4-阻尼可调油气弹簧特性分析与设计研究
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(IRS)modeI.Proceedj力g of the 7lb Inlemational Modal Anal—
…,1.5A)的变化控制电磁铁以调整节流口的开度。当 I=0A时,控制阀的节流面积最大,系统输出力最小,适 合于车辆在较平整路面行驶,以充分体现舒适性;当I =1.5A时,控制阀关闭,此时只有油气弹簧内部阻尼 阀工作,系统输出力最大,适合于车辆在大起伏路面行 驶,以保证乘员的安全性。通过控制策略可以针对不 同路况在上述范围内实时调节阻尼力值,从而使车辆 达到最优平安比。为便于研究,采用下式对控制阀流 量与压差的试验数据进行最小二乘拟合:
(上接第145页) 阶近似的情况,且由于本文方法基于Neumann级数展
开,所以对于更高阶近似的缩聚而言其收敛性是显然 易见的。
参考文献
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[2]Guy蚰R J.Reduction 0f sti踟ess and m鹅s matrice8.AI从J,
总之,随着路况的变化,阻尼可调油气弹簧可以适 时调节系统输出力,使悬挂阻尼比达到最优,从而最大 限度地衰减车身振动,提高车辆的平顺性及安全性。
4结论
图ll公路均方根值
针对自主研发的阻尼可调油气弹簧,建立了数学
模型并进行了仿真分析,与产品外特性试验数据对比,
验证了方法的正确性,为系统设计提供了思路;进行了 装车及在不同路况下的实地跑车试验,得到了宝贵的
则缝隙总宽度为:
艿=60+△6
(6)
推导节流阀片变形后的外半径:
r=r。+√(r6一,。)2一广
(7)
环形缝隙流量解析式‘6。]:
Q,=等
(8)
式中Q,为缝隙流量,肛为流体的动力粘度,Z为缝隙
长度,缝隙的宽度为B=2竹r。
锄:亭掣 考虑过油通道的局部阻力损失:
‘
(9)
式中亭为局部损失系数,A。为活塞的有效工作面积, Aj为过油通道截面积,y为油气弹簧工作速度。
[8]雷天觉.新编液压工程手册[M].北京:北京理工大学出版 社.1998:50一80.+
o●Oo●oo●oo●口o●oo◆00●oo●oo●OO●oo●oo●oo●oo●Oo●oo●oo●oo●oo●oo●oo●oo●oo●00◆oo●oo●oo●oo●oo●oo●Do●00●oo●oO◆oo●oo●oo●oo●oo●oo●oo●oo●oo●00●00●oO●oo●oo●oo●o
由图5~图7和表2一表4可以看出:随着电流的
减小,控制阀节流口面积增吴,流量系数随之变大,系
统输出力在逐渐减小;另外,仿真与试验数据的对比
在不同路况和车速下测得的驾驶员处垂直振动加 速度均方根值(g)如图10、11所示。
振动与冲击
2008年第27卷
可以看出,随着车辆行驶速度的增加,各档位加速 度均方根值也随之增大。另外,当车辆在起伏路面行 驶时,为保证安全性,需要将控制器拨至硬档位,增大 系统的阻尼力,以使垂直加速度均方根值最小;当车辆 在道路等级较高的公路行驶时,更加强调的是乘员的 舒适性,应将控制器拨至软档位,适当减小系统输出 力,使垂直加速度均方根值最小。
表l不同电流下的流量系数
①运用MATLAB编程分析阻尼可调油气弹簧的
数学模型,对新加工件磨合后,取激励为频率Z=1Hz, 振幅A:=0.04m的正弦函数,,=1.5A,此时控制阀关 闭,进行油气弹簧的仿真和外特性试验测试,对比结果 如图5及表2所示。
②分别取,=0.8A,o.4A,其余参数同上,试验与 仿真曲线如图6、7所示,各关键点力值对比如表3、4 所示。
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^=(危;+碗+…+^:)∽
(3)
式中^:为不同厚度下单只叠加阀片的厚度,扣1,2…
n。以及相同厚度下阀片叠加的等效厚度关系式:
^=^,√n,
(4)
式中^,为单只叠加阀片的厚度,n。为叠加阀片的 数量。
根据节流阀片变形尺寸的对应关系,推导动态缝 隙宽度:
△6=(r6一r)一 ̄/(“一r。)2一,
(5)
第8期
陈轶杰等:阻尼可调油气弹簧特性分析与设计研究
2.06×105MPa,瓦=293K,口=456.37m6Pa/k92,6= o.003 61m3/kg,Rg=296.77J/(kg·K),与=o.15m, 乃=4.1MPa。
通过式(13)拟合控制阀的试验数据并得出与相关 电流对应的流量系数值如表1所示。
的正确性。国内首次实现了不同路况下阻尼可调油气悬挂的实地跑车试验,所得数据为新产品研发提供了参考。
关键词:油气悬挂;阻尼可调;节流阀片;实际气体
中图分类号:TBl23
文献标识码:A
与其他减振装置相比,油气弹簧以其优越的非线 性弹性特性而受到专业厂商的青睐。作为核心部件, 阻尼阀的装配方式有很多种,其中采用环形节流阀片 变形缝隙对油液节流加工装配方便,成本低廉,被广泛 地应用到工程实践中…。
位移s/m 图5仿真与试验输出力
位移s/m 图6,=0.8A时仿真与试验输出力
位移s/m 图7,=0.4A时仿真与试验输出力
表2关键点力值对比
表中F。。,为油气弹簧最大输出力,F。;。为油气弹 簧最小输出力,,墒为零点位移处复原行程输出力, ,帅为零点位移处压缩行程输出力。
表3,=0.8A时关键点力值对比
系数。
在给定激励的情况下,联立上述各式求解系统的
总压差,并由下式得出油气弹簧阻力值:
凡=△pA。
(14)
2.2系统弹性力
从准确和简便的角度考虑,选用范德瓦尔实际气
p=焉一等 体状态方程建模旧J:
(15)
式中p为气体绝对压力,兄为气体常数,r为热力学温 度,他为气体质量,口,6为气体常数,气体的体积为:
图l 阻尼可调油气弹簧结构简图
基金项目:国家部委预研项目(51404040104BQ01) 收稿日期:2007一08—09修改稿收到日期:2008一01一14 第一作者陈轶杰男,博士生,1980年12月生
图2阻尼可调油气悬挂示意图
2油气弹簧数学模型
下面针对系统结构简图建立阻尼可调油气弹簧的
数学模型。其中系统总输出力为:
摘 要:根据自主研发阻尼可调油气弹簧的结构形式,分析了叠加节流阀片的挠曲变形量,给出系统流量分配的
等效关系。提出运用最小二乘法拟合不同电流强度下控制阎的流虽系数,并与实际气体状态方程结合建立了阻尼可调油
气弹簧的数学模型。仿真分析了不同电流强度下总输出力随位移的变化关系,通过与试验数据相比较,验证了数学模型
只=凡+E
(1)
式中只为油气弹簧总的输出力,n为阻尼力,t为 弹性力。
2.1系统阻尼力
图3为节流阀片的装配示意图。图中6。为初始缝
隙宽度,∞为节流阀片变形后的动态缝隙宽度,r。为
阀片内半径,h为阀片变形前的外半径。
162
振动与冲击
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△p”。
lIll 川L
I广一r 。 。虿罩
I. rh_.巨
试验数据,为进一步研究和开发阻尼可调油气弹簧的 成熟产品提供了参考和平台。
参考文献
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小,说明了在不同电流强度下对控制阀试验数据进行 最小二乘分析并拟合出流量系数C的方法是正确的, 同时也验证了系统建模推导过程的正确性,为阻尼可 调油气弹簧产品的研发提供了思路。 3.2跑车对比试验
将自主研发的阻尼可调油气弹簧装配于20t重的 某型8x8轮式车辆并进行了实地跑车试验,控制器分 为“软(,=OA)”、“硬(,=1.5A)”及“自动(,=0A一 1.5A)”三个档位,其中自动档根据车速、驾驶员处垂直 振动加速度以及油气弹簧的温度自动调节系统输出力 值。试验分别在包头某军用车辆野外试验场以及高速 公路两种典型路况下进行,如图8、9所示。
图4为阻尼可调油气弹簧的流量等效示意图。图 中Q为油气弹簧总流量,仇为通过控制阀的流量, △p。为控制阀节流所产生的压差。
根据油路的串并联关系可列写如下关系式:
fQ=g+仇
(10)
【△p=(△p,+△pi)=△pt
式中△p为油气弹簧活塞两端的总压差。
所用控制阀为滑阀结构,通过电流I(oA,o.1A,
仇一./塑
(11)
式中c为控制阀的流量系数。 列写流量的剩余误差平方和表达式:
口=扣圳2=耋(c俘吨)2
(12) 式中Q。;为控制阀流量的试验数据,△p。i为对应压差的 试验数据,i(1,2,…n)为数据组数。