带附加气室空气悬架剪式座椅振动特性研究

论文摘要

研究表明,在车辆作业和行驶过程中,长期承受低频高强度的乘坐振动,其腰椎、脊柱、胸腔和内脏都会造成伤害,严重损害驾驶员的身心健康,降低工作效率。本课题为改善驾驶员的乘坐环境,将带附加气室的空气悬架应用到驾驶员剪式座椅中,构建出新型的座椅悬架,建立了理论模型,并通过仿真和试验研究其振动特性,取得的结论如下:首先,用理论分析的方法对空气弹簧在剪式座椅悬架中的两种布置方式进行了研究,建立了两种布置方式下座椅悬架系统振动微分方程,分别导出了相应的振动系统固有频率及阻尼比表达式,发现振动系统固有频率不仅取决于空气弹簧的刚度丘和座椅的等效簧载质量历,还与座椅的结构参数有关。以HY-Z04型剪式座椅为例,计算了两种悬架系统的固有频率,发现空气弹簧布置于剪杆与底板之间时座椅悬架的固有频率约为空气弹簧布置于上板和底板间时的0.57倍。然后,采用多体系统动力学分析软件ADAMS（ADAMS/VIEW模块）建立了空气悬架座椅的仿真模型,对座椅悬架系统的振动特性进行了分析,得到以下结论:同一空气弹簧压力下,位移传递率在隔振区随m的增大而减小。同一空气弹簧压力下,当激励频率较低时,等效簧载质量m对加速度均方根值几乎没有影响;当激励频率增大到一定值后,随着等效簧载质量m的减小,响应加速度均方根值增大。响应的位移和加速度与激励相比较,响应均滞后激励约1/8个周期。用试验的方法对无附加气室和带附加气室空气悬架座椅的振动特性进行了研究,并同HY-Z04型螺旋弹簧座椅的振动特性进行了比较。研究结果表明:节流阀处于关闭状态时（即空气弹簧单独工作时）,响应位移和加速度均比激励滞后约1/4个周期,比仿真结果滞后约1/8个周期。在相同气体压力和激励振幅条件下,位移传递率峰值随等效簧载质量的增加而增加,位移传递率的峰值频率随等效簧载质量的增加而减小;相同质量,不同激励振幅下,位移传递率峰值随激励振幅的增加而增加。在低频区,加速度均方根值随频率的增加而增加;在高频区,加速度均方根值随频率的增加保持不变或有所下降。节流阀开启时（即附加气室接通时）节流孔从闭合到开启时,座椅悬架系统的位移传递率峰值频率降低。当节流孔处于开启状态时,当节流阀手柄旋转角度开始减小时,位移传递率和加速度均方根值变小,但当节流阀手柄旋转角度等于或小于45°时,节流孔流通面积进一步加大,位移传递率和加速度均方跟值几乎不变。带附加气室空气悬架座椅同HY-Z04型螺旋弹簧座椅的比较,带附加气室空气悬架座椅的共振频率要低于螺旋弹簧座椅约0.5Hz;在越过共振点后的位移放大区和隔振区内,相同激振频率时,带附加气室空气悬架座椅比螺旋弹簧座椅的位移传递率要小0.3-0.4。带附加气室空气悬架座椅的响应加速度均方根值远低于螺旋弹簧座椅,约为螺旋弹簧座椅的一半。本课题的研究,有望为带附加气室空气悬架剪式座椅的研究提供一定的参考依据。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 问题的提出
• 1.2 研究历史和现状
• 1.3 研究目标和内容
• 第二章 带附加气室空气悬架剪式座椅振动特性理论分析
• 2.1 剪式座椅中空气弹簧的布置形式
• 2.2 方案一的振动特性理论分析
• 2.2.1 模型的建立
• 2.2.2 固有频率和等效垂向刚度
• 2.2.3 阻尼比和等效阻尼系数
• 2.3 方案二的振动特性理论分析
• 2.3.1 模型的建立
• 2.3.2 固有频率和等效垂向刚度
• 2.3.3 阻尼比和等效阻尼系数
• 2.4 计算实例及比较
• 第三章 空气悬架剪式座椅振动特性仿真研究
• 3.1 空气弹簧的选定
• 3.2 座椅悬架仿真模型的建立
• 3.3 仿真结果与分析
• 3.3.1 仿真实验方案
• 3.3.2 位移和加速度响应的时间历程
• 3.3.3 幅频特性
• 3.3.4 加速度均方根值
• 第四章 带附加气室空气悬架座椅试验系统的构建
• 4.1 附加气室的设计
• 4.2 节流阀及充放气控制阀的选择
• 4.3 带附加气室空气悬架座椅试验系统的构建
• 4.4 试验系统构建
• 4.5 实验仪器与设备
• 第五章 带附加气室空气悬架座椅试验研究
• 5.1 无附加气室空气悬架座椅试验研究
• 5.1.1 试验方案及步骤
• 5.1.2 试验结果与分析
• 5.1.2.1 位移和加速度响应
• 5.1.2.2 幅频特性
• 5.1.2.3 加速度均方根值
• 5.2 带附加气室空气悬架座椅试验研究
• 5.2.1 试验方案与步骤
• 5.2.2 试验结果与分析
• 5.2.2.1 位移和加速度响应
• 5.2.2.2 幅频特性
• 5.2.2.3 加速度均方根值
• 5.3 同螺旋弹簧座椅悬架的比较
• 第六章 结论与展望
• 6.1 研究结论
• 6.2 展望与建议
• 参考文献
• 附录一 带附加气室空气悬架座椅试验结果
• 附录二 带附加气室空气悬架座椅试验系统
• 致谢
• 硕士研究生期间发表的论文