某重型卡车驾驶室悬置系统的改进

Lx
=
M1 L M
( 1)
同理将驾驶室按 逆时针翻转 90°, 如图 2 b 所示 ,
可以得到
Lz
=
M2 L ′ M
( 2)
驾驶室总重力为
G = M g = 91 8 M
( 3)
根据质心坐标 ,由图 3 可知单根前、后弹簧在
驾驶室空载时的支撑力 F1 、F2 分别为
F1
=
L2 2( L1 +
L2 )
Impr ovemen t f or t he ca b suspen sion system of heavy tr uck
XU J i n2zhi , L IU J i ang2bo , WAN G Xiang2t ing , L IU Shou2yi n
(Co mmercial Vehicl e Research Insti t ute , Anhui J ianghuai Auto mo bi le Co. , L t d , Hefei 230022 , Chi na)
第 30 卷 增刊 2007 年 12 月
合肥工业大学 学报 ( 自 然科学版)
J OURNAL OF HEF EI UNIV ERSI TY O F TECHNOLO GY
Vol . 30 Sup Dec. 2007
某重型卡 车驾驶室悬置系统的改进
徐金志 , 刘江波 , 王香廷 , 刘守银
分析上述计算结果可知 ,横梁受工况 1 载荷 时 ,在复杂路况下横梁断裂的可能性大 ; 受工况 2 载荷时 , 横梁在复杂路况下可以满足强度要 求。
增刊
Baidu Nhomakorabea
徐金志 ,等 :某重型卡车驾驶室悬置系统的改进
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因此通过改进后座架中间销轴在垂直方向的位置 来保证 h0 = 0 ,使左 、右支撑吊耳来承担驾驶室后 载荷 ,降低汽车行驶中驾驶室左右摇晃幅度。
1. 驾驶室地板纵梁 2 . 前减振器 3. 前压缩侧限位块 4 . 翻转轴 5 . 前拉伸侧限位块 6. 前支撑
7 . 前螺旋弹簧 8 . 举升缸 9. 后支撑吊耳 10. 后支撑橡胶块 11 . 后螺旋弹簧 12. 后压缩侧限位块
13 . 后减振器 14 . 后缓冲块吊架 15. 后拉伸侧限位块 16 . 防侧倾稳定杆 17. 后支撑横梁
从图 6 中等效应力等值线 可以看出 , 工况 1 中 ,最大应力为 39 4 M Pa , 超过材料的屈服 极限 34 5 M Pa ,最大应力出现 在横梁上驾驶 室防倾锁 安装孔附近 ; 在工况 2 中最大应力为 135 M Pa ,未 超过材料的屈服极限 3 45 M Pa , 最大应力出现在 支撑橡胶块处 ,整根横梁应力分布均匀 ,满足材料 的强度要求 。 31 2 改进措施
4 试验验证
对上述改进后的车辆进行试验验证 。根据文
献[ 3 ]的规定 ,主要以测量点的加权加速度均方根
值 aw 及驾驶室的偏频来评价平顺性 , aw 的计算 公式[ 4 ] 为
aw =
∑ ∫ 20
w2j
f uj
Ga ( f ) d f
j= 1
fi j
1 2
( 8)
其中 , f ij 、f u j 分别为 1/ 3 倍频带的中心频带为 f j
G
( 4)
F2
=
L1 2( L1 +
L2 )
G
( 5)
将 L1 = 550 mm 、L2 = 1 255 mm 、G = 8 585 N 代
入 (4 ) 、( 5 ) 式 中 , 可 得 F1 = 2 9841 5 N 、F2 =
1 313 N。设Δ H1 、ΔH2 分别为前 、后簧静载时的
压缩量 ,则有
测量上述各点改进前 、后的偏频 ,测量结果见 表 2 所列 。由表 2 可知 , 改进后驾驶室内各点的 偏频都有较大的减小 , 可以提高舒适性 。
图 8 改进前 、后测点振动加速度对比
5 结束语
通过对驾驶室悬置系统前 、后螺旋弹簧和减 振器参数的改进 ,驾驶室内各点的偏频和振动加 速度都显著降低 , 舒适性提高 ;通过优化驾驶室支 撑后横梁的尺寸链 ,改善其受力状态 ,降低中间点 的弯矩 ,有效提高了横梁的支撑强度 。
1 驾驶室质量及质心坐标测量
首先用地磅测量驾驶室总质量 M ,然后用静 平衡法测量驾驶质心坐标 ,测量方法如图 2 所示 。
其中 , M、M1 、M2 分别为驾驶室总质量 、地磅测量 值 1 、地磅测量值 2 ; L x 、Lz 分别为驾驶室质心坐 标 ; L 、L′分别为测 量的 x 、z 方向前 后支撑 点的 距离。
Abstract :Based o n t he center of gravit y of cab , t hi s paper offers t he i mp rovement ways for helix sp ri ng and shock absorber of t he heavy t r uc k ca b s uspension. The test res ult s show t hat t he inherence frequency and vi bration acceleration become s malle r af ter i mp rovement , and t he cab becomes more comfo rt able . At t he same ti me ,t he improve ment s opt imize t he dimension chain of t he cab supporti ng t raver se beam , t he load st ate of t he beam improve d and t he st rengt h of beam i ncreased. Key wor ds :cab suspension ; heli x spri ng ; shock absor ber ; t raver se beam
图 6 模拟计算结果
图 4 横梁尺寸问题
同时中间 1 处承载的问题更会影响到横梁的 强度 , 图 4 中 L3 = 6 10 mm , L4 = 113 m m , 则 2 L3 / L4 = 101 8 ,即横梁后座架处的弯矩是后支撑 吊耳处的 10 . 8 倍 。下面在 2 种载荷工况下对横 梁的强度进行有限元分析 ,工况 1 : 驾驶室满载时 后横梁的载荷 3 064 N 全部分配到后座架上 ,左 、 右吊耳不受力 ,如图 5a 所示 ; 工况 2 : 驾驶室满载 时后横梁的载荷 3 064 N 分别分配到 左、右吊耳 上 ,后座架不受力 ,如图 5b 所示。
图 1 重卡驾驶室悬置系统的结构
收稿日期 : 2007211201 作者简介 : 徐金志 (1980 - ) ,男 ,安徽庐江人 ,安徽江准汽车股份有限公司工程师 .
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徐金志 ,等 :某重型卡车驾驶室悬置系统的改进
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该重型卡车 高顶驾驶室与引 进的平顶驾驶室 相 比 ,约增加质量 200 kg , 用原 驾驶室悬置支撑 现 高顶驾驶室 ,会出现诸如驾驶室减振性能差、异常 抖动和支撑横梁强度不足等问题 ,文中对高顶驾 驶室悬置系统进行分析计算 ,并作了改进设计 。
表 1 前 、后弹簧和减震器参数改进
刚度
自由高度 压缩阻力 恢复阻力
/ (N ·mm - 1 ) / mm
/N
/N
后弹簧
40
前弹簧
290
前减振器
后减振器
190. 0
1321 5
950
1 500
280
700
图 5 2 种工况下有限元模型
横梁材料为 16 M nL ,其屈服强度和强度极限 分别为σs = 345 M Pa ,σb = 510 M Pa ,弹性模量为 21 1 ×105 M Pa , 泊松比 01 3 。2 种模拟都在 垂直 方向给了 21 5 g 的振 动加速度 , 模拟结果 如图 6 所示。
某重型卡车驾驶室有半高顶和高顶 2 种 。其 驾驶室悬置系统如图 1 所示 。该悬置系统为前后 各 2 根螺旋弹簧配减振器的四点悬浮式结构 。车
辆行驶中遇到不平路面所带来的冲击 ,可以通过 悬置系统中的螺旋弹簧吸收冲击 ,通过减振器衰 减振动 ,从而达到提高驾乘舒适性的目的 。然而
(a) 前悬置结构 ( x2z 视图) (b) 后悬置结构 ( y2z 视图)
Δ H1
=
2 (L1
L2 + L2)
G K1
( 6)
Δ H2
=
2 (L1
L1 + L2)
G K2
( 7)
由 (6) 、(7) 式可知 , 弹簧刚度小 ,弹簧压缩量
大 。原平顶驾驶室 悬置前 、后弹簧的 刚度 K1 =
220 N/ mm, 其 自由高 度 H0 = 1321 5 mm; K2 =
17 N/ mm ,其 H0 = 2271 5 mm。以后 簧为例 , 得
测量点 改进前 改进后
表 2 改进前 、后测点偏频对比
③
④
⑤
21 450
21 688
21 738
21 262
21 290
弹簧支撑力计算示意图 ,如图 3 所示 。
图 3 弹簧支撑力计算示意图
图 2 驾驶室质心坐标测量示意图
以驾驶室的翻转中心点作为坐标原点 O , 如 图 2a 所示 ,设计一个高度可调的托架支撑驾驶室
后端 ,托架置于地磅上 ,调整其高度使驾驶室保持 水平 ,读出地磅读数 M1 ,并测量长度 L , 由力矩平 衡[ 1] 可知
考虑到驾驶室左右质量相差较小 , 默认质心 在左右对称线上 , 将测得的数据代入 (1) ～ (3) 式 , 得到驾驶室质量为 8 58 5 N ; 驾驶室 质心 x 坐标 L x = 69 0 mm ; 驾驶室质心 z 坐标 L z = 8 861 5 mm 。
2 前后簧及减振器参数改进
全浮式驾驶室悬置系统的隔振效果与悬置系 统的结构形式、弹簧和减振器的参数选择 ,以及悬 置系统和主悬架系统的参数匹配均密切相关[ 2 ] 。 本文通过改进螺旋弹簧、减振器参数以及悬置的 结构来提高驾驶室的驾乘舒适性 。
(安徽江淮汽车股份有限公司 商用车研究院 ,安徽 合肥 230022)
摘 要 :文章在测出某重卡驾驶室质心的基础上 ,对 重卡 驾驶室悬置系统中前 、后螺旋弹簧及减振器的 参数 进 行改进 。试验结果显示改进后驾驶室各点的偏频及 振动加速度 降低 ,平 顺性提高 ;同时优 化驾驶室 后支撑横 梁的尺寸链 ,改善其受力状态 ,提高其强度 。 关键词 :驾驶室悬置 ; 螺旋弹簧 ; 减振器 ; 横梁 中图分类号 :U463. 1. 02 文 献标 识码 :A 文章编号 :100325060( 2007) ( Sup)20048204
3 后支撑横梁结构问题及其改进措施
31 1 结构问题及强度校核 横梁尺寸问题 , 如图 4 所示 , 驾驶 室左 、右后
支撑吊耳下平面与后支撑橡胶块上平面不接触 , 有一定的间隙 , h0 = 6 mm 。该间隙的存在使驾驶 室后支撑的载荷分配形式由应该的 3 处承载变成 后座架的 1 处承载 ,汽车行驶时 ,驾驶室会绕着后 座架中间轴左右摇晃 , 影响驾驶室的舒适性。
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合肥工业大学学报 (自然科学版)
第 30 卷
Δ H2 = 77 mm ,该变形量加上驾驶室满载后的变 形量 ,致使后压缩侧限位块与后缓冲块吊架距离 很近 ,这样车辆在行驶中限位块会频繁撞击后缓 冲块吊架 ,对驾驶室造成冲击 , 影响驾驶舒适性 , 同时也降低限位块的寿命 。高顶驾驶室比平顶质 量约增加 20 0 kg , 设计时将该质 量分配到前 、后 簧上。根据前 、后支撑现有结构尺寸 ,为了让弹簧 在汽车行驶过程有足够的空间衰减冲击 , 不频繁 撞击缓冲块 , 通过改进前 、后弹簧的参数和减振器 阻尼力来调整限位尺寸 。参数改进见表 1 所列 。
的下、上限频率 ; Ga ( f ) 为等带宽的加速度自功率
谱密度 ; aw 为单轴向加权加速度均方根值 ; w j 为
第 j 个 1/ 3 倍频带的加权系数 。
测量仪的软件可以记录加速度时间历程 , 计
算出某 段路 面的 aw 。试验 所测 量的 点 , 如 图 7
所示。
值直方图的对比 。
③ 脚地板 ④卧铺板 ⑤座椅 ⑥ 头枕 图 7 测量点分布