油气悬架系统在全路面起重机上的应用设计

论文摘要

油气悬架是70年代出现的一种新型悬架。由于其具有良好的非线性刚度和阻尼特性,因此,能够最大限度的满足工程车辆平顺性和操纵稳定性方面的要求。油气悬架系统是以惰性气体(通常为氮气)作为弹性介质,以液压油作为阻尼介质,集弹性元件与减振装置于一体的被动悬架装置。油气悬架既具有传统的被动悬架性能,又具有慢主动悬架结构特征的性能,是发展现代工程车辆的关键技术,具有很大的市场潜力和广阔的工业应用前景。本文以实际工程车辆的油气悬架系统为分析研究对象,根据油气悬架系统的工作原理,通过对其实体模型进行适当的简化建立其物理模型。基于实际气体状态方程、孔口出流、热力学第一定律等有关理论建立了油气悬架缸的非线性数学模型。在此基础上,研究了油气悬架缸的位移特性和速度特性以及非线性刚度和阻尼特性,仿真分析了激励参数、结构参数和工作参数对油气悬架特性的影响。仿真结果可作为开发设计油气悬架系统的依据,亦可用来评价起重机整车性能。本文主要研究以下内容:①以LTM1160全路面起重机油气悬架系统为研究对象,介绍了双气室蓄能器油气悬架系统的工作原理和结构,通过对其实体模型进行合理简化建立了其物理模型。②根据双气室蓄能器油气悬架的物理模型和工作机理,基于孔口出流、实际气体状态方程和热力学第一定律等理论,建立了油气悬架缸复杂的非线性数学模型。在该数学模型的基础上,通过ADAMS仿真软件对油气悬架系统建立了三维实体虚拟样机模型,基于油气悬架油缸三维实体虚拟样机模型,仿真了在正弦位移激励作用下油气悬架缸的工作特性和内部状态参数的变化规律。同时,本文用位移特性和速度特性表示油气悬架的动态特性,仿真分析了振幅和频率等激励参数,阻尼孔直径、缸筒内径和杆筒外径等结构参数和蓄能器初始充气压力、初始充气体积和温度等工作状态参数对其动态特性的影响。③建立了表示油气悬架阻尼力和弹性力的数学模型,说明油气悬架本质上具有非线性刚度和非线性阻尼特性。仿真研究了结构参数和工作参数对刚度和阻尼特性的影响,揭示了各参数对油气悬架缸特性的影响规律,为其结构参数和工作参数的选择提供理论依据。④以LTM1160型全路面起重机油气悬架系统为研究对象,分析了各控制逻辑模块之间在CANopen标准协议下,通过CANbus总线系统进行数据传输的可行性,掌握了PLC可编程逻辑控制模块的编程及硬件配置要求方面的方法。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 1 绪论
• 1.1 课题研究的目的和意义
• 1.2 车辆悬架系统的组成和分类
• 1.2.1 车辆悬架系统的组成
• 1.2.2 车辆悬架系统的分类
• 1.3 油气悬架系统
• 1.3.1 油气悬架系统概述
• 1.3.2 油气悬架系统的特点
• 1.3.3 油气悬架系统的分类
• 1.4 油气悬架系统国内外研究概况
• 1.4.1 国外的油气悬架研究现状
• 1.4.2 国内的油气悬架研究现状
• 1.5 本文的研究内容
• 2 油气悬架的结构和工作原理
• 2.1 概述
• 2.2 全路面起重机及其油气悬架系统
• 2.2.1 LTM1160型全路面起重机简介
• 2.2.2 油气悬架油缸的组成结构
• 2.2.3 油气悬架安装结构
• 2.2.4 双气室油气悬架工作原理
• 3 油气悬架缸非线性数学模型的建立
• 3.1 概述
• 3.2 数学模型建立的条件
• 3.3 实际气体状态方程的选择
• 3.4 油气悬架缸的非线性数学模型
• 3.5 节流孔流量系数的确定
• 3.6 蓄能器及其多变指数的确定
• 3.7 单向阀的特性
• 4 油气悬架系统的仿真研究
• 4.1 ADAMS软件概述
• 4.2 油气悬架系统仿真模型的建立与仿真
• 4.2.1 油气悬架系统仿真激励信号
• 4.2.2 油气悬架系统仿真研究
• 4.2.3 油气悬架位移特性与激励参数的关系
• 4.2.4 油气悬架位移特性和速度特性与工作参数的关系
• 5 油气悬架非线性阻尼和刚度特性分析
• 5.1 概述
• 5.2 油气悬架系统的性能描述
• 5.3 阻尼特性的分析
• 5.3.1 激励频率对阻尼特性的影响
• 5.3.2 阻尼孔面积和环形腔面积对阻尼的影响
• 5.4 刚度特性的分析
• 5.4.1 初始充气体积对刚度的影响
• 5.4.2 初始充气压力对刚度的影响
• 6 油气悬架的电液控制系统
• 6.1 概述
• 6.2 油气悬架液压控制系统的组成及功能
• 6.3 油气悬架电气控制系统
• 6.3.1 CAN总线技术概述
• 6.3.2 油气悬架电气控制系统硬件的构成
• 6.3.3 油气悬架电气控制系统软件的设计
• 7 结论与展望
• 7.1 主要结论
• 7.2 后续研究工作的展望
• 致谢
• 参考文献
• 附:作者在攻读工程硕士学位期间参加的科研项目及得奖情况