矿用汽车油气悬架系统动力学性能研究

论文摘要

车辆的行驶平顺性和乘坐舒适性与整车本身的振动特性有关,而整车的振动特性又取决于悬架的固有特性,因此悬架的固有特性直接决定了整车的行驶平顺性和乘坐舒适性。悬架的特性主要是刚度特性和阻尼特性。传统悬架的刚度和阻尼都是固定不变的,整车振动的固有频率会随着簧载质量的变化而变化,因此采用传统悬架的车辆的行驶平顺性和乘坐舒适性较差。油气悬架作为一种新型的悬架系统,它是以油液为传递介质,以惰性气体(通常是氮气)作为弹性介质,具有良好的非线性刚度和阻尼特性,可以保证车辆在行驶过程中平稳运行、减小路面激励带来的颠簸、减轻驾驶疲劳、提高整车的行驶平顺性和乘坐舒适性。因此,对油气悬架系统性能的研究对于改善整车的行驶平顺性和乘坐舒适性具有重要的现实意义。矿用汽车在实际使用过程中,由于油气悬架系统经常出现损坏,导致了整车的乘坐舒适性较差,影响了工人的工作效率。基于以上问题,本文以WC5型矿用汽车(无轨胶轮车)为研究对象,对油气悬架系统进行动力学性能研究,通过对矿用汽车油气悬架系统分析,寻求问题的根源。首先,对结构进行了相应的优化改进,增加单向阀、阻尼孔充当减振元件以缓解不平路面对矿用汽车带来的冲击;将原结构中的机械式三位三通换向阀替换为电磁换向阀,以消除机械式随动臂对阀带来的冲击力;这在一定程度上,提高了矿用汽车行驶平顺性和乘坐舒适性,为油气悬架结构参数优化、合理选择和确定以及对矿用汽车油气悬架系统的自主研发设计提供了一定的理论基础和参考依据。其次,利用流体动力学和非线性振动理论,建立了考虑油液非线性刚度、活塞与液压缸壁之间的动摩擦力、蓄能器结构参数等因素的油气悬架非线性数学模型。采用液压仿真软件AMESim,通过对仿真模型进行DOE试验仿真分析,不仅获取了影响油气悬架系统性能的结构参数,而且也相应验证了油气悬架非线性数学模型的正确性;区别于现阶段的半主动油气悬架研究主要集中在对阻尼系数的控制上,采用三位三通电磁换向阀,通过对油气悬架系统的充放油控制减轻了路面对车身的冲击振动;并通过参数化优化设计对影响油气悬架系统性能的结构参数进行了改进,减小了车身的垂直加速度,并得到了油气悬架最优化刚度特性曲线。摆架是矿用汽车主要的承载机构,其结构特征直接关系着矿用汽车的使用寿命,然而目前对此种摆架结构方面的研究极少,由此,有必要对摆架进行应力应变分析和疲劳寿命分析。通过Pro/E软件建立摆架的三维实体模型,运用应力应变分析软件Patran对其进行了应力应变分析,并对其应力集中部分进行了相应的改进。运用Fatigue疲劳分析软件对改进前后的摆架进行了疲劳寿命预测分析,分析得知改进后的摆架的寿命得到了一定的延长,满足了矿用汽车实际使用的要求。最后,运用Pro/E软件建立了油气悬架缸、导向机构、机架、车轮等在内的矿用汽车空间运动三维实体模型,运用机械系统动力学仿真分析软件ADAMS对矿用汽车进行了运动学性能分析、多刚体动力学仿真、爬坡性能以及侧倾性能研究,得知经优化改进后,矿用汽车的整体性能得到了良好的改善。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 油气悬架系统国内外研究现状探讨
• 1.2.1 地面车辆油气悬架系统研究
• 1.2.2 矿用车辆油气悬架系统研究
• 1.3 研究目的和意义
• 1.4 主要研究内容
• 第二章 矿用汽车油气悬架结构特点及改进分析
• 2.1 结构组成
• 2.2 工作原理
• 2.3 缺陷分析及改进措施
• 2.4 本章小结
• 第三章 矿用汽车油气悬架系统数学建模与仿真
• 3.1 油气悬架系统数学模型
• 3.1.1 蓄能器参数选择
• 3.1.2 管道流动的压力损失
• 3.2 油气悬架系统特性分析
• 3.2.1 刚度特性仿真分析
• 3.2.2 实体建模刚度特性分析
• 3.2.3 阻尼特性仿真分析
• 3.3 基于AMESIM 的油气悬架系统仿真分析
• 3.3.1 AMESim 仿真建模
• 3.3.2 试验设计（DOE）
• 3.3.3 参数化优化设计
• 3.3.4 油气悬架优化改进
• 3.4 本章小结
• 第四章 摆架应力应变疲劳分析
• 4.1 疲劳分析理论探讨
• 4.1.1 疲劳概述
• 4.1.2 疲劳累积损伤理论
• 4.2 疲劳寿命分析方法
• 4.3 应力应变疲劳分析
• 4.3.1 摆架问题描述
• 4.3.2 摆架实体模型建立
• 4.3.3 应力应变分析
• 4.3.4 疲劳寿命预测分析
• 4.4 摆架结构改进方案
• 4.4.1 应力应变分析
• 4.4.2 疲劳寿命分析
• 4.5 本章小结
• 第五章 矿用汽车整车动力学仿真实验分析
• 5.1 多体系统动力学理论探讨
• 5.1.1 虚拟样机技术
• 5.1.2 ADAMS 概述
• 5.2 整车运动学分析
• 5.2.1 测试平台测试
• 5.2.2 整车仿真测试分析
• 5.3 爬坡性能分析
• 5.3.1 爬坡性能计算
• 5.3.2 爬坡实体模型仿真分析
• 5.4 侧倾性能分析
• 5.4.1 侧翻因子
• 5.4.2 侧倾性能技术参数
• 5.4.3 侧倾模型计算
• 5.4.4 侧倾三维实体建模仿真
• 5.5 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 主要完成的工作
• 6.2 主要结论
• 6.3 进一步工作展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文目录