王新民

（江西銅業(yè)集團有限公司 德興銅礦，江西 德興 334224）

1 引言

油氣懸掛是電動輪汽車的重要組成部件，連接車橋與大梁，承擔載重，其減震功能，為降低電動輪汽車機械故障、駕駛舒適性提供必備條件［1］。油氣介質(zhì)為懸掛提供初始的彈性，而油氣介質(zhì)作為氣液兩相流體［2］，其在懸掛內(nèi)部的流動狀況對應著懸掛的減震性能，關聯(lián)懸掛的總的彈性系數(shù)［3］，影響車輛行駛時的平順性、穩(wěn)定性、安全性［4］。

2 油氣懸掛基本構造與組成

如圖1所示，油氣懸掛的組成件，主要包括缸筒6、活塞桿5、下導座2、活塞7與密封3等，并按一定的位置順序集成在一起，內(nèi)部預充規(guī)定壓力及成比例的油氣介質(zhì)，以實現(xiàn)承擔載荷變化時的伸縮運動功能，達到車輛減震的目的。

圖1 懸掛結構示意

3 油氣懸掛減震運動的過程分析

3.1 油氣懸掛減震運動的基礎條件

油氣懸掛是一種液壓容器，在懸掛內(nèi)部，A腔與B腔之間依靠兩種阻尼［5］小孔相通，一種位于活塞體下部，油道口有彈子球，拉伸時依靠彈子球關閉，只有壓縮時相通；另一種是更小的常通孔，這是壓縮和拉伸運動時油氣介質(zhì)流動需要的正常的通道；另外，缸壁與活塞之間，也存在泄漏通道，通常情況下，泄漏量很小。

介質(zhì)液壓油，其壓縮能力量很小，可以保證在介質(zhì)氣體被大規(guī)模壓縮或泄漏的情況下，活塞不會與缸筒發(fā)生機械相碰，此外液壓油還有潤滑等作用。介質(zhì)氣體則主要是在運動初始時期起到減震的作用。

3.2 油氣懸掛介質(zhì)流動與平衡原理

如圖2所示，當懸掛承載增加，活塞被作壓縮作用時，A腔因容積減小而壓力［6］升高，B腔因容積增大而壓力減小，A腔壓力大于B腔壓力，油氣介質(zhì)通過兩種孔從A腔流入B腔。油氣介質(zhì)被壓縮，使AB腔總容積減小，總壓力升高，避免類似機械式的碰撞發(fā)生，最終A腔與B腔壓力相等，活塞不能再移動，而是平衡在某一位置，即對應著某一個承載量。當承載減小，活塞被作拉伸作用時，作用過程與壓縮時相反，但此時單向通道的彈子球關閉了通道，只有常通小孔起流通作用。

圖2 懸掛運動過程示意

3.3 油氣懸掛承載壓力與活塞桿外徑的關系

如圖2所示，懸掛在靜止狀態(tài)下，A腔與B腔的油氣壓力是相等的?；钊鸄腔的作用面積 大于活塞在B腔的作用面積 。兩者面積之差產(chǎn)生有效承載壓力的面積，其實就是活塞桿的橫截面的面積。

懸掛內(nèi)部總壓力不變的情況下，活塞桿的外直徑越大，有效承載壓力的面積就越大，對外承擔載荷的能力就越充足。在一定的外載荷的條件下，活塞桿的外直徑越大，缸內(nèi)平衡運動的最終壓力越低，一方面提供了利于減震的基礎條件，對電動輪汽車的駕駛舒適性有利，另一方面對懸掛的密封使用也有優(yōu)勢，對減少懸掛故障和提高懸掛的使用壽命都有積極的意義。

3.4 油氣懸掛壓縮與拉伸運動狀況分析

在載荷變化的過程中，懸掛缸內(nèi)的壓力從一個平衡點到另一個平衡點，對應著 A、B腔容積的變化過程，實際上就是油氣介質(zhì)在A腔與B腔之間流動，以實現(xiàn)緩沖作用的過程。而A腔與B腔之間的通道孔徑非常狹小，對油氣介質(zhì)流動產(chǎn)生阻尼作用，決定性地控制著油氣介質(zhì)的流動速度，并進而可實際地影響著懸掛動態(tài)拉伸與壓縮時的行程變化幅度?？梢?，混合氣體的彈性只是緩解載荷沖擊過程中的初期起作用；持續(xù)的大行程的沖擊震動，是依靠阻尼孔的通道所產(chǎn)生的阻尼作用，以控制油氣介質(zhì)的流動速度的方式來完成的。

3.4.1 壓縮過程的減震性能

懸掛在外力載荷F作用下的壓縮過程中，雙向常通孔及單向孔都在導通狀態(tài)，ρ為介質(zhì)密度、 ζ為局部

3.4.2 拉伸過程的減震性能與介質(zhì)摩擦產(chǎn)生內(nèi)熱

懸掛在外部壓縮載荷F變小或消失的時候，懸掛將作拉伸運動。懸掛在拉升過程中，單向孔是關閉狀態(tài)， ρ為介質(zhì)密度、 ζ為局部壓力損失系數(shù)，起步流速由于B腔總容積遠小于A腔總容積，活塞在懸掛內(nèi)作拉伸運動的過程中，B腔的容積進一步壓縮，且由于B腔的壓縮比例很大，使B腔的壓力PB升高很快，因此油氣混合介質(zhì)從B腔流向A腔的起步流速ν拉伸較大，且B腔至A腔的流通截面積較小，升高的壓力差△PB將在活塞下部產(chǎn)生大的作用力并能持續(xù)較長的時間，可以平衡活塞上部因PA作用而產(chǎn)生的部分作用力，使活塞拉伸的速度減慢，并有利于減小拉伸幅度，實現(xiàn)減震的目的。

△PB升高的同時，油氣混合介質(zhì)從B腔流向A腔的起步流速ν拉伸較大，產(chǎn)生大的流速沖擊，介質(zhì)摩擦將產(chǎn)生大量的熱，對密封的使用壽命有不利的影響。

3.5 拉伸減震過程對活塞及下導座固定螺栓的作用力影響

如圖3所示，懸掛在作拉伸運動的過程中，B腔的液壓力PB將迅速升高，壓力差△PB將在活塞下部產(chǎn)生大的作用力，可以平衡活塞上部因PA作用而產(chǎn)生的部分作用力，以實現(xiàn)減震的目的；同時，這對平衡作用力實際表現(xiàn)為對活塞的向上作用與對活塞桿的向下作用，即活塞與活塞桿的受力作用效果相反，并轉化成活塞固定螺栓的拉伸力作用?；钊潭菟ㄊ艿降睦炝ψ饔玫拇笮。溆绊懸蛩刂饕型饨巛d荷及活塞與活塞桿的面積差。在外界載荷相同的情況下，活塞與活塞桿的面積差值越大，活塞固定螺栓受到的拉力［8］越大。由于B腔壓力同時作用于下導座，且受力作用面積為活塞與活塞桿截面的面積差，因此下導座固定螺栓受到的最大拉力與活塞固定螺栓受到的最大拉力等效。

圖3 活塞固定螺栓受力

4 MCC400A型后懸掛與載重同噸位某型車后懸掛的比較

表1是通過測量獲得的兩型車輛后懸掛的尺寸數(shù)據(jù)，直徑單位是毫米，面積單位是平方毫米。

表1 MCC400A與某型車后懸掛的主要結構尺寸

從表1可知，M CC400A與某型電動輪汽車的額定載重都是220t的情況下，在活塞桿的外徑方面，MCC400A型比某型的數(shù)值大，增大值為：（350-330）/330=6.1%，說明MCC400A型后懸掛的壓縮減震性能比某型已有略勝，即MCC400A型后懸掛缸內(nèi)的總壓力更低，這對減少漏油故障及提高懸掛的使用壽命有利；在活塞與活塞桿的面積差值方面，MCC400A型比某型大得多，增大值為：（29437-20942）/20942=40.5%，說明MCC400A后懸掛的拉伸減震性能可以勝出某型十分之四，即MCC400A型后懸掛缸內(nèi)的總壓力被內(nèi)部平衡釋放的能力更強，這對拉伸減震有利，總之MCC400A型后懸掛比某型有更優(yōu)越的減震性能，使車輛具有更舒適、機械故障更少的特點。

在活塞與活塞桿的連接固定方式方面，某型電動輪汽車的后懸掛采用了直接的焊接方式固定，具有連接牢固的優(yōu)點，但是活塞在維修方面難于拆卸，再焊接的工藝要求高；MCC400A型后懸掛采用了螺栓方式固定，具有容易拆卸、方便維修的優(yōu)點，但是在拉伸交變載荷長時間反復作用的情況下，所采用的活塞固定螺栓有疲勞損壞的可能性。

5 油氣懸掛的使用要求

油氣懸掛在使用中要發(fā)揮良好的性能，基本要求是：油氣混合比例合適，節(jié)流彈子球單向作用準確，無外泄漏，活塞與缸間內(nèi)泄漏小。

要保證B腔有完全的油，需要排除B腔的空氣，這有兩方面的意義：一是保證懸掛的油氣比例正常，二是不能有氧化性能的空氣。第一種方法，加油從常通小孔流入，空氣從節(jié)流孔排出（兩種小孔在制造時給出了高度差）。由于從常通小孔流入很慢，所以需要緩慢加油。當加油太快，活塞桿的油位迅速從常通小孔升到單向節(jié)流孔后，此時B腔的空氣將被封閉。油很難再流入B腔，造成實際油量不足。第二種方法，待懸掛已經(jīng)安裝在車輛后，使活塞桿完全伸出，目的在于使B腔在完全無空氣狀態(tài)下加滿油，而后讓活塞桿縮回到標準的油位，同時排出部分油。

其次， 預充氣壓要達到標準要求。按標準的高度加油、充氣，不僅是要保證懸掛的高度、壓力，且是實現(xiàn)正確的油氣介質(zhì)比例的措施，更是懸掛獲得良好使用性能的先決條件之一。

對于懸掛的下導座固定螺栓、活塞固定螺栓，要跟蹤統(tǒng)計使用時間，根據(jù)預期使用壽命，在維修過程中計劃有選擇地進行報廢并更換新件。

6 懸掛故障分析

懸掛漏油，將造成減震性能降低甚至消失，進一步發(fā)展成嚴重故障。

單向節(jié)流孔關閉不嚴，彈子球座孔磨損不規(guī)則，將使單向關不死（快速拉伸），而出現(xiàn)減震性能變差，并伴隨“咣”響。

如果氣壓太高，使懸掛的高度超出行程，各個懸掛高度不一，不但對懸掛本身使用不利，還將降低整車的減震性能，容易伴隨其它故障早期發(fā)生，如鈑金件變形、裂紋等。

7 懸掛修理

7.1 懸掛分解的工藝流程

（1）拆解缸筒和活塞桿上軸承限位卡環(huán)，采用加熱軸承座孔外圈的方式拆除關節(jié)軸承。

（2）在懸掛缸筒座孔處安裝起吊軟繩，用起重機將懸掛總成吊起，使懸掛呈垂直狀態(tài)安裝到拆裝架上，緊固好連接螺栓。

（3）拆除充氣閥防護罩，參照懸掛放氣標準放凈懸掛內(nèi)部氣壓力后，拆除充氣閥、壓力傳感器以及缸筒上各種堵塞。

（4）拆除活塞桿放油堵塞，將懸掛內(nèi)的油液排放到廢油收集容器中。油液排放凈后，轉動拆裝架使懸掛處于水平位置，拆解下導座螺栓與墊片。

（5）轉動拆裝架使懸掛活塞桿垂直向上，安裝起吊繩，用起重機將活塞桿組件從缸筒中滑出并吊運到分解平臺上，進一步分解活塞固定螺栓。

（6）將下導座總成從活塞桿中滑出，拆下活塞耐磨套。拆解下導座耐磨套、雙唇密封、防塵密封、“0”形圈組件。

7.2 懸掛組裝前備件檢測流程

油氣懸掛是一種高壓容器，從此前分析得知，懸掛的活塞桿處的外部泄漏，將造成懸掛無法實現(xiàn)減震性能，缸壁泄漏將改變正常的阻尼通道的面積，降低減震性能，縮短緩沖時間。

因此在懸掛組裝前，必須對缸筒內(nèi)壁、活塞外表面、活塞桿外表面、下導座內(nèi)壁等進行粗糙度檢查，及測量缸筒內(nèi)徑、活塞桿外徑、下導座內(nèi)徑、活塞外徑等尺寸，保證備件的尺寸數(shù)據(jù)在配合公差范圍內(nèi)。

7.3 懸掛組裝的工藝流程

組裝前的注意事項：必須在干凈、無塵的工作區(qū)域完成組裝。所有部件必須徹底清潔、干燥并且無灰塵或銹皮。用新鮮的懸掛缸油潤滑全部內(nèi)部零部件和孔。

（1）懸掛缸下導座總成的配裝。對后懸掛下導座、下導座壓板整體均勻加熱到可以安裝耐磨套的程度后，安裝下導座耐磨套。等它們冷卻至室溫后，將防塵密封，雙唇密封、“0”形圈和支承環(huán)安裝在下導座相應的環(huán)槽部位。

（2）用懸掛油潤滑下導座所有密封及耐磨套后，將下導座總成滑進經(jīng)潤滑的活塞桿中。安裝活塞到活塞桿端，裝好活塞固定螺栓。

（3）吊裝缸筒到拆裝架緊固好連接螺栓，轉動拆裝架，使缸筒處于軸承座孔端向下的垂直狀態(tài)。

（4）安裝充氣閥及缸筒所有堵塞，往缸筒內(nèi)加注液力傳動油（需要預留活塞桿組件安裝的空間）。

（5）起吊經(jīng)潤滑的活塞桿組件，將活塞、下導座滑入缸筒中（安裝活塞桿組件時要小心以防止損壞加工表面和鍍鉻表面）。安裝活塞桿放油堵塞。用壓桿將下導座完全滑入缸筒中后取出壓桿，安裝下導座螺栓和墊圈并將螺栓擰至標準扭矩。

（6）安裝充氣閥，使用新的氣閥“0”形密封圈。將充氣閥的大六角擰緊至標準扭矩。安裝氣閥防護罩。

（7）懸掛總成下架，進行壓力測試，在水箱中檢測有無氣泡形成。如果有氣泡形成則必須重新分解，查找泄漏原因，在泄漏點被處理好后才可以重新組裝，并需要再次進行壓力測試。

8 結束語

電動輪汽車的油氣懸掛結構制造精密，故障檢修難度大，且更換備件費用高。在此分析了MCC400A型后懸掛的原理、結構特點，其具有卓越的減震性能和使用壽命長的優(yōu)點，并提出了使用、維修方面的要求和注意措施，以供業(yè)界人員參考。