双筒式油气弹簧刚度特性解析计算与仿真分析

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1、学兔兔www.xuetutu.com双筒式油气弹簧刚度特性解析计算与仿真分析木口李春明口陈轶杰口雷强顺口邵春明1．北京理工大学机械与车辆工程学院北京1000812．中国北方车辆研究所底盘部件技术部北京100072摘要：提出了油气弹簧刚度特性解析计算的一种研究方法。给出双筒式油气弹簧的结构简图，针对其结构特点，运用范德瓦尔实际气体状态方程推导弹簧的气室压力，同时创建了计算密闭容器内气体质量的求解方程式，并开展垂直刚度的解析计算，揭示了气体弹簧刚度非线性的特点。对试制样件进行弹性特性试验，与系统弹性力方程解析解对比验

2、证了研究方法的正确性．同时开展了相关参数对油气弹簧刚度特性影响规律的研究，所得结论为气体弹簧的设计提供了参考。关键词：油气弹簧弹性力刚度特性双筒中图分类号：TH703．63文献标识码：A文章编号：1000—4998(2011)09—0028—03由于油气弹簧具有典型的非线性弹性特性，能够式中：P为油室压强；A。为活塞面积；D为活塞直径。最大限度地满足工程车辆的行驶要求．已成为人们研由于车辆处于静平衡状态时弹簧内各腔室压力相究的热点课题。现有技术中，国内学者普遍使用绝热状等，可整理得出油气弹簧腔室压力为：态下的理想

3、气体状态方程对刚度变化开展分析，但绝jDe2=mj=(2)热指数与温度等诸多客观因素有关。为便于分析，人们式中：Pj为油室静平衡位置压强；md为簧上质量；g为通常取其中的某一平均值，容易造成较大误差．后来有人参照国外研究成果使用8个常数的BWR实际气体重力加速度；i为杠杆比。静平衡位置处油气弹簧气室体积为：状态方程对弹性力值进行推算，由于参数过多且方程形式复杂，也不利于工程应用。针对这种情况，本文通=；A正q0j(3)过范德瓦尔实际气体状态方程对油气弹簧的刚度特性式中：A为蓄能器面积；q0为初始气室高度；j为油气

4、进行了推导和系统研究。弹簧静行程。运用范德瓦尔实际气体状态方程推导相关参数：1油气弹簧结构p=一c4，图1为双筒式油气弹簧结构简图，浮动式中：P为气体绝对压力；T为热力学温度；V。为气体活塞将蓄能器分为两体积；为气体常数；0、6为范德瓦尔常数；m为气体个腔室，其中气室充满质量。高压惰性气体作为弹联立式(3)、(4)推导惰性气体质量：性元件。油室中的油液m属于传力介质，通过阀[D-0．67+】(5)系节流消耗来自地面式中：的振动能量。[C+20．78b(a1／＼Jj2油气弹簧刚度特性解析计算C=-36bRgTo+7

5、2pib2+8a2．1油气弹簧气室压力推导M=R~To2(4bRgTo+lzPj62_a)首先分析油气弹簧在低速运动状态下的受力情N=4pj(3pJb3RgTo-5abRg710+6j+206j+)况，此时阻尼力可忽略，系统输出以弹性力为主，油气则静平衡位置气室高度为：弹簧活塞所受弹性力为：L=／A(6)F~=pA。=pDr2(1)蓄能器横截面积为：Ax=TrDx2／4(7=I国家部委预研项目(编号：51404000104BQ01)代入式(4)即可求解任意温度和体积下的气体压收稿日期：2011年3月回2011／9

6、学兔兔www.xuetutu.com力值。表1弹性力关键点力值对比2．2油气弹簧垂直刚度计算名称R主油腔容积变化为：试验数据／l【N78．oo15．7429．84仿真数据／kN75．5O16．2129．O6A得等(8)数据偏差／％3．212．902．61式中：s为油气弹簧行程；s为蓄能器行程。表中：为最大弹性力值；为最小弹性力值；为零点位移处弹性力值。蓄能器气室高度变化为：体常数a=456．37m6pa／kg，b=O．00361m／kg，Rs=296．77Ls=L一(9)J／(kg·K)，i=0．7，热力学温度7

7、--293K。3．2试验验证和仿真气室体积变化为：通过静态试验测定油气弹簧弹性力随位移的变化Vq=AxLs=AL自一‘)(10)趋势。取频率A=o．02Hz，振幅A=0．07m的正弦激励，则油气弹簧气体压力P为：试验照片如图2所示。为方便与仿真结果对比．通过插值处理数据并取复原和压缩行程的平均值以剔除摩擦Rp箸gTmq。～——(11)力，如图3及表1所示，可以看出运用范德瓦尔实际气箸)]体状态方程推导的油气弹簧弹性力与实际力值吻合很弹性力为：好，并随位移呈现出明显的非线性特性，为油气弹簧的气室设计提供了参考。图4

8、～7为仿真结果。AdA(等~gTm)q—一—生_丁(12)日一—)一mq6等)]4结论则油气弹簧刚度为：由仿真结果可以看出，随着簧载质量、动力缸内径的增大以及静平衡气室高度和蓄能器内径的减小油气dF~_=∞AcR【ax()-mq6]一～)r)(13)弹簧刚度呈现出不同程度的增长趋势，尤其当位移增加时，弹簧刚度显著升高。体现出气体大储能比的特3试验验证与仿真结果点，当悬挂动