MCC400A型電動(dòng)輪汽車后懸掛優(yōu)越性分析

王新民

（江西銅業(yè)集團(tuán)有限公司 德興銅礦，江西 德興 334224）

1 引言

油氣懸掛是電動(dòng)輪汽車的重要組成部件，連接車橋與大梁，承擔(dān)載重，其減震功能，為降低電動(dòng)輪汽車機(jī)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(dòng)狀況對(duì)應(yīng)著懸掛的減震性能，關(guān)聯(lián)懸掛的總的彈性系數(shù)［3］，影響車輛行駛時(shí)的平順性、穩(wěn)定性、安全性［4］。

2 油氣懸掛基本構(gòu)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(dǎo)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(yù)充規(guī)定壓力及成比例的油氣介質(zhì)，以實(shí)現(xiàn)承擔(dān)載荷變化時(shí)的伸縮運(yùn)動(dòng)功能，達(dá)到車輛減震的目的。

圖1 懸掛結(jié)構(gòu)示意

3 油氣懸掛減震運(yùn)動(dòng)的過程分析

3.1 油氣懸掛減震運(yùn)動(dòng)的基礎(chǔ)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(shí)依靠彈子球關(guān)閉，只有壓縮時(shí)相通；另一種是更小的常通孔，這是壓縮和拉伸運(yùn)動(dòng)時(shí)油氣介質(zhì)流動(dòng)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(huì)與缸筒發(fā)生機(jī)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(yùn)動(dòng)初始時(shí)期起到減震的作用。

3.2 油氣懸掛介質(zhì)流動(dòng)與平衡原理

如圖2所示，當(dāng)懸掛承載增加，活塞被作壓縮作用時(shí)，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?cè)莘e減小，總壓力升高，避免類似機(jī)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(dòng)，而是平衡在某一位置，即對(duì)應(yīng)著某一個(gè)承載量。當(dāng)承載減小，活塞被作拉伸作用時(shí)，作用過程與壓縮時(shí)相反，但此時(shí)單向通道的彈子球關(guān)閉了通道，只有常通小孔起流通作用。

圖2 懸掛運(yùn)動(dòng)過程示意

3.3 油氣懸掛承載壓力與活塞桿外徑的關(guān)系

如圖2所示，懸掛在靜止?fàn)顟B(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(shí)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(duì)外承擔(dān)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(yùn)動(dòng)的最終壓力越低，一方面提供了利于減震的基礎(chǔ)條件，對(duì)電動(dòng)輪汽車的駕駛舒適性有利，另一方面對(duì)懸掛的密封使用也有優(yōu)勢(shì)，對(duì)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(yùn)動(dòng)狀況分析

在載荷變化的過程中，懸掛缸內(nèi)的壓力從一個(gè)平衡點(diǎn)到另一個(gè)平衡點(diǎn)，對(duì)應(yīng)著 A、B腔容積的變化過程，實(shí)際上就是油氣介質(zhì)在A腔與B腔之間流動(dòng)，以實(shí)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(duì)油氣介質(zhì)流動(dòng)產(chǎn)生阻尼作用，決定性地控制著油氣介質(zhì)的流動(dòng)速度，并進(jìn)而可實(shí)際地影響著懸掛動(dòng)態(tài)拉伸與壓縮時(shí)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(dòng)，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(dòng)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(dǎo)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(shí)候，懸掛將作拉伸運(yùn)動(dòng)。懸掛在拉升過程中，單向孔是關(guān)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?cè)莘e遠(yuǎn)小于A腔總?cè)莘e，活塞在懸掛內(nèi)作拉伸運(yùn)動(dòng)的過程中，B腔的容積進(jìn)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(shí)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(shí)現(xiàn)減震的目的。

△PB升高的同時(shí)，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?zèng)_擊，介質(zhì)摩擦將產(chǎn)生大量的熱，對(duì)密封的使用壽命有不利的影響。

3.5 拉伸減震過程對(duì)活塞及下導(dǎo)座固定螺栓的作用力影響

如圖3所示，懸掛在作拉伸運(yùn)動(dòng)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(shí)現(xiàn)減震的目的；同時(shí)，這對(duì)平衡作用力實(shí)際表現(xiàn)為對(duì)活塞的向上作用與對(duì)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(zhuǎn)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?，其影響因素主要有外界載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(shí)作用于下導(dǎo)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(dǎo)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(cè)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(jié)構(gòu)尺寸

從表1可知，M CC400A與某型電動(dòng)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(duì)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(qiáng)，這對(duì)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(jī)械故障更少的特點(diǎn)。

在活塞與活塞桿的連接固定方式方面，某型電動(dòng)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(diǎn)，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(diǎn)，但是在拉伸交變載荷長時(shí)間反復(fù)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(zhǔn)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(shí)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(dāng)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(shí)B腔的空氣將被封閉。油很難再流入B腔，造成實(shí)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(biāo)準(zhǔn)的油位，同時(shí)排出部分油。

其次， 預(yù)充氣壓要達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求。按標(biāo)準(zhǔn)的高度加油、充氣，不僅是要保證懸掛的高度、壓力，且是實(shí)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(duì)于懸掛的下導(dǎo)座固定螺栓、活塞固定螺栓，要跟蹤統(tǒng)計(jì)使用時(shí)間，根據(jù)預(yù)期使用壽命，在維修過程中計(jì)劃有選擇地進(jìn)行報(bào)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(jìn)一步發(fā)展成嚴(yán)重故障。

單向節(jié)流孔關(guān)閉不嚴(yán)，彈子球座孔磨損不規(guī)則，將使單向關(guān)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(gè)懸掛高度不一，不但對(duì)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(guān)節(jié)軸承。

（2）在懸掛缸筒座孔處安裝起吊軟繩，用起重機(jī)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(hù)罩，參照懸掛放氣標(biāo)準(zhǔn)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(zhuǎn)動(dòng)拆裝架使懸掛處于水平位置，拆解下導(dǎo)座螺栓與墊片。

（5）轉(zhuǎn)動(dòng)拆裝架使懸掛活塞桿垂直向上，安裝起吊繩，用起重機(jī)將活塞桿組件從缸筒中滑出并吊運(yùn)到分解平臺(tái)上，進(jìn)一步分解活塞固定螺栓。

（6）將下導(dǎo)座總成從活塞桿中滑出，拆下活塞耐磨套。拆解下導(dǎo)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(cè)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(shí)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(shí)間。

因此在懸掛組裝前，必須對(duì)缸筒內(nèi)壁、活塞外表面、活塞桿外表面、下導(dǎo)座內(nèi)壁等進(jìn)行粗糙度檢查，及測(cè)量缸筒內(nèi)徑、活塞桿外徑、下導(dǎo)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(xiàng)：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(dǎo)座總成的配裝。對(duì)后懸掛下導(dǎo)座、下導(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)座相應(yīng)的環(huán)槽部位。

（2）用懸掛油潤滑下導(dǎo)座所有密封及耐磨套后，將下導(dǎo)座總成滑進(jìn)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(zhuǎn)動(dòng)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(dòng)油（需要預(yù)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(dǎo)座滑入缸筒中（安裝活塞桿組件時(shí)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(dǎo)座完全滑入缸筒中后取出壓桿，安裝下導(dǎo)座螺栓和墊圈并將螺栓擰至標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)扭矩。安裝氣閥防護(hù)罩。

（7）懸掛總成下架，進(jìn)行壓力測(cè)試，在水箱中檢測(cè)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(diǎn)被處理好后才可以重新組裝，并需要再次進(jìn)行壓力測(cè)試。

8 結(jié)束語

電動(dòng)輪汽車的油氣懸掛結(jié)構(gòu)制造精密，故障檢修難度大，且更換備件費(fèi)用高。在此分析了MCC400A型后懸掛的原理、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，其具有卓越的減震性能和使用壽命長的優(yōu)點(diǎn)，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。