本发明公开了一种容积可变的空气弹簧附加气室，涉及车用空气弹簧的附加气室，包括附加气室腔体，连接主气室的连接管路，活塞，活塞杆，通气模块，键槽，键，盖板及细长管路等，该附加气室可以通过控制活塞的往复运动实现容积的改变，使得空气弹簧参与工作的有效容积改变，从而改变空气弹簧系统的刚度，以适应车辆的各种行驶工况，达到改善悬架系统综合性能的目的；活塞运动时所需驱动力小，通气模块适时开闭过程中能够保证弹簧内部气体压力的稳定，减小了弹簧工作过程中产生的冲击，为附加气室容积可变空气弹簧在车辆上的使用提供方便。本发明结构简单，生产工艺要求低，维护方便，制造成本低。
1.一种容积可变的空气弹簧附加气室，包括连接管路（1）、附加气室腔体（2）、活塞（3）、活塞杆（4）、限位块（5）、密封圈（6）、驱动机构连接装置（7）、盖板（8）、固定连接装置（9）、附加气室备用容积腔（10）、细长管路（11）、小孔通道（13）和附加气室有效容积腔（14）；所述附加气室腔体（2）一端封闭一端敞开，敞开端通过盖板（8）密封，所述附加气室腔体（2）内装有活塞（3）及与活塞（3）相连的活塞杆（4），所述活塞（3）靠近盖板（8）的一面装有细长管路（11）；活塞（3）上开设小孔通道（13），小孔通道（13）与细长管路（11）相连；
所述活塞杆（4）穿过盖板（8）由连接驱动机构的驱动机构连接装置（7）驱动，所述附加气室腔体（2）封闭端通过连接管路（1）与空气弹簧连接；其特征在于，还包括通气模块（12）、键C（16）、键D（18）、键A（19）、键B（21）、键槽A（15）、键槽B（17）、键槽C（20）、键槽D（22）、限位键槽（23）和限位键（24）；活塞（3）外缘对称装有与活塞（3）厚度相同的通气模块（12）；所述活塞（3）上，与通气模块（12）相接触的表面设有键（16、18）和键槽（15、17），所述通气模块（12）上，与活塞（3）相接触的表面设有键A（19）、键B（21）与键槽A（15）、键槽B（17），所述活塞（3）上的键C（16）与通气模块（12）上的键槽C（20）相互配合，活塞（3）上的键D（18）与通气模块（12）上的键槽D（22）相互配合，通气模块（12）上的键A（19）与活塞（3）上的键槽A（15）相互配合，通气模块（12）上的键B（21）与活塞（3）上发的键槽B（17）相互配合；在活塞（3）与通气模块（12）相接触的表面上安装有限位键（24），在通气模块（12）与活塞（3）相接触的表面上设有限位键槽（23），限位键（24）和限位键槽（23）相互配合。
2.根据权利要求1所述的容积可变的空气弹簧附加气室，其特征在于，所述通气模块（12）与附加气室腔体（2）接触的表面加工有摩擦层，摩擦层的摩擦系数大于活塞（3）与附加气室腔体（2）接触表面的摩擦系数。
3.根据权利要求1或2所述的容积可变的空气弹簧附加气室，其特征在于，活塞（3）移动时，附加气室腔体（2）与通气模块（12）之间的摩擦层产生的摩擦力使活塞（3）和通气模块（12）产生相对位移，所述键A（19）滑入和滑出键槽A（15），键B（21）滑入和滑出键槽B（17），键C（16）滑入和滑出键槽C（20），键D（18）滑入和滑出键槽D（22），所述键滑入键槽时能封闭键槽。
4.根据权利要求1或2所述的容积可变的空气弹簧附加气室，其特征在于，通气模块（12）上的键槽C（20）的中心线和活塞（3）上的键槽B（17）的中心线重合，键槽D（22）的中心线和活塞（3）上的键槽A（15）的中心线重合；通气模块（12）上键A（19）的中心线和键槽A（15）的中心线重合，键B（21）的中心线和键槽B（17）的中心线重合，活塞（3）上的键C（16）的中心线和键槽C（20）的中心线重合，键D（18）的中心线和键槽D（22）的中心线重合，键A（19）与键槽A（15）配合，键B（21）与键槽B（17）配合，键C（16）与键槽C（20）配合，键D（18）与键槽D（22）配合，构成一组相互配合的可开闭的气路。
5.根据权利要求1或2所述的容积可变的空气弹簧附加气室，其特征在于，通气模块（12）和活塞（3）上的键槽一一对应，构成气路；气路中的一半气路要与另一半气路的安装方向相反，活塞（3）和通气模块（12）的相对位置发生变化时，一条气路打开，而总有一条气路保持关闭。
6.根据权利要求5所述的容积可变的空气弹簧附加气室，其特征在于，相互配合成一条气路的两条键槽的长度之和大于活塞（3）的厚度和气路上两键长度之和，键槽和键的宽度相同。
7.根据权利要求1或2所述的容积可变的空气弹簧附加气室，其特征在于，所述限位键槽（23）的对称中心位于活塞的中心线上，限位键（24）向其他一方向的行程大于每条气路的两个键完全滑出键槽的行程。
8.根据权利要求1或2所述的容积可变的空气弹簧附加气室，其特征在于，所述细长管路（11）长径比为150~200，且绕成“蛇”形固定在活塞（3）的表面。
9.根据权利要求1或2所述的容积可变的空气弹簧附加气室，其特征在于，所述活塞（3）下方与活塞杆（4）连接处安装限位块（5），保护细长管路（11）。
一种容积可变的空气弹簧附加气室
技术领域
[0001] 本发明涉及车用空气弹簧的附加气室，特别涉及一种容积可变的空气弹簧附加气室。
背景技术
[0002] 空气弹簧是利用气体的可压缩性实现其弹性作用的，具有缓冲，隔振的功能。空气弹簧的容积对其刚度特性影响显著，国内南京农业大学的朱思洪在其所著的论文《带附加气室空气弹簧力学特性参数试验》中提到，随空气弹簧附加气室容积的变大，空气弹簧刚度变小。
[0003] 为了使空气悬架适应车辆行驶的各种复杂工况，通过改变空气弹簧的容积来改变弹簧的刚度特性，能使空气弹簧的优越性得以充分发挥，适用性更加广泛。多年来，国内外学者对此做了大量的研究，但是所研究的带附加气室的空气弹簧的附加气室容积大都不变（申请号：03243150.3），或者改变附加气室容积时会对空气弹簧的高度产生影响，并且所需的改变附加气室的驱动力较大（Patent Number：5169129），限制了带附加气室空气弹簧优越性的发挥。
[0004] 本发明针对现有空气弹簧附加气室容积不能改变，或者改变过程中影响空气弹簧的高度和实现附加气室变化的驱动力较大的现状，提供一种能克服上述缺点的容积可以调节的空气弹簧附加气室，通过弹簧容积的改变提高弹簧系统的性能，使空气弹簧的优越性得以充分发挥，在车辆行驶时的不同工况下，提高车辆的行驶平顺性和乘坐舒适性。
发明内容
[0005] 本发明所要解决的技术问题是改变空气弹簧附加气室的有效容积，且改变附加气室有效容积的过程中，保证空气弹簧内部气体压力的稳定，避免因为附加气室容积改变而对悬架系统产生冲击。
[0006] 实现本发明目的的技术方案是，本发明包括附加气室腔体、连接管路、活塞、活塞杆、限位块、小孔通道、密封圈、盖板、细长管路、通气模块、固定连接装置、驱动机构连接装置、附加气室备用容积腔、附加气室有效容积腔、键、键槽、限位键和限位键槽。所述附加气室腔体封闭端通过连接管路与空气弹簧连接。所述附加气室腔体内部装有可往复运动的活塞，活塞上配合装有通气模块，通气模块与附加气室腔体接触的表面加工有摩擦层，该摩擦层兼起密封作用，确保活塞两侧气体互不相通。活塞与通气模块相配合的表面上加工有键槽，在每条键槽中心线的延长线上安装键，通气模块与活塞的配合表面上加工有键槽，在每条键槽中心线的延长线上安装有键，通气模块与活塞接触的表面上设有相互配合的限位键槽和限位键。活塞中心处装配活塞杆。所述附加气室腔体敞开端通过盖板密封，盖板中心位置处开有与活塞杆配合的孔，活塞杆从该孔中穿过，并安装密封圈，保证所述附加气室腔体整体的气密性。
[0007] 本发明中，通过活塞运动实现附加气室容积的改变。因为通气模块和活塞之间的接触面的摩擦系数小于通气模块和附加气室腔壁之间的摩擦层的摩擦系数，故当活塞受到激励时，活塞和通气模块之间的摩擦力小于通气模块和附加气室腔壁之间的最大静摩擦力。所以当活塞开始运动时，通气模块保持静止，即产生两者间的相对位移。所述活塞和通气模块上的键槽的长度小于活塞厚度，和键配合的特征是：通气模块上的键与活塞上的键槽配合，活塞上的键和通气模块上的键槽配合，构成一组相互配合的可开闭的气路，相互配合成一条气路的两条键槽的长度之和大于活塞厚度和气路上两键长度之和；通气模块上和活塞上的键槽一一对应，构成若干组气路；若干条气路中的一半气路要与另一半气路的安装方向相反，保证活塞和通气模块之间产生相对位移时，每当一条气路打开时，总有至少一条气路保持关闭；键滑入键槽时，能够保证两者接触位置处于密封状态，即保证该键与键槽所构成的气路呈封闭状态；键与活塞中心线间的距离尽可能大；键槽宽度相同；通气模块上的每条键槽的中心线和活塞上的一条键槽中心线重合。在通气模块和活塞的接触面上分别开设限位键槽和限位键，限位键槽和限位键相互配合，限位槽的对称中心位于活塞的中心对称线上，限位键向某一方向的行程可以保证每条气路的两个键完全地滑出键槽，并继续滑出一定距离。当活塞受到激励而开始运动时，活塞和通气模块之间会产生相对位移，使键滑出键槽，导致气路的打开；因为限位键和限位槽始终配合，所以在相对位移达到一定值后，通气模块会被活塞拖动。此时因为气路已经打开，活塞两端气压相平衡，故活塞移动不会受到巨大的气压差阻力。当通气模块运动到指定位置后，向相反方向运动一定距离，即可是键重新滑入键槽，使气路关闭。所述细长管路长度与活塞的直径之比为1：1、长径比为150～200，细长管路绕成“蛇”形固定在活塞表面，“蛇”形每折的长度为30mm～80mm，细长管路通过所述小孔通道连通活塞两侧腔体。
[0008] 本发明的有益效果是：
[0009] A、活塞运动时，由于活塞与附加气室腔体之间的摩擦力小于通气模块与附加气室腔体之间的摩擦力，活塞和通气模块之间产生相对位移，打开至少一条气路，活塞两侧气体压力相同，降低活塞杆驱动装置的工作负载，且保证附加气室有效容积腔体积变化时无压力冲击，保证空气弹簧高度的稳定。当通气模块运动至设定位置后，活塞向相反方向运动，关闭气路，后停止运动。
[0010] B、活塞在某一位置处于相对静止状态时，气路关闭，在车辆运行时，空气弹簧内部气体压力在外界冲击作用下产生震荡，震荡的气体在弯曲的、大长径比的细长管路内形成雍塞、紊流现象，对动态气体产生阻尼作用，阻止活塞两侧气体的流动，空气弹簧的有效容积保持不变。
[0011] C、活塞在某一位置相对静止且车辆也相对静止时，气路关闭，弹簧内部气体可通过细长管路流动，活塞两侧气体相通，保证气路突然打开时不会对空气弹簧产生冲击。
[0012] 本发明结构简单，生产工艺要求低，维护方便并且有效可靠的实现了附加气室的容积可变及其转变过程中的稳定，为附加气室容积可变空气弹簧系统在车辆上的应用提供方便。该发明不仅仅局限于应用在车辆悬架系统上，对于机械设备、轨道车辆中安装使用的空气弹簧均适用。
附图说明
[0013] 为了更全面的理解本发明的结构和工作原理，下面结合附图详细说明。
[0014] 图1是本发明实施例结构示意图。
[0015] 图2是活塞上细长管路的安装布置示意图。
[0016] 图3是活塞与通气模块接触表面上键槽、键和限位键的布置示意图。
[0017] 图4是通气模块与活塞接触表面上键槽、键和限位键槽的布置示意图。
[0018] 图5是气路处于打开状态的示意图。
[0019] 图6是气路处于关闭状态的示意图。
[0020] 图中：1—连接管路；2—附加气室腔体；3—活塞；4—活塞杆；5—限位块；6—密封圈；7—驱动机构连接装置；8—盖板；9—固定连接装置；10—附加气室备用容积腔；11—细长管路；12—通气模块，阴影部分为摩擦层；13—小孔通道；14—附加气室有效容积腔；3—活塞；11—细长管路；15—键槽A、17—键槽B、20—键槽C、22—键槽D；19—键A、21—键B、 16—键C、18—键D、；23—限位键槽；24—限位键。
具体实施方式
[0021] 下面参照附图详细说明本发明的实施例。
[0022] 如图1所示是一种客车用容积可变的空气弹簧附加气室，包括附加气室腔体2和连接管路1，附加气室腔体2封闭端通过连接管路1和空气弹簧本体连接，敞开端通过盖板8密封。附加气室腔体2内装有活塞3，活塞厚度为25mm，活塞3上装配活塞杆4，活塞3靠近盖板8的表面装有细长管路11，细长管路11绕成“蛇”形固定在活塞3的表面。如图2所示，细长管路11长度为350mm，内径为2mm，弯曲7折，每折的长度从左到右依次为40mm、
50mm、70mm、70mm、50mm、40mm和30mm。活塞3和活塞杆4连接处安装限位块5，防止活塞运动至最下端时损坏细长管路11。活塞3上对称装有通气模块12，通气模块12与附加气室腔体2相接触，并拥有相对于活塞3和附加气室腔体2之间更大的摩擦力。如图3所示，活塞3与通气模块相接触的表面上开有键槽A15和键槽B17，在表面中心位置安装限位键24，并在键槽中心线的延长线上安装有键C16和键D18，通气模块12与活塞3相接触的表面上开有键槽C20和键槽D22，并在键槽中心线的延长线上安装有键A19和键B21，在中心位置开有限位键槽23，键槽长度均为18mm，宽度为5mm，键的长度为5mm，宽度为5mm，限位键槽长度为20mm，宽度为5mm。盖板8中心开孔，活塞杆4从盖板8的孔中穿过后通过密封圈6将孔密封，保证附加气室整体的密封性。活塞杆4由驱动机构连接装置7驱动，其驱动形式可以为液压、电动、曲柄连杆及其他驱动方式。
[0023] 活塞相对静止时，驱动机构连接装置7确保活塞3停留在某一位置，通气模块12和活塞3之间无相对位移，如图3所示气路封闭。弹簧处于静态时，活塞3将附加气室腔体2分为有效容积腔14和备用容积腔10两部分。细长管路11通过小孔通道13连通活塞3两侧腔体，有效容积腔14和备用容积腔10气压相同，减小了驱动机构连接装置7的压力，并保证活塞上的气路打开时不会对弹簧产生冲击。当空气弹簧受到外部激励时，有效容积腔14内的气体产生震荡，由于细长管路11的复杂弯曲形状及大的长径比，震荡的气体流过细长管路11时形成雍塞、紊流现象，产生气阻作用，隔离活塞两侧腔体，只有有效容积腔14参与工作，保证了弹簧的有效容积的稳定。
[0024] 活塞3运动过程中，由于活塞3与通气模块12之间的摩擦力小于通气模块12与腔体2之间的最大静摩擦力，活塞体3和通气模块12之间产生相对位移，如图3中的键D18、键A19滑出如图3中的键槽A15、键D22，或如图3中的键C16、键B21滑出如图3中的键槽B17、键槽C20，气路打开，如图4左图所示，活塞3两侧气体连通，保证活塞运动过程中两部分气压相同，有效容积腔14变化过程中，不会产生压力冲击，保证了空气弹簧高度的稳定。同时，驱动机构连接装置7驱动活塞的过程中，不会对驱动装置造成额外的工作载荷。因为限位键24和限位槽23始终配合，所以在相对位移达到一定值后，通气模块会被活塞拖动。
当通气模块12运动到设定位置后，活塞3向相反方向运动一定距离，使气路关闭，后停止运动。
[0025] 以上过程中，细长管路11的结构，键槽和键的几何尺寸，摩擦层的设计，活塞定位装置，密封环及密封套的结构均有多种设计方式，并不一一列举。
[0026] 以上本发明具体实施方法描述的目的是为了举例和说明。它们并不完全并且其不将本发明限于披露的明确形式。显然，根据上面的示例，可能有许多变形和变化。以上选择和描述的实施例是为了最佳地解释发明的原理及其实际应用，从而使本领域的其他技术人员能更好地使用本发明和各种预定特殊用途的各种变形的不同实施例。本发明的范围应当由下面的权利要求书和它们的等效物来限定。
[0027] 本发明并不局限于上述具体实施方法，凡是采用本发明的相似算法及相似变化，均应列入本发明的保护范围。
