張宏超，周文杰，尹君勝
（中國北方車輛研究所，北京 100072）
摘 要：輪胎中央充放氣系統(tǒng)對(duì)于改善輪式越野車輛在復(fù)雜路面的通過性作用明顯，行業(yè)內(nèi)已經(jīng)取得了共識(shí)。國內(nèi)普遍使用單管路結(jié)構(gòu)，文中分析了單管路結(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn)，之后詳細(xì)介紹了一種雙管路結(jié)構(gòu)的中央充放氣系統(tǒng)方案，大大簡(jiǎn)化了系統(tǒng)中各部件，尤其是輪胎閥的結(jié)構(gòu)，使系統(tǒng)的整體可靠性得到提升。文中給出了具體的技術(shù)實(shí)施方案。詳細(xì)表述了實(shí)現(xiàn)充氣、放氣、測(cè)壓功能各閥件的動(dòng)作邏輯。
關(guān)鍵詞：中央充放氣；簡(jiǎn)化輪胎閥；輪邊總成；雙管路
1概 述
越野汽車行駛的路面比較復(fù)雜，常常需要在泥濘和松軟路面上行駛，根據(jù)車輛地面力學(xué)理論, 在地面附著系數(shù)和其他條件一定的情況下，輪胎接地面積越大, 車輛獲得的地面牽引力也就越大。因此, 通過調(diào)節(jié)輪胎氣壓,改變輪胎接地面積，就可起到改變車輛牽引力的作用。故而，車輛的通過性能隨輪胎氣壓降低程度的不同而有不同程度的增強(qiáng)。同時(shí)，輪胎氣壓降低，也會(huì)增加車輛行駛阻力，增大輪胎發(fā)熱量。
如何實(shí)現(xiàn)車輛在行駛過程中給輪胎充放氣，氣路從不動(dòng)的車身上連通到旋轉(zhuǎn)的車輪上是中央充放氣技術(shù)的一大難題，目前廣泛采用的是單管路模式，此結(jié)構(gòu)要實(shí)現(xiàn)給輪胎充氣、放氣和測(cè)壓，要么在車輪上安裝手控開關(guān)閥，猛士越野汽車采用的就是該結(jié)構(gòu)；要么安裝結(jié)構(gòu)復(fù)雜的專用輪胎閥。
1 上蓋 2 閥體 3 下蓋 4 膜片 5 導(dǎo)出孔 6 連接氣門嘴孔 7 充氣導(dǎo)通孔 8 充氣腔室 9 三位閥桿
10 浮動(dòng)單向閥 11 盲孔 12 徑向孔 13 14 上腔室 15 下腔室 16 閥桿腔 17 進(jìn)氣孔 18 排氣孔 19 墊片 20 螺母 21 密封件 22 彈簧 23 導(dǎo)入孔 24 堵蓋 25 備用孔 26 單向閥桿
27 閥門 28 閥門通氣孔 29 彈簧
圖1 單氣路輪胎閥結(jié)構(gòu)示例
采用手動(dòng)開關(guān)閥方式，在需要調(diào)整輪胎壓力時(shí)，需要操作人員先下車打開開關(guān)閥，充放氣完成后還需關(guān)閉開關(guān)閥，操作比較繁瑣；采用輪胎閥方式，可以實(shí)現(xiàn)不下車調(diào)整輪胎壓力，但是輪胎閥結(jié)構(gòu)復(fù)雜。如圖1所示，是趙玉璠教授發(fā)明的單管路中央充放氣輪胎閥，可實(shí)現(xiàn)給輪胎充氣、放氣和測(cè)壓，但是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，安裝在車輪上，泥水容易進(jìn)入閥內(nèi)部，可靠性受到制約。
本文提出了一種雙管路通過輪邊總成的結(jié)構(gòu)，在車輪上安裝普通的氣控開關(guān)閥，車內(nèi)配簡(jiǎn)單的控制閥組及管路即可實(shí)現(xiàn)給輪胎充氣、放氣和測(cè)壓。
2 技術(shù)實(shí)現(xiàn)
該結(jié)構(gòu)如圖2所示。在輪邊總成內(nèi)實(shí)現(xiàn)兩條從靜止到運(yùn)動(dòng)的氣道。第一條從靜止到運(yùn)動(dòng)的氣道：氣道從靜止的轉(zhuǎn)向節(jié)1進(jìn)入，即氣道Ⅰ靜止部分4，在轉(zhuǎn)向節(jié)1和輪轂2之間，左右對(duì)稱安裝兩個(gè)密封圈Ⅱ，在密封圈Ⅱ中間設(shè)氣道孔與氣道Ⅰ靜止部分4連通。在輪轂2，兩個(gè)密封圈Ⅱ之間設(shè)置氣道Ⅰ旋轉(zhuǎn)部分3，這樣，即使轉(zhuǎn)向節(jié)1與輪轂2相對(duì)旋轉(zhuǎn)，氣道Ⅰ靜止部分4與氣道Ⅰ旋轉(zhuǎn)部分3仍能相通，形成一個(gè)從靜止到運(yùn)動(dòng)的氣道。第二條從靜止到運(yùn)動(dòng)的氣道：氣道從轉(zhuǎn)向節(jié)1進(jìn)入，即氣道Ⅱ靜止部分5，它直接通向空腔8，空腔8有端蓋7、轉(zhuǎn)向節(jié)1、輪轂2、密封圈Ⅰ、密封圈Ⅱ形成，在端蓋7上設(shè)立氣道Ⅱ出氣口6，氣道Ⅱ出氣口6及它所在的端蓋7隨輪轂2與轉(zhuǎn)向節(jié)1之間相對(duì)旋轉(zhuǎn)，氣道Ⅱ靜止部分5、空腔8及氣道Ⅱ出氣口6共同形成第二條從靜止到運(yùn)動(dòng)的氣道。兩個(gè)密封圈9和10要有一定的氣體密封功能。
1 轉(zhuǎn)向節(jié) 2 輪轂 3氣道Ⅰ旋轉(zhuǎn)部分 4氣道Ⅰ靜止部分 5氣道Ⅱ靜止部分
6氣道Ⅱ出氣口 7 端蓋 8 空腔 9 密封圈Ⅰ 10 密封圈Ⅱ
圖2 雙氣道結(jié)構(gòu)圖
3 具體實(shí)施方式
1 轉(zhuǎn)向節(jié) 2 輪轂 3氣道Ⅰ旋轉(zhuǎn)部分 4氣道Ⅰ靜止部分 5氣道Ⅱ靜止部分 6氣道Ⅱ出氣口 7 端蓋 8 空腔 9 密封圈Ⅰ 10 密封圈Ⅱ 11 氣控常閉開關(guān)閥 12 常通開關(guān)電磁閥 13 常閉開關(guān)電磁閥 14 氣源 15 兩位三通電磁閥 16 壓力傳感器 17 輪胎
圖3 雙氣道中央充氣系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖
輪胎中央充放氣系統(tǒng)的作用就是車輛在行進(jìn)或停止過程中調(diào)整輪胎壓力，實(shí)現(xiàn)對(duì)輪胎充氣、放氣和測(cè)壓操作，在系統(tǒng)不工作時(shí)要能實(shí)現(xiàn)輪胎保壓。圖3是雙氣道輪邊總成結(jié)構(gòu)融入輪胎中央充放氣系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)輪胎保壓狀態(tài)的氣路原理圖。圖中12、13、15三個(gè)電磁閥均處于初始狀態(tài)（不加電狀態(tài)），氣控常閉開關(guān)閥11處于常閉狀態(tài)，輪胎保壓。
圖4 充氣狀態(tài)圖
圖4是雙氣道輪邊總成結(jié)構(gòu)融入輪胎中央充放氣系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)輪胎充氣狀態(tài)的氣路原理圖。兩位三通電磁閥15通電，高壓氣體從氣源14通向氣道Ⅱ靜止部分5，再通向氣道Ⅱ出氣口6，高壓氣體推動(dòng)氣控常閉開關(guān)閥11，使其從常閉狀態(tài)轉(zhuǎn)向?qū)顟B(tài)。同時(shí)常通開關(guān)電磁閥12通電，該電磁閥從常通狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槿鐖D3所示的關(guān)閉狀態(tài)。同時(shí)常閉開關(guān)電磁閥13通電，該電磁閥從常閉狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槿鐖D3所示的導(dǎo)通狀態(tài)。高壓氣體從氣源14通向氣道Ⅰ靜止部分4，再通向氣道Ⅰ旋轉(zhuǎn)部分3，繼而經(jīng)過控常閉開關(guān)閥11通向輪胎。實(shí)現(xiàn)給輪胎充氣。
圖5 放氣狀態(tài)圖
圖5是雙氣道輪邊總成結(jié)構(gòu)融入輪胎中央充放氣系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)輪胎放氣狀態(tài)的氣路原理圖。兩位三通電磁閥15通電，高壓氣體從氣源14通向氣道Ⅱ靜止部分5，再通向氣道Ⅱ出氣口6，高壓氣體推動(dòng)氣控常閉開關(guān)閥11，使其從常閉狀態(tài)轉(zhuǎn)向?qū)顟B(tài)。輪胎內(nèi)的氣體經(jīng)氣控常閉開關(guān)閥11通向氣道Ⅰ旋轉(zhuǎn)部分3，再通向氣道Ⅰ靜止部分4，經(jīng)常閉開關(guān)電磁閥13排出。常通開關(guān)電磁閥12和常閉開關(guān)電磁閥13均不通電，處于原始狀態(tài)位置。從而實(shí)現(xiàn)給輪胎放氣。
圖6 測(cè)壓狀態(tài)圖
圖6是雙氣道輪邊總成結(jié)構(gòu)融入輪胎中央充放氣系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)輪胎測(cè)壓狀態(tài)的氣路原理圖。兩位三通電磁閥15通電，高壓氣體從氣源14通向氣道Ⅱ靜止部分5，再通向氣道Ⅱ出氣口6，高壓氣體推動(dòng)氣控常閉開關(guān)閥11，使其從常閉狀態(tài)轉(zhuǎn)向?qū)顟B(tài)。輪胎內(nèi)的氣體經(jīng)氣控常閉開關(guān)閥11通向氣道Ⅰ旋轉(zhuǎn)部分3，再通向氣道Ⅰ靜止部分4，與壓力傳感器16導(dǎo)通，同時(shí)常通開關(guān)電磁閥12通電，從常通狀態(tài)轉(zhuǎn)換為關(guān)閉狀態(tài)，密封氣體。常閉開關(guān)電磁閥13不通電，處于原始狀態(tài)位置封閉氣體。實(shí)現(xiàn)測(cè)量輪胎壓力。
輪胎中央充放氣系統(tǒng)的充氣、放氣、測(cè)壓和保壓四種工況可以通過控制三個(gè)電磁閥實(shí)現(xiàn)任何工況的轉(zhuǎn)換和保持。
4 工程實(shí)施中的問題及解決方法
輪邊總成如果有傳動(dòng)減速機(jī)構(gòu)，則氣道Ⅱ通過的空腔7就會(huì)有潤滑油，油和氣混合不會(huì)對(duì)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的潤滑造成影響，但是潤滑油會(huì)進(jìn)入圖中的氣控常閉開關(guān)閥，要注意該氣道僅能用來推動(dòng)開關(guān)閥的活門，實(shí)現(xiàn)力的傳遞，不能有流動(dòng)現(xiàn)象，更不能消耗、流失潤滑油。潤滑油也會(huì)進(jìn)入氣道Ⅱ靜止部分，在工程實(shí)施過程中，可以通過管路的高低設(shè)置或增加毛細(xì)管阻尼器避免潤滑油流失。
在中央充氣工作過程中，氣道Ⅱ通過的空腔7就會(huì)有0.2MPa左右的氣壓，該空腔內(nèi)油和氣混合，相關(guān)的油封要在該壓力條件下保證密封可靠。
參考文獻(xiàn)
[1] 趙玉璠. 壓力流體方向控制閥及其在輪胎氣壓調(diào)節(jié)裝置中應(yīng)用［P］. 中國專利：ZL 1084944A，1994-4
