液压悬置动特性实验分析.pdf

第 7期 2 0 1 0年 7月 机 械 设 计 与 制 造 Ma c hi n e r y De s i g nMa n u f a c t u r e 21 文章编号 1 0 0 1 3 9 9 7 2 0 1 0 0 7 0 0 2 1 0 3 液压悬置动特性实验分析 戚 宝欢黄鼎友 江苏大学 汽车与交通工程学院， 镇江 2 1 2 2 0 0 Ex p e r i me n t a l a n a l y s i s on d d y n a mi c c h ar a c t e r i s t i c s o f h y d r a u l i c mo u n t Q I B a o h u a n ， HU A N G D i n g y o u J i a n g s u U n i v e r s i t y S c h o o l o f A u t o mo b i l e a n d T r a f f i c E n g i n e e r i n g ， Z h e i a n g 2 1 2 2 0 0 ， C h i n a j 【 摘 要】 建立了 被动式惯性通道一解耦盘式液压悬置动特性集总参数模型， 探讨了悬置动态特性 的试验测试方法， 建立了相应的测试平台， 对相 同工况下液压悬置动 态特性进行 了测试及分析 ， 并运用 Ma t l a b ／ S i mu l i n k软件对其动特性进行 了仿真计算， 仿真结果与台架试验结果基本吻合 ， 验证 了该模型适 用性和可信性。 关键词 液压悬置 ； 实验方法； 动特性； 仿真 【 A b s t r a c t 】 T h i s d is s e r t a t i o n e s t a b l is h e s 0 l u m p e d p a r a m e t e r m o d e l of H D M d y n o m／c c h a r a c t e r i s t i c s ． e c o r r e s p o n d i n g t e s t p l a tf o r m i s b u i l t a n d t h e t e s t and ana l y s i s o n t h e d y n am i c c h ara c t e r i s t i c s of h y 一 ；d r a u l i c m o u n t ar e p e f o r m e d ． s i mu l at i o n i s m a d e o n i t s dyn am i c a l c h ara c t e r i s t i c s b y u s i n g t h e M a t l a b ／ S i mu l i n k S o j w are ．C o m p ari n g wi t h e x p e r i me n t al i n v e s t i g a t i o n ， t h e pr e d i c t e d r e s u l t s t all y w i t h i t o n f k w h o l e and t h e a p p l i c abi l i t y a n d c r e d i t a b i l i t y o ft h e m o d e l are v al i d a t e d ． Ke y wo r ds H y dr a ul i c m o u nt ； Ex pe r i m e nt al m e t ho ds ； Dy na m i c c har ac t e r i s t i c s ； Si m ul a t i on 中图分类号 T H1 2 ， T K 2 6 3 ． 6 5 文献标识码 A 1 液压悬置建模分析 实验与理论建模仿真分析是研究液压悬置动特性的主要方 法。 近十几年来， 国内外许多学者都对悬置进行了建模分析， 他们 采用的建模方式主要有 3种传统的角振动微分方程的方法、 机 械与流体理论结合的方法以及键合图理论。 几种建模方法的共同 点是将液压悬置视为橡胶和液体两部分并列的系统， 它们的差别 主要在流体部分的处理上。 由于机械与流体理论结合的方法能清 楚地显示出悬置橡胶与流体两部分， 物理意义明确， 因此运用此 方法得出液压悬置的非线性数学模型， 如图 1 所示。 础 A ， 膏 1 s i g n 毒 尸 } ￡ A ， 膏 1 s i g n p 膏 P u t C ， A X m 一 J 。 一 X C z f 0 Q d f A X P 其中， Q ， 于是0 X d A d时， n k d Ad时 ． 0 ★来稿 日期 2 0 0 9 0 9 2 4 、 ‘⋯⋯⋯一 ⋯⋯ ⋯⋯ ⋯⋯⋯ 三阶偏低， 四、 五阶偏高， 究其原因， 主要有以下几点 1 文 中计算模型将 身管视为等截面均匀梁 ， 而一般情况下 ， 身管为变截面锥状与等截面圆柱状的混合体。 2 身管弯曲振动方程的建立过程中， 采用了E u l a r B e r n o u l l i 梁理论 ， 这与身管本身的力学特征有差距 ， 可考虑采用厚壁 圆 筒理论确立身管弯曲振动方程。 3 模 型中未考虑身管剪切变形和转动惯量的影 响 ， 这也会 给计算结果带来误差。 基于以上几点原因，在使用模型对身管固有频率进行估算 时， 应对最终估算结果进行修正。具体修正方法可参考文献 。 5结论 给出了一种简化的火炮身管固有频率估算方法。 通过将身管 简化为具有时变支撑的 E u l a r B e r n o u l l i 梁 ， 同时考虑相关梁单元 的边界相容性 ， 估算了某型火炮身管的固有频率。 估算结果表明 计算方法简便、 实用 ， 且具有一定精度 ， 可粗略满足工程需求； 计 算模型灵活、 通用， 可推广应用于其它各类火炮及相关装备的固 有频率估算。下一步的研究是如何改进估算模型以提高估算精度。 参考文献 1 魏孝达． 高炮振动与密集度的关系[ J j 兵工学报武器分册 ， 1 9 8 6 3 5 6 - ．6 1 2芮筱亭 ， 陆毓琪． 多体系统振动的传递矩阵法[ J ] _ 宇航学报 ， 1 9 9 5 ， 3 1 6 41 4 7 3 芮往 5 亭， 丘 c 唱 ． 多体 火炮系统的固确弼 陛[ J J _ 兵工学报 ， 1 9 9 5 2 7 - 1 2 4 芮筱亭． 火炮系统的自 由振动[ J ] _ 南京理工大学学报， 1 9 9 3 5 4 4 - -4 8 5 康新中， 王宝元 炮管振动的有限元分析[ J ] ． 兵工学报， 1 9 9 0 2 1 6 ．-- 2 3 6 胡海岩． 机械振动基础[ M] ． 北京 北京航空航天大学出版社， 2 0 0 5 7 1 0 0 -,, 1 03 7 何水清， 张家泰， 杨波， 陈其廉． 炮身的双时变横向振动分析[ J ] ． 兵工学报， 1 9 9 5 2 1 3 -, - 1 9 8 奥尔洛夫． 炮身构造与设计[ M] ． 北京 国防工业出版社， 1 9 8 2 5 l 5 7 1 6 7 9骆文润 ， 王德石． 火炮身管横 向振动分析[ J ] ． 非线性动力学学报 ， 2 0 0 2 ， 8 3 2 3 9 2 4 3 2 2 戚宝欢等 液压悬置动特性实验分析 第 7期 式中p 一流体密度； 厂 陨性通道孑 L 横截面积 一流体的动力粘 其中激振系统机构， 如图3 所示。 度 ； d 通 道直径 ； Q 一流量 ； 一截面突然收缩局部 阻力系 数； 芦 一液体初始压力 ； 一位移 ； ￡ 一 限性通道长度 ； m 一解 耦盘及其附加液柱的质量； C ， 、 C 一 L、下液室体积刚度； t 、 z 一静平衡状态下加正弦激励后某一时刻橡胶主簧 的体积膨胀量。 图 1非线性数学模 2算例分析 2 ． 1实验台结构及工作原理 试验台架， 如图2所示。 图 2液压悬置动特性测试装置 1 ． 底座 2 ．立柱 3 ． 激振头 自带位移传感器 4 ． 液压悬置 5 ．上连接盘 6 ． 横梁 7下连接盘 8 由 缸 液压悬置通过上下连接盘分别 与横梁 、 激振头连接 。在测试 液压悬置动特性的过程中， 横梁6固定不动。微机通过控制器来 控制激振头的激振形式和强度， 对液压悬置实施不同的激励。同 时， 在激振过程中， 通过激振头内部自带的传感器， 同步采集激振 头的力和位移时域信号， 并输入微机显示。由于作动器在工作过 程 中油压不断发生变化 ， 特别在高频 阶段非常明 ， 力传感器收 集到的信号不可避免地带有噪声， 因此需要对得到的力位移信 号进行低通滤波。 课题的试验在汀苏某大学重点实验室进行 ， 采崩悬架台架试 验台， 试验台由江苏某大学 自行研制。试验台的激振装置为美国 单通道电液伺服试验系统，由 D E L L P C发出指令到控制器控制 激振试验。该试验系统的作动器可对位移和力进行精确控制 精 度为示值的 ， 激振频率为 0 ． 1 ～ 7 5 l t z ， 激励波形有 正弦波 、 半正 弦波、 三角波、 方波、 锯齿波及随机波等。试验台的信号采集装置 采用自带的拉压力传感器 测量精度为满量程的 不 1 1 位移传感器 测量精度为满量程的 ， 激振作动器采用位移跟踪的方式进行控 制 。试验数 据的采集 与处理在 某公 司提供的 R S C O N S O L E和 M A X软件平台上完成 。 激 振 头 图 3 l n s t r o n 8 8 0 0数控液压伺服激振试验台结构 2 _ 2试验结果分析 在相同的位移激振振幅相同， 不同的预载时， 液压悬置的动 刚度一 频率曲线和阻尼滞后角一频率曲线， 如图4 、 图5 所示。 一 i i l 频率 f Hz 4不 预戟 F的液压悬置动刚度频变特性 不同预载下的阻尼损失角 4 5 r r ] 1 1 1 4 0 3 5 3 O 2 5 2 O I 5 1 0 5 0 U 5 l 0 l 5 2 U 2 j U j 4 U 频率 f Hz 图 5不同预载下的液压悬置阻尼频变特 I生 从图4 、 5可见， 在两个不同的预载下， 液压悬置动刚度和阻 尼损失角的变化趋势一致， 并且， 随着预载力的增加而增大， 但变 化相对较小， 这是可以理解的。 预载不同， 只是橡胶主簧的工作点 有所不同，但凶为该液压悬置的静刚度具有很好的线性特性， 故 改变工作点， 并不改变主簧的刚度。 5 O 频率 f H z 移激励振幅 的液压悬置动刚度频变特性 频率 f n z 图 7不同预载下的液压悬置阻尼频变特性 ㈣ 枷 彻 姗 姗 娜 荤 i ㈣ 一 ； 弓 f 】 至寄 一 一 f 鞲 日 j 一 5 4 3 2 ● ㈣ ㈣ 伽 枷 瑚 圳 瑚 g u v 弓 【 ； E罨 位 同 彻 加 m 一 罨 曼 一 P 水 曼 幂 ， l No ． 7 J u 1 ． 2 0 1 0 机 械 设计 与 制造 2 3 在三个不同的激振振幅下， 液压悬置动刚度的变化趋势十分 相似； 如图6所乐， 在低频 0 ～ 6 H z 频率范围内， 动刚度很小； 在 6 - 1 6 H z 迅速上升 ，并在 1 6 Hz 附近达 到最大值 5 9 4 N ／ ra m； 之 后， 随着频率的增加， 动刚度逐渐减小， 并趋向一定的值。 另外， 同 一 频率下， 不同激振振幅所对府的动刚度并不一样； 随着激振振 幅的增加， 动刚度的最大值呈下降趋势。 在三个不同的激振振幅下， 液压悬置阻尼损失角的变化趋势 也十分相似 如图7所示。在 0 ～ 1 0 Hz 范围内， 阻尼损失角呈现 急速 匕 升趋势 ； 在 1 0 ～ l 4 H z 时达到最大值 3 7 ．5 。 ； 之后 阻尼损失 角又以较快的速度下降， 在较高频段内， 阻尼损失角的值保持在 1 5 。 以下。另外 ， 同一频率下 ， 不 问激振振幅所对应的阻尼损失角 并不一样 ； 随着激振振幅增加 ， 阻尼损失角 的最大值呈下降趋势 我们把这种现象称为“ 佩恩一威特泰克” 现象l2 l 。 可以看出该悬 置在 1 0 H z 以上的频率传递率基本小于 1 ， 尤 其在 2 5 H z 以后力的传递率接近与零， 这说明该悬置对力具有很 好的隔振效果 ， 如图8所示。不同的预载时的力传递率曲线交于 一 点 均在 6 H z 左右 ， 是共振频率点 。共振频率点两侧各有 个 力传递率峰值 ， 这是合理的。但是， 由于载荷的变化， 隔振效果发 生很大的改变。 载荷减小时， 力传递率第一峰值有所减小， 但第二 峰值增加很大， 高频隔振效果明显变差。 频 率 f Hz 图 8不 同预载 1 的液压悬 置力的传递特性 以上分析可知， 液压悬置的动刚度和阻尼损失角既有随频率 变化 的频变特性 ， 又有 随振幅变化的幅变特性。轻型客车液压悬 置动特性的总体趋势为 在低频区， 液压悬置表现高刚度、 大阻尼 的动特性 ； 在 中高频 区， 表现小 阻尼 的动特性 ， 但动 刚度偏高 ， 同 时， 解耦衙的存在， 降低了液压悬置的高频动刚度， 同时消除了动 态硬化 }。总体看， 符合动力总成悬置隔振系统对悬置元件的隔 振要求。 2 ． 3仿真结果与试验结果对 比分析 利用 Ma t 1 a b ， S i m u l i n k 对悬置系统在典型工况下 预负载为 1 0 0 0 N， 激励振 幅为 0 ． 5 m m 的动特性进行仿真。仿真结果与实验 结果的对 比， 如图 9 ～ 图 1 1 所示 。 ⋯ I l川 箕 茜 【 ； ， ； ， 、 ； f | j -／ 0 l 0 2O 30 40 5O 频率 f Hz 图 9液压悬置动刚度的仿真结果与实验值对 比 频 率 f Hz 图 1 0液压悬置阻尼损失角的仿真结果与实验值对 比 图 9 动 刚度 和图 1 0 阻尼损失角 液压悬置低频 动特性 的 仿真结果t 了 实验值对比。 由动刚度频域曲线和阻尼损失角频域曲 线组成。 仿真结果与试验结果相比较， 在测试频率范围内， 动刚度 的仿真值略大于对应的试验值。 同时， 有小部分液体经解耦通道、 补偿孑 L 流人下腔， 这两股旁流对低频大振幅振动时的惯性能量损 失具有一定的影响m。而在图 1 1 力的传递率图中仿真值在频率 的共振点的传递率要明显小于实验值。 力的传递率 频率 f nz 图 1 1液压悬置力传递率的仿真结果与实验值对 比 分析误差产生原 因主要有以下几 个方面 1 在仿真模型 中 上液室内忽略 、r 液体 内气体 的存在， 使得上液室的体积刚度取值 偏大。 2 解耦盘的刚度值通过静态实验测得， 其工作过程是动态 的， 且计算时忽略了解耦盘的阻尼。 3 在建立模型的过程中将一 些元什理想化， 忽略 一 些悬置元件的非线性， 从而使得传递率减 小 ， 提高了悬置的隔振效果。 从图 巾看 ， 仿真结果与实验结果误差并不大 ， 这就证 明所建 的数学模型基本正确。符合液压悬置本身的特性要求。 4结论 在总结前人建立众多模型的基础上，建立了发动机液压悬置 “ 机械一液压” 混合复杂数学模型。运用仿真软件， 从频域方面对液 压悬置的动特陆进行仿真分析，同时对悬置 的动特性进行实验研 究 ， 然后将仿真结果与实验结果在低频振动 情况进行 了比较 ， 二者 吻合较好 ， 说明该模型基本正确。并且可以将建模型用于液压悬置 的参数设计， 通过仿真计算可以确定液压悬置特性的关键影响因素。 参考文献 1 鲍宁． 动力总成液压悬置的参数化研究[ D] ． 【 硕士学位论文 ] ． 长春 吉林大 学 ， 2 0 0 7 6 2 武玉臣 汽车发动机液压悬置建模仿真与优化研究 [ D] [ 硕士学位论文 ] ． 镇江 江苏大学 ， 2 0 0 7 5 3 吉 向东． 汽车动力总成液压悬置系统的隔振性 能研究 [ D] [ 硕士学位论 文 ． 镇江 江苏大学 ， 2 0 0 5 6 4 Ma s a o I S HI HAMA， S hi g e k i S ATOH， Ka z u t o S ETO， Ak i o NAGAMAT SU ． Ve h i c l e Vi br a t i o n r e d u c t i o n b y t r a n s f e r f u n c t i o n p h a s e c o n t r o l o n h y d r a u l i c e n g i n e m o u n t s [ J ] ． J S M E I n t e r n a t i o n a l J o u r n a 1 ． S e r i e s C ， 1 9 9 4 ， 3 7 3 5 飞思利技产品研发中心 MA T L AB 7 基础与提高[ M] j b 电子工业出版} 土 2 O O 5 啪 ㈣ 渤 伽 伽 姗 瑚 瑚