摩托车筒式减震器液压阻尼特性的模拟与仿真_单春贤

第28卷第1期2007年1月

江苏大学学报(自然科学版)

Journal of Ji ang su U n i versity(N a t ura l Sc i ence Ed iti on)

V o.l 28N o .1Jan .2007

摩托车筒式减震器液压阻尼特性的模拟与仿真

单春贤,仲敏波,吉恒松,邵 霞

(江苏大学能源与动力工程学院,江苏镇江212013)

摘要:在对摩托车筒式液压阻尼减震器进行结构和运动分析的基础上,分别建立了减震器在复原

和压缩工况下液压阻尼特性的数学模型,在MATL AB 环境下对模型进行了模拟仿真,并与实测的125型摩托车筒式减震器的示功图进行了比较分析,结果表明模拟计算与实测结果具有较好的一致性.文中还讨论了阻尼孔直径和油液温度的变化对液压阻尼力的影响规律.当阻尼孔直径较小时,阻尼孔直径的微小变化将显著影响阻尼力的大小;随着阻尼孔直径的增大,阻尼力随孔径的变化趋于缓和.温度对阻尼力的影响程度主要由减震液的粘温特性决定,随着温度的升高,减震液粘度降低,液压阻尼力减小.在实际过程中可以通过选用较高粘度指数的减震液和开设合适的阻尼孔,达到要求的减震效果.

关键词:摩托车;减震器;液压阻尼特性;数学模型;模拟仿真

中图分类号:U 463.33 文献标识码:A 文章编号:1671-7775(2007)01-0025-04

Si m ulation of hydraulic da mpi ng characteristic

for m otorcycle s cylindrical shock absor ber

S HAN Chun-x ian,Z HO NG M in-bo ,JI H eng-song,SHAO X ia

(School of Energy and Po w er Eng i neeri ng ,Ji angsu U n i vers it y ,Zhen ji ang ,Jiangs u 212013,Ch i n a)

Abst ract :Based on the analysi s on the structure and m ove m ent of m otorcyc le s cy li n drica l da m ping shock absorber ,the num ericalm ode l of the hydraulic da m ping character istic is estab li s hed under t h e con -d iti o n o f recovery and co m pressi o n for shock absorber .The si m ulati o n is by MATLAB and co m pared w ith

the practica l testing i n d icator diag ra m o f cy li n drica l shock absorber of Type 125m oto rcycle .The consis -tency bet w een si m ulation resu lt and the practi c al test verifies t h e correctness and cred itab ility of the nu -m ericalm ode.l W hen the d ia m e ter o f ho le is a b it s m a l,l t h e s m a ll change o f the d i a m eter w ill affect the da m ping force re m arkably ;w ith the i n crease of dia m eter ,this change attends to re laxation .W ith t h e in -crease of te m perature ,the v iscosity of shock absorber liqu i d drops and da m ping fo rce decreases .Choo -si n g a liquid w ith h i g her v iscosity indicator and opening su itab le da m pi n g ho le w ill achieve the requested shock -absorb i n g effect.

K ey w ords :m oto rcycle ;shoc k absorber ;hydraulic da m p i n g character i s tic ;m athe m aticalm ode;l

si m ulation 收稿日期:2006-05-22

基金项目:江苏省高校自然科学基金资助项目(05K J B470021)作者简介:单春贤(1963-),男,浙江兰溪人,副教授(scx99@pub .z.j jsi n f o .net),主要从事热物理量的微计算机测试与控制技术研究.

仲敏波(1981-),女,江苏常熟人,硕士研究生(z hong mb@126.co m ),主要从事热物理测试技术研究.

减震器是摩托车上的重要组成部件,是连接车轮与车身之间一切零部件的总称.它能缓和与衰减摩托车在行驶过程中因道路不平产生的振动和冲

击,降低车身各部分的动应力,提高车辆的行驶平顺性,有利于提高摩托车的使用寿命和操作稳定性.

摩托车减震器按其结构和安装位置主要有前叉

管和筒式液压两种.文献[1]对摩托车前叉液压减震器进行了研究,提出了简化的力学模型,建立了基于结构参数的阻尼特性的数学模型,并通过计算机模拟验证了模型的正确性.目前,对筒式减震器阻尼特性的研究主要集中在汽车减震器方面,建立了物理参数化模型、等效参数化模型以及非参数化模型等

[2]

.物理参数化模型

[3]

在建模过程中对减震器的

实际结构做了较大的简化,虽具有一定的普遍性,但未深入考虑介质的工作温度等因素对阻尼特性的影响.等效参数化模型

[4,5]

将减震器抽象为具有不同

力学特性的物理元件的组合,模型中未考虑减震器

的实际结构以及内部工作过程.非参数化模型[6]

目前仅限于对试验测试结果的简单拟合.这些研究成果对于指导汽车减震器的设计具有一定的价值,而由于摩托车减震器结构的特殊性,目前在摩托车筒式减震器液压阻尼模型方面的研究还很少,作者针对某125型摩托车筒式液压阻尼减震器的结构进行分析,建立其阻尼特性的数学模型,并在MATLAB 环境下对该模型进行模拟仿真.

1 液压阻尼模型的建立

图1是一种典型的125型摩托车减震器的结构原理图.它主要由活塞杆、阻尼弹簧、阻尼缸筒和贮油筒组件等组成.活塞杆上装有活塞,活塞上的阻尼

孔在压缩与复原行程中通过节流作用产生阻尼力,衰减振动.通过压缩阀、补偿阀、复原阀和流通阀之间的合理配合,获得良好的速度特性和阻尼特性,提高摩托车的行驶平顺性和乘骑舒适性

.

图1 某125型摩托车筒式减震器结构图F i g .1 Structure for cy li ndr i ca l sho ck abso rber o f

type 125m otorcycle

1.1 模型的建立

1.1.1 复原行程

(1)正常工况(0

在复原行程中,减震器活塞相对于阻尼缸筒向上运动,A 腔油压大于B 腔,油液通过阻尼孔流入B 腔,不足部分由C 腔油液通过补偿阀补充.

根据并联流通路径中总流量等于分流量之和原理,得到关系式

Q A B = 4(D 2-d 2

)v

Q CB = 4

d 2

v Q BI =Q AB +Q CB = 4

D 2

v

(1)

式中:Q A B 为A 腔排入B 腔的油量,m 3

/s ;Q CB 为贮油筒排入B 腔的油量,m 3

/s ;Q BI 为排入B 腔的总油量,m 3

/s ;D 为阻尼缸筒的内径,m ;d 为活塞杆的直径,m ;v 为活塞相对于阻尼缸的运行速度,m /s .

减震液通过阻尼孔属于薄壁小孔节流,可得小孔两端的压差与通过小孔的流量之间的关系式

p =Q A B 2

2( A )2

= 2

(D 2

-d 2

)2

32( A )

2

v 2(2)

式中: 为减震液密度,kg /m 3;A 为阻尼孔的截面积,m 2

; 为减震液流经阻尼孔的动态流量系数,无因次量,是与阻尼孔的大小、形状、材料及表面光洁度有关的量,一般取0.6~0.75.

可得小孔节流产生的局部阻尼力

F f1

= pS = 3

D 2

(D 2

-d 2

)2

128( A )

2

v 2(3)

式中:S 为活塞的截面积,m 2.

减震液流过补偿阀的流动可看作环形缝隙的流动,根据流体力学理论,环形缝隙的进出口端压差与流量之间的关系为

p =

12 t l Q CB

B

3(4)

式中:B 为环形缝隙的周向长度,m ; 为实际配合间隙,m ;l 为滑动阀体的轴向长度,m ; t 为温度为t 时油液的动力粘度,Pa s .

t 是与油液温度密切相关的量,有 t =

0e - (t-t 0)

, 0是油液在初始温度t 0时的动力粘度, 是粘温系数.

因此,流过复原阀的阻尼力

F f2= pA f =

12 0e

- (t-t 0)

l Q CB

B

3

A f (5)

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