雙聯(lián)橋用平衡式鋼板油氣并聯(lián)復(fù)合懸架系統(tǒng)設(shè)計(jì)

李志棟，劉偉建，黃睿，姬虎艷

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雙聯(lián)橋用平衡式鋼板油氣并聯(lián)復(fù)合懸架系統(tǒng)設(shè)計(jì)

李志棟，劉偉建，黃睿，姬虎艷

（陜西重型汽車有限公司，陜西 西安 710200）

文章為某6×6軍用越野汽車底盤設(shè)計(jì)了一種雙聯(lián)橋用平衡式鋼板油氣并聯(lián)復(fù)合懸架系統(tǒng)，不僅實(shí)現(xiàn)了懸架系統(tǒng)剛度可調(diào)，同時(shí)簡(jiǎn)化了導(dǎo)向結(jié)構(gòu)，提高了懸架系統(tǒng)的可靠性。

多軸汽車；平衡懸架；鋼板彈簧；油氣彈簧；復(fù)合懸架系統(tǒng)

前言

懸架是保證車輪或車橋與汽車承載系統(tǒng)(車架或承載式車身)之間具有彈性聯(lián)系并能傳遞載荷、緩和沖擊、衰減振動(dòng)以及調(diào)節(jié)汽車行駛中的車身位置等有關(guān)裝置的總稱。目前，用于中、重型越野汽車懸架系統(tǒng)的減振方式主要有鋼板彈簧、空氣彈簧和油氣彈簧等。考慮到車輛在不同裝載工況下：1）鋼板彈簧雖然結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但因其剛度調(diào)節(jié)困難，難以實(shí)現(xiàn)不同裝載工況下相同的偏頻；2）空氣彈簧、油氣彈簧雖然可實(shí)現(xiàn)剛度可調(diào)，可以滿足不同裝載工況下偏頻相同，但因其導(dǎo)向機(jī)構(gòu)復(fù)雜，對(duì)整車布置不利；3）同時(shí)，由于空氣彈簧和油氣彈簧均在高壓工況下工作，對(duì)運(yùn)動(dòng)密封件要求很高，在越野工況下，與鋼板彈簧相比，可靠性降低很多。

三軸和四軸越野汽車上普遍采用雙聯(lián)橋等臂式鋼板彈簧平衡懸架結(jié)構(gòu)。本文為某6×6軍用越野汽車底盤改裝設(shè)計(jì)了一種雙聯(lián)橋用平衡式鋼板油氣并聯(lián)復(fù)合懸架系統(tǒng)，不僅實(shí)現(xiàn)了懸架系統(tǒng)剛度可調(diào)，同時(shí)簡(jiǎn)化了導(dǎo)向結(jié)構(gòu)，提高了懸架系統(tǒng)的可靠性。

1 多軸汽車的平衡懸架

多軸汽車采用單獨(dú)剛性懸架時(shí)，在不平道路上行駛（圖1a）的危險(xiǎn)性：

圖1 三軸汽車在不平道路上的行駛情況示意圖

（1）當(dāng)有彈性懸架而道路不平度較小時(shí)，雖然不一定會(huì)出現(xiàn)車輪懸空的現(xiàn)象，但各個(gè)車輪間的垂直載荷分配比例會(huì)有很大的改變。在車輪垂直載荷變小甚至為零時(shí)，車輪對(duì)地面的附著力也隨之變小甚至為零。

（2）轉(zhuǎn)向車輪遇此情況將使汽車操縱能力大大降低，失去操縱。

（3）驅(qū)動(dòng)車輪遇此情況將不能產(chǎn)生足夠的驅(qū)動(dòng)力。此外，還會(huì)使其它車橋及車輪有超載的危險(xiǎn)。

雙聯(lián)橋平衡懸架（圖1b）能保證中、后橋車輪均能與地面有良好接觸，消除上述的危險(xiǎn)，保證中、后橋車輪垂直載荷相等。等臂式鋼板彈簧平衡懸架是三軸和四軸越野汽車上普遍采用的一種平衡懸架的結(jié)構(gòu)形式。圖2所示為三軸全輪驅(qū)動(dòng)越野汽車的中、后驅(qū)動(dòng)橋平衡懸架的外觀。

圖2 三軸汽車中、后驅(qū)動(dòng)橋平衡懸架的外觀

2 油氣彈簧

油氣彈簧集彈性及阻尼元件于一身，同時(shí)缸體具有一定的導(dǎo)向作用，所需車體布置空間較小，以其優(yōu)越的非線性彈性特性和良好的減振性能，能夠最大限度的滿足不同車輛的平順性要求，從而大幅提升行駛速度。本文所介紹的減振懸掛油氣彈簧（圖3）采用某成熟產(chǎn)品，形式為雙缸擺動(dòng)式結(jié)構(gòu)，通過支撐體將油氣缸固連到一起，氣室壓力可調(diào)。

圖3 雙缸擺動(dòng)式油氣彈簧

1-主活塞；2-油缸；3-油液；4-減振閥；5-阻尼孔； 6-浮動(dòng)活塞；7-氣缸；8-高壓氮?dú)?/p>

雙缸式油氣彈簧的特點(diǎn)是將油氣缸分離，在過油通道上布置有懸掛閉鎖裝置，當(dāng)需要車輛搬運(yùn)重物或有其他特殊需求時(shí)能夠斷開油氣介質(zhì)，達(dá)到剛性平臺(tái)的目的。目前已廣泛應(yīng)用于軍用輪式裝甲車和履帶步兵戰(zhàn)車，通過在軍用試驗(yàn)跑道上的實(shí)車測(cè)試表明，采用該油氣彈簧的車輛平均越野速度較傳統(tǒng)的螺旋彈簧減振器式懸掛提高了10km/h以上。而且，油氣彈簧可根據(jù)具體車輛指標(biāo)要求進(jìn)行結(jié)構(gòu)和特性參數(shù)的調(diào)整。

3 平衡式鋼板油氣并聯(lián)復(fù)合懸架系統(tǒng)

該系統(tǒng)在雙聯(lián)橋鋼板彈簧平衡懸架的基礎(chǔ)上，重新核算懸架剛度，通過減少鋼板彈簧片數(shù)，并聯(lián)安裝減振懸掛油氣彈簧，同時(shí)實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的剛度可調(diào)與可靠性提升，如圖4所示。

該系統(tǒng)包括鋼板彈簧平衡懸架、板簧緩沖裝置、油氣彈簧和油氣彈簧上、下支架等。鋼板彈簧平衡懸架連接中、后橋和車架；鋼板彈簧的兩端自由地支承在中、后橋半軸套管上的滑板式支架內(nèi)；油氣彈簧的上端通過銷軸與固定在車架上的支架相連，下端的銷軸與橋管上的固定支座連接。圖5所示為該系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)主視、俯視示意圖。

圖4 雙聯(lián)橋用平衡式并聯(lián)鋼板油氣復(fù)合懸架系統(tǒng)

圖5 整體結(jié)構(gòu)主視、俯視示意圖

1-左油氣彈簧 2-油氣簧支架 3-板簧緩沖裝置 4-雙聯(lián)橋鋼板彈簧平衡懸架 5-右油氣彈簧

4 結(jié)論

在雙聯(lián)橋鋼板彈簧平衡懸架上，并聯(lián)安裝油氣彈簧，由鋼板彈簧的固定剛度和油氣彈簧的可調(diào)剛度復(fù)合實(shí)現(xiàn)懸架系統(tǒng)的剛度可調(diào)，從而獲得任何工況下相同的偏頻。油氣彈簧兼有減振器的作用，省去了裝鋼板彈簧懸架系統(tǒng)的減振器。鋼板彈簧在整個(gè)過程中承擔(dān)一部分載荷，減少油氣彈簧的負(fù)荷，提高了油氣彈簧的可靠性；鋼板彈簧兼作簡(jiǎn)單可靠導(dǎo)向機(jī)構(gòu)，提高了整個(gè)懸架系統(tǒng)的可靠性。

該雙聯(lián)橋用平衡式鋼板油氣并聯(lián)復(fù)合懸架系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是，與鋼板彈簧懸架系統(tǒng)相比，可實(shí)現(xiàn)懸架系統(tǒng)剛度可調(diào)；與油氣懸架相比，導(dǎo)向機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠，同時(shí)提高了油氣彈簧的可靠性，進(jìn)而提高了其使用壽命。這種復(fù)合懸架系統(tǒng)可以較好解決車輛行駛扭曲路面對(duì)上裝的影響問題，也能滿足不同上裝質(zhì)量時(shí)對(duì)行駛平順性的要求。

[1] 陳家瑞.汽車構(gòu)造:下冊(cè)[M].3版.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2009.

[2] 任衛(wèi)群,楊勇等.采用多體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的平衡懸架牽引車平順性研究[J].汽車工程,2004,26（3）.

[3] 王其東,方錫邦等.汽車鋼板彈簧多體動(dòng)力學(xué)建模及動(dòng)特性仿真研究[J].合肥工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）,1999,22（6）.

[4] 余志生.汽車?yán)碚揫M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2006.

[5] 李春明,陳軼杰等.雙筒式油氣彈簧剛度特性解析計(jì)算與仿真分析[J].機(jī)械制造,2011,49（9）.

Design of the Two-axle Tandem Suspension System Installed in Parallel withHydro-pneumatic Cylinder

Li Zhidong, Liu Weijian, Huang Rui, Ji Huyan

( Shaanxi Heavy Duty Automobile Co., Ltd, Shaanxi Xi’an 710200 )

Based on the tandem suspension about the rear two axes of some 6×6 military off-road vehicle,this paper offers one kind of compound suspension system, which adopting a parallel installation mode of hydro-pneumatic cylinders. Leaf spring works not only as flexible component, but also as a component to convert force in various directions. And the reliability of hydro-pneumatic cylinder has been raised. The stiffness of this compound suspension system is variable.

multi-axle vehicle; tandem suspension; leaf spring; hydro-pneumatic cylinder; compound suspension system

B

1671-7988(2019)03-116-02

U462

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1671-7988(2019)03-116-02

U462

李志棟，工程師，就職于陜西重型汽車有限公司，主要從事汽車產(chǎn)品設(shè)計(jì)方面的工作。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2019.03.036