张宏超,周文杰,尹君胜
(中国北方车辆研究所,北京 100072)
摘 要:轮胎中央充放气系统对于改善轮式越野车辆在复杂路面的通过性作用明显,行业内已经取得了共识。国内普遍使用单管路结构,文中分析了单管路结构的优缺点,之后详细介绍了一种双管路结构的中央充放气系统方案,大大简化了系统中各部件,尤其是轮胎阀的结构,使系统的整体可靠性得到提升。文中给出了具体的技术实施方案。详细表述了实现充气、放气、测压功能各阀件的动作逻辑。
关键词:中央充放气;简化轮胎阀;轮边总成;双管路
1概 述
越野汽车行驶的路面比较复杂,常常需要在泥泞和松软路面上行驶,根据车辆地面力学理论, 在地面附着系数和其他条件一定的情况下,轮胎接地面积越大, 车辆获得的地面牵引力也就越大。因此, 通过调节轮胎气压,改变轮胎接地面积,就可起到改变车辆牵引力的作用。故而,车辆的通过性能随轮胎气压降低程度的不同而有不同程度的增强。同时,轮胎气压降低,也会增加车辆行驶阻力,增大轮胎发热量。
如何实现车辆在行驶过程中给轮胎充放气,气路从不动的车身上连通到旋转的车轮上是中央充放气技术的一大难题,目前广泛采用的是单管路模式,此结构要实现给轮胎充气、放气和测压,要么在车轮上安装手控开关阀,猛士越野汽车采用的就是该结构;要么安装结构复杂的专用轮胎阀。
1 上盖 2 阀体 3 下盖 4 膜片 5 导出孔 6 连接气门嘴孔 7 充气导通孔 8 充气腔室 9 三位阀杆
10 浮动单向阀 11 盲孔 12 径向孔 13 14 上腔室 15 下腔室 16 阀杆腔 17 进气孔 18 排气孔 19 垫片 20 螺母 21 密封件 22 弹簧 23 导入孔 24 堵盖 25 备用孔 26 单向阀杆
27 阀门 28 阀门通气孔 29 弹簧
图1 单气路轮胎阀结构示例
采用手动开关阀方式,在需要调整轮胎压力时,需要操作人员先下车打开开关阀,充放气完成后还需关闭开关阀,操作比较繁琐;采用轮胎阀方式,可以实现不下车调整轮胎压力,但是轮胎阀结构复杂。如图1所示,是赵玉璠教授发明的单管路中央充放气轮胎阀,可实现给轮胎充气、放气和测压,但是结构复杂,安装在车轮上,泥水容易进入阀内部,可靠性受到制约。
本文提出了一种双管路通过轮边总成的结构,在车轮上安装普通的气控开关阀,车内配简单的控制阀组及管路即可实现给轮胎充气、放气和测压。
2 技术实现
该结构如图2所示。在轮边总成内实现两条从静止到运动的气道。第一条从静止到运动的气道:气道从静止的转向节1进入,即气道Ⅰ静止部分4,在转向节1和轮毂2之间,左右对称安装两个密封圈Ⅱ,在密封圈Ⅱ中间设气道孔与气道Ⅰ静止部分4连通。在轮毂2,两个密封圈Ⅱ之间设置气道Ⅰ旋转部分3,这样,即使转向节1与轮毂2相对旋转,气道Ⅰ静止部分4与气道Ⅰ旋转部分3仍能相通,形成一个从静止到运动的气道。第二条从静止到运动的气道:气道从转向节1进入,即气道Ⅱ静止部分5,它直接通向空腔8,空腔8有端盖7、转向节1、轮毂2、密封圈Ⅰ、密封圈Ⅱ形成,在端盖7上设立气道Ⅱ出气口6,气道Ⅱ出气口6及它所在的端盖7随轮毂2与转向节1之间相对旋转,气道Ⅱ静止部分5、空腔8及气道Ⅱ出气口6共同形成第二条从静止到运动的气道。两个密封圈9和10要有一定的气体密封功能。
1 转向节 2 轮毂 3气道Ⅰ旋转部分 4气道Ⅰ静止部分 5气道Ⅱ静止部分
6气道Ⅱ出气口 7 端盖 8 空腔 9 密封圈Ⅰ 10 密封圈Ⅱ
图2 双气道结构图
3 具体实施方式
1 转向节 2 轮毂 3气道Ⅰ旋转部分 4气道Ⅰ静止部分 5气道Ⅱ静止部分 6气道Ⅱ出气口 7 端盖 8 空腔 9 密封圈Ⅰ 10 密封圈Ⅱ 11 气控常闭开关阀 12 常通开关电磁阀 13 常闭开关电磁阀 14 气源 15 两位三通电磁阀 16 压力传感器 17 轮胎
图3 双气道中央充气系统结构原理图
轮胎中央充放气系统的作用就是车辆在行进或停止过程中调整轮胎压力,实现对轮胎充气、放气和测压操作,在系统不工作时要能实现轮胎保压。图3是双气道轮边总成结构融入轮胎中央充放气系统实现轮胎保压状态的气路原理图。图中12、13、15三个电磁阀均处于初始状态(不加电状态),气控常闭开关阀11处于常闭状态,轮胎保压。
图4 充气状态图
图4是双气道轮边总成结构融入轮胎中央充放气系统实现轮胎充气状态的气路原理图。两位三通电磁阀15通电,高压气体从气源14通向气道Ⅱ静止部分5,再通向气道Ⅱ出气口6,高压气体推动气控常闭开关阀11,使其从常闭状态转向导通状态。同时常通开关电磁阀12通电,该电磁阀从常通状态转变为如图3所示的关闭状态。同时常闭开关电磁阀13通电,该电磁阀从常闭状态转变为如图3所示的导通状态。高压气体从气源14通向气道Ⅰ静止部分4,再通向气道Ⅰ旋转部分3,继而经过控常闭开关阀11通向轮胎。实现给轮胎充气。
图5 放气状态图
图5是双气道轮边总成结构融入轮胎中央充放气系统实现轮胎放气状态的气路原理图。两位三通电磁阀15通电,高压气体从气源14通向气道Ⅱ静止部分5,再通向气道Ⅱ出气口6,高压气体推动气控常闭开关阀11,使其从常闭状态转向导通状态。轮胎内的气体经气控常闭开关阀11通向气道Ⅰ旋转部分3,再通向气道Ⅰ静止部分4,经常闭开关电磁阀13排出。常通开关电磁阀12和常闭开关电磁阀13均不通电,处于原始状态位置。从而实现给轮胎放气。
图6 测压状态图
图6是双气道轮边总成结构融入轮胎中央充放气系统实现轮胎测压状态的气路原理图。两位三通电磁阀15通电,高压气体从气源14通向气道Ⅱ静止部分5,再通向气道Ⅱ出气口6,高压气体推动气控常闭开关阀11,使其从常闭状态转向导通状态。轮胎内的气体经气控常闭开关阀11通向气道Ⅰ旋转部分3,再通向气道Ⅰ静止部分4,与压力传感器16导通,同时常通开关电磁阀12通电,从常通状态转换为关闭状态,密封气体。常闭开关电磁阀13不通电,处于原始状态位置封闭气体。实现测量轮胎压力。
轮胎中央充放气系统的充气、放气、测压和保压四种工况可以通过控制三个电磁阀实现任何工况的转换和保持。
4 工程实施中的问题及解决方法
轮边总成如果有传动减速机构,则气道Ⅱ通过的空腔7就会有润滑油,油和气混合不会对传动机构的润滑造成影响,但是润滑油会进入图中的气控常闭开关阀,要注意该气道仅能用来推动开关阀的活门,实现力的传递,不能有流动现象,更不能消耗、流失润滑油。润滑油也会进入气道Ⅱ静止部分,在工程实施过程中,可以通过管路的高低设置或增加毛细管阻尼器避免润滑油流失。
在中央充气工作过程中,气道Ⅱ通过的空腔7就会有0.2MPa左右的气压,该空腔内油和气混合,相关的油封要在该压力条件下保证密封可靠。
参考文献
[1] 赵玉璠. 压力流体方向控制阀及其在轮胎气压调节装置中应用[P]. 中国专利:ZL 1084944A,1994-4