基于磁力彈簧的非公路車輛駕駛員座椅懸架系統(tǒng)研究.pdf

1、研究表明，對(duì)于長(zhǎng)期作業(yè)和行駛在惡劣環(huán)境中的農(nóng)用車輛、林用車輛以及工程車輛等非公路車輛，采用座椅懸架提高其乘坐舒適性是最為簡(jiǎn)單直接和經(jīng)濟(jì)的方法。因此，深入研究駕駛員座椅懸架系統(tǒng)，采用切實(shí)可行的技術(shù)措施，隔離由于地面激勵(lì)而弓I起的通過車輛底盤和座椅傳遞到人體的振動(dòng)，是提高非公路車輛乘坐舒適性的一個(gè)重要而實(shí)際的課題。 基于非公路車輛對(duì)駕駛員座椅懸架的要求，結(jié)合當(dāng)前國(guó)內(nèi)外在駕駛員座椅懸架系統(tǒng)方面的研究現(xiàn)狀，以及磁力彈簧剛度可調(diào)可控的特點(diǎn)

2、，本課題將一種混合式單向磁力彈簧引入到座椅懸架中，研制了垂向力一位移特性呈非線性且垂向等效剛度可以調(diào)節(jié)的磁力駕駛員座椅懸架。主要完成的工作和取得的結(jié)論歸納如下： 1、剪式座椅懸架靜動(dòng)態(tài)特性的研究。選取當(dāng)前應(yīng)用較為廣泛的彈簧水平上置式剪式駕駛員座椅懸架作為磁力座椅懸架的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)，運(yùn)用理論分析、動(dòng)力學(xué)仿真和實(shí)驗(yàn)研究相結(jié)合的方法對(duì)其進(jìn)行了全面系統(tǒng)的研究，為磁力座椅懸架的研究提供了理論指導(dǎo)和實(shí)驗(yàn)參照。研究結(jié)果表明：微幅振動(dòng)條件下，所研究

3、的剪式座椅懸架可近似簡(jiǎn)化為線性振動(dòng)系統(tǒng)，其垂向等效剛度在工作行程內(nèi)基本保持不變；座椅懸架中的彈簧布置方式、懸架幾何參數(shù)以及彈簧剛度對(duì)垂向等效剛度均具有一定的影響；系統(tǒng)的振動(dòng)固有頻率、阻尼比、位移傳遞率以及響應(yīng)加速度均方根值均與等效簧載質(zhì)量(即駕駛員體重)有關(guān)，而且，等效簧載質(zhì)量對(duì)位移傳遞率的影響程度與減振器的阻尼系數(shù)大小有關(guān)；由于座椅懸架中各運(yùn)動(dòng)構(gòu)件間存在較大的摩擦，以及剪桿及其連接桿自身的重力和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的影響，實(shí)驗(yàn)過程中座椅懸架在低頻

4、小振幅激振時(shí)出現(xiàn)“鎖止”現(xiàn)象，其位移傳遞率的峰值頻率隨激振幅值的增加而減小，在位移激振幅值較小時(shí)，實(shí)驗(yàn)測(cè)得的位移傳遞率的峰值頻率大于理論研究和仿真研究的結(jié)果。 2、帶附加彈性元件的剪式座椅懸架剛度調(diào)節(jié)特性的理論研究。首先理論分析了附加彈性元件在剪式座椅懸架中的布置方式，在布置方式確定的情況下，構(gòu)建了帶附加彈性元件的剪式座椅懸架的理論模型，分析了彈性元件的剛度對(duì)座椅懸架垂向力一位移特性、垂向等效剛度以及振動(dòng)固有頻率的影響，考察了通

5、過對(duì)附加彈性元件剛度的調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)座椅懸架垂向等效剛度調(diào)節(jié)的可行性，為垂向等效剛度可調(diào)的磁力座椅懸架的研制提供了理論基礎(chǔ)。研究結(jié)果表明：帶附加彈性元件的座椅懸架，其工作行程內(nèi)的垂向力一位移特性呈明顯的非線性特性，且非線性特性隨附加彈性元件剛度的增加而顯著增強(qiáng)；垂向等效剛度與振動(dòng)固有頻率在懸架處于不同行程高度時(shí)具有不同的值，且在懸架伸張行程內(nèi)的值總是大于其在壓縮行程內(nèi)的值；附加彈性元件的剛度對(duì)懸架的垂向力一位移特性，垂向等效剛度和振動(dòng)固有頻率

6、均具有顯著的影響。 3、磁力彈簧的構(gòu)建及其磁場(chǎng)理論分析。對(duì)剛度可調(diào)的附加彈性元件—混合式單向磁力彈簧的主要設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行了系統(tǒng)的分析和計(jì)算，內(nèi)容包括磁力彈簧所需磁場(chǎng)力和工作氣隙大小的計(jì)算，電磁鐵與永磁鐵的材料和工作特性參數(shù)的選擇，電磁鐵和永磁鐵幾何參數(shù)的確定。在此基礎(chǔ)上，運(yùn)用靜電學(xué)與電動(dòng)力學(xué)理論，推導(dǎo)了氣隙磁通密度和軸向磁場(chǎng)力的表達(dá)式，并分析了各種因素對(duì)它們的影響，為磁力彈簧的實(shí)驗(yàn)研究提供了理論指導(dǎo)。研究結(jié)果表明：所構(gòu)建的磁力彈簧

7、的氣隙磁通密度除與電磁線圈中的電流大小、永磁鐵的直徑與長(zhǎng)度以及工作氣隙大小有關(guān)外，還與電磁線圈的匝數(shù)、線圈的高度和厚度、鐵心的長(zhǎng)度以及退磁因子等諸多因素有關(guān)；磁力彈簧的軸向磁場(chǎng)力主要由氣隙中平面Z<,m>上的軸向和徑向磁通密度大小以及同極相對(duì)的磁鐵半徑?jīng)Q定，平面Z<,m>在氣隙中的位置則由兩側(cè)的磁鐵在氣隙中產(chǎn)生的磁通密度大小決定。 4、磁力彈簧的實(shí)驗(yàn)研究。實(shí)驗(yàn)研究了不同磁極形狀的電磁鐵在不同電磁線圈端電壓下的空間場(chǎng)強(qiáng)分布，以及不

8、同尺寸柱狀永磁鐵的空間場(chǎng)強(qiáng)分布；構(gòu)建了磁力彈簧磁力特性測(cè)試實(shí)驗(yàn)臺(tái)，實(shí)驗(yàn)研究了電磁線圈端電壓、永磁鐵尺寸以及不同永磁鐵尺寸的組合對(duì)磁力彈簧磁力特性的影響。研究結(jié)果表明：在各主要幾何參數(shù)及電磁線圈端電壓相同的情況下，無極帽平頭磁極電磁鐵的平均氣隙磁通密度大于其它兩種磁極形狀的電磁鐵；永磁鐵的表面及氣隙磁通密度在一定程度上取決于其長(zhǎng)徑比；排斥型磁力彈簧，當(dāng)同極相對(duì)的兩個(gè)磁極上的磁通密度相差較大時(shí)，磁極間的排斥力在氣隙小至一定程度時(shí)將隨氣隙的進(jìn)

9、一步減小而減小，使磁力彈簧呈現(xiàn)負(fù)剛度特性，而當(dāng)同極相對(duì)的兩個(gè)磁極上的磁通密度值相近時(shí)，磁極間的排斥力隨氣隙的減小將呈非線性關(guān)系增大；隨著電磁線圈端電壓的增大，磁力彈簧的軸向磁場(chǎng)力呈線性關(guān)系增加，磁力特性曲線沿力軸向上移動(dòng)，并且其非線性度隨電磁線圈端電壓的增大而增大。 5、磁力座椅懸架的研制及其實(shí)驗(yàn)研究。研制了基于磁力彈簧的磁力座椅懸架系統(tǒng)，理論分析了其垂向等效剛度的構(gòu)成；構(gòu)建了磁力座椅懸架系統(tǒng)研究實(shí)驗(yàn)臺(tái)，實(shí)驗(yàn)研究了磁力座椅懸架的

10、動(dòng)態(tài)特性，主要包括其位移傳遞率、位移傳遞率的峰值頻率以及懸架上板的加速度響應(yīng)，考察了它們隨懸架的等效簧載質(zhì)量、電磁線圈端電壓、激振振幅和激振頻率的變化情況，并與原剪式座椅懸架進(jìn)行了比較分析。研究結(jié)果顯示：磁力座椅懸架的位移傳遞率在振動(dòng)放大區(qū)，隨電磁線圈端電壓的增大而減小，隨等效簧載質(zhì)量的增大而增大；在隔振區(qū)，位移傳遞率幾乎與電磁線圈端電壓的變化無關(guān)，而隨等效簧載質(zhì)量的增大而減??；位移傳遞率的峰值頻率和響應(yīng)加速度均方根值均隨電磁線圈端電壓