CN114135615B - 气液缓冲吸能装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种气液缓冲吸能装置，包括：缸体；壳体：整体设置在缸体内，壳体开口端和缸体开口端同向间隔设置；力传递杆：第一端经壳体开口端插装至壳体内，可与壳体相对运动，第二端位于缸体开口端外侧；力传递杆形成活塞腔，内设置有活塞；力传递杆第一端与壳体封闭端之间形成第一液腔；活塞将活塞腔分为两个腔体，包括远离壳体的气腔，及，靠近壳体的第二液腔；力传递杆外壁与缸体内壁呈间隙，并与缸体开口端贴合，形成第三液腔；力传递杆上有第一流体通道，连通第一液腔与第二液腔；力传递杆第一端与壳体之间设置有第二流体通道，连通第一液腔与第三液腔。该气液缓冲吸能装置，实现由一个气液缓冲部件吸收拉伸和压缩两个方向冲击能量的目的。

Description

气液缓冲吸能装置

技术领域

本发明属于轨道车辆缓冲装置技术领域，尤其涉及一种气液缓冲吸能装置。

背景技术

气液缓冲器用于吸收外界的冲击、振动能量，起到缓和冲击、隔振和安全防护的作用，气液缓冲器属于流体类型缓冲器，在外力作用下，依靠油液在多个腔体之间流通产生阻尼力，将外界动能转换为热能耗散出去。气液缓冲器具有阻尼-速度高相关特性，其阻尼力随外界作用速度或者能量输入大小变化而变化，相对其他类型缓冲器具有工况适应性强以及容量大、能量吸收率高的优点。

常规类型的气液缓冲器，仅能被压缩，即仅能在压缩情况下吸收冲击能量。同时，由于复原需要，压缩后回程时内部气弹簧存储的复原能量释放，这部分能量又还原为外界物体的动能，不利于外界冲击动能的充分耗散。

中国专利CN101639106B公开了一种活塞式液气缓冲器，通过气腔、油腔的配合实现缓冲吸能。该专利第一液腔、第二液腔均是通过活塞杆和油缸构造的，第一液腔的容积大于第二液腔的容积。受这种结构的限制，液气缓冲器仅可以在压缩工况下吸收能量。具体的，活塞杆受到压缩时，液压油经第一液腔进入第二液腔和第三液腔，并同步压缩气腔；外力消失时，各油腔自动恢复至原位。而受到拉伸时，被压缩的是第二液腔，由于第二液腔设计上仅作为油液的扩充腔来增强密封功能，并不能体现所需的缓冲性能。

此外，对需要拉伸吸能的工况，需要单独设置其他缓冲元件，与气液缓冲器组合使用。这种多个缓冲元件组合的***方案，结构复杂冗余，由于空间尺寸的限制，实现拉伸方向吸能的缓冲元件多是非气液类型的缓冲器件，其拉伸方向的吸能能力较气液大容量、高工况适应性的吸能效果大打折扣。

发明内容

本发明的目的在于解决前述技术问题之一，提供一种可在拉伸和压缩工况下均具有能量吸收效果的气液缓冲吸能装置。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种气液缓冲吸能装置，包括：

缸体：包括封闭端和开口端；

壳体：整体设置在缸体内，包括封闭端和开口端，壳体开口端和缸体开口端同向间隔设置，初始状态下，壳体封闭端与缸体封闭端贴合；

力传递杆：第一端经壳体开口端插装至壳体内，可与壳体相对运动，第二端位于缸体开口端外侧；所述力传递杆为中空结构，形成活塞腔，所述活塞腔内设置有活塞；

力传递杆第一端与壳体封闭端之间形成第一液腔；活塞将活塞腔分为两个腔体，包括远离壳体的气腔，及，靠近壳体的第二液腔；力传递杆外壁与缸体内壁呈间隙，并与缸体开口端贴合，形成第三液腔；

力传递杆第一端设置有第一流体通道，连通第一液腔与第二液腔；力传递杆第一端与壳体之间设置有第二流体通道，连通第一液腔与第三液腔。

本发明一些实施例中，力传递杆第一端包括与壳体内壁贴合的贴合段，贴合段外径大于壳体开口端口径，沿贴合段向靠近壳体开口端的方向，力传递杆外壁径向收缩，与壳体内壁呈间隙；

所述第二流体通道包括：

阻尼通道：设置在力传递杆第一端，与第一液腔连通；

第一子流体通道：设置在力传递杆第一端，与第一液腔连通；

间隙通道：由力传递杆外壁与壳体内壁之间构成，与阻尼通道及子第一流体通道连通；

第二子流体通道：设置在壳体开口端，与间隙通道连通；

所述第一子流体通道内设置有单向阀，所述单向阀在第一液腔压力大于第二液腔压力时被开启。

本发明一些实施例中，所述阻尼通道的内径小于第一子流体通道的内径。

本发明一些实施例中，所述第一流体通道内设置有增压阀。

本发明一些实施例中，壳体底部设置有节流杆，所述节流杆的位置及尺寸被配置为：当力传递杆相对壳体运动过程中，节流杆可***第一流体通道。

本发明一些实施例中，进一步包括密封结构，所述密封结构包括以下密封圈之一或任意组合：

沿壳体外壁设置的第一密封圈，所述第一密封圈与缸体内壁贴合；

沿力传递杆第一端外壁设置的第二密封圈，所述第二密封圈与壳体内壁贴合；

沿活塞外壁设置的第三密封圈，所述第三密封圈与活塞腔内壁贴合；

沿缸体开口端内壁设置的第四密封圈，所述第四密封圈与力传递杆外壁贴合。

本发明一些实施例中，进一步包括端螺母，安装在缸体开口端，端螺母与力传递杆外壁贴合，第三液腔位于端螺母与壳体开口端之间。

本发明一些实施例中，所述第一液腔、所述第二液腔和所述第三液腔均满油填充。

本发明一些实施例中，力传递杆第二端包括连通气腔与外界的气孔，所述气孔处设置有可拆卸封闭件。

本发明一些实施例中，所述缸体封闭端设置有铰接头，用于将缓冲吸能装置安装至车体。

本发明提供的气液缓冲吸能装置，其有益效果在于：

1、本发明提供一种新的气液缓冲吸能装置，实现由一个气液缓冲部件吸收拉伸和压缩两个方向冲击能量的目的。通过增设壳体以及独特的油路与结构设计，实现了拉伸吸能与压缩吸能共用一个气弹簧的效果。由此带来了更加紧凑的结构设计。本新型气液缓冲吸能装置在实现同样的吸能功能下，具有结构紧凑、重量轻的优点。相对传统仅有压缩吸能功能的气液缓冲器，功能更加全面，工况适应能力更强。

2、气液缓冲吸能装置增设回程阻尼结构，在缓冲器受压后回弹过程中赋予产品回程阻尼的功能特性。本发明提供的气液缓冲吸能装置集成拉伸、压缩和回程吸能特性，产品吸能功能更加丰富全面。

3、本新型气液缓冲吸能装置，充分发挥气液类型缓冲器性能柔和、容量大、能量吸收率高的特点，通过独创的结构设计，实现了拉伸方向与压缩方向均是气液机理的吸能。相对多个缓冲元件组合的缓冲吸能装置，具有拉伸方向容量大、吸能能力强的特点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明气液缓冲器初始状态结构示意图；

图2为本发明气液缓冲器压缩状态结构示意图；

图3为本发明气液缓冲器拉伸状态结构示意图；

图4为本发明气液缓冲器拉伸状态结构示意图；

图5为流体通道结构局部放大图；

图6为本发明气液缓冲器另一种实施结构示意图；

1-缸体，101-铰接环；

2-壳体；

3-力传递杆，301-气孔；

4-活塞；

501-第一液腔，502-第二液腔，503-第三液腔，504-气腔；

601-第一流体通道，6021-阻尼通道，6022-第一子流体通道，6023-间隙通道，6024-第二子流体通道；

7-单向阀；

8-增压阀；

9-封闭件；

10-节流杆；

1001-第一密封圈，1002-第二密封圈，1003-第三密封圈，1004-第四密封圈；

11-端螺母；

12-卡环接头。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

需要说明的是，当元件被称为“设置在”，“连接”，另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，不用于暗指相对重要性。

本发明提供一种气液缓冲吸能装置，可用于车辆、尤其是轨道车辆，用于吸收车辆运动过程中因拉伸力或撞击力对车辆构成的冲击。使用状态下，安装在两个车体之间。

气液缓冲吸能装置初始状态结构参考图1，包括缸体1、壳体2、力传递杆3等。

缸体1：包括封闭端和开口端，形成缸体腔。使用状态下，缸体1可适配安装至第一车体，为解决缸体1和车体之间安装的问题，可以采用图1所示的方式，在缸体1封闭端设置铰接环101，也可以采用图6所示的方式，将缸体1封闭端的外部涉及为卡环接头12的形式。

壳体2：整体设置在缸体1内，包括封闭端和开口端，壳体开口端和缸体开口端同向间隔设置，初始状态下，壳体封闭端与缸体封闭端贴合；壳体2与缸体1之间为非固定连接，二者可相对运动。壳体2的整体长度较缸体1短，壳体2安装在缸体腔后，壳体开口端与缸体开口端间隔，二者之间的间隔为壳体2被拉伸过程中的运动空间。

力传递杆3：第一端经壳体开口端插装至壳体2内，可与壳体2相对运动，第二端位于缸体开口端外侧；力传递杆3为中空结构，形成活塞腔，活塞腔内设置有活塞4。使用状态下，力传递杆3可连接至第二车体，或经车钩等过渡部件，连接至第二车体。为解决力传递杆3安装的问题，可采用图1所示的方式，将力传递杆3第二端设计为螺纹头，也可以采用图6所示的方式，将力传递杆3第二端设计为卡环接头12。

力传递杆3第一端与壳体封闭端之间形成第一液腔501；活塞4将活塞腔分为两个腔体，包括远离壳体的气腔504，及，靠近壳体的第二液腔502；力传递杆外壁与缸体内壁呈间隙，并与缸体开口端贴合，形成第三液腔503。

力传递杆3第一端设置有第一流体通道601，连通第一液腔501与第二液腔502；力传递杆3第一端与壳体之间设置有第二流体通道602，连通第一液腔501与第三液腔503。第一液腔501、第二液腔502和第三液腔503均满油填充。

力传递杆3第二端包括连通气腔与外界的气孔301，气孔301处设置有可拆卸封闭件9，拆卸封闭件9可向气腔504充气、排气。

使用状态下，拉伸力或压缩力通过力传递杆3或缸体1与车体的连接端传递至气液缓冲器。以力传递杆3端传递作用力为例，当受到压缩力时，力传递杆3向壳体2内部运动，压缩第一液腔501，部分液压油经第一液腔501分别流入第二液腔502和第三液腔503；同时，当第三液腔503内部液压油增加时，活塞4被驱动运动压缩气腔504，缓冲压缩力。当受到拉伸力时，壳体封闭端和缸体封闭端之间形成真空腔，具有缓冲拉伸力的作用。具体原理，在后文进一步详述。

为构造流体通道的结构以及实现壳体2和力传递杆3之间的连动，本发明一些实施例中，力传递杆3第一端包括与壳体2内壁贴合的贴合段301，沿贴合段301向靠近壳体2开口端的方向，力传递杆3外壁径向收缩，与壳体2内壁呈间隙，具体的，力传递杆3为变径结构，整体呈阶梯轴结构。其主体部具有均匀的杆径，但其***壳体2的一端相对主体部具有较大的杆径，拉伸过程中，力传递杆3不会从壳体2内部脱出。当力传递杆3较大杆径端部(第一端)运行到壳体1开口端时，可被壳体1开口端卡住，力传递杆3和壳体2连动，拉动壳体2进一步压缩第三液腔503。

第二流体通道包括：

阻尼通道6021：设置在力传递杆3第一端，即设置在杆径较大的一段，与第一液腔501连通；

第一子流体通道6022：设置在力传递杆3第一端，与第一液腔501连通；

间隙通道6023：由力传递杆3外壁与壳体2内壁之间构成，与阻尼通道6021及子第一流体通道6022连通；

第二子流体通道6024：设置在壳体2开口端，与间隙通6023道连通。

本发明一些实施例中，第一子流体通道6022内设置有单向阀7，单向阀7在气液缓冲装置受到压缩第一液腔501压力大于第二液腔压502力时被开启。第一子流体通道6022在力传递杆3受到压缩力时开启，使液压油经第一液腔501进入第二液腔压502。

阻尼通道6021在气液缓冲装置压缩及拉伸时始终保持连通，即两种状态下，液压油均可以经过阻尼通道6021在第一液腔501和第二液腔压502之间流通。本发明一些实施例中，为了实现更好的阻尼效果，阻尼通道6021的内径较小，至少小于第一子流体通道6022的内径。

本发明一些实施例中，第一流体通道601内设置有增压阀8。增压阀8物理空间上起到隔离第一液腔501和第三液腔503的作用，可以缓冲输出阻抗力。增压阀8为可选部件，在本发明一些实施例中，可省了增压阀8结构。

本发明一些实施例中，壳体2底部设置有节流杆10，节流杆10的位置及尺寸被配置为：当力传递杆3相对壳体运动过程中，节流杆10可***第一流体通道601。节流杆10可以提高液压油流动过程中的阻尼效果。

为了提高各腔之间的隔离效果，本发明一些实施例中，进一步包括密封结构，密封结构包括以下密封圈之一或任意组合：

沿壳体2外壁设置的第一密封圈1001，第一密封圈1001与缸体1内壁贴合；

沿力传递杆3第一端外壁设置的第二密封圈1002，第二密封圈1002与壳体2内壁贴合；

沿活塞外壁设置的第三密封圈1003，第三密封圈1003与活塞腔内壁贴合；

沿缸体1开口端内壁设置的第四密封圈1004，第四密封圈1004与力传递杆3外壁贴合。

如本发明附图所示，本实施例中，采用了上述四个密封结构的组合，以保证各腔之间稳定隔离，气液缓冲吸能装置在拉压状态下均可正常工作。

更进一步的，在本发明一些实施例中，为了方便缸体1与壳体2的匹配安装，进一步包括端螺母11，安装在缸体1开口端，端螺母12与力传递杆3外壁贴合，第三液腔503位于端螺母11与壳体2开口端之间。可以将缸体1开口端的第四密封圈1004设置在端螺母12上，与力传递杆3配合。

本发明提供气液缓冲器的工作原理如下。

(一)压缩吸能过程

缓冲吸能装置受外力作用压缩时，力传递杆3缩入壳体2内，压缩第一液腔501内的油液经过节流杆10与力传递杆3粗轴端圆柱孔面形成的环形缝隙，再经过增压阀8流入到第二液腔502内。在此过程中，单向阀7打开，第一液腔501内一部分的油液通过单向阀7流入到第三液腔503内。随着压缩进程的推进，第三液腔503内越来越多地充满液压油为接下来的回程吸能做油液储备。进入第二液腔502内的油液推动油气隔离活塞4压缩气腔，为整个缓冲吸能装置储存复原动能。

(二)压缩后回程吸能

力传递杆3压缩完毕后，在气腔504压力的作用下，油气隔离活塞4向右运动，推动第二液腔502中的油液回流至第一液腔501，进而推动活塞4向左运动复原。在此过程中，单向阀7关闭，第三液腔503中的油液经图1所示阻尼通道6021回流至第一液腔501。阻尼通道6021具有阻碍活塞4快速反弹的作用，当活塞复原达到一定速度时，阻尼通道6021带来的阻尼效应会对复原活塞实施减速，吸收回程过程中的反弹能量。

(三)拉伸吸能

拉伸工况下，力传递杆3向图示左侧方向运动，首先运动至力传递杆3端部与壳体1开口端匹配的位置，力传递杆3带动壳体2整体向左运动，第二液腔502中大部分的油液通过阻尼通道6021流至油第一液腔501，此时单向阀7闭合。拉伸工况下的油液回流、阻尼机制与回程吸能工况一致，此时第一液腔501体积维持不变，来自第二液腔502中的油液经第一液腔501，再经过增压阀8，流入第三液腔503中，进而推动油气隔离活塞4向左运动，压缩气腔504体积为缓冲吸能装置拉伸后复原提供能量。在拉伸工况下，壳体2与缸体1脱离，二者的封闭端之间形成真空腔505，增加拉伸阻力，保证拉伸吸能。真空腔505使缸体2左侧端面部分面积承受油压形成阻抗力，从而阻碍活塞3和缸体2组成的***向左侧运动，即对外输出拉伸阻抗作用力，真空腔505是本气液缓冲装置具有拉伸吸能功能的关键设计。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种气液缓冲吸能装置，其特征在于，包括：

缸体：包括封闭端和开口端；

壳体：整体设置在缸体内，包括封闭端和开口端，壳体开口端和缸体开口端同向间隔设置，初始状态下，壳体封闭端与缸体封闭端贴合；

力传递杆：第一端经壳体开口端插装至壳体内，可与壳体相对运动，第二端位于缸体开口端外侧；所述力传递杆为中空结构，形成活塞腔，所述活塞腔内设置有活塞；

力传递杆第一端与壳体封闭端之间形成第一液腔；活塞将活塞腔分为两个腔体，包括远离壳体的气腔，及，靠近壳体的第二液腔；力传递杆外壁与缸体内壁呈间隙，并与缸体开口端贴合，形成第三液腔；

力传递杆第一端设置有第一流体通道，连通第一液腔与第二液腔；力传递杆第一端与壳体之间设置有第二流体通道，连通第一液腔与第三液腔。

2.如权利要求1所述的气液缓冲吸能装置，其特征在于，力传递杆第一端包括与壳体内壁贴合的贴合段，贴合段外径大于壳体开口端口径；沿贴合段向靠近壳体开口端的方向，力传递杆外壁径向收缩，与壳体内壁呈间隙；

所述第二流体通道包括：

阻尼通道：设置在力传递杆第一端，与第一液腔连通；

第一子流体通道：设置在力传递杆第一端，与第一液腔连通；

间隙通道：由力传递杆外壁与壳体内壁之间构成，与阻尼通道及子第一流体通道连通；

第二子流体通道：设置在壳体开口端，与间隙通道连通。

3.如权利要求2所述的气液缓冲吸能装置，其特征在于，所述第一子流体通道内设置有单向阀，所述单向阀在第一液腔压力大于第二液腔压力时被开启。

4.如权利要求2所述的气液缓冲吸能装置，其特征在于，所述阻尼通道的内径小于第一子流体通道的内径。

5.如权利要求1所述的气液缓冲吸能装置，其特征在于，所述第一流体通道内设置有增压阀。

6.如权利要求1或5所述的气液缓冲吸能装置，其特征在于，壳体底部设置有节流杆，所述节流杆的位置及尺寸被配置为：当力传递杆相对壳体运动过程中，节流杆可***第一流体通道。

7.如权利要求1所述的气液缓冲吸能装置，其特征在于，进一步包括密封结构，所述密封结构包括以下密封圈之一或任意组合：

沿壳体外壁设置的第一密封圈，所述第一密封圈与缸体内壁贴合；

沿力传递杆第一端外壁设置的第二密封圈，所述第二密封圈与壳体内壁贴合；

沿活塞外壁设置的第三密封圈，所述第三密封圈与活塞腔内壁贴合；

沿缸体开口端内壁设置的第四密封圈，所述第四密封圈与力传递杆外壁贴合。

8.如权利要求1或7所述的气液缓冲吸能装置，其特征在于，进一步包括端螺母，安装在缸体开口端，端螺母与力传递杆外壁贴合，第三液腔位于端螺母与壳体开口端之间。

9.如权利要求1所述的气液缓冲吸能装置，其特征在于，力传递杆第二端包括连通气腔与外界的气孔，所述气孔处设置有可拆卸封闭件。

10.如权利要求1所述的气液缓冲吸能装置，其特征在于，所述缸体封闭端设置有铰接头，用于将缓冲吸能装置安装至车体。