单气室油气悬架的阻尼特性分析.pdf

2 0 1 4年 8 月 第4 2卷 第 1 6期 机床与液压 MACHI NE T OOL ＆ HYDRAULI CS Au g ． 2 01 4 Vo 1 ． 4 2 No ． 1 6 D O I 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 1 3 8 8 1 ． 2 0 1 4 ． 1 6 ． 0 2 0 单气室油气悬架的阻尼特性分析 刘桓龙 ，陈曦 ，樊友权 ，柯 坚 1 ．西南交通大学机械工程学院， 四川成都 6 1 0 0 3 1 ； 2 ．株洲联城集团减振器有限责任公司，湖南株洲 4 1 2 0 0 0 摘要油气悬架对车辆的平稳性与动力性能有着非常重要的影响，油气悬架的性能主要通过它的阻尼特性来反映。以 某一型号的矿用油气悬架为研究对象，利用有限元分析软件对其工作流场进行仿真与分析，得出了油气悬架在不同工况下 的阻尼特性曲线，为油气悬架的优化设计提供参考依据。 关键词油气悬架；阻尼特性；阻尼孔 ；阻尼力 中图分类号U 4 6 3 ． 3 3 文献标识码A 文章编号1 0 0 1 3 8 8 1 2 0 1 4 1 6 0 5 9 4 Da mp i n g Cha r a c t e r i s t i c s Ana l y s i s o n t he S i ng l e Cha mbe r Oi l a nd Ga s S us pe n s i o n Uu Hu a n l o n g ，C HEN Xi ，F A N Yo u q u a n l | ，KE J i a n 1 ． S c h o o l o f M e c h a n i c a l E n g i n e e r i n g ， S o u t h w e s t J i a o t o n g U n i v e r s i t y ， C h e n g d u S i c h u a n 6 1 0 0 3 1 ， C h i n a ； 2 ． Z h u z h o u L i a n c h e n g G r o u p A b s o r b e r C o ． ，L t d ． ， Z h u z h o u H u n a n 4 1 2 0 0 0 ， C h i n a Ab s t r a c t T h e o i l a n d g a s s u s p e n s i o n C an g r e a t l y a f f e c t t h e s t a b i l i t y a n d d y n a mi c p e r f o r man c e o f t h e v e h i c l e ，w h i c h p e rf o r ma n c e ma i n l y r e f e r t o t h e d a mp i n g c h a r a c t e ri s t i c s ．S o me t y p e o f o i l an d g a s s u s p e n s i o n wa s r e s e a r c h e d u s i n g fi n i t e e l e me n t a n a l y s i s s o f t w a r e ． T h e d a mp i n g c h a r a c t e ris t i c s c u r v e s u n d e r d i f f e r e n t w o r k i n g c o n d i t i o n s w e r e g o t t e n ．T h e r e s e a r c h r e s u l t s p r o v i d e p r e f e r e n c e f o r t h e o p t i mal d e s i g n o f t h e o i l an d g a s s u s p e n s i o n ． Ke y wo r d s Oi l a n d g a s s u s p e n s i o n； D a mp i n g c h a r a c t e ris t i c s ；Ori fi c e ；D a mp i n g f o r c e 油气悬架 的阻尼特性是影 响汽车行驶平顺 性与稳 定性的关键特性之一 。油气悬架集 弹性元件 与阻尼元 件于一体， 具有普通钢板弹簧悬架不可比拟的优点。 阻尼特性是车辆悬架系统的重要性能，国内在分析油 气悬架的阻尼特性的影响时，多数是通过计算分析结 构参数 的影 响结果 ，预测 和评 判油气 悬架车辆的行驶 平顺性，再通过试验获得 ，需要耗费大量的资源与时 间。根据某型号油气悬架的实际结构与参数，在 P r o ／ E中建立油气悬架在不 同工况情况下 的三维流体模 型。利用 A N S Y S I C E M 划分 体 网格 ，采 用 A N S Y S C F X流体仿真分析软件，得 出可以判定油气悬架性 能 的示功 图 ，为油气悬 架结构优化提供 了理论依据 。 1 油气悬架的工作原理 油气悬架按其油液流动的方向，可以分为拉伸工 况 和压缩工况两类 。油气悬架 内部结构简 图如 图 1 所 示 。由图 1 可知 ，它主要是 由杆筒 和活塞组 件 1以及 缸筒 4组成 ，杆筒壁上 设有单 向 阀 2和阻尼孑 L 3 ，整 个悬架缸 内形成 2 个腔，即 I 腔和 Ⅱ腔。将 图 1 所示 的悬架安装到车辆后，向 I 腔内和 Ⅱ腔的下部充人油 液 ，向 Ⅱ腔的上部充入氮气。在车重的作用下 ，油气 悬 架 中的氮气处在压缩状态 。车辆在不平路 面的激 励 下 ，杆筒 和活塞组件 1 相对于缸筒 4作往复运 动 ，被 压缩 的氮气作为悬架系统 的弹性元件 ，缓解地面通 过 车轮和车轴传来的振动和冲击，而油液流过阻尼孔和 单向阀产生阻尼作用 ，衰减车身的振动。当悬架处于 压缩行程时，I 腔的压力降低，Ⅱ腔的压力升高，Ⅱ 腔的油液同时通过阻尼孔和单向阀流向 I 腔，产生较 小的阻尼力，主要依靠蓄能器的弹性作用抑制缸筒和 杆筒的相对运动；当悬架处于拉伸行程时， I 腔的压 力升高，Ⅱ腔的压力降低 ，I 腔的油液只通过阻尼孔 流向 Ⅱ腔，产生较大的阻尼力 ，以便迅速衰减运动。 Ⅱ腔 4 3 I腔 1 一 杆 筒 和活塞 组 件 2 - - 单 向阀 3 一 阻尼 孔 4 _缸 筒 图1 油气悬架的内部结构简图 收稿 日期 2 0 1 3 0 71 2 作者简介刘桓龙 1 9 7 7 一 ，男，工学博士，副教授，主要从事流体传动及控制领域的教学与科研工作。Ema i l l h l s w j t u 1 6 3 ． c o m。 6 2 机床与液压 第 4 2卷 取频率值分别为f0 ． 3 、0 ． 5 、0 ． 7 H z ，分析得 出后油气悬架的阻尼特性 F s 曲线和 F一 曲线，如 图 7所示 。 杂 哩 四 位 移I m a F - s曲线 Z - - 盛 -0 ． 2- 0 ． 1 0 0 ． 1 0 ． 2 0 ． 3 速度／ r a 1 b F - v 曲线 图7 后油气悬架阻尼特性曲线 由图7可知 在不同频率下，油气悬架的最大阻 尼力是不同的，说明在不同的频率作用下 ，油气悬架 的阻尼特性是不同的，频率越大，运行过程中消耗的 能量越多；由F一 曲线可以看出油气悬架频率不 同的情况下，其速度特性没变 ，只是大小改变，说明 频率改变不影响阻尼系数。 2 振 幅的影 响 振幅分别为 A 0 ． 0 4 、0 ． 0 5 、0 ． 0 6 m时 ，得 出后 油气悬架阻尼特性的 Fs曲线 、F一 曲线 ，如 图 8 所示 。 图 8 后油气悬架阻尼特性曲线 由图 8可知 在不 同振动 幅值下 ，油气 悬架 的最 大阻尼力也是不 同 ，振 幅越大 ，运行过程 中消耗的能 量越大；由 F一 曲线可以看出油气悬架振幅不同 的情况下，其速度特性没变，也只是改变其值大小， 说明振幅改变不影响阻尼系数 。 ’ 3 阻尼孔直径 的影响 阻尼孔直径分别为 d 7 、9 、1 1 m m时 ，得 出后 油气悬架阻尼特性的 F s曲线、F一 曲线，如图9 所示 。 图 9 后 油气悬架 阻尼特性 曲线 由图9可知对不同大小的阻尼孔直径 ，油气悬 架 的最大 阻尼力不 同，阻尼孔越小 ，运行过程 中消耗 的能量越大 ；由 F一 曲线可 以看 出 油 气悬架 的振 幅不 同时 ，速度特性发生变化 ，改变 了油气悬架 的阻 尼 系数 。 5结论 1 采用 A N S Y S I C E M 和 A N S Y S C F X技术对油 气悬架 内部流场进行 了动态模 拟计算 分析 ，得 到了油 气悬架 的阻尼特性 F s 曲线 与 F一 曲线 。 2 油气悬架 的工作频率及振幅影响阻尼力大 小和速度大小，但不影响阻尼系数。 3 阻尼孔 直径 既影 响阻 尼力 和速 度 大小 ，又 影 响阻尼系数 。 参考文献 [ 1 ]秦家升． 油气悬架的特征及其结构原理分析[ J ] ． 工程 机械， 2 0 0 3 1 1 7 1 0 _ [ 2 ]谢龙汉 ， 赵新宇． A N S Y S C F X流体分析及仿真[ M] ． 北 京 电子工业 出版社 ， 2 0 1 2 ． [ 3 ]束德林． 工程材料力学性能[ M] ． 北京 机械工业出版 社 ， 2 0 0 3 ． [ 4 ]甄龙信． 单气室油气悬架的阻尼特性及其对设计的影响 [ J ] ． 矿山机械 ， 2 0 0 6 ， 3 4 8 5 1 5 3 ． [ 5 ]封士彩． 工程车辆油气悬架舒适性的研究 [ J ] ． 起重运 输机械， 2 0 0 1 1 1 1 4 ． [ 6 ]张义． 单气室油气悬架的建模、 仿真及试验研究[ J ] ． 工 程机械， 2 0 0 4 1 0 1 92 2 ． [ 7 ]彭友谊． 油气悬架系统简介[ J ] ． 建设机械技术与管理 ， 2 0 0 6 5 8 08 3 ．