帶附加氣室空氣彈簧動力學特性研究.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)，還可以進一步提高懸架系統(tǒng)的減振性能。不僅對公路車輛，對于作業(yè)環(huán)境、行駛路況更為復雜的農用車輛、工程車輛、林用車輛等非公路車輛來說，應用帶附加氣室空氣懸架可有效地提高它們對不同路況、不同作業(yè)環(huán)境的適應能力。
　　 本文以Firestone公司生產的1T15M-2膜式空氣彈簧為彈性元件，通過管路和節(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).結合目前國內外相關的研究結論，利用理論分析與實驗相結合的方法對帶附加氣室空氣彈簧系統(tǒng)的動力學特性進行了系統(tǒng)地研究，對此系統(tǒng)動力學特性的影響因素和影響規(guī)律進行了詳細地分析，分析了帶附加氣室空氣懸架的設計方案，所完成的工作及取得的結論歸納如下：
　　 1.基于剛體動力學、熱力學及空氣動力學理論建立了帶附加氣室空氣彈簧系統(tǒng)的非線性動力學理論模型，在Matlab/Simulink環(huán)境下建立了系統(tǒng)振動仿真模型，仿真

3、分析了不同節(jié)流孔開度和不同附加氣室容積下系統(tǒng)簧上質量位移階躍響應特性和位移幅頻響應特性。仿真結果表明，附加氣室能夠顯著降低系統(tǒng)固有頻率，合理設置節(jié)流孔開度可以有效衰減振動.
　　 2.通過空氣彈簧靜特性實驗建立了空氣彈簧靜剛度、空氣彈簧內壓及有效面積隨彈簧拉伸、壓縮變形時與彈簧高度之間的變化關系?；谙到y(tǒng)非線性模型創(chuàng)建了帶附加氣室空氣彈簧系統(tǒng)動剛度理論模型。建立了系統(tǒng)動剛度實驗測試系統(tǒng)，結合實驗對系統(tǒng)動剛度理論模型進行了驗證并分

4、析了系統(tǒng)動剛度的影響因素。研究結果表明，空氣彈簧初始氣壓的增加、振動頻率的升高和振幅的增大均會增大系統(tǒng)動剛度；隨節(jié)流孔開度的增大，系統(tǒng)動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)的動剛度，但當附加氣室容積超過彈簧容積2-3倍以后，附加氣室容積的變化對系統(tǒng)動剛度的影響不再明顯。動剛度理論計算結果與實驗結果比較吻合，驗證了動剛度理論模型的正確性。
　　 3.為了簡化模型，有利于對懸架系統(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帶附加氣室空氣彈簧系統(tǒng)的數(shù)學模型進行了線性化處理，分別獲得了系統(tǒng)的動剛度線性化模型和系統(tǒng)線性運動微分方程，由線性微分方程得出了簧上質量位移傳遞函數(shù)。
　　 4.基于復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算模型；構建了等效力學模型特性參數(shù)的實驗測試系統(tǒng)，實驗研究了節(jié)流孔開度、附加氣室容積、簧上質量等因素對等效力學特性參數(shù)的影響關系，并對等效力學參數(shù)模型進行了驗證。

6、研究結果表明，附加氣室容積為主氣室容積2倍時，節(jié)流孔由小變大過程中，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。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系統(tǒng)的等效剛度和固有頻率影響便不再明顯。當節(jié)流孔完全打開時，增大附加氣室容積只略微增大系統(tǒng)等效阻尼比，當節(jié)流孔開度處在最大阻尼狀態(tài)時，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，增加簧上質量會增大彈簧等效剛度，但簧上質量的變化對彈簧的等效阻尼比和固有頻率影響不大。比較理論計算結果和實驗結果表明，系統(tǒng)等效剛度、等效阻尼比和固有頻率的計算模型在一定范圍內保持了較高的精度.
　　 5.構建了帶附加氣室空氣彈簧振動響應特性實驗系統(tǒng)，實驗研究了節(jié)流孔直徑、附加氣室容積以及激振頻率對振動系統(tǒng)的位移傳遞率、最大動載荷以及簧上質量響應加速度的影響。實驗結果表明

8、，節(jié)流孔直徑由小到大的變化過程中，系統(tǒng)在共振頻率點的位移傳遞率、最大動載荷和響應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，各指標又開始緩慢回升.改變附加氣室容積對系統(tǒng)的位移傳遞率、動載荷及響應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倍的范圍之內時，附加氣室容積的增大能夠顯著降低系統(tǒng)在共振頻率點的位移傳遞率、加速度均方根值以及最大動載荷，但當附加氣室

9、容積超過主氣室容積2倍時，附加氣室容積的增大對以上三個指標的影響不再明顯。
　　 6.提出并分析了帶附加氣室被動空氣懸架和半主動空氣懸架的設計方案.建立了剛度、阻尼可調半主動空氣懸架1/4車輛振動模型，基于振動模型在Matlab/Simuink環(huán)境下建立了車輛平順性仿真模型，通過在不同路面和不同車速下仿真，比較分析了帶附加氣室剛度、阻尼可調半主動空氣懸架與傳統(tǒng)無附加氣室被動空氣懸架的平順性性能指標，研究結果表明，通過適當調節(jié)節(jié)流