帶附加氣室空氣彈簧動(dòng)力學(xué)特性研究.pdf

1、以空氣彈簧為彈性元件的空氣懸架系統(tǒng)表現(xiàn)出了諸多的優(yōu)越性，如果在此基礎(chǔ)上再增加一附加氣室組成帶附加氣室空氣彈簧系統(tǒng)，還可以進(jìn)一步提高懸架系統(tǒng)的減振性能。不僅對(duì)公路車(chē)輛，對(duì)于作業(yè)環(huán)境、行駛路況更為復(fù)雜的農(nóng)用車(chē)輛、工程車(chē)輛、林用車(chē)輛等非公路車(chē)輛來(lái)說(shuō)，應(yīng)用帶附加氣室空氣懸架可有效地提高它們對(duì)不同路況、不同作業(yè)環(huán)境的適應(yīng)能力。
　　 本文以Firestone公司生產(chǎn)的1T15M-2膜式空氣彈簧為彈性元件，通過(guò)管路和節(jié)流孔接入附加氣室建立了

2、帶附加氣室空氣彈簧系統(tǒng).結(jié)合目前國(guó)內(nèi)外相關(guān)的研究結(jié)論，利用理論分析與實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的方法對(duì)帶附加氣室空氣彈簧系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)特性進(jìn)行了系統(tǒng)地研究，對(duì)此系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)特性的影響因素和影響規(guī)律進(jìn)行了詳細(xì)地分析，分析了帶附加氣室空氣懸架的設(shè)計(jì)方案，所完成的工作及取得的結(jié)論歸納如下：
　　 1.基于剛體動(dòng)力學(xué)、熱力學(xué)及空氣動(dòng)力學(xué)理論建立了帶附加氣室空氣彈簧系統(tǒng)的非線性動(dòng)力學(xué)理論模型，在Matlab/Simulink環(huán)境下建立了系統(tǒng)振動(dòng)仿真模型，仿真

3、分析了不同節(jié)流孔開(kāi)度和不同附加氣室容積下系統(tǒng)簧上質(zhì)量位移階躍響應(yīng)特性和位移幅頻響應(yīng)特性。仿真結(jié)果表明，附加氣室能夠顯著降低系統(tǒng)固有頻率，合理設(shè)置節(jié)流孔開(kāi)度可以有效衰減振動(dòng).
　　 2.通過(guò)空氣彈簧靜特性實(shí)驗(yàn)建立了空氣彈簧靜剛度、空氣彈簧內(nèi)壓及有效面積隨彈簧拉伸、壓縮變形時(shí)與彈簧高度之間的變化關(guān)系。基于系統(tǒng)非線性模型創(chuàng)建了帶附加氣室空氣彈簧系統(tǒng)動(dòng)剛度理論模型。建立了系統(tǒng)動(dòng)剛度實(shí)驗(yàn)測(cè)試系統(tǒng)，結(jié)合實(shí)驗(yàn)對(duì)系統(tǒng)動(dòng)剛度理論模型進(jìn)行了驗(yàn)證并分

4、析了系統(tǒng)動(dòng)剛度的影響因素。研究結(jié)果表明，空氣彈簧初始?xì)鈮旱脑黾?、振?dòng)頻率的升高和振幅的增大均會(huì)增大系統(tǒng)動(dòng)剛度；隨節(jié)流孔開(kāi)度的增大，系統(tǒng)動(dòng)剛度由最大值逐漸減小到最小值；附加氣室容積的增大也有利于降低系統(tǒng)的動(dòng)剛度，但當(dāng)附加氣室容積超過(guò)彈簧容積2-3倍以后，附加氣室容積的變化對(duì)系統(tǒng)動(dòng)剛度的影響不再明顯。動(dòng)剛度理論計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果比較吻合，驗(yàn)證了動(dòng)剛度理論模型的正確性。
　　 3.為了簡(jiǎn)化模型，有利于對(duì)懸架系統(tǒng)的分析和控制，利用小偏差

5、線性化的方法在小振幅的條件下對(duì)帶附加氣室空氣彈簧系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行了線性化處理，分別獲得了系統(tǒng)的動(dòng)剛度線性化模型和系統(tǒng)線性運(yùn)動(dòng)微分方程，由線性微分方程得出了簧上質(zhì)量位移傳遞函數(shù)。
　　 4.基于復(fù)剛度建立了帶附加氣室空氣彈簧系統(tǒng)的等效剛度、等效阻尼比以及固有頻率的理論計(jì)算模型；構(gòu)建了等效力學(xué)模型特性參數(shù)的實(shí)驗(yàn)測(cè)試系統(tǒng)，實(shí)驗(yàn)研究了節(jié)流孔開(kāi)度、附加氣室容積、簧上質(zhì)量等因素對(duì)等效力學(xué)特性參數(shù)的影響關(guān)系，并對(duì)等效力學(xué)參數(shù)模型進(jìn)行了驗(yàn)證。

6、研究結(jié)果表明，附加氣室容積為主氣室容積2倍時(shí)，節(jié)流孔由小變大過(guò)程中，可以使系統(tǒng)等效剛度降低60％左右，系統(tǒng)固有頻率降低0.45Hz，系統(tǒng)等效阻尼比呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢(shì)。附加氣室容積的增大使得系統(tǒng)等效剛度和固有頻率降低，但當(dāng)附加氣室容積大于主氣室容積2-3倍后，附加氣室容積的增大對(duì)系統(tǒng)的等效剛度和固有頻率影響便不再明顯。當(dāng)節(jié)流孔完全打開(kāi)時(shí)，增大附加氣室容積只略微增大系統(tǒng)等效阻尼比，當(dāng)節(jié)流孔開(kāi)度處在最大阻尼狀態(tài)時(shí)，增大附加氣室容積可明顯增

7、大系統(tǒng)的等效阻尼比。在保持空氣彈簧靜態(tài)工作高度不變的前提下，增加簧上質(zhì)量會(huì)增大彈簧等效剛度，但簧上質(zhì)量的變化對(duì)彈簧的等效阻尼比和固有頻率影響不大。比較理論計(jì)算結(jié)果和實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，系統(tǒng)等效剛度、等效阻尼比和固有頻率的計(jì)算模型在一定范圍內(nèi)保持了較高的精度.
　　 5.構(gòu)建了帶附加氣室空氣彈簧振動(dòng)響應(yīng)特性實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，實(shí)驗(yàn)研究了節(jié)流孔直徑、附加氣室容積以及激振頻率對(duì)振動(dòng)系統(tǒng)的位移傳遞率、最大動(dòng)載荷以及簧上質(zhì)量響應(yīng)加速度的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明

8、，節(jié)流孔直徑由小到大的變化過(guò)程中，系統(tǒng)在共振頻率點(diǎn)的位移傳遞率、最大動(dòng)載荷和響應(yīng)加速度均方根值的變化規(guī)律基本相同，三者均首先迅速降低，在節(jié)流孔直徑d=6mm左右，降低到最小值，之后隨節(jié)流孔繼續(xù)增大，各指標(biāo)又開(kāi)始緩慢回升.改變附加氣室容積對(duì)系統(tǒng)的位移傳遞率、動(dòng)載荷及響應(yīng)加速度也具有顯著的影響，在附加氣室容積小于主氣室容積2倍的范圍之內(nèi)時(shí)，附加氣室容積的增大能夠顯著降低系統(tǒng)在共振頻率點(diǎn)的位移傳遞率、加速度均方根值以及最大動(dòng)載荷，但當(dāng)附加氣室

9、容積超過(guò)主氣室容積2倍時(shí)，附加氣室容積的增大對(duì)以上三個(gè)指標(biāo)的影響不再明顯。
　　 6.提出并分析了帶附加氣室被動(dòng)空氣懸架和半主動(dòng)空氣懸架的設(shè)計(jì)方案.建立了剛度、阻尼可調(diào)半主動(dòng)空氣懸架1/4車(chē)輛振動(dòng)模型，基于振動(dòng)模型在Matlab/Simuink環(huán)境下建立了車(chē)輛平順性仿真模型，通過(guò)在不同路面和不同車(chē)速下仿真，比較分析了帶附加氣室剛度、阻尼可調(diào)半主動(dòng)空氣懸架與傳統(tǒng)無(wú)附加氣室被動(dòng)空氣懸架的平順性性能指標(biāo)，研究結(jié)果表明，通過(guò)適當(dāng)調(diào)節(jié)節(jié)流