北京科技大学-申焱华-车辆系统动力学-作业三-油气悬架.doc

北京科技大学 机械工程学院车辆工程系 作业： 取载重130吨矿用汽车的前油气悬挂为研究对象，车辆从空载静平衡位置缓慢加载到满载静平衡位置时悬挂行程x0 = 90 mm；空载载荷16800 kg；满载载荷30890 kg；活塞杆直径为350 mm。 设悬挂缸活塞直径和活塞杆直径同时变化，每次变化量为20 mm，仿真参数如表3所示。 表 悬挂活塞、活塞杆直径同时变化仿真参数的设定 活塞直径（mm） 420 400 380 360 340 活塞杆直径（mm） 370 350 330 310 290 阻尼孔直径（mm） 9.24 9 8.76 8.5 8.25 充气压力（Mpa） 1.53 1.71 1.93 2.18 2.49 充气体积（L） 21.2 18.9 16.9 14.8 13.0 求取上述表中油气悬挂缸的刚度与阻尼值。（可绘制刚度、阻尼随行程的曲线） 分析悬挂活塞、活塞杆直径变化对油气悬挂输出力的影响。 相关资料： 工作原理是：在车重的作用下，油气悬架中的惰性气体都处于压缩状态。车辆在不平路面的激励下，活塞杆和活塞组件1 相对于缸筒4 作往复运动，被压缩的惰性气体作为系统的弹性组件，来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2和单向阀3产生阻尼作用，来衰减车身的振动。当悬架处于压缩行程时，Ⅰ腔的压力升高，Ⅱ腔的压力降低，Ⅰ腔的压力高于Ⅱ腔的压力，Ⅰ腔的油液同时通过阻尼孔2和单向阀流3向Ⅱ腔，产生较小的阻尼力，主要依靠气体的弹性作用来抑制缸筒和活塞杆的相对运动；当悬架处于伸张行程时，Ⅰ腔的压力降低，Ⅱ腔的压力升高，Ⅱ腔的压力高于Ⅰ腔的压力，Ⅱ腔的油液只通过阻尼孔流向Ⅰ腔，产生较大的阻尼力，以便迅速衰减运动。 油气悬挂在受到外部激励时，活塞杆及活塞组件和缸筒之间要产生相对运动。由上图悬架的物理模型，可以求出气体弹簧刚度和小孔阻尼力 （1）气体弹簧刚度 活塞杆输出力方程为 （1） 气体状态方程为 （2） 气体体积与缸筒相对于活塞的位移的关系为 （3） 在静平衡状态下 （4） 悬架弹力表达式为 （5） 弹力对位移求导，得出悬架刚度表达式 （6） 以上公式中，、分别是悬架初始状态的压强和气体体积；、分别是任意时刻的压强和气体体积；为气体多变指数，计算静刚度时，计算动刚度时，在实际情况中取值为之间。 （2）小孔阻尼力 根据流体力学理论，在液压系统中[14]，阻尼孔按长度和直径之比分为三种，即薄壁孔、细长孔、和介于薄壁孔和细长孔之间的混合型孔。的孔为薄壁孔，的小孔为细长孔，的孔为混合型孔。在设计过程中，假设阻尼孔为混合型孔。在油气悬架中，阻尼主要来源于两部分，第一部分是活塞杆的节流孔（阻尼孔和单向阀）引起的阻尼作用，这是悬架系统的主要阻尼。第二部分是油气悬架的密封圈摩擦力，包括活塞密封摩擦力和活塞杆密封摩擦力 （7） 式中： -阻尼孔流量系数；-油液密度；-液体流量； -Ⅰ和Ⅱ腔油液的压力差；-阻尼孔过流面积； ，、分别为油气悬架Ⅰ和Ⅱ腔油液的压力。 流经阻尼孔和单向阀的流量表达式为 （8） 式中、、、为阻尼孔和单向阀的参数，当时，；当时，。 阻尼力表达式为： （3）油气悬挂缸输出力 假设缸筒固定，由小孔节流理论及理想气体状态方程，油气悬挂输出力的数学方程为： （9） 式中：P0 — 为工作腔初始气体压力； V0— 为工作腔初始气体体积； A1— 为活塞面积； A2— 为环形腔的面积； Ad— 为阻尼孔面积； Ach— 为单向阀过流面积； Cd— 为阻尼孔流量系数； Cch— 为单向阀流量系数； ρ— 为油液密度； x— 为悬挂行程； r— 为气体多变指数。 由空载、满载静平衡位置推出气体体积计算公式： （10） 式中：Vk为空载静平衡时