式有闸瓦制动和盘形制动。空气制动主要以压缩空气为动力，压缩空气由车辆的供气系统供给。 一空气制动系统的组成 城市轨道交通车辆的空气制动系统由供气系统、基础制动装置（常见的有闸瓦制动系统与盘形制动装置）、防滑装置和制动控制单元组成。 供气系统主要由空气压缩机、空气干燥剂、压力控制装置和管路组成，供气系统除了给车辆制动系统供气外，还向车辆的空气悬架设备，车门控制装置（气动门），气动喇叭，刮水器及车钩操作气动控制设备等需要压缩空气的设备供气。 防滑装置适用于车轮与钢轨黏着不良时，对制动力进行控制的装置。它的作用是：防止车轮即将抱死；避免滑动并最佳地利用粘着力，以获取最短的制动距离。 制动控制单元是空气制动的核心部件，它接受微机制动控制单元（EBCU)的指令，然后再指示制动执行部件动作。其组成部分有：模拟转换阀、紧急阀、称重阀和均匀阀等。这些部件都安装在一块铝合金的气路板上，实现了集成化。这样避免用管道连接而造成容易泄露和占用空间大等问题。 二、空气制动系统的控制方式 空气制动系统按其作用原理的不同，可以分为直通式空气制动机，自动式空气制动机和直通自动式空气制动机。 1.直通式空气制动机 直通式空气制动机的机构如图所示
空气压缩机将压缩空气储入总风缸内，经总风缸管至制动阀。制动阀有缓解位、保压位和制动位3个不同位置。在缓解位时，制动管内的压缩空气经制动阀Ex (Exhaust) 口排向大气；在保压位时，制动阀保持总风缸、制动管和Ex口各不相通；在制动位时，总风缸管压缩空气经制动阀流向制动管。 （1）制动位驾驶员要实施制动时，首先把操纵手柄放在制动位，总风缸的压缩空气经制动阀进入制动管。制动管是一根贯穿整个列车，两端封闭的管路。压缩空气由制动管进入各个车辆的制动缸，压缩空气推动制动缸活塞移动，并通过活塞杆带动基础制动装置，使闸瓦压紧车轮，产生制动作用。制动力的大小，取决于制动缸内压缩空气的压力，由驾驶员操纵手柄在制动位放置时间长短而定。 （2）缓解位要缓解时，驾驶员将操纵手柄置于缓解位，各车辆制动缸内的压缩空气经制动管从制动阀Ex口排入大气。操纵手柄在缓解位放置的时间应足够长，使制动缸内的压缩空气排尽，压力降至为零。此时制动缸活塞借助于制动缸缓解弹簧的复原力，使活塞回到缓解位，闸瓦离开车轮，实现车辆缓解。 （3）保压位制动阀操纵手柄放在保压位时，可保持制动缸内压力不变。当驾驶员将操纵手柄在制动位与保压位之间来回操纵，或在缓解位与保压位之间来回操纵时，制动缸压力能分阶段上升或降下，即实现阶段制动或阶段缓解。 直通式空气制动机的特点如下： 1）制动管增压制动、减压缓解，列车分离时不能自动停车。 2）能实现阶段缓解和阶段制动。 3）制动能力大小靠驾驶员操纵手柄在制动位放置时间的长短决定的，因而控制不太精确。4）制动时全列车制动缸的压缩空气都由总风缸供给；缓解时，各制动缸的压缩空气都需经制动阀排气口排入大气。因此前后车辆制动一致性不好。 自动式空气制动机 自动式空气制动机在直通式空气制动机的基础上增加了三个部件：在总风缸与制动阀之间增加了给气阀；在每节车辆的制动管与制动缸之间增加了三通阀和副风缸。给气阀的作用是限定制动管定压，人为规定制动管压力，即无论总风缸压力多高，给气阀出口的压力总保持在一个设定值。 自动式空气制动机的制动阀同样也有缓解位、保压位和制动3个作用位置，但内部通路与直通式空气制动机的制动阀有所不同。在缓解位时它联通给气阀与制动管的通路；制动位时它使制动管与制动阀上的Ex口相通，制动管压缩空气经它排向大气；保压位时仍保持各路不通。
GB T 13061-91汽车悬架用空气弹簧橡胶气 囊 GB／T1306 1一91 汽车悬架用空气弹簧橡胶气囊 Air spring for automotive suspension一Rubber bellows 1主题内容与适用范畴 本标准规定了汽车悬架用空气弹簧橡胶气囊的产品分类、技术要求、试验方 法、检验规则、标志、包装、运输与贮存及其涉及的部分术语。 本标准适用于汽车（含都市用无轨电车）悬架用空气弹簧橡胶气囊，其他车 辆用橡胶气囊可参照执行。 2引用标准 GB 519充气轮胎物理机械性能试验方法 GB 527硫化橡胶物理试验的一样要求 GB 528硫化橡胶拉伸性能的测定 GB 531橡胶邵尔A型硬度试验方法 GB 2941橡胶试样停放和试验的标准温度、湿度及时刻 GB 3512橡胶热空气老化试验方法 HG 4—836硫化橡胶抗屈挠龟裂性能的测定 3术语 3．1标准高度H0 空气弹簧总成（以下简称气簧）的一个设定高度。以此高度为运算变形量的 起始点，压缩为正向，伸张为负向。 3．2标准内压P0
为使气簧在标准高度时承担设计负荷而选取的内压，一样在0.4～0.6MPa范畴 内选取。 3．3标准状态 气簧在标准高度、标准内压时的工作状态。 3．4有效面积Ae 3．5有效直径De 按有效面积运算的圆直径。 3．6最大行程Sm 气簧在结构上可能达到的最大伸张变形量与最大压缩变形量的绝对值之和。 3．7许用工作行程Sw 留有保险余争地后承诺气簧在工作时显现的最大伸张变形量与最大压缩变形 量（分别简称许用最大伸张值和许用最大压缩值）的绝对值之和。 3．8最大外径Dm 气簧处于标准状态后;在最大行程内气囊所达到的最大外部直径。 4产品分类 4．1产品类型 气囊可分为囊式、膜式和混和式三大类型。 4．2产品型号 例:型号D5-270×260，表示标准内压为5.O～5.9MPa、有效直径在261～270mm、 标准高度为260mm的膜式气囊。 5技术要求 5．1气囊内外层胶胶料的物理机械性能应符合表1的规定。
汽车空气悬架 空气悬架的弹性元件──空气弹簧 空气弹簧是在柔性密封容器中加入压缩空气，利用空气的可压缩性实现弹性作用的一种非金属弹簧。它具有优良的弹性特性，用在车辆悬挂装置中可以大大改善车辆的动力性能，从而显著提高车辆的运行舒适度。 1、空气弹簧的特点 从空气弹簧的工作原理，可以看到空气弹簧具有以下特点： 1）利用高度控制阀系统，使空气弹簧在任何载荷下保持一定的工作高度，这一点对载荷变化大的车辆十分有利。 2）弹簧的刚度是随载荷的变化而改变的，因而在任何载荷下自振几乎不 变，而普通钢板弹簧，因其刚度室不变的，所以它的自振频率范围较窄，且随着载荷的变化而变化是钢板弹簧与空气弹簧的静特性比较，图A为载荷─挠度特性，图B为载荷─频率特性。由图可以看出，对于钢板弹簧，静挠度随着载荷的增加而增加；对于带有高度控制阀的空气弹簧，静挠度在所有载荷条件下几乎保持不变，因而其自振频率也几乎保持不变。 3）空气弹簧具有非线性特性，可以将它的特性曲线设计成理想的形状。如在车辆悬挂系统中最理性的形状是S形，即在曲线的中央区段具有比较低的刚度，而在拉伸和压缩行程的边缘区段则刚度逐渐增加。这样，可以保证车辆在正常行车是运行性能柔和，而在通过弯道和岔道等偶然场合下，空气弹簧被大幅度拉审和压缩时，它逐渐变硬，从而能限制车体的振幅。而普通钢板弹簧，它的特性曲线是线性的，要是这种弹簧悬挂装置具有上述非线性特点，是必要使结构复杂化。 4）空气弹簧的刚度，不管载重量是多少，都可以依靠改变空气压力加以选择，因此可以根据需要将刚度选的很低，例如用增加附加空气室的办法增加其内容积，可以使刚度减小。 5)对于同样大小的空气弹簧，当内压力改变时，可以得到不同的承载能力。这使得同一种空气弹簧可以适应多种载荷要求，因此经济效果好，此外，还可以通过高度控制阀的作用，使空气弹簧在一定的载荷下具有不同的高度，因此，空气弹簧能适应多种结构上的要求。 6)吸收高频振动和隔音效果好。 7)在空气弹簧与附加空气室之间加设一个截流孔，空气流经截留孔时要发生能量损失，因而能起到衰减振动的作用。如果截流孔的大小选择适当，可以不设减振阻尼器。 8)与钢板弹簧比较，空气弹簧在承受剧烈振动载荷时，空气弹簧寿命较长。 空气悬架的控制元件──高度控制阀 高度控制阀是空气弹簧悬架系统的一个重要组成部分，它的作用是使空气弹簧在载荷下都保持一定的高度。空气弹簧的优点，也只有在采用了高度控制阀的情况下才能充分体现出来。 1、控制阀的用途及工作原理 高度控制阀安装在车身上，根据车辆载荷，调节气囊气压以保持车身高度为一恒定指。
气压制动系统的主要构造元件和工作原理
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气压制动系统的主要构造元件 和工作原理 气压制动以压缩空气为制动源，制动踏板控制压缩空气进入车轮制动器,所以气压制动最大的优势是操纵轻便,提供大的制动力矩；气压制动的另一个优势是对长轴距、多轴和拖带半挂车、挂车等，实现异步分配制动有独特的优越性。 但是气压制动的缺点也很明显： 相对于液压制动,气压制动结构要复杂的多;且制动不如液压式柔和、行驶舒适性差;所以气压制动因而一般只用于中、重型汽车上。
下面主要以斯太尔８X４载重汽车为例介绍气压制动传动装置主要部件的结构组成。 1.空气压缩机 空气压缩机是全车制动系气路的气源,斯太尔６Ｘ4载重汽车空气压缩机为单缸混合冷却式，气缸体为风冷,气缸盖通过发动机冷却系统水冷。它固定在发动机前端左侧的支架上,它的传动齿轮与其曲轴为高扭矩自锁连接,在正时齿轮室中悬臂安装，由发动机曲轴通过中间齿轮、喷油泵齿轮、空气压缩机传动轴驱动转动，其构造如图18. 5所示,与汽车发动机机构相似,它主要由空气压缩机壳体1、活塞２、曲轴3、单向阀４等组成。 壳体由气缸体、气缸盖组成，壳体是铸铁的，外面带有用于空气冷却的散热筋片,里面是用于产生压缩空气的气缸。进、排气阀门采用舌簧结构，进气口经气管通向空气滤清器；出气口则经气管通向空气干燥器。润滑油由发动机主油道经油管、滚珠轴承，进入曲轴箱,然后经正时齿轮室回到油底壳。 活塞通过连杆与曲轴相连,连杆轴承合金直接浇注在连杆大头和连杆瓦盖上,活塞通过活塞环与气缸密封。 曲轴两端通过滚珠轴承支承在曲轴箱内，?前后有轴承盖，前端伸出盖外用半圆键及螺母固装传动齿轮,前端孔内分另1J装有防止漏油的油封。 发动机运转时,空气压缩机随之转动，当活塞下行时,进气阀门被打开,外界空气经空气滤清器、进气道进人气缸。当活塞上行时，?进气阀门被关闭，气缸内空气被压缩，出气阀门在压缩空气的作用下被打开,压缩空气由空气压缩机出气口经管路、空气干燥器进人储气筒和四管路保护阀。
悬架系统由弹性元件、导向装置、减振器、缓冲块和横向稳定器等组成。一般来说，汽车的悬架系统分为非独立悬架和独立悬架两种。目前国内重型卡车的悬架主要为非独立悬架，悬架弹性元件一般为钢板弹簧。 ●国内重卡悬架种类 板簧悬架 钢板弹簧悬架(简称板簧悬架)又分为少片变截面钢板悬架与等截面多片板簧悬架。目前国内95%以上的重卡悬架系统是以钢板弹簧为弹性元件兼作导向装置的非独立悬架，其主要优点是结构简单，制造容易，维修方便，工艺成熟，工作可靠。 钢板悬架示意图 缺点是汽车平顺性、舒适性较差；簧下质量大，无法适应重卡轻量化的发展，并且不能同时兼顾重卡的舒适性与操纵稳定性。而空气悬架则充分利用了空气弹簧变刚性的特性，达到同时兼顾这两个方面的目的。 空气悬架 空气悬架系统是以空气弹簧为弹性元件,以空气做弹性介质,在一个密封的容器内充入压缩空气(气压 为0.5~)，利用气体的可压缩性，实现其弹性作用的。这种弹簧的刚度可变，具有较理想的弹性特性。
空气悬架示意图 目前空气悬架控制模式主要有两种，一种是采用机械高度阀手动调节。另一种为电子控制(ECAS)，使传统空气悬架系统的性能得到很大改善，提高了悬架操作舒适性和反应灵敏度。 橡胶悬架
橡胶悬挂示意图 橡胶悬架是以橡胶弹簧为弹性元件，由于橡胶弹簧具有变刚度的特点，因此，整个悬架有较强的承载能力。橡胶悬架在承载性、可靠性等方面都比传统使用的钢板悬架更具优势，而且能够适应矿山作业等恶劣工况。 ●国内重卡悬架发展现状 板簧悬架 国内汽车悬架弹簧生产企业160余家，遍布全国各地，具有规模的专业生产企业(生产规模在0.8万吨以上)约80余家。产品质量水平已达到国外先进国家90年代水平。大部分企业规模较小，生产集中度低，散乱差问题较严重。 其中真正形成大规模、大批量生产的企业为数不多，大多仍停留在简单生产工艺的水平上，产品成本较高，难以参与国际市场竞争。国内能够生产高档次汽车钢板悬架弹簧的企业只有4家：一汽集团辽阳汽车弹簧厂、东风汽车悬架弹簧有限公司、重庆红岩汽车弹簧厂、山东汽车弹簧厂，他们都具有生产多种叠片簧、渐变刚度弹簧、少片变截面钢板弹簧和双曲率半径及平直段的汽车钢板弹簧的能力。国内能够同时生产客车、货车、轿车悬架弹簧的厂家只有三个：一汽集团辽阳汽车弹簧厂、东风汽车悬架弹簧有限公司、山东汽车弹簧厂。 在重卡领域，每家主机厂基本上都有自己的钢板弹簧配套厂家，一汽解放重卡板簧悬架主要是由一汽集团辽阳汽车弹簧厂配套；东风重卡板簧悬架主要由东风汽车悬架弹簧有限公司配套；中国重汽板簧悬架
空气弹簧在汽车上的应用 空气弹簧是汽车空气悬架系统的和重要组成部分，它利用空气的压缩弹性进行工作，具有缓冲、减振和承载重量等功能。空气弹簧具有优良的弹性特性，与普通钢制弹簧相比有许多优点，因而其应用围十分广泛。将空气弹簧用于汽车悬架系统可大大提高汽车的行驶平顺性和舒适性。 1934年，费尔斯通公司研制出膜片式空气弹簧并首先在美国通用客车上试应用成功。20世纪50年代中期，空气弹簧产品经过多年的研发和试验，有关技术逐步成熟，装有空气悬架的客车开始在美国、德国得到大批量推广应用。20世纪80年代以来，世界上主要的发达国家为了减少车辆对道路的破坏和增加车辆的舒适性，在客车上几乎全部使用了空气弹簧，重型商用车上的使用率也超过了80%。 空气弹簧的种类 空气弹簧由橡胶气囊、上盖板、底座、辅助气室，夹紧环和缓冲块等组成。根据橡胶气囊工作时变形式的不同，空气弹簧的结构形式主要分为膜式空气弹簧、囊式空气弹簧和混合式空气弹簧3种(见图1)。膜式空气弹簧是圆柱形结构，根据橡胶气囊止口与接口的连接方式，膜式空气弹簧又分为约束膜式和自由膜式。约束膜式空气弹簧一般用螺栓夹紧密封，自由膜式空气弹簧则采用橡胶气囊的压力自封。囊式空气弹簧的外形结构有些象灯笼，有单曲、双曲或多曲囊式空气弹簧。早期的商用车上主要使用双曲囊和三曲囊式空气弹簧。近期膜式空气弹簧的用量逐步增加，是因为膜式空气弹簧具有行驶平顺性好和行程大的优点。 不同种类空气弹簧的使用区别 1.膜式空气弹簧 (1)有效面积变化率较小，因此其刚度较低，易于得到较低的固有频率。 (2)通过改变活塞底座的形状和利用活塞底座的空心腔增加出储气空间，优化其刚度特性，从而获得理想的非线性特性。
商用车辆制动系统技术要求及试验方法 编制说明 一、任务来源 本标准修订计划由国家标准化管理委员会下达，项目编号20070456-Q-303，是对GB 12676-1999《汽车制动系统结构、性能和试验方法》进行修订。对应ECE法规，我国已经发布了GB 21670-2008《乘用车制动系统技术要求及试验方法》，因此，修订后的标准不包含M1类车型的相关内容，标准名称也变更为《商用车辆制动系统技术要求及试验方法》，项目性质不变，依然为强制性国家标准。 本标准由中国汽车技术研究中心负责修订，并成立了由整车企业、检测科研机构、制动系统制造企业等多家单位组成的标准修订工作组。 本标准主要起草单位：中国汽车技术研究中心、中国第一汽车集团公司、东风汽车有限公司、柳州五菱工业有限公司、隆中控股集团有限公司、海南汽车试验研究所、国家汽车质量监督检验中心(襄樊)、汉阳专用汽车研究所、陕西重型汽车有限公司、包头北奔重型汽车有限公司、中集通华专用车有限公司、中国重型汽车集团有限公司、郑州宇通客车股份有限公司、北汽福田汽车股份有限公司、安徽江淮汽车股份有限公司、山东明水汽车配件厂、山东威明汽车产品有限公司、瀚德液压（青州）有限公司、江铃汽车股份有限公司、定远汽车试验场。 二、本标准的适用对象及范围 本标准适用于GB/T 15089规定的M2 、M3 及N类机动车辆和O类挂车。 本标准不适用于下列车辆： a)设计车速不超过25km/h的车辆； b)不能与设计车速超过25km/h的机动车辆挂接的挂车； c)残疾人驾驶的车辆。 三、制定标准的目的和意义 制动系统是车辆重要的主动安全系统之一，对车辆的安全性有非常重要的作用。因此，得到了政府主管部门、汽车制造企业和广大用户的广泛关注。 随着车辆制动系统产品技术的发展和进步，制动标准也应随之做出了相应的修订和补充。 我国的制动标准，主要参照ECE R13《关于M、N、O类机动车制动的统一规定》。 GB 12676-1999的主要参照标准为ECE R13(06)系列(1990年11月生效)。经过20多年的不断修订和补充，ECE R13的技术内容已经发生了很大变化，同时我国汽车市场上的汽车产品(包括本土生产及进口汽车)技术也发生了很大的变化，GB 12676-1999版制动标准已经不能完全适用于目前车辆制动系统的结构与技术现状，因此，应结合目前我国汽车市场上的汽车产品技术状况，参照新版ECE R13 法规对GB 12676-1999进行修订。 四、ECE R13法规现状及发展历程 由于我国相关的整车制动标准，GB 12676-1999《汽车制动系统结构、性能和试验方法》、GB/T 13594-2003《机动车和挂车防抱制动性能和试验方法》等,都是以ECE R13法规为主要参照标准制定的，因此，ECE R13法规的发展变化对我国制动标准的制、修订有特别重要的意义。 ECE R13《关于M、N、O类机动车制动的统一规定》，1970年6月1日作为《1958协定书》的附件第一次发布。随后，由UN/ECE/WP29(联合国世界汽车技术法规协调论坛)/GRRF(传动与行走工作组)
Air Suspension
空气悬架
G.Leiberich
Integrated Dynamics
EGP = Engineering Grade Plastic 工程塑料 Advantages 优点
With cross restriction to stop the vehicle becoming unstable when cornering 通过横向限流使车辆转弯时更稳定 Quick exhaust (depend to version) 快放功能（取决于变型） Height limitation (depend to version) 高度限制功能（取决于变型） 3/2 way valve for quick exhaust e.g. on ferries operation (depend to version) 用于快放的3/2阀，如轮渡操作（取决于变型） 2 nd ride height (depend to version) e.g. on lift axles, for different saddle heights, as ?kneeling“ on busses 第二行使高度（取决于变型），如在提升桥上， 用于不同鞍座高度，客车的侧跪系统 Flow rate170 l/min up to 620 l/min (depend to version) 流量从170l/min到620l/min(取决于变型）
G.Leiberich
Integrated Dynamics
摘要 当今社会，汽车工业的发展无时不刻都在影响着国家经济的发展，人类的进步离不开汽车工业的发展。在全球经济发展的大环境下，中国各个行业被其他国家的先进技术影响的同时，越来越多的外国企业和品牌传播到中国已经成为现实。在新的市场需求的推动下，对载货汽车前空气悬架进行改良和优化是当务之急。生产载货汽车前空气悬架的企业，必须充分考虑到在载货汽车前空气悬架运行中可能出现的问题，尽量使载货汽车前空气悬架的标准化程度越高越好，稳定和强度越来越好，国内载货汽车前空气悬架的研发及制造要与全球号召的稳固牢靠、性能稳定主题保持一致。载货汽车前空气悬架的发展与人类社会的进步和科学技术的水平密切相关。 本次毕业设计的题目是载货汽车前空气悬架总成的设计，通过设计出载货汽车前空气悬架总成，来了解它的结构和工作原理，并对之进行优化，使得设计出来的载货汽车前空气悬架总成的结构更合理，更安全。 关键词：汽车载货汽车前空气悬架原理结构
Abstract In today's society, the development of the automobile industry is affecting the development of the national economy, and the progress of human being can not be separated from the development of the automobile industry. In the global economic development environment, China's various industries are affected by the advanced technology of other countries at the same time, more and more foreign enterprises and brand spread to China has become a reality. Under the impetus of new market demand, it is urgent to improve and optimize the front air suspension. The production of truck air suspension of the enterprise, must give full consideration to the problems that may appear in the truck front air suspension operation, try to make the truck before the standardization of the air suspension, the higher the better, stability and strength is getting better and better, the domestic truck before R & D and manufacturing of air suspension to consistent with the call for a global firm, stable performance theme. The development of front air suspension is closely related to the progress of human society and the level of science and technology. The topic of this graduation design is the truck front air suspension assembly design, through the design of the truck front air suspension assembly, to understand its structure and working principle, and the optimization, makes the design of truck front air suspension assembly structure more reasonable and more secure. Keywords：Driving roller Crankshaft Processing craft Significance
空气弹簧的分类及特点 近年来，非线性课题一直是各学科的研究前沿，在隔振领域也不例外。随着隔振设计中对隔振系统各种性能指标要求的提高，迫使人们不断探索新型的隔振器。非线性隔振器能够自动避开共振，有效抑制振动幅值、隔离冲击，因而受到广泛的关注。线性隔振器却不能自动避开共振。 非线性隔振器的刚度是随隔振器变形量的不同而变化的，因而由非线性隔振器组成的隔振系统其固有频率与振动幅值有关。如果隔振器是非线性硬特性的，固有频率随振幅的增加而上升；如果隔振器是非线性软特性的，固有频率随振幅的增加而下降。当设备在启动过程中经过共振点时，被隔振设备的振动幅值将出现峰值，高出静态位移许多倍。随着振幅的迅速增长，由非线性隔振器组成的隔振系统其固有频率将上升或下降，从而避开共振频率。对于线性隔振器，其刚度值是不变的，只能通过阻尼作用控制共振振幅。但是过了共振点之后，隔振器的隔振效率因为阻尼的作用而下降。 此外非线性隔振器还能有效防止冲击。对于非线性硬特性的隔振器其刚度随变形量的增加而上升，遇到冲击时，簧上载荷的加速度随变形量的增加而增大，因而在较小的变形下冲击速度迅速降低。对于非线性软特性的隔振器其刚度随变形量的增加而降低，因而能够起到缓冲作用，但隔振器的变形量较大。在很多情况下不允许有太大的变形量，就应该选择非线性硬特性隔振器来防止冲击。 根据上述分析，空气弹簧是一种理想的隔振元件。空气弹簧是在柔性密闭容器中加入压力空气，利用空气压缩的非线性恢复力来实现隔振和缓冲作用的一种非金属弹簧。它具有优良的非线性硬特性，因而能够有效限制振幅，避开共振，防止冲击。空气弹簧隔振系统的固有频率可以设计得很低，甚至达1Hz以下，而橡胶隔振器的自振频率一般为5-7 H z。所以空气弹簧的隔振效率比起其它隔振元件高得多，而且能够隔离低频振动。特别是因为空气弹簧隔振系统容易实施主动控制，作为一种具有可调非线性静、动态刚度及阻尼特性的隔振元件，空气弹簧的应用越来越广泛。 1.2 空气弹簧的分类及特点 1.2.1 空气弹簧的分类 目前国内、外对空气弹簧的分类方法很不统一，大致有下列几种： （一）按橡胶囊的曲数分类 空气弹簧按橡胶囊的曲数分为单（一）曲，双（二）曲，三曲，……，n曲，如图1-3和图1-4所示。随着曲数的增加，刚度变小，空气弹簧隔振系统的固有频率也相应减小。但这不仅给制造上带来了麻烦，而且还会引起橡胶囊的弹性不稳，因此一般只使用到4曲。 （二）按结构型式分类 1. 日本《空气弹簧》一书中的分类： 胶囊型空气弹簧：轮胎型[ 图1-3 (c) ] 平板型[ 图1-3 (a)、(b) ] 耳垂型[ 图1-4 (b) ] 2. 我国的分类： 空气弹簧：囊式空气弹簧[ 图1-2、1-3 ] 约束膜式空气弹簧[ 图1-4 (a) ] 自由膜式空气弹簧[ 图1-4 (b) ]
空气弹簧在国外商用车上得到普遍的应用，其中在高级大客车上的使用率已达１００％，在中、重型货车上也超过了８５％．在我国由于受整车生产技术的影响，商用车上装备空气弹簧的普及率还不高．随着我国高速公路的迅速发展，客货公路运输量的增加以及对高性能商用车的需求，我国汽车行业“十一五规划”要求重点发展适应高速公路需要的大中型客车，载货汽车重点发展重型载货汽车．２００２年交通部颁布实施了《营运客车类型划分及等级评定》（ＪＴ／Ｔ３２５－２００２）行业标准，标准规定高级大中型客车必须采用空气悬架．近年来我国加强了对车辆与道路相互作用机理的研究，政府对高速公路的养护及超载治理日益重视，对重型货车道路友好悬架的认识进一步深入，空气弹簧在商用车上应用的推广已具备了良好的外部环境． 加强空气弹簧特点及其故障现象的认识，减小空气弹簧因人为因素而产生的破坏，对保证空气弹簧的高寿命，提高空气弹簧的运行安全，降低装用空气悬架商用车的成本，促进空气弹簧在商用车上的推广应用有积极的意义．本文介绍了空气弹簧的特点，并依据其特点对空气弹簧在使用中出现的故障及防范措施进行了分析．1 空气弹簧的结构 空气弹簧是由橡胶气囊和其他部件组成，其内部充满压缩气体．其中橡胶气囊是空气弹簧的重要部件，一般由内橡胶层、外橡胶层、帘线层和成型钢 丝圈硫化（交联）而成．根据橡胶气囊工作时的变形方式，商用车空气弹簧的结构形式主要分为囊式和膜式两大类，如图１、２所示． 囊式空气弹簧是灯笼形结构，其曲囊可以由一段或数段串联而成，分别称为单曲、双曲或多曲囊式空气弹簧．囊式空气弹簧主要靠橡胶气囊的挠曲获得弹性变形，它由橡胶气囊、辅助气室、上盖板、夹紧环、缓冲等组成． 胶气囊、上盖板、缓冲块、活塞底座组成，有时活塞底座空心内腔还起辅助气室的作用． 根据橡胶气囊止口与接口的连接方式，膜式空气弹簧又分为约束膜式和自由膜式．约束膜式空气弹簧的密封一般用螺栓夹紧密封，自由膜式空气弹簧则是采用橡胶气囊内的压力自封． 2空气弹簧刚度特性 空气弹簧的支承和弹性作用主要取决于弹簧内的压缩气体．空气弹簧的承载力Ｆ可表示为： Ｆ＝ｐｉＡｅ （１） 式中ｐｉ为空气弹簧内气体工作压力；Ａｅ为空 气弹簧有效承压面积． 商用车空气弹簧的结构特点及缺陷分析 陈皓云,董福龙 （安徽科技学院机电与车辆工程学院，安徽凤阳２３３１００） 摘要：空气弹簧以其良好的非线性特性在商用车上得到广泛的应用，其在使用过程中出现的故障正逐渐受到人们的重视．本文介绍了商用车空气弹簧的特点及故障现象，分析了空气弹簧故障产生的主要原因，提出了空气弹簧的故障防范措施，以保证商用车空气弹簧的使用寿命． 关键词：直观教学法；高校；乒乓球课中图分类号：ＴＱ３３６．４＋２；Ｕ４６９．１／２ 文献标识码：Ａ 文章编号：１６７３－２６０Ｘ（２０１３）０１－００２９－０３ 基金项目：安徽科技学院校级课题（ZDC2011288）；安徽科技学院校级重点建设学科“车辆工程”的学科组成员，重点建设学科（AKXK20102-5 ） 图１囊式空气弹簧图２膜式空气弹簧 ２９－－
重型商用车变速换挡性能提升 摘要：自动变速控制是机械节省能源的必要措施。不过，以现代应用经验来看，如果自动控制无法达成良好的准确性和稳定性，将可能造成意外的事故。所以， 在软件的研发和使用上，必须经过科学的设计，以及反复试验直至无误后，才能 够投入到使用之中。手动机械变速器重卡在使用时换挡频繁，变速换挡性能的好 坏直接影响驾驶员对车辆的评价。针对某款搭载6挡手动机械变速器载货车换挡 性能差的问题，结合变速操纵系统结构，利用故障树分析法对发生故障的原因进 行多层次分析，对故障原因制定控制方案及整改提升，通过试验验证对系统的性 能进行评价，以提高整车的操控方便性和操纵轻便性。 关键词：重型商用车；变速换挡；性能提升 前言 随着基础设施建设和物流运输业的迅速发展，新生代用户对重型商用车的产 品舒适性、性能可靠性、人性化设计、产品结构精细化、节能减排等方面提出了 更高要求。变速换挡频繁会造成驾驶员的疲劳，直接影响到行车安全，因而变速 操纵系统的换挡性能已成为重型商用车的一个重要评价指标，其中换挡的舒适性、平顺性和可靠性以及挡位的清晰灵活是衡量变速换挡性能优劣的主要评价指标。 某款搭载6挡手动机械变速器的载货车，在实际使用过程中存在选换挡性能 差的问题，主要表现为进挡卡滞、脱挡等故障，同时1、2挡选挡不清晰，行驶 过程中常存在挂错挡的现象，存在一定的安全隐患。本文从变速系统角度分析换 挡困难的原因，并提出改进变速系统结构的相关措施，以改善整车换挡操纵性能。 1、故障原因分析 结合该款重型商用车变速系统的结构，利用质量管理工具中的故障树分析法（FaultTreeAnalysis，FTA），对可能导致变速系统换挡困难原因进行多层次的详 细分析。 对变速系统的主要零部件进行分析，并对可能存在的原因进行一一排查，最 终得出变速系统故障发生的原因有以下几点：变速器挡位设计不清晰，同步器容 量小及磨损，上盖磨损，操纵器球头座磨损、松旷和自由间隙大，选换挡软轴效 率低。 2、整改提升 针对变速系统挂挡困难的问题，结合市场车型及变速器进行对比分析，针对 以上发生故障的原因，制定控制方案，防止发生此类故障。 2.1变速器整改优化 2.1.1调整挡位指示 针对变速器挡位不清晰的问题，在变速器顶盖1挡与3挡之间加限位弹簧， 固定变速器挡位，将变速箱空挡位置调整至3/4挡位置。 2.1.2同步器整改 针对同步器容量小与故障的问题，将同步器材料由单锥铜环改为碳纤维钢环，增加了同步器的同步容量，在开始同步时将传动轴扭转，也增加了同步器寿命， 同时减少了同步器的故障。 2.1.3上盖整改 针对上盖磨损的问题，减小导块之间的间隙0.5mm，增加拨头厚度0.5mm，
空气悬架发展情况
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二、中国汽车空气弹簧悬架市场发展情况 （一）汽车空气弹簧悬架发展概述 空气悬架从十九世纪中期诞生以来，经历了一个世纪的发展，经历了“气动弹簧-气囊复合式悬架→半主动空气悬架→中央充放气悬架（即ECＡS电控空气悬架系统)”等多种变化型式。到二十世纪五十年代才被应用在载重车、大客车、小轿车及铁道汽车上。目前国外高级大客车几乎全部使用空气悬架,重型载货车使用空气悬架的比例已达８０%以上，空气悬架在轻型汽车上的应用量也在迅速上升。部分轿车也逐渐安装使用空气悬架,如美国的林肯、德国的Benz300SE和Ｂenｚ６00等。在一些特种车辆（如对防震要求较高的仪表车、救护车、特种军用车及要求的集装箱运输车等）上,空气悬架的使用几乎为唯一选择。而我国仍处于起步阶段，空气悬架系统只应用在一些豪华客车和少部分重型货车和挂车上。 另外空气悬架不可能升降底盘，只能说是从胎压里抽出空气达到底盘下压的作用，轮胎的吸气口吸气吧气放到胎压里,底盘就自己有向上的压力。具体的操作流程:1.降:车轮放气轮胎的胎压在3.0左右放到1.8左右,轮胎的扁平比下降,底盘下压。2．升:轮胎吸气孔吸气，1．8的胎压瞬间被调成3.５的胎压越野时用。但是空气悬架不能向液压悬架那么厉害，就是升降自如，因为液压比较成熟而且是真正意义上的升降,比起空气悬架来说液压比较厉害,液压悬架运用在雪铁龙车上市他的专利。液压悬架最多可以升降18－３2CＭ,空气悬架只能说，调整车身姿态不能向液压那样升降自如空气悬架一般降最多1－2CM、升最多2-4C Ｍ不会降太低,不升太高。另外空气悬架俗称是(中央充放气系统)各位汽车界的朋友别把空气悬架真当升降了！比他厉害的是雪铁龙的液压悬架。 空气悬架缺点：不实用，后期维护成本高。不如液压那么先进，而且升降不自如。
G B T1306191汽车悬架用空气弹簧橡胶气 囊
中华人民共和国国家标准 GB／T13061一91汽车悬架用空气弹簧橡胶气囊 Air spring for automotive suspension一Rubber bellows 1主题内容与适用范围 本标准规定了汽车悬架用空气弹簧橡胶气囊的产品分类、技术要求、试验方 法、检验规则、标志、包装、运输与贮存及其涉及的部分术语。 本标准适用于汽车（含城市用无轨电车）悬架用空气弹簧橡胶气囊，其他车 辆用橡胶气囊可参照执行。 2引用标准 GB 519充气轮胎物理机械性能试验方法 GB 527硫化橡胶物理试验的一般要求 GB 528硫化橡胶拉伸性能的测定
GB 531橡胶邵尔A型硬度试验方法 GB 2941橡胶试样停放和试验的标准温度、湿度及时间 GB 3512橡胶热空气老化试验方法 HG 4—836硫化橡胶抗屈挠龟裂性能的测定 3术语 3．1标准高度H0 空气弹簧总成（以下简称气簧）的一个设定高度。以此高度为计算变形量的 起始点，压缩为正向，伸张为负向。 3．2标准内压P0 为使气簧在标准高度时承受设计负荷而选取的内压，一般在0.4～0.6MPa 范围 内选取。 3．3标准状态 气簧在标准高度、标准内压时的工作状态。 3．4有效面积Ae
3．5有效直径De 按有效面积计算的圆直径。 3．6最大行程Sm 气簧在结构上可能达到的最大伸张变形量与最大压缩变形量的绝对值之和。 3．7许用工作行程Sw 留有保险余争地后允许气簧在工作时出现的最大伸张变形量与最大压缩变形 量（分别简称许用最大伸张值和许用最大压缩值）的绝对值之和。 3．8最大外径Dm 气簧处于标准状态后;在最大行程内气囊所达到的最大外部直径。 4产品分类
国内重型卡车悬架现状与发展趋势分析 来源: 搜狐博客刘琪玮2010-4-20 8:16:08 悬架系统由弹性元件、导向装置、减振器、缓冲块和横向稳定器等组成。一般来说，汽车的悬架系统分为非独立悬架和独立悬架两种。目前国内重型卡车的悬架主要为非独立悬架，悬架弹性元件一般为钢板弹簧。 1.板簧悬架 钢板弹簧悬架(简称板簧悬架)又分为少片变截面钢板悬架与等 截面多片板簧悬架。目前国内95%以上的重卡悬架系统是以钢板弹簧为弹性元件兼作导向装置的非独立悬架，其主要优点是结构简单，制造容易，维修方便，工艺成熟，工作可靠。缺点是汽车平顺性、舒适性较差；簧下质量大，无法适应重卡轻量化的发展，并且不能同时兼顾重卡的舒适性与操纵稳定性。而空气悬架则充分利用了空气弹簧变刚性的特性，达到同时兼顾这两个方面的目的。 2.空气悬架 空气悬架系统是以空气弹簧为弹性元件, 以空气做弹性介质,在 一个密封的容器内充入压缩空气(气压为0.5~)，利用气体的可压缩性，实现其弹性作用的。这种弹簧的刚度可变，具有较理想的弹性特性。
目前空气悬架控制模式主要有两种，一种是采用机械高度阀手动调节。另一种为电子控制(ECAS)，使传统空气悬架系统的性能得到很大改善，提高了悬架操作舒适性和反应灵敏度。 3.橡胶悬架 橡胶悬架是以橡胶弹簧为弹性元件，由于橡胶弹簧具有变刚度的特点，因此，整个悬架有较强的承载能力。橡胶悬架在承载性、可靠性等方面都比传统使用的钢板悬架更具优势，而且能够适应矿山作业等恶劣工况。 国内重卡悬架发展现状 1. 板簧悬架 国内汽车悬架弹簧生产企业160余家，遍布全国各地，具有规模的专业生产企业(生产规模在0.8万吨以上)约80余家。产品质量水平已达到国外先进国家90年代水平。大部分企业规模较小，生产集中度低，散乱差问题较严重。其中真正形成大规模、大批量生产的企业为数不多，大多仍停留在简单生产工艺的水平上，产品成本较高，难以参与国际市场竞争。国内能够生产高档次汽车钢板悬架弹簧的企业只有4家：一汽集团辽阳汽车弹簧厂、东风汽车悬架弹簧有限公司、重庆红岩汽车弹簧厂、山东汽车弹簧厂，他们都具有生产多种叠片簧、渐变刚度弹簧、少片变截面钢板弹簧和双曲率半径及平直段的汽车钢板弹簧的能力。国内能够同时生产客车、货车、轿车悬架弹簧的厂家
一般情况下，城轨车辆采用电动车组模式，以单元进行编组，所以其风源系统也是以单元来供气，每一单元设置一套风源系统，相邻车辆的主风管通过截断塞门和软管相连，由两个以上单元组成的列车就具有两套以上风源系统。 风源系统包括：空气压缩机、主风缸、脚踏泵以及空气管路系统等。用风设备主要包括：制动装置，空气悬挂装置、车门控制装置、以及风喇叭、雨刮器、受电弓气动设备、车钩操作气动设备等。风源系统制造的空气压缩机为用风设备的驱动提供动力，而压缩空气的净化和干燥处理是不可或缺的，其目的是除去压缩空气中所含有的灰尘、杂质、油滴和水分等，保证制动系统及其他用风设备长时间可靠地工作。 3.1 空气压缩机 城轨车辆采用的空气压缩机要求噪声低、振动小、结构紧凑、维护方便、环境实用性强的特点。目前，城轨车辆中采用的主要有活塞式空气压缩机和螺杆式空气压缩机两种。 3.1.1 活塞式空气压缩机 由固定机构、运动机构、进排气机构、中间冷却装置和润滑装置等几部分组成。其中，固定机构包括机体、气缸、气缸盖；运动机构包括曲轴、连杆、活塞；进排气机构包括空气滤清器、气阀；中间冷却装置包括中间冷却器、冷却风扇；润滑装置包括润滑油泵、润滑油路等.如图3.1 图3.1活塞式空气压缩机结构图
1-润滑油泵；2-体；3-油压表；4-空气滤清器；5、8-进气阀片；6-排气阀片；7、9-低压活塞；10-高压活塞；11-主风缸；12-压力控制器；13-上集气箱；14-散热管；15-下集气 它是由电机通过联轴节驱动空压机曲轴转动，曲柄连杆机构带动高、低压缸活塞同时在气缸内做上下往复运动。由于曲柄中部的三个轴颈在轴向平面内互成120°，两个低压活塞和一个高压活塞分别相隔120°转角。当低压活塞下行时，活塞顶面与缸盖形成真空，经空气滤清器的大气推开进气阀门，进入低压汽缸，此时排气阀在弹簧和中冷器内空气压力的作品用下关闭。当低压活塞上行时，气缸内的空气被压缩，其压力大于排气阀片上方压力与排气弹簧的弹力之和时压缩排气阀弹簧而推开排气阀片，具有一定压力的空气排出缸外，而进气阀片在气缸内压力及其弹簧的作用下关闭。两个低压缸送出的低压空气，都经过汽缸盖的统一通道进入中冷器。经中冷器冷却后，再进入高压缸，进行第二次压缩，压缩后的空气经排气阀口、主风管路送入主风缸储存。高压活塞的进排气作用与压力活塞的进排气作用相同。 3.1.2 螺杆式空气压缩机 螺杆式空气压缩机具有以下特点：（1）噪声小、振动小。（2）可靠性高和寿命长。（3）维护简单。（4）螺杆式空气压缩机的工作原理分三个部分：压缩机的吸气、压缩、排气三个阶段。如图3.2 图3.2 螺杆式空气压缩机系统流程图
中华人民共和国国家标准 GB／T13061一91 汽车悬架用空气弹簧 橡胶气囊 Air spring for automotive suspension一Rubber bellows 1 主题内容与适用范围 本标准规定了汽车悬架用空气弹簧橡胶气囊的产品分类、技术要求、试验方 法、检验规则、标志、包装、运输与贮存及其涉及的部分术语。 本标准适用于汽车（含城市用无轨电车）悬架用空气弹簧橡胶气囊，其他车 辆用橡胶气囊可参照执行。 2 引用标准 GB 519充气轮胎物理机械性能试验方法 GB 527硫化橡胶物理试验的一般要求 GB 528硫化橡胶拉伸性能的测定 GB 531橡胶邵尔A型硬度试验方法 GB 2941橡胶试样停放和试验的标准温度、湿度及时间 GB 3512橡胶热空气老化试验方法 HG 4—836硫化橡胶抗屈挠龟裂性能的测定 3 术语 3．1 标准高度H0 空气弹簧总成（以下简称气簧）的一个设定高度。以此高度为计算变形量的 起始点，压缩为正向，伸张为负向。 3．2 标准内压P0
为使气簧在标准高度时承受设计负荷而选取的内压，一般在0.4～0.6MPa 范围 内选取。 3．3 标准状态 气簧在标准高度、标准内压时的工作状态。 3．4 有效面积Ae 3．5 有效直径De 按有效面积计算的圆直径。 3．6 最大行程Sm 气簧在结构上可能达到的最大伸张变形量与最大压缩变形量的绝对值之和。 3．7 许用工作行程Sw 留有保险余争地后允许气簧在工作时出现的最大伸张变形量与最大压缩变形 量（分别简称许用最大伸张值和许用最大压缩值）的绝对值之和。 3．8 最大外径Dm 气簧处于标准状态后;在最大行程内气囊所达到的最大外部直径。 4 产品分类 4．1 产品类型