空气悬架的弹性元件──空气弹簧

空气弹簧是在柔性密封容器中加入压缩空气，利用空气的可压缩性实现弹性作用的一种非金属弹簧。它具有优良的弹性特性，用在车辆悬挂装置中可以大大改善车辆的动力性能，从而显著提高车辆的运行舒适度。

1、空气弹簧的特点

从空气弹簧的工作原理，可以看到空气弹簧具有以下特点：

1）利用高度控制阀系统，使空气弹簧在任何载荷下保持一定的工作高度，这一点对载荷变化大的车辆十分有利。

2） 弹簧的刚度是随载荷的变化而改变的，因而在任何载荷下自振几乎不

变，而普通钢板弹簧，因其刚度室不变的，所以它的自振频率范围较窄，且随着载荷的变化而变化是钢板弹簧与空气弹簧的静特性比较，图A为载荷─挠度特性，图B为载荷─频率特性。由图可以看出，对于钢板弹簧，静挠度随着载荷的增加而增加；对于带有高度控制阀的空气弹簧，静挠度在所有载荷条件下几乎保持不变，因而其自振频率也几乎保持不变。

3）空气弹簧具有非线性特性，可以将它的特性曲线设计成理想的形状。如在车辆悬挂系统中最理性的形状是S形，即在曲线的中央区段具有比较低的刚度，而在拉伸和压缩行程的边缘区段则刚度逐渐增加。这样，可以保证车辆在正常行车是运行性能柔和，而在通过弯道和岔道等偶然场合下，空气弹簧被大幅度拉审和压缩时，它逐渐变硬，从而能限制车体的振幅。而普通钢板弹簧，它的特性曲线是线性的，要是这种弹簧悬挂装置具有上述非线性特点，是必要使结构复杂化。

4）空气弹簧的刚度，不管载重量是多少，都可以依靠改变空气压力加以选择，因此可以根据需要将刚度选的很低，例如用增加附加空气室的办法增加其内容积，可以使刚度减小。

5)对于同样大小的空气弹簧，当内压力改变时，可以得到不同的承载能力。这使得同一种空气弹簧可以适应多种载荷要求，因此经济效果好，此外，还可以通过高度控制阀的作用，使空气弹簧在一定的载荷下具有不同的高度，因此，空气弹簧能适应多种结构上的要求。

6)吸收高频振动和隔音效果好。

7)在空气弹簧与附加空气室之间加设一个截流孔，空气流经截留孔时要发生能量损失，因而能起到衰减振动的作用。如果截流孔的大小选择适当，可以不设减振阻尼器。

8)与钢板弹簧比较，空气弹簧在承受剧烈振动载荷时，空气弹簧寿命较长。

空气悬架的控制元件──高度控制阀

高度控制阀是空气弹簧悬架系统的一个重要组成部分，它的作用是使空气弹簧在载荷下都保持一定的高度。空气弹簧的优点，也只有在采用了高度控制阀的情况下才能充分体现出来。

1、控制阀的用途及工作原理

高度控制阀安装在车身上，根据车辆载荷，调节气囊气压以保持车身高度为一恒定指。

工作原理如图所示，当车辆载荷增加时，装有高度控制阀的车身将下移，连接车桥和高度控制阀的摆杆f转动，带动凸轮转轴e转动，从而使活塞g和顶杆d上移，将排气门b关闭，进气门a打开，此时，从11口进来的压缩空气通过21口进入气囊。随着气囊内气压的上升，空气弹簧高度增加，车身也随之上升，进气门a则因为摆杆的移动而关闭，此时高度控制阀处于一个平衡状态。

当车辆载荷减少时，因气囊内多余的气压，使空气弹簧升高，从而车身也上升，因此，摆杆f转动，带动凸轮轴e转动，从而使活塞g和顶杆d下移，使排气门c打开，进气门d关闭，气囊中多余的气压排至大气。车身又回到正常水平，此时，顶杆又上移，将排气门c关闭，高度阀又处于一个平衡状态。

当车辆载荷变化较大时，控制气压作用在活塞面A上，使得活塞g顶杆d上移（或下移），既而打开（或关闭）进气门a，关闭（或打开）排气门c，从而使气囊气压迅速上升（或下降）到正常值，高度控制阀又达到新的一轮平衡。

高度控制阀的结构及形式

高度控制阀一般分为机械式和电磁式两种，也可以分为有延时机构的和没有延时机构的两种。延时机构的作用是：当静载荷变化或来自工作机械如钢轨的冲击等，使空气弹簧的高度发生变化时，高度控制阀开始调整高度的开闭动作，在时间上能够较前者有一个滞后过程，这个时间通常称为作用滞后时间。高度控制阀的延时机构一般是由缓冲弹簧和油压减振器组成的。

大客车空气悬架上使用的高度控制阀主要有以下两种形式：

1、无阻尼的高度控制阀

这种高度控制阀的工作原理是：当摇臂轴1处于中间位置时，阀杆2和阀垫3接触，此时即不充气也不放气。当载荷增加时，阀杆2随同摆臂轴1下移，储气筒内高压空气的压力大于气囊的压力，高压空气顶开球阀，经阀门4中间的小孔再推动阀杆2下移，通过下端小孔进入气囊，进行充气。当车身载荷减小时，摆臂轴1上移，时气囊中的气体与大气相同，进行放气。用充放气的交替进行来保证车身高度不变。

这种高度控制阀虽然能保证车身高度不随汽车载荷变化，但在汽车行驶过程中，当车桥与车身有相对位移时，哪怕是微小的位移，高度控制阀都有充放气动作。为了避免它的这种频繁工作现象，在结构设计上应使阀杆2的上端有一端1毫米长的配合面，这样，车身相对于车桥的位移在某一范围（SP641C型大客车为±30mm）内时，虽然阀杆2有垂直位移，但1毫米长的配合台肩并没有脱离接触。因此高度控制阀不工作。

2、有阻尼的高度控制阀

这种高度控制阀不仅能保证车身高度不随载荷的变化而变化，而且还能避免汽车在行驶中因冲击而引起的充放气现象。因此减少了气耗，减少了阀中各种零件的磨损，延长了高度控制阀的使用寿命。

这种高度控制阀的工作原理是：当车身的载荷增加时，车桥通过摆臂使活塞2缓慢的向左移动，推动阀杆3，使高压空气由储气筒进入气囊，进行充气。反之，当车身载荷减少时，摆臂使活塞2向右移动，推动阀杆1，使气囊中的高压空气与大气相同，进行放气。活塞左右移动时，由于速度缓慢，高度控制阀内的硅油可从左面的节流孔A慢慢地流到活塞右部，几乎没有阻尼作用。若车桥和车身相对位移度很大时，也就是说活塞速度较大时，硅油流经节流孔时将产生一个较大的阻尼力，当阻尼力大于弹簧的压力时，摆臂和壳体就一起带动弹簧座在弹簧的作用下，推动摆臂轴转动，使活塞左右移动，进行充放气。这种带硅油阻尼的高度控制阀，虽然结构比较复杂，但从发展来看，在高级大客车上还是应该使用的。我们曾在WH644型大客车上试装过这种高度阀，效果较好。

在我们研制的几种车辆上，大部分都装有无阻尼的高度控制阀。

目前，在国外一些空气悬架的车辆中也有采用电磁阀控制的高度控制阀，车身高度可在几个挡位上进行调整。因此，汽车司机可根据路面条件把车身高度控制在适用的范围内，从而提高了汽车的通过性及稳定性。

没有延时机构的高度控制阀，在工作过程中，由于进气阀和排气阀不断的开闭，因而空气的消耗量比较大。为了减少空气的消耗量，通常在空气弹簧和高度控制阀之间的通道上设置一个小孔加以限制空气的流量，但孔不宜太小，否则由于空气中的水分和灰尘将可能使之堵塞，因而影响高度控制阀的作用和灵敏度。孔径一般选为1－3毫米。这种没有延时机构的高度控制阀虽然结构简单，但由于在工作时空气的消耗较大，所以很少实际采用。

对于有延时机构的高度控制阀，在受到突然位移或高频振动位移时，由于油压减振器的阻力，仅仅缓冲弹簧的伸缩变形，而进气阀，排气阀并不作用，因而空气弹簧在工作过程中，高度控制阀的耗气量很小。