空气弹簧结构及相关介绍

一、空气弹簧结构及相关介绍

谈到弹簧家族里一个举足轻重的人物空气弹簧，那笔者可是要大书特书了。您可能会有疑问，为何空气弹簧就有如此待遇呢，实则是因为它的功能作用，用途都是在太广泛了，在汽车，航空，医疗器械，家具等几乎个个方面均有广泛的应用。那么空气弹簧究竟有何特性呢，能让它如此的适应各种环境，今天小编就为各位好好的介绍一下，何为神奇的空气弹簧，当然可不要看它的名字是讲空气呢。

空气弹簧是在一个密封的容器中充入压缩空气，利用气体可压缩性实现其弹性作用。空气弹簧具有较理想的非线性弹性特性，加装高度调节装置后，车身高度不随载荷增减而变化，弹簧刚度可设计得较低，乘坐舒适性好。但空气弹簧悬架结构复杂、制造成本高。

工作原理是在密闭的压力缸内充入惰性气体或者油气混合物，使腔体内的压力高于大气压的几倍或者几十倍，利用活塞杆的横截面积小于活塞的横截面积从而产生的压力差来实现活塞杆的运动。由于原理上的根本不同，气弹簧比普通弹簧有着很显著的优点：速度相对缓慢、动态力变化不大(一般在1：1.2以内)、容易控制；缺点是相对体积没有螺旋弹簧小，成本高、寿命相对短。

膜式空气弹簧主要由上盖板、活塞、橡胶气囊和缓冲块组成。橡胶气囊是由内层橡胶、外层橡胶、帘布层和子口钢丝圈四部分硫化而成。内层橡胶和外层橡胶都属于超弹性材料，内层橡胶主要起密封作用，外层橡胶除了密封外，还起保护作用。帘布层是帘线橡胶复合材料，属于各向异性材料，用于承受囊体的载荷，对空气弹簧的承载能力和耐久性起着决定性作用。帘线方向与橡胶气囊的子午线方向成一定角度，称为帘线角。缓冲垫在空气弹簧中是一个可选件，在空气弹簧漏气或失效情况下起作用。本文讨论的膜式空气弹簧中没有加入缓冲垫。膜式空气弹簧的活塞可设计成不同的截面形式，以获得不同的弹性特性曲线。当空气弹簧充气完成后，在上面施加轴向外载荷F，空气弹簧在标准工作高度附近达到静平衡位置，当外载增大时，空气弹簧压缩，外载减小时，空气弹簧回弹，并设相对于平衡位置压缩为正，拉伸为负。当空气弹簧上受有载荷F作用，气体压力与外载荷的关系为：

F=P×Aeff (1)

式中，F为空气弹簧轴向载荷;P为气囊内气体表压;Aeff为空气弹簧的有效承压面积。

橡胶气囊内气压随着橡胶囊的变形而变化，其气压的大小与气囊内的容积有关，且遵循气体状态方程：

(P+Pa)Vm=(P0+Pa)Vm0 (2)

式中，V为空气弹簧在任意位置时的内部容积;Pa为外部大气压;P0为静平衡位置时，囊内气体表压;V0为静平衡位置时的气体容积;m为理想气体多变指数，当静

态加载时，囊内气体视为等温过程，m≈1;当动态加载时，囊内气体视为绝热过程，m≈1.38。将式(2)带入式(1)，并且将式(1)对空气弹簧的垂向位移x求导，化简后得空气弹簧刚度的计算公式：

K=-mAeff(P+Pa)1VdVdx+PdAeffdx(3)

式中，dV/dx为空气弹簧容积的变化率，dAeff/dx为空气弹簧有效承压面积的变化率，其决定于空气弹簧的形式及活塞的几何形状。要求出空气弹簧的刚度，关键是求出空气弹簧在任意位置时囊内的气压P、空气弹簧容积的变化率dV/x以及有效承压面积的变化率dAeff/x，是理论计算的难点，一般可以通过非线性有限元方法求得。

那么在小编大书特书之后，虽然运用了很多专业级别的资料和论述方法，但相信各位都能够理解空气弹簧到底是怎么回事，当然笔者对于空气弹簧蛮有兴趣的，感觉空气弹簧与传统的悬挂系统相比，优势特别明显，它具有变刚度特性,容易得到较低的固有振动频率,可提高汽车的行驶平顺性；它的自动调节装置,可以使汽车的乘坐舒适性和上下车条件得到改善;今天的空气弹簧就介绍到这里。

二、如何选择硫化机?

这个市场上做硫化机的厂家千千万万，原理都差不多，选择那种类型的先要看你要做什么产品~~至于那个厂家好，最好选离自己近点的，至少维修保养方便点~~

三、全自动硫化机的工作原理

1140液压硫化机液压原理的设计

随着我国交通运输事业的迅速发展，高速公路不断铺设，这就对对汽车轮胎的均匀性提出了越来越高的要求，因此对硫化机的工作精度要求也随之提高。

目前我国轮胎行业广泛应用的是50年代发展起来的机械式硫化机，由于本身结构的原因，机械式硫化机存在如下问题：

1. 上下热板的平行度、同轴度、机械手卡爪圆度和对下热板内孔的同轴度等精度等级低，特别是重复精度低；

2. 连杆、曲柄齿轮等主要受力件上的运动副，是由铜套组成的滑动轴承，易磨损，对精度影响较大。

3. 上下模受到的合模力不均匀，对双模轮胎定型硫化机而言，两侧的受力，大于两内侧的受力；

4. 合模力是在曲柄销到达下死点瞬间由各受力构件弹性变形量所决定的，而温度变化使受力构件尺寸发生变化，合模力也随之发生变化，因此，生产过程中温度的波动将造成合模力的波动。

由于机械式轮胎硫化机存在的不可克服的弱点，已不能满足由于高速公路的发展，对汽车轮胎质量要求的日益提高。因而世界上主要轮胎公司已逐步采用液压式硫化机代替传统的机械式硫化机，这是因为液压式硫化机结构上具有如下特点：

1. 机体为固定的框架式，结构紧凑，刚性良好。虽然液压式硫化机也是双模腔，但从受力角度看，只是两台单模硫化机连结在一起，在合模力作用下，机架微小变形是以模具中心线对称的；

2. 开合模时，上模部分仅作垂直上下运动，可保持很高的对中精度和重复精度；另一方面，对保持活洛模的精度也较为有利；

3. 上下合模力均匀，不受工作温度影响；

4. 整机重量减轻，仅为机械式硫化机的1/3；

5. 由于取消了全部蜗轮减速器、大小齿轮、曲柄齿轮和连杆等运动部件和易损件，使维护保养工作量减少。

一、液压式轮胎定型硫化机的工作程序

液压硫化机工作时，升降油缸带动上模沿导向柱上升，在机架内形成空腔，装胎装置转进装胎，中心机构的上下环上升，胎胚定位，装胎装置卸胎后退出，升降油缸带动上模沿导向柱下降合模，胎胚定型后合模到位，在模座下面的4个短行程加力油缸作用下，产生要求的合模力。轮胎硫化结束后，加力油缸卸压，升降油缸带动上模上升，轮胎脱出上模，上模上升到位后，中心机构囊筒上升，轮胎脱下模，中心机构的上下环下降，胶囊收入囊筒中，同时，卸胎机构转进，囊筒下降，卸胎机构将轮胎翻转而出，送至后充气冷却。

从各国实践经验看，液压式硫化机在升降驱动装置、活络模装置、加力装置、中心机构、囊筒升降装置上采用液压驱动。可以说除卸胎装置和装胎装置采用气动控制外，其它均采用液压驱动。因此，作为动力源的液压系统设计十分重要。

二、硫化机液压动力源的设计

1140液压式轮胎硫化机硫化胎圈直径范围12”～18”，最大合模力为1360KN。合模力的获得完全来源于油压。一般采用低压力、较快速度、较长行程的油缸控制开合模。合模后，用高压、短行程的油缸使上下模受到合模力。由于负载和速度变化较大，要求相应的液压系统能提供较大范围变化的压力和流量。

液压系统各缸工作时所需流量计算如下：

缸的几何流量Q=

式中：

Q-几何流量 l/min

A-有效面积

S-缸的行程 m

t-运行时间s

已知各缸行程，运动时间及有效面积，依程序图各缸运动顺序，分别计算各时间段流量如下表。

画出流量时间图（图二）

由图二可见系统流量变化较大，在充分考虑了液压系统工作的可靠性、安全性及实用性情况下，采用双联叶片泵作为动力源，能完全满足流量范围变化大的要求，另一方面该泵，具有液压冲击小、压力平稳、噪声小、工作性能较好的优点。

由于采用双联叶片泵，须配有溢流阀-卸荷阀组，以满足不同流量时的要求；同时，在工作过程中，当卸胎装置、装胎装置工作时，所有液压缸均处于不工作状态，如果采取停止泵的运转的方式，会造成泵频繁启动，为避免这一现象，考虑采用电控溢流阀，通过电气控制，使溢流阀平时起安全阀作用，电磁铁带电时处于卸荷状态。

液压源设计成功与否，不仅仅要正确选择液压泵以解决动力源问题，而且需全盘考虑配置，才能达到性能要求。因此在液压站的设计中，泵与电机的联接采用弹性联轴器，确保同轴度与垂直度的同时具有良好的减振性；在泵和电机的安装上采用立式安装，不仅节省安装空间，且油泵浸于油面以下，油泵自吸良好；主油路中液压油的压力由主溢流阀的工作状态控制，为了保证油液的清洁度，设置精密过滤器（10μm），保证比例系统正常工作。

三、硫化机的保压和泄压

硫化机在工作循环中，轮胎硫化需长时间保压（主要是加力缸和中心缸的保压），以确保轮胎质量。保压性能的好坏，直接影响到轮胎硫化的质量，在设计时，拟定了两种保压方式。

1. 用液控单向阀保压。如图三所示。在油缸的进油路上串联一个液控单向阀，利用单向阀锥形阀座的密封性来实现保压。它在200Mpa压力下，10min内压力降不超过2Mpa。

2. 用蓄能器保压。如图四所示。蓄能器与主缸相通，补偿系统漏油，并且在蓄能器出口设单向节流阀，其作用是防止换向阀切换时，蓄能器突然泄压而造成冲击。采用蓄能器保压24小时内，压力降不超过1～2bar。

两种方式在理论上均有可取之处。用液控单向阀保压，简单、易于安装。但随着锥阀磨损或油的污染，液压油的泄漏增加，保压性能将降低，此外，这种方法在保压过程中压力降过大，因此可靠性差。而采用蓄能器保压，既能节约功率，又能保证1140液压硫化机保压15min中内压力基本不降。因而，在1140液压硫化机中采用蓄能器保压。

保压时由于主机的弹性变形、油的压缩和管道的膨胀而贮存了一部分能量，故保压后必须逐渐泄压，泄压过快，将引起液压系统剧烈的冲击、振动和噪声，甚至会使管路和阀门破裂。因此，设计中采用适当的泄压方式十分重要。本机中采用延缓换向阀切换时间来达到逐步泄压目的。即采用带阻尼器中位为Y型的电液换向阀。当保压完毕反向回程时，由于阻尼器的作用，换向阀延迟换向，使换向阀在中位停留时主缸上腔泄压后再换向回程。

四、比例技术在液压硫化机中的应用

硫化机在开合模过程中，油缸行程较大。合模时，要求油缸首先快速合模，在接近定型时，为防止因速度过大，造成惯性前冲，油缸需要减速，即慢进，然后到位停止，并且二次定型后，完全合模时，合模缸速度也较小。此外，硫化完毕，上模开启时，为提高效率，应快速开模，在快到达预定位置时，为防止冲击，需要减速到达死点后锁紧。从以上过程可以看出，开合模油缸在往返行程中，速度和加速度都不同。根据此工况，利用传统式的液压控制阀拟定控制合模缸的液压原理图如图五。

利用传统式的液压控制阀，由于只能对液流进行定值控制，而换向阀只起开关作用，组成的液压系统较复杂，同时，大量液压阀的应用，

也降低了系统的可靠性，且系统的动静态特性都较差。

随着液压技术的发展，60年代末出现了比例技术，由于比例控制具有电液伺服系统优良的动、静态特性的优点，且加工制造简单、价格低廉、工作可靠、维护方便。因而，在设计中，首次将比例技术这一先进技术应用到液压系统中，提高了产品的技术含量。

利用比例技术实现开合模过程的控制，其液压原理图如图六。此处仅使用一个比例方向阀便实现了需七个传统液压阀方能实现的功能。这种控制方式实质就是利用比例方向阀的连续控制，除了能达到液流换向的作用外，还通过控制换向阀的阀芯位置来调节阀口开度来控制流量。因此，它兼有流量控制和方向控制的功能，而传统的换向阀仅起开关的作用。

从成本上而言，单个比例阀价格较高，但由于它能取代多个普通液压阀，且动、静态特性良好，而压力损失较普通阀小，有利于降低系统能耗和温度，因此，利用比例阀有较好的性能价格比。

在1140液压式硫化机的设计中，充分考虑了各工况的要求，以最经济、简洁的控制方式来满足机器的各项性能要求，在液压系统的设计中做到了运行平稳、冲击小、可靠性高。为节省安装时间，在液压阀的安装上没有采用常用的板式联接，而是采用集成式联接，该方法将阀串联叠加，如电气上的集成块，一组即可实现某一功能。另一方面，对一些溢流阀、单向阀采用插装阀，此种阀直接与阀块中相应的孔配合而与叠加阀构成完整的液压系统，叠加阀与插装阀的使用，使液压站结构布置紧凑，管路简化，安装方便。

五、结束语

在实际应用中，液压式硫化机替代机械式硫化机已成为无可置疑的发展趋势。在这种形势下，作为国内硫化机主要生产厂家，大力开展液压硫化机的开发工作，势在必行。目前，桂林橡胶机械厂已完成1140液压硫化机的设计工作，并提交用户使用。

1140液压式轮胎定型硫化机由存胎器、装胎装置、机架、中心机构、升降驱动装置、硫化室、调模装置、锁模装置、卸胎装置、后充气、热工管路系统、空气管路系统、液压管路系统、电气仪表控制系统等部分组成。

技术指标如下：

1.硫化室数目 2个

2.硫化室内径 1140mm

3.加热方式 热板式加热

4.中心机构形式 C型

5.最大合模力 1360KN

6.模具高度范围 190~430 mm

7.胎圈直径范围 12〃~18〃

8.最大生胎高度 370 mm

9.最大生胎外径

活络模 740mm

两半模 810 mm

10.最大内压 2.8Mpa

11.最大热板蒸汽压力 1.6 Mpa

12.最大定型蒸汽压力 0.25 Mpa

13.控制气源压力 0.6 Mpa

14.仪表气源 净化的0.6 Mpa

15.电源 三相AC380V±15%

50HZ±2%

单相AC220V±15%

50HZ±2%

DC 24V

16.负载 约16KW

17.后充气

胎圈直径 12〃～18〃

胎圈宽度调节范围 102~228 mm

充气轮胎外径 432~863 mm

18.重量 约14T

19.外形极限 长X宽X高 约4000X3560X4770

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