减振装置及工程车辆的制作方法

本发明涉及工程车辆技术领域，尤其涉及一种减振装置及工程车辆。

背景技术：

工程车辆如挖掘机、压路机、装载机、平地机等，目前已广泛应用于建筑、道路、矿山、港口等施工现场，由于工作场地的路面状况及工作环境比较恶劣，因而工程车辆在工作的过程中，往往伴随有巨大的瞬时冲击，产生低频振动和晃动。随着工程机械驾驶员群体不断扩大，他们对工作环境的要求也日益提高，这就对驾驶室的舒适性提出了较高的要求。

为了对工程车辆的驾驶室进行隔振，一般采用减振器来阻隔并减弱车架向驾驶室传递振动能量，以加速车架与驾驶室振动的衰减，从而改善车辆行驶的平顺性，并提高操作人员的舒适性。

现有技术中采用的一种用于隔离驾驶室振动的减振装置为硅油减振器，其结构如图1所示，包括：芯轴1a、橡胶体2a、内嵌板3a、壳体4a、阻尼盘5a和硅油6a。其中，芯轴1a用来连接驾驶室，芯轴1a周围设置有橡胶体2a，内嵌板3a设置在橡胶体2a中，阻尼盘5a安装在芯轴1a上，芯轴1a及橡胶体2a封闭壳体4a的开口，形成容纳硅油6a的腔体，硅油6a用来对芯轴1a和橡胶体2a提供支撑。

此种硅油减振器虽然能够对驾驶室的振动起到衰减作用，但是在实际应用中仍然至少存在以下缺点之一：

(1)不能有效隔离振动，也未从根本上解决工程车辆工作过程中驾驶室产生低频晃动的问题；

(2)此种硅油减振器刚度固定，难以适应工程车辆在行驶尤其作业过程中复杂工况的需求，难以最大限度地提升工程车辆的舒适性。

(3)硅油减振器的动态特性受温度影响较大，其刚度和阻尼随温度的增加而降低，硅油减振装置长时间在大载荷、大冲击下作业时，隔振效果会明显下降。

技术实现要素：

本发明的目的是提出一种减振装置及工程车辆，该减振装置用于工程车辆时能够更加有效地隔离工程车辆行驶和工作过程中产生的振动。

为实现上述目的，本发明第一方面提供了一种减振装置，包括壳体和橡胶弹簧，所述橡胶弹簧包括芯轴和贴合包围在所述芯轴外周的橡胶体，所述橡胶弹簧至少部分设在所述壳体内，且底部与所述壳体内壁之间形成第一腔体，所述芯轴的外端用于与隔振对象连接，所述芯轴内端连接有设在所述第一腔体内的第一弹性结构，所述第一弹性结构位于所述第一腔体内，和/或所述橡胶体中设有第二弹性结构。

进一步地，所述第一弹性结构为金属弹簧，所述金属弹簧的一端与所述芯轴的内端连接，另一端抵靠在所述壳体的内底面上。

进一步地，所述金属弹簧为螺旋弹簧，所述螺旋弹簧的直径从所述芯轴的内端至所述壳体的内底面逐渐增大。

进一步地，所述第二弹性结构为空气弹簧，所述橡胶体内设有与所述第一腔体连通的第二腔体，所述空气弹簧包括填充在所述第二腔体内的气体。

进一步地，所述橡胶弹簧还包括至少部分嵌设在所述橡胶体内的嵌入件，所述嵌入件包括第一加强部，所述第一加强部位于所述第二腔体与所述橡胶体的底面之间。

进一步地，所述嵌入件还包括侧壁部和第二加强部，所述侧壁部的两端分别与所述第一加强部和第二加强部连接，所述侧壁部呈筒状且围绕在所述第二腔体侧面的外周，所述第一加强部和第二加强部水平设置，所述第二加强部部分伸出所述橡胶体，用于与所述壳体共同形成与所述固定基体连接的安装部。

进一步地，所述第一腔体内填充有阻尼液体，所述阻尼液体填充至与所述橡胶体的下表面齐平。

进一步地，还包括阻尼盘，所述阻尼盘连接于所述芯轴的内端且浸没在所述阻尼液体中，所述阻尼盘上设有阻尼孔，用于形成在所述芯轴随隔振对象运动时供阻尼液体往复流动的通道。

进一步地，所述阻尼盘的外轮廓与所述壳体的内侧壁之间，以及所述阻尼盘的上表面与所述橡胶体的下表面之间均具有间隙。

进一步地，所述阻尼盘包括盘底和侧壁向外倾斜的盘沿，所述阻尼孔设在所述盘底上，所述阻尼盘开口向下套设在所述芯轴内端。

为实现上述目的，本发明第二方面提供了一种工程车辆，包括上述实施例所述的减振装置。

基于上述技术方案，本发明实施例的减振装置，在芯轴内端连接有设在第一腔体内的第一弹性结构，和/或橡胶体内设有第二弹性结构，该减振装置将橡胶弹簧与其它弹性结构在结构上进行有机的组合，在采用橡胶弹簧进行减振的基础上，增加了其它弹性结构进一步吸收振动，能够提高隔振率，从而更加有效地对隔振对象产生的振动进行隔离。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为现有技术中减振装置的结构示意图；

图2为本发明减振装置的一个实施例的剖视图；

图3为图2所示减振装置的俯视图；

图4为图2所示减振装置的立体图；

图5为图2所示减振装置中橡胶弹簧的剖视图；

图6为图2所示减振装置中嵌入件的一个实施例的结构示意图。

附图标记说明

1a、芯轴；2a、橡胶；3a、内嵌板；4a、壳体；5a、阻尼盘；6a、硅油；

1、芯轴；2、橡胶体；3、第二腔体；4、嵌入件；5、密封件；6、壳体；7、阻尼盘；8、第一腔体；9、阻尼液体；10、螺旋弹簧；21、凹槽；41、第一加强部；42、侧壁部；43、第二加强部；44、安装孔；61、卡合部；71、盘底；72、盘沿；73、阻尼孔。

具体实施方式

以下详细说明本发明。在以下段落中，更为详细地限定了实施例的不同方面。如此限定的各方面可与任何其他的一个方面或多个方面组合，除非明确指出不可组合。尤其是，被认为是优选的或有利的任何特征可与其他一个或多个被认为是优选的或有利的特征组合。

本发明中出现的“第一”、“第二”等用语仅是为了方便描述，以区分具有相同名称的不同组成部件，并不表示先后或主次关系。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“内”、“外”、“上”、“下”、“左”和“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

如图2所示，本发明提出了一种改进的减振装置，在一个示意性的实施例中，包括壳体6和橡胶弹簧，橡胶弹簧包括芯轴1和贴合包围在芯轴1外周的橡胶体2，橡胶弹簧至少部分设在壳体6内，且底部与壳体6内壁之间围合形成第一腔体8，芯轴1的外端(露出壳体6外的一端)用于与隔振对象连接，壳体6用于与固定基体连接，芯轴1内端(位于壳体6的一端)连接有设在第一腔体8内的第一弹性结构，或者橡胶体2中设置第二弹性结构，或者第一弹性结构和第二弹性结构同时设置。例如，若要对工程车辆的驾驶室进行减振，则隔振对象为驾驶室，固定基体为车架或车架上的基座。

其中，第一弹性结构能够在芯轴1随隔振对象往复运动时起到减振作用，第一弹性结构相当于与橡胶弹簧串联设置。第二弹性结构能够在芯轴1随隔振对象往复运动使橡胶弹簧发生变形的同时起到减振作用。此种减振装置将第一弹性结构和/或第二弹性结构与橡胶弹簧进行有机组合，在采用橡胶弹簧进行减振的基础上，增加了其它弹性结构进一步吸收振动，能够提高隔振率，从而更加有效地隔离隔振对象产生的振动。

在该实施例中，第一弹性结构为金属弹簧，金属弹簧的一端与芯轴1的内端连接，另一端可以抵靠在壳体6的内底面上，金属弹簧在减振装置内处于压缩状态。芯轴1的外端与隔振对象连接后处于初始状态(未受到振动)时，芯轴1将受到外载荷作用而使减振装置产生预压缩变形，并使减振装置内部的结构平衡在某一位置，在此过程中金属弹簧相对于芯轴1未连接隔振对象时的状态产生进一步的压缩变形。当隔振对象受到低频振动冲击时，芯轴1随隔振对象往复运动，从而带动金属弹簧相对于初始状态下的平衡位置反复改变压缩量大小，以吸收振动产生的能量，从而对隔振对象所承受的振动进行缓冲。

金属弹簧的刚度较大，在自身变形过程中产生的阻尼以及对振动带来的幅值衰减较小，主要起到缓和冲击的作用。金属弹簧与橡胶弹簧串联设置，有利于减小减振装置的整体刚度，能够有效地隔离低频振动。金属弹簧的刚度可根据承载的需求进行调整，以适应不同工况的需求。

优选地，金属弹簧为螺旋弹簧10，螺旋弹簧10的直径从芯轴1的内端至壳体6的内底面逐渐增大。可替代地，金属弹簧也可选择蝶形弹簧、板弹簧等。金属弹簧随着芯轴1往复运动产生压缩变形的过程中，金属弹簧的刚度随着载荷的增大而变大，使减振装置的整体刚度逐渐变大，能够根据承载的需求进行自动调节，以满足不同载荷下的减振需求。若该减振器用于工程车辆中，能够较好地适应工程车辆在行驶和作业过程中复杂工况的需求，并提升工程车辆的舒适性。

可选地，根据金属弹簧可采用的材料，金属弹簧可以为钢弹簧(例如弹簧钢和不锈钢)、铜弹簧等，所有可形成弹簧的金属材料制成的弹簧均在本发明的保护范围之内。

如图2所示，第二弹性结构为空气弹簧，橡胶体2内设有与第一腔体8连通的第二腔体3，空气弹簧包括填充在第二腔体3内的气体，例如空气或其它类型的气体。具体地，第二腔体3可以设计为环绕芯轴1设置的整体式空腔，或者环绕芯轴设置的多个分离式空腔，橡胶体2在第二腔体3部分靠近芯轴1的侧壁与芯轴1之间仍具有壁厚，能够提高橡胶体2与芯轴1的结合强度。橡胶体2在第二腔体3部分与芯轴1连接的壁厚从芯轴1外端至内端递减，以便形成第一腔体8与第二腔体3的连通部分，该连通部分可以是设在橡胶体2内表面的环绕芯轴1的空腔。

芯轴1在随着隔振对象往复运动时，带动橡胶体2发生剪切变形，同时使得第二腔体3的容积增大或减小，以对振动幅值进行阻尼衰减。空气弹簧能够设计较低的刚度值，具有较好的低频隔振性能；而且空气弹簧具有较理想的非线性弹性特性，可根据振动特性的需求通过第二腔体3大小或形状的设计获得相应的弹性特性曲线；另外空气弹簧的刚度会随着载荷的增大而变大。如果该减振装置用于工程车辆时，可适应车辆在不同载荷下工作的隔振需求，使车辆运行更加平稳。

优选地，第二腔体3设在橡胶体2厚度方向的中部位置，以尽量减小对橡胶体2整体刚度的影响。

考虑到在橡胶体2上开设第二腔体3会影响橡胶体2的刚度，为了在此基础上对橡胶体2进行加强，结合图2、图5和图6，橡胶弹簧还可包括至少部分嵌设在橡胶体2内的嵌入件4，嵌入件4包括第一加强部41，第一加强部41位于第二腔体3与橡胶体2的底面之间，能够加强橡胶体2位于第二腔体3下部区域的刚度。

进一步地，嵌入件4还包括侧壁部42和第二加强部43，侧壁部42的两端分别与第一加强部41和第二加强部43连接，连接部分可设置过渡圆角，侧壁部42呈筒状且围绕在第二腔体3侧面的外周，第一加强部41和第二加强部43水平设置，第二加强部43部分伸出橡胶体2，用于与壳体6共同形成与固定基体连接的安装部。从图6可以看到，嵌入件4整体形成中心开孔的圆筒形盘式结构，嵌入件4与芯轴1同轴设置。

在图3和图4所示的减振装置中，壳体6的主体部分为顶部开口、底部封闭的圆筒形结构，开口端处设有向外弯折的外轮廓为方形的翻边，第二加强部43伸出橡胶体2部分的外轮廓也为方形，第二加强部43位于壳体6的翻边之上且与壳体6贴合，以形成减振装置的安装法兰，安装法兰的四个角上设有安装孔44，用于通过紧固件将减振装置安装在固定基体上。为了将壳体6的翻边和第二加强部43固定在一起，在壳体6翻边的外边缘可局部设置卡合部61，具体地，卡合部61可以是L形的卡钩，水平部限位在第二加强部43的上表面，竖直部贴设在壳体6翻边和第二加强部43的侧面。

在上述实施例的基础上，橡胶弹簧的底部与壳体6内壁之间围合形成封闭的第一腔体8，在第一腔体8内填充有阻尼液体9，例如阻尼液体9可选择硅油或者其它黏性液体等，阻尼液体9填充至与橡胶体2的下表面齐平。由于阻尼液体9的不可压缩性，可对橡胶弹簧在减振过程中提供支撑。为了防止阻尼液体9的泄露，在橡胶体2的侧壁与壳体6的内壁之间设有密封件5，例如，密封件5为环形的密封圈。

为了能够利用阻尼液体9实现减振，如图2所示，本发明的减振装置还包括阻尼盘7，阻尼盘7连接于芯轴1的内端且浸没在阻尼液体9中，金属弹簧位于阻尼盘7的下部，阻尼盘7上设有阻尼孔73，用于形成在芯轴1随隔振对象运动时供阻尼液体9往复流动的通道。当阻尼液体9在阻尼孔73中往复流动时，能够利用阻尼孔73的节流阻尼作用消耗振动能量。

该实施例能够利用阻尼液体9的来回流动与气体的往复压缩，增加了阻尼，可有效地抑制共振幅值，加快了低频冲击载荷的衰减。如果该减振装置用在工程车辆中，可有效解决现有驾驶室出现晃动的问题。空气弹簧在工作时，由于阻尼液体9的不可压缩特性，随着振动载荷量的增加，橡胶体2发生剪切变形，使第二腔体3的容积减小，空气弹簧的刚度增加，此时空气弹簧的承载能力也相应增加；当振动载荷量减小时，空气弹簧的承载能力也相应减小。这样，通过机械能对压缩空气做功，使振动发生平稳的柔性传递，从而使振动幅值得到有效的抑制。

优选地，阻尼盘7与芯轴1同轴设置，多个阻尼孔73在阻尼盘7沿圆周方向均匀分布，以使阻尼液体9在流动过程中作用于阻尼盘7的力在周向上保持一致，使减振装置在周向上各处的减振效果更均衡。

优选地，阻尼盘7的外轮廓与壳体6的内侧壁之间，以及阻尼盘7的上表面与橡胶体2的下表面之间均具有间隙，以保证阻尼盘7在往复运动的过程中，阻尼液体9能够流动顺畅。

在一种具体的结构中，阻尼盘7为圆盘式结构，包括盘底71和侧壁向外倾斜的盘沿72，阻尼孔73设在盘底71上，盘底71上还设有安装孔，以使阻尼盘7通过安装孔套设在芯轴1的内端。阻尼盘7与芯轴1可通过过盈配合连接，也可以将阻尼盘7嵌设在芯轴1内端的环槽中。优选地，阻尼盘7开口向下套设在芯轴1内端，这是由于阻尼盘7向下运动时减振装置的刚度较小，向上运动时减振装置的刚度较大，振动过程中芯轴1可带动阻尼盘7向下运动较大的幅度，阻尼盘7开口向下，具有更好的阻尼效果。

在本发明更优的实施例中，仍参考图2，壳体6为圆筒结构，相应地，橡胶体2为圆柱形结构，且同轴套设在芯轴1的外表面，而且橡胶体2位于壳体6外的上端面A高于芯轴1的上端面B，橡胶体2的上端面设有凹槽21，凹槽21环绕设在芯轴1的外周，凹槽21的外边沿形成在橡胶体2的上端面A，按照圆弧形设置凹槽21后，内边沿过渡连接至芯轴1的外端面B。

在该实施例中，当减振装置承受的载荷和冲击作用较大时，芯轴1会产生较大的轴向位移。在芯轴1向下运动使金属弹簧压缩时，足以引起隔振对象接触到橡胶体2的上端面A，接触以后，减振装置压缩时的刚度主要由橡胶体2的压缩变形提供，由于橡胶体2压缩变形时刚度较大，因而能够起到轴向限位和缓冲的作用，以限制减振装置在轴向产生较大的压缩位移。在芯轴1向上运动使金属弹簧的压缩量减小时，足以引起阻尼盘7接触到橡胶体2的下端面，接触以后，减振装置拉伸时的刚度主要由阻尼盘7、橡胶体2位于第二腔体3下面的部分以及嵌入件4共同作用，由于阻尼盘7、橡胶体2下部及嵌入件4的刚度均较大，而且嵌入件4的第一加强部41能够对阻尼盘7进行支撑，此时将同样起到轴向限位和缓冲的作用，以限制减振装置在轴向产生较大的拉伸位移。因而该实施例能够减少隔振对象产生低频晃动，增加稳定性。

下面以图2所示的具体实施例来说明本发明减振装置的工作原理和优点。该减振装置将空气弹簧、金属弹簧、橡胶弹簧与阻尼液体9在结构上有机地组合在一起，发挥了各自的优点，具有较低的隔振刚度，较低的固有频率，较大的阻尼，能够提高隔振率，有效隔离低频振动。而且，本发明的减振装置受到空气弹簧、金属弹簧、橡胶弹簧与阻尼液体9的综合作用，能够在受到较大的载荷或冲击时，迅速衰减振动能量，相比于现有技术的减振器来说，动态响应更迅速，衰减时间短，温度上升慢，因而该减振装置长时间在较大的载荷或冲击下作业时，隔振效果也不会明显下降。

上面在给出各实施例时只是为了描述方便，将某一结构归入某一种特定的减振结构中，但其实不同的减振结构之间可能会共用一些结构件。例如，图2中的橡胶弹簧可包括芯轴1、橡胶体2和嵌入件4；空气弹簧可包括橡胶体2、第二腔体3内的气体和阻尼液体9。

若要在工程车辆中安装本发明的减振装置来吸收驾驶室的振动，在使用时，将减振装置的壳体6通过安装孔44固定在车架或基座上，芯轴1的上端与驾驶室底部连接，此时减振装置将受到一个预载荷作用而产生预压缩变形，此时橡胶弹簧、阻尼盘7、金属弹簧将平衡在某一位置。

当车架或基座上有低频振动冲击时，首先会带动减振装置中的芯轴1上下往复运动，使橡胶体2产生剪切变形，第二腔体3的容积就会随着增大或减小，由于阻尼液体9不可压缩，此时橡胶体2、第二腔体3内的气体及阻尼液体9形成空气弹簧，同时芯轴1上下运动使金属弹簧的变形量发生变化，由于金属弹簧在压缩时的刚度随着载荷增加而变大，从而使减振装置整体刚度逐渐变大，以适应对不同载荷进行减振的需求。

当阻尼盘7处于有效的行程内，即阻尼盘7接触橡胶体2的下表面之前，芯轴1的往复运动能够使橡胶体2的剪切变形、金属弹簧的压缩变形及空气弹簧气体的压缩共同为减振装置提供所需的刚度。而且，芯轴1的往复运动带动阻尼盘7上下运动，使阻尼液体9通过阻尼盘7上的阻尼孔73来回流动，同时第二腔体3中的气体往复压缩也与阻尼液体9的流动一起共同提供所需阻尼，可以使振动发生平稳的柔性传递，起到隔离低频振动和迅速衰减振动能量的作用。

此外，本发明还提供了一种工程车辆，包括上述实施例所述的减振装置。优选地，减振装置安装在驾驶室下方，用于减弱驾驶室受到的振动。可替代地，减振装置也可安装在工程车辆中其它需要减振的部位。

对于在驾驶室下方安装本发明减振装置的工程车辆，至少可具备以下优点之一：

(1)由于本发明的减振装置将空气弹簧、金属弹簧、橡胶弹簧与阻尼液体9有机组合在一起，可有效地缓冲低频振动，并迅速衰减振动能量，因而能够阻隔并减弱车架向驾驶室传递的振动能量，加速振动的衰减，以改善工程车辆行驶的平顺性及提高操作人员的舒适性。

(2)减振装置通过空气弹簧的往复压缩和阻尼液体9的来回流动，可对振动进行阻尼衰减的同时使振动发生平稳的柔性传递，能够有效减小驾驶室低频晃动对人体的影响。

(3)减振装置中设置了变刚度的金属弹簧，其刚度可随载荷大小自动调节，能够满足工程车辆在多种工况下的减振需求。

(4)在工程车辆遇到较大的动载荷和冲击载荷时，减振装置能够对驾驶室起到轴向限位和缓冲作用，防止冲击载荷对驾驶室与车体的连接部位造成损害。

以上对本发明所提供的一种减振装置及工程车辆进行了详细介绍。本文中应用了具体的实施例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。