连通式油气悬挂系统阻尼特性分析

油 气悬 挂具 有 非线性 的刚度 和 阻尼特 性 ， 相 比传 统 的钢 板 弹 簧 ， 的单位 储 能 比大 ， 过 对 悬挂 油 且 它 通 缸的充放油 ， 可以显现车身高度的调节 ； 且通过将车身左右两侧 的悬挂油缸用管路连通 ， 可以提高车身 的 抗侧 倾 稳定 性 ． 因此 已经 广泛 应用 于军 用车 辆 、 工程 机 械 （ 如全 路 面底 盘起 重 机 、 掘机 、 挖 铲运 车 等 ）矿 用 、 自卸 车 和赛 车［ ． 对 于油 气悬 挂 的阻尼 特性 ， 在 主要研 究 的是油 气缸 内的阻尼 孔 和单 向阀 ， 本文 在此 基础上 研究 了 现 而 连接 蓄 能器 与悬 挂缸 的液 压软 管 的阻尼 特性 ， 究结 果 表 明 ， 压 软管 的阻 尼特 性 不可 忽 略 ， 研 液 在进 行 阻 尼 特性 设计 时 ， 要充 分考 虑 这二 者 的关 系 ， 到合理 匹配 ． 做
第１ ０卷第 １期 ２１ ０ ２年 ３月
中
国
工
程
机
械
学
报
ＣＨＩ Ｓ ＯＵＲＮＡＬ ＯＦＣＯＮＳ ＮＥ ＥＪ ＴＲＵＣ ０Ｎ Ｔ１ ＭＡＣＨＩ ＲＹ ＮＥ
Ｖ０１１ ． ． Ｏ Ｎｏ １ Ｍ ａ ．２ １ ｒ ０２
连 通 式 油 气 悬 挂 系统 阻尼 特 性 分 析
苗 明 ， 方 新 王 欣 蔚 ， ，尚
＝ 一
譬
（ ８ ）
第３ 期
苗
明， ： 等 连通式油气悬挂系统阻尼特性分析
对 于气体 多 变指数 的取 值 ， 快 速 加 载 时 ， 气 体 状 态 变 化 的热 力 学 过 程看 成 是 一 个 绝 热 过 程 ， 在 把 取 ：１４ 在 缓慢加 载 时 ， 气体 状态 变 化 的热 力 学过程 看 成 是一 个 等 温过 程 ， ．； 把 取 ＝１文 献 ［ —６ 的研 究 ． ５ ］ 结 果 表 明 ， ２ ５Ｌ ３ ５ＭＰ 对 ． ，． ａ的蓄 能器 ， 激振 频 率在 １Ｈ ｚ以下 时多变 指数 取 １激 振频 率 在 １ ｚ时多 ， ～３Ｈ 变指 数取 １４激 振频 率 在 ３Ｈｚ以上 时 多变指 数取 １７ 而 根据 车 辆 动力 学 和 人机 工 程 学 的研 究 ， ．， ．． 人体 所 习惯 的垂 直振 动 频 率是 人 步行 时 身体 上 下 运动 的频率 ， 约为 １ ． ｚ为满 足 人体 的这种 习惯 ， ～１ ６Ｈ ， 车身 自
与 Ⅲ腔 的压力关 系 为
， ， ） ｒ Ｔ 、２
ｍ一 【 专
Hale Waihona Puke 了 ）ｇ ｎ （ ６ ）
式中 ： 为液压油密度 ； ｌ Ｄ ｑ为油气悬挂缸Ⅱ 腔与Ⅲ腔的油液流量 ， 兀 Ｄ 一（ ）４ 为阻尼孔 流量系数 ， ＝ ｑ＝ （ ｚ ｃ ／ ； ０６１ ； 为阻尼孔有效过流 面积 ； ｄ ．２ａ Ａ。 ］ Ｃ 为单 向阀流量系数 ，ｄ ０６￣ ； 为单 向阀有效过 流面积 ． Ｃ ＝ ．１？ ａ
（ ． ｃ ｏ ｌｏ ｃ ａ ｉａ ｇｎ ｅ ｉｇ， ｌ ｎＵｎｖ ｒｉｙ ｏ ｃ ｎ ｌｇ ， ｌ ｎ １ ６ ２ Ｃｈｎ １ Ｓ ｈ ｏ ｆＭｅ ｈ ｎｃ ｌＥｎ ｉｅ ｒｎ Ｄａｉ ｉｅ ｓｔ ｆＴｅ ｈ ｏｏ ｙ Ｄａｉ １ ０ ３， ｉａ ａ ａ
２ Ｄａｉｎ ＹＩ ＹＡ ｏ ｓｒ ｃ ｉｎ Ｍ ａ ｈｎ ｒ ．， ｄ Ｄａｉｎ １ ６ ２ Ｃ ｎ ） ． ｌ ＬＩ Ｃ ｎ ｔｕ ｔｏ ｃ ｉｅ ｙＣｏ Ｌｔ．， ｌ １ ０ ５， ｈｉａ ａ ａ
Ｄａ ｐｉ ｒ ｐｅ ｔ ｎａｌ ｉ ｎ ｎｔ ｒ ０ ｍ ｎｇ ｐ ｏ ｒ ｙ ａ ｙｓ ｓ ｏ ｉ ｅ ｃ ｎｎｅ ｔｎｇ ｃｉ
ｏｉ－ ｓ ｓ ｐ ｎｓ ｏｎ ｓ ｓ ｅ ｌｇａ ｕｓ ｅ ｉ ｙ ｔ ｍ
ＭＩ ｉ ＡＯ Ｍ ｎｇ ，Ｆ ＡＮＧ ｎ Ｘｉ ， ＷＡ Ｇ ｎ ，Ｓ Ｎ Ｘｉ ＨＡＮＧ ｉ Ｗｅ
般小于 １ △为管壁表面粗糙度 ， ０； 橡胶软管取 ００ ｍ； ／ ．３ｍ △ ｄ为管壁的相对粗糙度 ； 为管内的流体 流速 ； 为管 路 的直径 ． ｄ
一
分 析 油气悬 挂缸 的 Ⅱ， Ⅲ腔 ， Ⅲ腔 的油 液可 以通过 阻尼 孔 和单 向阀进 入 Ⅱ腔 ， Ⅱ腔 的油 液 只 可 以通 过 阻尼孔 进入 Ⅲ腔 ． 阻尼孔 和单 向阀间 的油 液 流动简 化 为短 孔节 流 作 用 ， 据 短 孔节 流 理论 嘲 ， 得 Ⅱ腔 将 根 可
ｉｇ ｒ ｔｏ ｒ ｂ ａｎ ｄ Ｓ ａ ， ｔ ｉ ｎ ｉａ ｅ ｈ ｔ ｔ ｅ ｏ ｔ ｌｄ ｍｐｎ ｒ ｐ ｒｉｓ ｓ ｏ ｌ ｅ ｍａ ｃ ｅ ｎ ａ ｉｓ ａ ｅ ｏ ｔｉｅ ． ｏ ｆｒ ｉ ｓ ｉｄ ｃ ｔ ｄ ｔ ａ ｈ ｐ ｉ ａ ｉｇ ｐ ｏ ｍａ ｅ ｔ ｈ ｕｄ ｂ ｔｈ ｄ ｅ
２Ｏ ０￣ Ｒ ０ ｅ≤ １ ５ ０
ｇ
＝
ｏ２器 ， ．＋ ｏ ３
＜ｅ３ Ｒ 蛐ｅ ≤
（ ７ ， ＞ ２ １ ４ 咖去 ｇ ） ～
式 中， Ｒｅ为雷诺 数 ， ＝ ｄ ／ 为液 压 油运 动 黏度 ， 通 式 油气 悬 挂 系 统 的液 压 软 管 中流体 雷 诺数 Ｒｅ ， 连
悬挂 缸 Ｉ腔有 效面积 ， ＝ｕ ／ ， 为 悬挂 缸 缸筒 内 Ａ Ｄ ４ Ｄ
径 ； 为 悬挂 缸 Ⅱ腔有 效 面 积 ， ＝ｕ Ｄ 一ｄ ）４ ｄ Ａ Ａ２ （ ／ ， 为悬挂 缸活塞 杆直 径 ． 蓄能器 与油缸 工腔 或 Ⅲ腔 的油 液 流通 会 在管 路 中 产生 压力损 失 ， 考虑 管 路 的这 一 压力 损 失 ， 则有 如 下
Ａｂ ｔ ａ ｔ ｕ ｒ ｎ ｌ ｔ ｅ ｏ ｌ ａ ｕ ｐ ｎ ｉｎ ｄ ｍｐ ｎ ｎ ｌ ｓｓ ｉ ｃ ｓ ｄ ｏ ｈ ｒｆ ｅａ ｄ ｒ ｂ ｕ ｄ ｖ ｌ ｅ ｉ ｓ ｒ ｃ ：Ｃ ｒ ｅ ｔ ｙ， ｈ ｉ ｇ ｓｓ ｓ ｅ ｓｏ ａ ｉ ｇ ａ ａ ｙ ｉ ｆ ｕ ｅ ｎ ｔ ｅｏ ｉ ｃ ｎ ｅ ｏ ｎ ａ ｖ ｎ — ｓｏ ｉ ｔ ｅ ｓ ｓ ｎ ｉｎ ｃ ｌ ｄ ｒ Ｂｙ ｅ ｔ ｂ ｉｈ ｎ ｏ ｍ ｕ ａ ｏ ｃ ｌｕ ａ ｅ ｔ ｅ ｉ ｔ ｒ ｏ ｎ ｃ ｉ ｇ ｏ ｌ ａ ｕ ｐ ｎ ｉｎ ｈ ｕ ｐ ｓｏ ｙ ｉ ｅ ． ｓａ ｌ ｉ ｇ ａ ｆ ｒ ｌ ｔ ａ ｃ ｌｔ ｈ ｎ ｅ ｃ ｎ ｅ ｔｎ ｉ ｇ ｓ ｓ ｓ ｅ ｎ ｓ － ｅ ｓｏ
Ｆｉ ． Ｐｒ ｎ ｉ ｌ ｃ ｅ ｅｏ ｏ ｅ ｔ ｄ ｈ ｄ ｏ ｇ１ ｉ ｃ ｐ ｅ ｓ ｈ ｍ ｆ ｃ ｎｎ ｃ ｅ ｙ ｒ
式中： Ｐ为蓄 能器 的实际 气体压 力 ； 为左 蓄 能器 至左 油缸 的管路沿 程 阻尼系 数 ；Ｚ 左 蓄能 器 至左 悬 挂缸 为 Ｉ腔 的油管 长度 ； 为 连 接 蓄能 器 和 悬挂 缸 的油 管 直 ｄ
左蓄能器至右悬挂缸 Ｈ腔的油管Ｖｉ 液流速， ＝ｖ Ｄ 一ｄ ） ｄ ｓ ｎ Ｉ ￣ｔ ｔ ｔ （ ２／ ２ｉ ｖ为符号函数 ， ｇｇ 定义为
ｓｇ ＝ ｉｎ
｛三 ，釜
Ｒ８ ２０ ０ ０
ｃ ４
软管 沿程 阻力 系数 ， 由下 式确定 ［ ： ２ ］
，
，
对蓄能器进行分析 ， 油气悬挂内的气体为氮气 ， 其性能与理想气体较为接近， 用理想气体的状态方程 来描述 气 体 的状 态 变化过 程 引：
ｐ Ｖ ＝ Ｐ ｉＶｉ （） ７
式中： Ｖ为蓄能器的实际气体体积 ； 为气体多变指数 ； ｊ Ｐ 为静平衡位置时蓄能器 的气体压强； ｊ Ｖ 为静平 衡位置时蓄能器的气体体积．
的表 达式 ：
ｐ１： ｐ ＋ ｇ １
ｔ Ｖｇ
ｓｇ ｉｎ
（） ２
１ ． 蓄能器； ． 杆； ． 筒； ． 向阀； ２ 活塞 ３ 缸 ４ 单 ５ ． 阻尼孔； ． ６ 悬挂质量； ． ７ 车轮； ． ８ 车桥
ｐ ＝ ｐ— ３
Ｌｇ ｅ
ｓ ｉ
（） ３
图 １ 连通式油气 悬挂原理
ａ ａ ｙ ｉ ｅ ｕ ｔ ． ａ ｄ ｏ ｈ ｑ ｉ ａｅ ｔｅ ｅ ｇ ｔ ｏ ， ｈ ｑ ｉ ａｅ ｔｃ ｍｐ ｅ ｓｏ ｎ ｅ ｕ ｄ ｎ ａ — ｎ ｌ ｓｓ ｒ ｓ ｌ Ｂ ｓ ｎ ｔ ｅ ｅ ｕ ｖ ｌｎ ｎ ｒ ｙ ｍｅ ｈ ｄ ｔ ｅ ｅ ｕ ｖ ｌｎ ｏ ｒ ｓ ｉ ｎ ａ ｄ ｒ ｂ ｎ ｉ ｇ ｄ ｍｐ ｓ ｅ ｏ
尼孔 、 向阀 以及管路阻尼 ， 单 使得阻尼特性得到最佳 匹配 ．
关键词 ：连通式油气悬挂 ；阻尼力 ； 管路 阻尼 ； 等效压缩阻尼 比 ； 等效复原阻尼 比
中图分类号 ：Ｔ ３ Ｈ１７ 文献标识码 ： Ａ 文章编号 ： ６ ２ ５ １ ２ １ ） １ ０ ３—０ １ ７ —５ ８ （０ ２ ０ —０ ２ ６
１ 阻尼 力 的计 算
图 １为连 通式 油气 悬挂 系统 的工作原 理 图 ． 图 １所 示 的连通 式 油 气悬 挂 ， 车 身位 移 ， 身 速度 对 设 车 Ｖ 均是 压 缩为 正 ， ， 复原 为负 ． 假定 车身 上下 振动 ， 侧倾 ， 可列 出如 下力平 衡关 系 ： 无 则
（． １大连理工大学 机械工程学院 ， 辽宁 大连 １ ６ ２ ￣２ 大连益利亚工程机械有 限公 司， １０３ ． 辽宁 大连 １６ ２ ） １０ ５
摘要： 现有 的对油气悬挂 阻尼 的分析主要集 中在悬挂缸 内的阻尼孔 和单 向阀． 建立 了连通式油气 悬挂阻尼力 的 计算公 式 ， 并通过仿真分析 表明 ， 液压软管 的阻尼特性不 可忽 略． 通过等 效能量法 ， 建立 了连通 式油气 悬挂系统 的等效压缩 阻尼比和等效复原阻尼 比． 指出了进行连通式油 气悬挂 系统 的阻尼特 性设计 时 ， 需要 合理 的选择 阻
ｄ ｍｐｎ ｒｅ ｔｅｄ ｍｐｎ ｒｐ ｒｉｓｏ ｙ ｒｕｉ ｈ ｓ－ｉｅｃｎ ｏ ｅｉｎ ｒｄ ｓｂｅ ｔｔ ｉ ｌｔ ｎａ ｄ ａ ｉｇｆ ｃ ，ｈ ａ ｉｇｐ ｏ ｅ ｔ ｆ ｄａ ｌ ｏ ｐｐ ａ ｎ ｔｂ ｏｅ ｕ ｊｃ ｏｓ ａｉ ｎ ｏ ｅ ｈ ｃ ｅ ｇ ｍｕ ｏ
Ｆ ＝ ２ ｐｌ １一 ｐ Ａ２ （ Ａ ２ ） （） １
作 者简介 ： 苗
明（９ ６ ， ， １５ 一）男 副教授 ． － ａ ： ｄ １ ８ ５ ０ ＠１ ６ ｃｒ Ｅｍ ｉａ ｙ９５２７ ２ ． ｎ ｌｎ ｏ
中
国
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学
报
第 ９卷
式 中 ： 为连 通式 油气悬 挂 的输 出力 ； 为油 气悬 挂 缸 的 Ｉ腔 压 力 ； ｚ为油 气 悬挂 缸 的 Ⅱ腔压 力 ； 为 Ｆ Ｐ Ｐ － ４１
ｐ ｅ ｍ ａ ｉ ｕ ｐ ｎ ｉｎ ｓ ｓｅ ｎｕ ｔｃｓ ｓ ｅ ｓｏ ｙ ｔｍ
径 ； 为左 蓄能 器至 左悬挂 缸 Ｉ腔 的油管 内油液 流速 ， ｇ＝ｖ ／ Ｐ Ｖ１ Ｄ ｄ ； ３为油 气悬 挂 缸 的 １腔压 强 ； 为 ］ Ｉ 左 蓄能 器至 右油缸 的管 路沿 程阻 尼系数 ；ｇ为左蓄 能器 至右悬 挂缸 Ⅲ腔 油管长 度 ； 为 液 压油 密度 ； 为 ｌ ２ Ｉ Ｄ Ｖ
ｔ ｒ ｕ ｈ ｒ ｔ ｎ ｌ ｌｃ ｉｎ ｏ ｒｆｃ ｒ ｂ ｕ ｄ ｖ ｌ ｅ ａ ｄ ｈ ｓ — ｉ ｌ ｅ ｈ ｏ ｇ ａ ｉ ａ ｅ ｔ ｆｏ ｉ ｅ， ｅ ｏ ｅ ｓ ｏ ｉ ｏ ｎ ａｖ ｎ ｏ ｐｐ ｉ ． ｅ ｅ ｎ Ｋ ｅ ｒ ｓ ｎ ｅ ｃ ｎ ｅ ｔ ｇ ｏ ｌ ａ ｕ ｐ ｎ ｉｎ；ｄ ｍｐ ｎ ｏ ｃ ；ｈ ｓ － ｉ ｅ ｉ ｅ ｄ ｍｐ ｎ ｙ ｗｏ ｄ ：ｉ ｔ ｒ ｏ ｎ ｃ ｉ ｉ ｇ ｓ ｓ ｓ ｅ ｓｏ ｎ — ａ ｉ ｇ ｆｒ ｅ ｏ ｐ ｐ ｌ ａ ｉ ｇ；ｅ ｕ ｖ ｌ ｎ ｏ － ｅ ｎ ｑ ｉ ａ ｅ ｔｃ ｒ ｎ ｐ ｅ ｓｏ ａ ｉ ｇ ｒ ｔ ；ｅ ｕ ｖ ｌ ｎ ｅ ｕ ｄ ｎ ａ ｐ ｎ ａ ｉ ｒ ｓ ｉ ｎ ｄ ｍｐ ｎ ａ ｉ ｏ ｑ ｉ ａ ｅ ｔｒ ｂ ｎ ｉ ｇ ｄ ｍ ｉ ｇ ｒ ｔｏ ｏ