拖拉机驾驶室悬架油气弹簧设计与试验

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悬架构造实验报告(3篇)

第1篇一、实验目的1. 了解汽车悬架系统的基本组成和结构。

2. 掌握不同类型悬架系统的构造特点。

3. 分析悬架系统在汽车行驶中的作用。

二、实验原理汽车悬架系统是连接车架与车轮的部件，其主要功能是将路面传递给车轮的载荷和反作用力传递到车架上，以保证汽车的平稳行驶。

悬架系统由弹性元件、减振器和导向机构三部分组成。

三、实验内容1. 扭杆梁式悬架系统2. 麦弗逊式独立悬架系统3. 电子控制主动式油气弹簧悬架系统四、实验步骤1. 观察扭杆梁式悬架系统（1）观察悬架系统的整体结构，了解其组成。

（2）观察扭杆梁的形状和材料，了解其作用。

（3）观察减振器和弹簧的安装位置和结构，了解其作用。

2. 观察麦弗逊式独立悬架系统（1）观察悬架系统的整体结构，了解其组成。

（2）观察滑动立柱和横摆臂的形状和材料，了解其作用。

（3）观察减振器和弹簧的安装位置和结构，了解其作用。

3. 观察电子控制主动式油气弹簧悬架系统（1）观察悬架系统的整体结构，了解其组成。

（2）观察油气弹簧的结构和材料，了解其作用。

（3）观察传感器、电控单元和电磁阀的安装位置和作用。

五、实验结果与分析1. 扭杆梁式悬架系统扭杆梁式悬架系统通过扭杆梁来平衡左右车轮的上下跳动，以减小车辆的摇晃，保持车辆的平稳。

在实验中，我们观察到扭杆梁的形状和材料，以及减振器和弹簧的安装位置和结构，从而了解了扭杆梁式悬架系统的构造特点。

2. 麦弗逊式独立悬架系统麦弗逊式独立悬架系统由滑动立柱和横摆臂组成，具有较好的操控性和稳定性。

在实验中，我们观察到滑动立柱和横摆臂的形状和材料，以及减振器和弹簧的安装位置和结构，从而了解了麦弗逊式独立悬架系统的构造特点。

3. 电子控制主动式油气弹簧悬架系统电子控制主动式油气弹簧悬架系统由油气弹簧、传感器、电控单元和电磁阀等组成，可以实现悬架刚度和阻尼的调节。

在实验中，我们观察到油气弹簧的结构和材料，以及传感器、电控单元和电磁阀的安装位置和作用，从而了解了电子控制主动式油气弹簧悬架系统的构造特点。

拖拉机液压悬挂系统检测指标及试验方法

拖拉机液压悬挂系统检测指标及试验方法丛　茜１ａ，１ｂ，马博帅１ａ，王　琳２，杨婉丽２，陈廷坤１ａ，１ｂ（１．吉林大学ａ．生物与农业工程学院；ｂ．工程仿生教育部重点实验室，长春　１３００００；２．洛阳拖拉机研究所有限公司，河南洛阳　４７１０００）摘　要：阐述了拖拉机液压悬挂检测的研究现状，从我国拖拉机发展现状出发，介绍了我国拖拉机液压检测的指标和方法，并对试验方法做出相应评价，为综合评价拖拉机液压悬挂检测提供理论支撑，并为实现农业机械检测智能化提供参考。

关键词：拖拉机；液压悬挂；评价指标中图分类号：Ｓ２１９．０３２．４文献标识码：Ａ文章编号：１００３－１８８Ｘ（２０２１）０２－０２２９－０６０　引言我国是农业大国，耕地面积排在世界第４位，仅次于美国、俄罗斯和印度［１］。

农业生产不仅解决了我国１４亿人口的吃饭问题，也对世界农业发展做出了巨大的贡献［２］。

拖拉机是农业机械化生产过程的主要动力机械，是农业作业高效率的基础，是农业作业一体化的标志，也是考量国家农业机械化发展水平的重要因素。

目前，拖拉机在我国各地被广泛使用，仅每年耕作面积就达２．７亿ｈｍ２［３－５］，标志着我国农村机械化程度越来越高［６］。

《中国制造２０２５》国家战略和“十三五”战略提出，将智能农机装备作为重点发展的十大领域之一，并将农业机械的现代化和智能化列为国家重点研发计划，极大地推动了我国的农业机械化的进程，提高了我国农业机械制造的技术水准［７－１２］。

拖拉机通过其液压悬挂装置牵引提升各类农用工具从而完成农业生产，液压悬挂装置是拖拉机工作的核心，高精度和压力补偿的液压动力输入和电控提升悬挂的采用大大方便了农机具的挂接和液压工作过程中的稳定性［１３－１６］。

但是，由于工艺和装配质量问题，常常有液压悬挂系统不符合出厂要求的拖拉机流入市场，因此拖拉机出厂检测极其重要［１７－１９］。

完善农机产品性能指标评价体系，将对政府差异化农机购置补贴政策的实施、农机用户理性购机和农机市场的合理化分级起到积极作用，对我国农业机械收稿日期：２０１９－１２－１７基金项目：国家重点研发计划项目（２０１７ＹＦＤ０７００２０２）作者简介：丛　茜（１９６３－），女，长春人，教授，博士生导师，（Ｅ－ｍａｉｌ）ｃｏｎｇｑｉａｎ＠ｊｌｕ．ｃｏｍ。

拖拉机液压悬挂解读

第一章绪论1.1 引言拖拉机液压悬挂系统主要用来在使用过程中根据外界条件或者特定要求对农机具进行调节，对农机具调节的方式比较常用的有：位置调节，阻力调节，力位综合调节等，还有在非耕作情况下对农机具实现快速上升和下降的调节。

在前面的调节方式中，位置调节则由提升器的位调节手柄或油缸限位卡箍来控制农具与拖拉机之间的相对位置，以保证农具在选定的耕深下工作。

力调节的作用在于当土壤密度或地表面变化而使负荷增加时，提升器会自动将农具提升，当负荷减小时会自动将农具下降，通过自动升降农具保持工作负荷的稳定。

同时考虑到在土壤比阻变化比较大的情况下，力调节只能保证发动机的负荷的稳定性而不能保证耕深的均匀性，因此提出了力位综合调节，综合调节法的基础是阻力控制法，在土壤比阻均匀条件下，还是要尽量保持发动机负荷稳定的，只是在比阻变化较大时，它才靠牺牲发动机负荷的稳定来保持耕深的比较稳定。

传统的拖拉机液压悬挂机组的控制方式是机液控制系统，从70年代它逐渐被电液控制系统代替[1]。

进入21世纪后，拖拉机向低排放、低油耗、大功率、智能化、舒适性方向发展，机械式的控制系统在结构布置和性能方面已不适应现代农机发展的要求。

将农业机械装备技术融合现代液压技术、传感器技术、电子技术和单片机控制技术，可极大地提高液压悬挂系统操作的舒适性和简捷性，准确、快速地使用和调节液压悬挂系统，可提高生产率和作业质量。

因此，对传统式液压悬挂系统的技术改进势在必行。

1.2 研究背景和研究意义1.2.1 研究背景农业机械化是现代农业的重要技术基础，是农业现代化的重要标志和内容。

世界发达国家己在上世纪60年代至70年代就实现了农业现代化，各国农业现代化发展历程表明，农业机械化、智能化是农业现代化不可逾越的阶段。

农业机械化作为现代化农业生产的载体，把计算机、自然科学等引入农业生产过程，使现代工程技术在现代农业生产中得以广泛应用，极大地改善了农业生态环境，促进了农业的可持续发展，大大提高农业劳动资源利用率、生产率和农业产品商品化率。

拖拉机全悬浮驾驶室振动理论研究教材

拖拉机全悬浮驾驶室振动理论研究摘要：本文主要是以KAT1804型拖拉机为原型，在其驾驶室的四个支点上加上减振装置，形成全悬浮型驾驶室，以达到减振的目的。

在查找了参考资料后，画出拖拉机模型简图，按车辆减振要求求出模型主要的参数。

同时利用已知参数推导出系统的运动微分方程，并整理成矩阵的形式。

然后利用MATLAB软件对支点处减振装置的刚度和阻尼系数进行了优化，得出合适的值。

最后将值输入到系统中进行仿真分析，用于检验驾驶室的垂直加速度和角加速度是否满足设计要求。

结果表明，研究方法科学，优化的数据行之有效。

关键词：拖拉机；驾驶室；全悬浮设计；数据仿真；减振Research on vibration theory of the tractor’s suspended cabAbstract：This paper taken KAT1804 tractor as the prototype, and added the cab’s four fulcrum with damping device, forming a suspended cab, in order to achieve the purpose of reducing vibration. In search of reference data, I drew the tractor’s model diagram and got the major parameters of the model according to vehicle’s vibration damping requirements. At the same time I used the known parameters to deduce the system’s moveme nt differential equation and organized into the form of matrix. Then I optimized the pivot point’s damper stiffness and damping coefficients with the help of MA TLAB, selecting the appropriate value. Finally I input the values to the system simulation to in spect whether the cab’s vertical acceleration and angular acceleration can meet the requirements of the design. The results show that the method is scientific and the optimized data is effective.Key words: tractor；cab；full suspension design；data simulation; vibration damping引言目前,拖拉机主要使用在经济发展较为落后的农村,其运输行驶的道路路况较差,路面的突起较多,由于受路面不平整的影响,拖拉机在行驶过程中振动比较严重。

油气弹簧主要参数对悬架系统性能的影响分析

量的加权加速度均方根值逐渐减小，而悬架动行程的均方根值和车轮动载荷系数却逐渐增加，而且它们的变化逐渐趋于平缓。对图５进行分析可知，随着蓄能器在静平衡位置时气体体积的增加，悬架动行程的均方根值先增加后减小，而后趋于平缓，簧载质量的加权加速度均方根值和车轮动载荷系数的变化趋势与图４所示的变化趋势相同。可见，当副气室和蓄能器内气体体积较小的时候，气体体积的变化对悬架系统性能的影响较大。对图４和图５的分析表明，在合理地选择油气弹簧其他参数，保证悬架动行程和轮胎接地性不至于恶化的前提下，可以适当增加副气室和蓄能器内气体的体积，以取得较好的平顺性。
wk油气弹簧和车辆模型的仿真参数参数名称符号数值单位1510620103501041251022517865004006250103静平衡位置气体压力蓄能器静平衡位置气体体积副气室静平衡位置气体体积液压软管内径液压软管长度气体多变指数液压油密液压油动力粘度流量系数主活塞横截面积阻尼孔过流面积单向阀有效过流面积单向阀个数簧载质量非簧载质量轮胎刚度pspakgkg125125f80v3sdplpcga1ad0ac0nc0m2m1悬架动行程指悬架系统的组成元件如弹簧减振器的压缩和拉伸长度评价指标为簧载质量与非簧载质量之间的相对位移亦称悬架的动挠度
簧主要由悬架缸、主活塞、
蓄能器、浮动活塞和中空
的活塞杆组成。主活塞与
悬架缸构成了主油室Ｉ，
浮动活塞把活塞杆内的空
腔分为副油室Ⅱ和副气室
Ⅲ，蓄能器的气囊为气室
Ⅳ。在建立油气弹簧单缸
数学模型时，假定悬架缸
轴向固定不动。活塞一活塞杆组件相对于悬架缸作
轴向往复运动。活塞一活
图Ｉ油气弹簧结构简图
万方数据
第２０卷第９期２００８年５月

17-4.5空气悬架、油气弹簧设计

17-4.5空⽓悬架、油⽓弹簧设计4.5空⽓悬架、油⽓弹簧设计4.5.1空⽓悬架的设计空⽓悬架多应⽤于各类⼤型客车和⽆轨电车上，在⾼级轿车、长途运输重型载货汽车和挂车上也有所采⽤。

其弹性元件是由夹有帘线的橡胶囊或膜和冲⼊其内腔的压缩空⽓所组成。

这种悬架除弹性元件、减振器和导向机构外，⼀般还装有车⾝⾼度调节装置。

由于空⽓弹簧可以设计得⽐较柔软，因⽽空⽓悬架可以得到较低得固有振动频率，同时空⽓弹簧的变刚度特性使得这⼀频率在较⼤的载荷变化范围内保持不变，从⽽提⾼了汽车的⾏驶平顺性。

空⽓悬架的另⼀个优点在于通过调节车⾝⾼度使⼤客车的地板⾼度和载货汽车的货箱⾼度随载荷的变化基本保持不变。

此外，空⽓悬架还具有空⽓弹簧寿命长、质量⼩以及噪声低等⼀些优点。

空⽓悬架的不⾜之处在于：结构复杂，与传统的钢制弹性元件相⽐，需要增加压⽓机、车⾝⾼度调节器以及⽓阀等零部件；价格昂贵；空⽓弹簧尺⼨较⼤，不便于布置；需要专门的导向机构传递侧向⼒、纵向⼒及制动、驱动⼒矩。

正是由于这些原因，普通轿车上很少采⽤空⽓悬架。

戴姆勒—奔驰公司仅在其最⾼档的600系列轿车上才装有空⽓悬架。

按照结构特点，空⽓弹簧可以分为囊式和膜式两⼤类。

囊式空⽓弹簧结构相对简单，制造⽅便，但刚度较⾼，因⽽常⽤于⼤型客车、⽆轨电车和载货汽车，并且常配有辅助⽓室以降低弹簧刚度。

膜式空⽓弹簧刚度⼩，适合于⽤作轿车悬架，但同等空⽓压⼒和尺⼨下其承载能⼒⼩，并且动刚度会增⼤。

图4－17如图4—17所⽰，当在充满⽓体的空⽓弹簧上作⽤外⼒P 后，会引起弹簧的微⼩变形df ，相应的⽓体容积变化量为dV 。

由于囊壁变形所做的功与外⼒所作的功相⽐可以忽略，因⽽外⼒作的功Pdf 等于⽓体受压作的功dV p p a )(-dV p p Pdf a )(-= （4－39）式中p ——弹簧内空⽓的绝对压强；a p ——⼤⽓压强。

k ——⽓体常数，当汽车载荷缓慢变化时，弹簧内空⽓状态的变化接近于等温过程，可取k ＝1；当汽车在⾏驶过程振动时，弹簧内空⽓状态的变化接近于绝热过程，可取k ＝1.4；实际计算时，通常取k ＝1.2～1.4。

拖拉机悬挂提升能力较和课程设计

拖拉机悬挂提升能力较和课程设计在农业机械领域，拖拉机悬挂提升能力一直是一个备受关注的话题。

在实际农业生产中，拖拉机的悬挂装置对于提升作业效率、改善作业质量至关重要。

而课程设计则是培养农业机械工程专业学生的重要环节，如何结合拖拉机悬挂提升能力与课程设计，是一个值得深入思考的问题。

一、拖拉机悬挂提升能力的重要性1. 悬挂能力直接关系到农业生产效率拖拉机作为农业生产的重要机械设备，其悬挂装置的性能直接关系到农业生产的效率。

农业作业过程中，如果悬挂能力不足，将导致作业效率低下，无法满足广泛的农业需求。

2. 悬挂能力与农机设备的适配性拖拉机的悬挂组件需要能够与各种农机设备进行适配，以完成不同的农业作业任务。

悬挂能力的提升也意味着更广泛的适配性，可以满足多样化的农业生产需求。

3. 悬挂能力与作业质量悬挂能力的提升不仅可以提高作业效率，还能够改善作业质量。

对于翻地、收割等作业，悬挂能力的提升可以保证机械设备的稳定性，从而提高作业质量。

二、拖拉机悬挂提升能力的课程设计1. 课程设置在农业机械工程专业的课程设置中，应当充分考虑拖拉机悬挂提升能力的相关知识。

可以设置专门的课程，例如“农业机械悬挂原理与设计”等，引导学生深入理解和掌握悬挂提升能力的相关理论和技术。

2. 实践环节课程设计中应当设置与实践相结合的环节，引导学生通过实际操作了解拖拉机悬挂提升能力的重要性。

组织学生进行悬挂装置的拆装和调试实验，让他们在实践中感受悬挂能力对农业生产的影响。

3. 项目设计在课程设计中可以设置项目设计环节，引导学生根据实际农业生产需求和拖拉机悬挂提升能力的要求，进行相关设计与改进。

通过项目设计，学生不仅能够理论联系实际，还能够提高实际问题解决的能力。

三、个人观点与理解作为农业机械工程专业的学生，在学习拖拉机悬挂提升能力与课程设计的过程中，我深切体会到这一主题的重要性。

悬挂能力的提升不仅关系到农业生产的效率和质量，还关系到农机设备的适配性和可持续发展。

油气弹簧缸设计与特性分析(精)

前言车辆作为一种现代化交通工具，人们对其机动性能要求越来越高，而其平均行驶速度、行驶平顺性、横向稳定性、缓冲可靠性及乘坐舒适性是其机动性能的几个重要指标。

车辆的乘坐舒适性和车身的固有振动特性有关，而车身的固有振动特性又与悬架的特性密切相关。

悬架是车架（或承载式车身）与车桥（或车轮）之间的一切传力连接装置的总称，一般有弹性元件、减振器、导向机构三部分组成。

其作用是把路面作用于车轮上的垂直反力（支乘力）、纵向反力（驱动力和制动力）和侧向反力以及这些反力所造成的力矩传递到车架上，以保证汽车正常行驶。

按车辆在行使过程中悬架的性能是否受到控制，可将悬架分为被动悬架、半主动悬架和主动悬架三种基本类型。

凡不需要输入能量进行控制的悬架称为被动悬架；输入少量能量调节阻尼系数的可控阻尼悬架称为半主动悬架；通过输入外部能量实现控制力调节的可控悬架叫做主动悬架。

传统的机械式被动悬架系统大都由减振器和螺旋弹簧或者是钢板弹簧组成。

弹簧刚度通常是一个定值,为了保证在不同路面上车辆行驶的平顺性,需要悬架的刚度较软,因而需要较大的悬架空间。

为此在被动悬架系统中人们设计了不同的变刚度弹簧来解决这一问题。

比如变中径、变节距的螺旋弹簧,主副钢板弹簧悬架等等。

油气悬架系统由于其刚度的非线性,与其他型式的被动悬架相比较有着显著的优越性。

油气悬架类属于被动悬架，但油气悬架又具有主动悬架的结构型式，具有只有主动悬架才能实现的部分功能和性能。

所谓油气悬架是指以油液传递压力、用惰性气体（通常为氮气）作为弹性介质的一种悬架，它的弹性元件为蓄能器，减振元件则为悬架缸内部的节流孔、单向阀等。

而油气弹簧缸（又称为油气悬架缸），作为油气悬架最重要的部件，决定着整个油气悬架的主要性能。

因此，对油气弹簧缸的研究便成为了首要任务。

目前，国外在这方面的研究比较成熟，远远超过国内的研究水平。

本论文将通过粗略的结构设计，重点对油气弹簧缸进行数学建模和对其性能进行仿真分析研究。

油气弹簧试验台测控系统设计与仿真

为了测试油气弹簧的性能与可靠性，需要通过试验台对油气弹簧进行试验。试验台的加载方式是一项重要的环节。传统的机械式试验台精度低，误差大，无法获得精准的试验数据，此类试验台已被逐渐淘汰 [2]。基于电液伺服控制的试验台功能齐全、精度高、响应速度快。该系统由计算机控制信号的采集和数据处理，其可视化程度高，因此十分适合油气弹簧的试验研究。
摘要：油气弹簧试验台是测试油气弹簧性能的必要设备，传统的机械式试验台输出信号误差大，难以满足试验需
求，因此需要设计一套性能良好、精准度高的试验台来对油气弹簧进行试验。本文分析了电液伺服试验台的基本组成，并对控制系统进行了设计与仿真，通过利用 Amesim 和 Simulink 联合仿真的方法对测控系统进行研究，建立电液伺服系统的数学模型。采用模糊 PID 控制对系统的动态特性进行控制，并与常规 PID 的控制方法进行对比。结果表明，模糊 PID 控制方法快速平稳，其达到稳态的时间为常规 PID 的 40%，并且系统具有较好的鲁棒性和抗干扰能力。关键词：电液伺服油气弹簧试验台模糊 PID 控制 Simulink;Amesim
Design and Simulation of Test and Control System for Hydro-pneumatic Spring Test-bench Li Hui Lu Liqun Dong Wanyu Yang Zunlei Ni Huiting
A b s t r a c t ：The oil-gas spring test bench is a necessary equipment to test the performance of the oil-gas spring. The output signal error of the traditional mechanical test bench is big, so it is diﬃcult to meet the test requirements. Therefore, it is necessary to design a set of test bench with good performance and high accuracy to test the hydro-pneumatic spring. In this paper, the basic composition of the electro-hydraulic servo test bench is introduced, and the control system is designed and simulated. By using AMESim and Simulink co-simulation method, the dynamic characteristics of the control system are studied, and the mathematical model of the control system is established. Fuzzy PID control is used to optimize and correct the dynamic characteristics of the system, and is compared with the conventional PID control method. The results show that the fuzzy PID control method is fast and stable, the time to reach the steady state is 40% of the conventional PID, and the system has good robustness and anti-interference ability.

油气弹簧在矿用车辆悬架系统中的应用

下开启，从而保证了压缩行程时缓和冲击和伸荷运行,加重了工作强度,大大加快了车辆损坏。
张行程时有效衰减振动的要求。 3 油气悬架的非线性变刚度特性刚度特性是指悬架油缸活塞杆上所受的
如货物都需要装载设备来完成装车工作, 在装车过程中, 这些大块物料对车辆的冲击作用是不可小觑的,随着装载次数的增多,必然会造成
科技论坛
油气弹簧在矿用车辆悬架系统中的应用
邵智 (三一重型装备有限公司，辽宁沈阳 110027)
摘要：油气弹簧是一种带有液力阻尼的气体弹簧，是以油液传递压力，而用气体(如氮气)作为弹性介质的弹性元件。矿用车辆工作的道路条件和装载条件十分恶劣，对底盘悬架系统提出了很高的要求。在各种悬架形式中，油气悬架系统具有优良的性能，能够显著地缓和冲击，减少颠簸，最大限度地满足工程车辆的要求，从而改善驾驶员的劳动条件、提高平均车速，使行驶平顺性和操纵安全性得到提高。
浮动活塞隔离成气室和内油室。工作时气室内率）低，行驶平顺性好；
充人氮气，内油室通过活塞与外油室相通，并充
3.2 在起伏路面上行驶时，动挠度大，在整
满油液。浮动活塞的作用在于把作为弹性介质个大的动行程范围内，距平衡位置较近的部分，
图 2 油气弹簧与普通弹簧性能对比
的高压氮气和压力油分开。在活塞对称相隔地油气弹簧的刚性增加的缓慢（相当于弹簧较分恶劣，对底盘悬架系统提出了很高的要求。在
活塞便停止运动。于是，车架与车桥的相对位置油气悬架的刚度取值，使车身获得很低的自由辆上得到了越来越广泛的应用。矿用车辆采用
不再变化。当载荷减小即推动活塞上移的作用振动频率，从而保持车辆具有良好的行驶平顺油气悬架必将成为今后矿用车辆悬架系统发展
力减小时，浮动活塞在高压氮气的作用下向内性。

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33
式中
k f2 、 k r2 — — —前、 N /m 后轮刚度， c r2 — — —前、 c f2 、 N · s/m 后轮阻尼系数， M c2 — kg — —机身质量， — —机身绕质心转动惯量， kg · m2 J c2 — N /m k f1 、 k r1 — — —驾驶室前、后悬架的刚度， c f1 、 c r1 — N · s/m — —驾驶室前、后悬架阻尼系数， — —驾驶室质量， kg M c1 — — —驾驶室绕质心转动惯量， kg · m2 J c1 — l f1 、 l r1 — — —驾驶室质心到前、后悬架的水平距 m 离， l f2 、 l r2 — — —机身质心到前、后轮轴的水平距 m 离， lc — — —驾驶室质心到机身质心的水平距离， m hf 、 m hr — — —前、后轮路面激励，
3
2 · · S · （ p － p2 ） sign（ x ） + x = sign（ x ） nC Q S z 2 ρ 1 4 πd j （ p － p2 ） 128 μl 3 1 1 · （ S1 － S2 ） · + sign（ x ） · x = CQ Sd 2 2 4 πd j 2 · （ p － p2 ）（ p1 － p3 ） sign（ x ）－ 128 μl 3 ρ （ 12 ）
图1 Fig． 1
· · c2 c2
带全浮式驾驶室的拖拉机振动模型 Vibration model of fullfloating cab tractor
· · · ·
M z
= c f1［z c1 － z c2 － l f1 φ c1 －（ l c － l f1 ） φ c2］+
· · · ·
1
油气弹簧刚度和阻尼
· · · ·
（ 4）
1127 修回日期： 20140102 收稿日期： 2013* 国家自然科学基金资助项目（ 51275249 ） Email： zhusihong@ njau． edu． cn 作者简介：朱思洪，教授，博士生导师，主要从事车辆系统动力学及控制研究，
第 12 期
朱思洪等：拖拉机驾驶室悬架油气弹簧设计与试验
{
S2 x = sign（ x ） nQ z + Q j （ S1 － S2 ） x =
·
·
·
图3
· d
阻尼力计算模型
1 + sign（ x ） ] Q [1 2 2
－ Qj
（ 11 ）
Fig． 3
Model of damping force calculating
式中
n— — —阻尼孔个数由式（ 8 ）～（ 11 ）得
· · c2 c2 · · · · · · · · · ·
= c f1［－ z c1 + l f1 φ c1 + z c2 + （ l c － l f1 ） φ c2］+
· · · · · · · ·
·
·
·
·
c r1［－ z c1 － l r1 φ c1 + z c2 + （ l c + l r1 ） φ c2］+ k f1［－ z c1 + l f1 φ c1 + z c2 + （ l c － l f1 ） φ c2］+ k r1［－ z c1 － l r1 φ c1 + z c2 + （ l c + l r1 ） φ c2 ］
（ 5）（ 6）
F = p （ S1 － S2 ） = 式中
p— — —压缩后系统压力 — —蓄能器初始充气压力 p0 — V0 — — —蓄能器初始充气体积 — —气体多变指数， r— 静态时取 r = 1
2. 3
阻尼力模型在油气弹簧压缩或复原时，油缸与活塞杆间的
·
在固有频率为 0. 8 ～ 2. 5 Hz、阻尼比为 0. 15 ～ 0. 35 及悬架动行程为 ± 50 mm 条件下，利用微分方程对振动模型进行驾驶室悬架参数匹配研究。得到 20 kN / m，驾驶室前、后悬架刚度为 20 、阻尼系数为 1 233 、 1 726 N · s / m。、前后支点单个油气弹簧刚度为 10 、 10 kN / m， 863 N · s / m。阻尼系数为 617 、
+
油气弹簧
设计
试验 1298 （ 2014 ） 12003205 文章编号： 1000-
中图分类号： TH135 ； U463. 33 4. 3
文献标识码： A
引言
油气弹簧具有非线性变刚度、结构紧凑、悬架锁止、水平调节及阻尼可调等优点，已广泛用于非公路车辆悬架
［1 － 5 ］
。研究表明，油气悬架可有效提高拖
4 个腔压力从 p0 变容积变化均为 ΔV = （ S1 － S2 ） x，化为 p。缓慢移动时工作介质温度变化忽略不计，
r r 则油气弹簧内部压按理想气体状态方程 pV = p0 V0 ，
力及静态弹性力可表示为 p=
r r p 0 V0 pV0 = r Vr ［ V0 －（ S1 － S2 ） x］ r p 0 V0 （ S1 － S2 ） r ［ V0 －（ S1 － S2 ） x］
· · c1 c1 · · · ·
（ 1）
（ l c + l r1 ） + l f1 ） + c r1［z c1 － z c2 + l r1 φ c1 －（ l c + l r1 ） φ c2 ］ k f1［ z c1 － z c2 － l f1 φ c1 －（ l c － l f1 ） φ c2 ］（ l c － l f1 ） + z c1 － z c2 + l r1 φ c1 －（ l c + l r1 ） φ c2 ］（ l c + l r1 ）－ k r1［ cf2 （－ z c2 + l f2 φc2 + h f ） l f2 + c r2 （－ z c2 － l r2 φ c2 + h r ） l r2 － k f2 （－ z c2 + l f2 φ c2 + h f ） l f2 + k r2 （－ z c2 － l r2 φ c2 + h r ） l r2
· ·
— —油缸与活塞杆相对速度 x— xs— x s 为 0. 003 m / s — —经验参数，
·
2
2. 1
油气弹簧设计与计算
油气弹簧结构设计系
Fv 为 2 N Fv — — —粘性摩擦系数， · s/m 节流阀两端压力与流量间关根据细长孔理论， πd j Δp 128 μl 23
4
根据驾驶室悬架参数优化设计结果，设计了驾［16 ］驶室悬架的油气弹簧，其结构如图 2 所示，该油气弹簧主要由液压油缸、节流阀、单向阀组及隔膜式蓄能器组成。其特点是节流阀和单向阀组的开度可调，以适应拖拉机行驶工况的变化。
驾驶室悬架为以 CF700 型拖拉机为研究对象，全浮式，其前、后悬架的左右支撑点均采用油气弹簧 — —阻尼元件，作为弹性— 其 4 自由度平面振动模型如图 1 所示。建立系统的振动微分方程如下 M z
· · c1 c1
c r1［z c1 － z c2 + l r1 φ c1 －（ l c + l r1 ） φ c2］+ k f1［ z c1 － z c2 － l f1 φ c1 －（ l c － l f1 ） φ c2］+ k r1［ z c1 － z c2 + l r1 φ c1 －（ l c + l r1 ） φ c2］+ c f2 （－ z c2 + l f2 φ c2 + h f ） + c r2 （－ z c2 － l r2 φ c2 + h r ） + k f2 （－ z c2 + l f2 φ c2 + h f ） + k r2 （－ z c2 － l r2 φ c2 + h r ）（ 3）（ lc － J φ = c f1［z c1 － z c2 － l f1 φ c1 －（ l c － l f1 ） φ c2 ］
槡
（ 10 ）
34
农
业
机
械
学
报
2014年
式中
Qz — — —流经阻尼孔的液压油流量， m3 / s — —阻尼孔通流面积， m2 Sz — — —油气悬架无杆腔与有杆腔间的液体 Δp21 — Pa 压力差，
由蓄能器内油液变化量与油气悬架缸筒内油液变化量相等可得式（ 8 ）～（ 10 ）中各流量间的关系为
Qj = 式中
（ 8）
— —流经节流阀的液压油流量， m3 / s Qj — · s — —液压油动力粘度， Pa μ— — —节流阀孔口通流直径， m dj — m — —孔口通流长度， l— — —蓄能器与有杆腔液体的压力差， Pa Δp23 — 单向阀两端压力与流量间关根据厚壁孔理论，
系为 Qd = CQ Sd 式中
— —流经单向阀的液压油流量， m3 / s Qd — CQ — — —孔口流量系数， C Q 为 0. 82 Sd — — —单向阀通流面积， m2
槡
2
Δp31 ρ
（ 9）
图2 Fig． 2
阻尼可调油气弹簧原理图 hydropneumatic spring
Principle model of damping adjustable
· · · · · ·
l f1 － J φ = c f1［z c1 － l f1 φ c1 － z c2 －（ l c － l f1 ） φ c2］ l r1 + c r1［z c1 + l r1 φ c1 － z c2 －（ l c + l r1 ） φ c2］ k f1［ z c1 － l f1 φ c1 － z c2 －（ l c － l f1 ） φ c2］ l f1 － k r1［ z c1 + l r1 φ c1 － z c2 －（ l c + l r1 ） φ c2］ l r1 （ 2）