空氣彈簧懸架在承重橋上的布置形式及其性能分析

王浩

摘 要：隨著空氣彈簧懸架越來(lái)越多地在汽車上得到使用，文章介紹了空氣彈簧懸架在承重橋上布置的幾種具體的結(jié)構(gòu)形式，并對(duì)每一種具體結(jié)構(gòu)形式的空氣彈簧懸架作了結(jié)構(gòu)和性能分析，可以為不同承重橋選擇相應(yīng)的空氣彈簧懸架提供理論參考。

關(guān)鍵詞：空氣彈簧懸架；結(jié)構(gòu)形式；性能分析

前言

空氣彈簧懸架誕生于十九世紀(jì)中期，從上個(gè)世紀(jì)中葉開始，它在汽車上得到了廣泛的應(yīng)用。根據(jù)統(tǒng)計(jì)[1]，在重型載貨汽車上空氣彈簧懸架的占有率為81%，大約有70%的拖掛車使用了空氣彈簧懸架，目前，空氣彈簧懸架在國(guó)外高速客車和豪華城市客車上的使用率已經(jīng)接近100%，汽車行駛時(shí)，動(dòng)載荷是靜載荷的2～3倍，汽車的噸位越大，對(duì)道路的破壞程度也就越嚴(yán)重。所以為汽車，特別是重型汽車的承重橋選擇性能優(yōu)越的懸架系統(tǒng)十分必要[2]。

文章針對(duì)在汽車的承重橋上使用空氣彈簧懸架，對(duì)空氣彈簧懸架布置的具體形式進(jìn)行結(jié)構(gòu)和性能分析，為汽車在承重橋上選擇較優(yōu)的空氣彈簧懸架布置形式來(lái)獲得較優(yōu)懸架性能提供理論依據(jù)。

1 各類空氣彈簧懸架的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和性能分析

1.1 單縱彈性導(dǎo)向臂結(jié)構(gòu)式

空氣彈簧懸架的單縱彈性導(dǎo)向臂結(jié)構(gòu)式布置形式實(shí)際上就是將單縱剛性導(dǎo)向臂結(jié)構(gòu)式的剛性導(dǎo)向臂換成彈性導(dǎo)向臂來(lái)減小C的值。彈性導(dǎo)向臂一般是使用單片或者是少片鋼板彈簧。它的特點(diǎn)與單縱剛性導(dǎo)向臂結(jié)構(gòu)式空氣彈簧懸架相比，結(jié)構(gòu)較緊湊，但是由單片或者是少片鋼板彈簧組成的彈性導(dǎo)向臂的承載能力較低，與單縱剛性導(dǎo)向臂結(jié)構(gòu)式空氣彈簧懸架相比，它只能適用在軸荷較小的情況之下。

1.2 剛性A字型導(dǎo)向臂結(jié)構(gòu)式

當(dāng)空氣彈簧數(shù)量一定時(shí)，空氣彈簧懸架的承載能力由空氣彈簧的承載能力決定。對(duì)于空氣彈簧來(lái)說(shuō)，空氣彈簧最大工作外徑越大，它的承載能力也就越大。對(duì)于單縱剛性導(dǎo)向臂結(jié)構(gòu)式布置的空氣彈簧懸架來(lái)說(shuō)，由于空氣彈簧布置在車輪的內(nèi)側(cè)，使空氣彈簧最大工作外徑受到限制，也就是限制了單縱剛性導(dǎo)向臂結(jié)構(gòu)式布置的空氣彈簧懸架的承載能力。

為了提高單縱剛性導(dǎo)向臂結(jié)構(gòu)式的空氣彈簧懸架的承載能力，剛性A字型導(dǎo)向臂結(jié)構(gòu)式空氣彈簧懸架將兩側(cè)的單縱剛性導(dǎo)向臂結(jié)構(gòu)和并成為一個(gè)剛性A字型導(dǎo)向臂結(jié)構(gòu)，并將空氣彈簧安裝基座向后延伸，使得空氣彈簧最大工作外徑擺脫車輪位置的限制。

從剛性A字型導(dǎo)向臂結(jié)構(gòu)式空氣彈簧懸架的結(jié)構(gòu)分析，它不僅帶有單縱剛性導(dǎo)向臂結(jié)構(gòu)式的空氣彈簧懸架特點(diǎn)，它還在極大的程度上提高了整個(gè)懸架系統(tǒng)的承載能力；由于空氣彈簧的安裝中心距增大，使得汽車的側(cè)向剛度增加，從而提高了汽車的側(cè)向穩(wěn)定性。

此外，與單縱剛性導(dǎo)向臂結(jié)構(gòu)式的空氣彈簧懸架相比，由于剛性A字型導(dǎo)向臂結(jié)構(gòu)式空氣彈簧懸架的D值有較大增加，也就意味著它的A值要有更大的增加，這就使得剛性A字型導(dǎo)向臂尺寸有有較大增加。因此它適用于載重較大的貨車和客車。

1.3 四連桿剛性導(dǎo)向臂結(jié)構(gòu)式

空氣彈簧懸架的四連桿剛性導(dǎo)向臂結(jié)構(gòu)布置形式就是將四支空氣彈簧對(duì)稱安裝在承重橋的兩側(cè)。

車軸和車架之間的載荷由四支對(duì)稱安裝空氣彈簧和四只減震器來(lái)承受，從理論上來(lái)說(shuō)[3]，可以在垂直方向上獲得較好的懸架減振模型。但是，從結(jié)構(gòu)上來(lái)說(shuō)，兩側(cè)的空氣彈簧則需要分別用高度控制閥來(lái)控制；作為空氣彈簧安裝基礎(chǔ)的兩直臂梁會(huì)增大懸架系統(tǒng)非簧載質(zhì)量，而非簧載質(zhì)量的增大會(huì)對(duì)懸架的減振效果產(chǎn)生負(fù)面的影響；從此種結(jié)構(gòu)式空氣彈簧懸架可以看出，汽車所要在縱向和側(cè)向承受的載荷必須通過(guò)安裝另外的結(jié)構(gòu)部件來(lái)承受。安裝了橫向推力桿結(jié)構(gòu)來(lái)承受由汽車制動(dòng)等產(chǎn)生的縱向力，以及在車橋上方安裝V形推力桿結(jié)構(gòu)來(lái)承受部分由汽車制動(dòng)等產(chǎn)生的縱向力和由側(cè)向風(fēng)等產(chǎn)生的側(cè)向力。在這里V形推力桿結(jié)構(gòu)也必須具備單縱剛性導(dǎo)向臂結(jié)構(gòu)式空氣彈簧懸架中縱向剛性導(dǎo)向臂的功能，因此，對(duì)V形推力桿結(jié)構(gòu)在縱向的尺寸要求也和對(duì)縱向剛性導(dǎo)向臂要求一樣。

因此，這種結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜的空氣彈簧懸架的適用范圍就受到了限制，一般來(lái)說(shuō)，它適用在懸架安裝空間較大，且使用條件（載重）變化不大的條件下，即一般使用在中型客車上。

1.4 彎臂支撐梁結(jié)構(gòu)式

為了提高四連桿剛性導(dǎo)向臂結(jié)構(gòu)式的空氣彈簧懸架的承載能力，彎臂支撐梁結(jié)構(gòu)式的空氣彈簧懸架將作為空氣彈簧安裝基礎(chǔ)的兩直臂梁改造成兩彎臂支撐梁，并將空氣彈簧安裝基座向車輪的兩側(cè)延伸，使得空氣彈簧最大工作外徑擺脫車輪位置的限制。彎臂支撐梁結(jié)構(gòu)式的空氣彈簧懸架的結(jié)構(gòu)俯視圖如圖1所示。

圖1

從彎臂支撐梁結(jié)構(gòu)式的空氣彈簧懸架的結(jié)構(gòu)分析，它具有四連桿剛性導(dǎo)向臂結(jié)構(gòu)式的空氣彈簧懸架特點(diǎn)，它還在極大的程度上提高了整個(gè)懸架系統(tǒng)的承載能力；由于空氣彈簧的安裝中心距增大，使得汽車的側(cè)向剛度增加，從而提高了汽車的側(cè)向穩(wěn)定性。另外，與四連桿剛性導(dǎo)向臂結(jié)構(gòu)式的空氣彈簧懸架相比，它還具有結(jié)構(gòu)布置更加自由的優(yōu)點(diǎn)。它適用于載重較大的貨車和客車。

1.5 串聯(lián)單縱剛性導(dǎo)向臂結(jié)構(gòu)式

適用于雙承重橋或三承重橋的空氣彈簧懸架的結(jié)構(gòu)形式比較少，目前國(guó)內(nèi)外只有串聯(lián)單縱剛性導(dǎo)向臂結(jié)構(gòu)式這一種布置形式。

雙承重橋或三承重橋串聯(lián)單縱剛性導(dǎo)向臂結(jié)構(gòu)式的空氣彈簧懸架串聯(lián)實(shí)際上它們是由二組或三組單縱剛性導(dǎo)向臂結(jié)構(gòu)式空氣彈簧懸架串聯(lián)而成。因此該類空氣彈簧懸架具有單縱剛性導(dǎo)向臂結(jié)構(gòu)式空氣彈簧懸架的優(yōu)點(diǎn)。但是承重橋之間縱向剛性導(dǎo)向臂的長(zhǎng)度要受到承重橋之間距離的約束，因此，對(duì)于承重橋都是驅(qū)動(dòng)橋的汽車，串聯(lián)單縱剛性導(dǎo)向臂結(jié)構(gòu)式的空氣彈簧懸架的后縱向剛性導(dǎo)向臂要比前縱向剛性導(dǎo)向臂要設(shè)計(jì)的短一些，在它與車架的連接銷軸處必須設(shè)置增加優(yōu)質(zhì)橡膠襯墊來(lái)抵消后縱向剛性導(dǎo)向臂長(zhǎng)度的不足。

因此，串聯(lián)單縱剛性導(dǎo)向臂結(jié)構(gòu)式的空氣彈簧彈簧適合在各種使用條件下的各類重型汽車上使用。

2 結(jié)束語(yǔ)

隨著我國(guó)汽車工業(yè)的發(fā)展，空氣彈簧懸架將越來(lái)越多地在汽車上得到使用。文章通過(guò)對(duì)空氣彈簧懸架在汽車承重橋上的結(jié)構(gòu)形式及其性能進(jìn)行分析，為不同用途汽車承重橋選擇性能優(yōu)越的空氣彈簧懸架提供理論基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)

[1]Bill V. Liking Riding on Air-Firesone Industrial Moves to Air Ride to Lihgt Trucks[J].World's AWS，1999.

[2]余志生.汽車?yán)碚揫M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1993.

[3]張準(zhǔn).振動(dòng)分析[M].南京：東南大學(xué)出版社，1991.