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1、第八届全国振动理论及应用学术会议论文集，上海，2003 年 11 月 用试验方法解决油气悬挂系统的设计问题 用试验方法解决油气悬挂系统的设计问题 张新敏 （徐工研究院，江苏省徐州市 221004） 摘摘 要： 要： 油气悬挂系统的设计方法不健全，因此造成现在国内没有自主知识产权的成熟产品，某厂试制 的 QAY25 全地面汽车起重机的油气悬挂系统减震性能不好，我们采用道路模拟试验台用试验的方法解决了 这一设计问题，并取得了许多试验数据。本文总结了这一试验过程并用振动分析理论与试验数据分析相结合 的方法分析油气悬挂系统设计参数变化引起性能变化的规律。 本文主要有以下内容： (1)介绍油气悬挂系统的
2、 工作原理；(2)分析某厂 QAY25 全地面汽车起重机油气悬挂系统的主要问题和影响因素；(3)介绍采用的试验 设备和试验方法，激励信号和采集信号；(4)用 Fourier 变换、功率谱密度、三分之一倍频程加速度均方根值 等方法分析不同道路谱激振条件下的不同设计参数变化的响应变化。本文的主要成果有： （1）用试验方法解 决了某厂油气悬挂系统设计参数问题； （2）总结了用试验手段解决油气悬挂系统设计问题的方法。 关键词： 关键词： 油气悬挂系统 设计参数 试验 To Solve the Design Problem of Hydro- Pneumatic Suspension System by
3、 Test Manner ZHANG Xin-min (xuzhou construction machinery institute， xuzhou city 221004) Abstract: The design method of Hydro-Pneumatic Suspension System (HPSS) is not accomplished, so one factory s new product QAY25 all terrain cranes HPSS cannot reduce the vibration effectively. We solved the desi
4、gn problem by using the road simulation test equipment and some test methods, at the same times, we acquired many useful test data. This paper summary this test program as well as analysis the transform tendency of the performance of the HPSS according to the design parameters. The papers main conte
5、nt: (1)Introduce working principle of the HPSS; (2)Analysis the problem of the QAY25 all terrain crane and the factors which affect the problem; (3) Introduce the road simulation test equipment and the test method used as well as drive signals and the signals acquired; (4)Using Fourier Transform, po
6、wer spectrum density, Root-Mean-Square values of 1/3 octave band analysis the responses of the different drive signals and different design 作者简介：张新敏（1963） ，男，湖北黄梅人，高级工程师，本科，中国矿业大学在读工程硕士 1 parameters and find the transform tendency ; The papers main creations: (1)Using test method solved the design p
7、roblem of the HPSS; (2)Summary the test method. key words: Hydro-Pneumatic Suspension System, Design parameters, Test 1 QAY25 全地面汽车起重机油气悬挂系统及分析全地面汽车起重机油气悬挂系统及分析 1.1 原理图原理图 某厂设计的全地面汽车起重机的油气悬挂原理如图 1 图 2 所示，整车油气悬挂液压系统采用两桥 并联液压回路。各桥左右油气悬挂装置有独立操纵性。油气悬挂液压系统实现车身高度位置调节、 弹性悬挂、刚性悬挂的功能转换。 1 蓄能器 2 悬挂缸 3 控制阀组 图
8、1 油气悬架液压系统原理图 Fig.1 Illustrations of the Hydro-Pneumatic Suspension System (HPSS) 2 1 缸筒 2 单向阀 3 阻尼孔 4 活塞杆和活塞组件 5 蓄能器 图 2 油气悬挂缸原理图 Fig 2. Illustrations of the actuator of the HPSS 1.2 主要问题主要问题 自行设计的悬挂系统刚度很大，基本上不减振，工厂要求通过试验来解决这一问题。 1.3 影响刚性的主要参数分析影响刚性的主要参数分析 通过对以前试验经验的总结和参考有关文献，分析影响油气悬挂刚度的参数有： 畜能器额定充
9、气容积、畜能器初始充气压力、悬挂缸腔截面积（大腔） 、悬挂缸腔截面积（小腔） 悬挂质量。其影响规律如表 1 所示： 表 1 结构参数对悬架刚度的影响 Tab.1 The relationships between Structure parameters and stiffness of the HPSS 结构参数 参数变化油气悬架刚度值 蓄能器额定充气容积V0增大 减小 蓄能器初始充气压力P0增大 减小 悬架缸腔截面积A1增大 增大 悬架缸腔截面积A2增大 减小 悬挂质量 M 增大 增大较快 大多数文献忽略了控制阀的通径和油管通径的影响，本文将证实控制阀的通径、油管通径和布管方 式的决定性作
10、用。 3 2 试验方案试验方案 2.1 激励道路谱激励道路谱 按照位移功率谱密度分三个道路级别如表二，并且用三种行驶速度来设计道路激励谱，分别为 20km/h、35km/h、和 50km/h。同时设计阶跃激励 60mm-0, 表 2 道路激励功率谱级别 Tab.2 The grades of power spectrum density for stimulation 各倍频中心频率，Nc(m-1) 路 面 等 级 Gd(Nc) 10-6m2/m-1 00078 00156 00312 00625 0125 025 050 10 20 40 A 几何平均 上 限 2621 5243 655 1
11、311 164 328 410 819 102 205 256 512 064 128 016 032 004 008 0.01 0.02 B 下限 几何平均 上限 5243 10486 20972 1311 2621 5243 328 655 1311 81.9 163.8 327.7 20.5 41.0 81.9 5.12 10.24 20.48 1.28 2.56 5.12 0.32 0.64 1.28 0.08 0.16 0.32 0.02 0.04 0.08 C 下限 几何平均 上限 20972 41943 83886 5243 10486 20972 1311 2621 5243
12、327.7 655.4 1310.7 81.9 163.8 327.7 20.48 40.96 81.92 5.12 10.24 20.48 1.28 2.56 5.12 0.32 0.64 1.28 0.08 0.16 0.32 2.2 测量参数测量参数 在左侧前后油气悬挂缸的上下两端安装加速度传感器，在司机座椅上下两端安装加速度传感 器，分别测量油气悬挂港的上下两端的振动加速度和司机座椅上下两端的振动加速度，座椅上安装 模拟人的载荷。在油气悬挂缸的上下工作腔和畜能器的进口安装油压传感器，分别测量悬挂缸的上 腔、下腔、畜能器的工作油压。 2.3 试验设备试验设备 采用从德国申克公司进口的大型
13、液压伺服整车道路模拟试验台， 该试验台可以根据上述道路功 率谱自动生成道路路面谱，也可以使用实时采集的道路谱和生成阶跃，方波，正弦波，三角波等激 励，该试验台配有工作站可以实时分析各种振动参数。 2.4 试验过程试验过程 如 1.3 所述，影响油气悬挂刚度的因素中，蓄能器额定充气容积、悬挂缸腔截面积、悬挂 缸腔截面积、悬挂质量、控制阀的通径、管路通径较为难以变动，所以试验过程首选试验蓄能器 初始充气压力对刚度的影响。经过调整试验，发现改变蓄能器初始充气压力对改善此车的油气悬挂 刚度影响不大，不能够解决问题。经过分析，认为悬挂缸大腔至蓄能器的控制阀通径太小可能影响 动态减震性能，因此用软管将控制
14、阀短路，试验数据表明动态减震性能有显著提高，但并没有根本 性的解决这一问题。之后将注意力放在了悬挂缸大腔至蓄能器的油管及其布置上，发现这段油管细 长且有两个直角弯。将这段管路缩短取直后试验表明动态减震性能又有显著提高，最后将这段管路 加粗，则油气悬挂的减震性能达到设计要求。 3 试验参数分析指标试验参数分析指标 根据采集的加速度信号进行如下分析可以找出改变油气悬挂的设计参数和振动性能参数之间的 4 关系。 3.1 系统固有频率分析系统固有频率分析 由阶跃激励的响应信号经 FFT 变换找出车辆的固有频率， 改变油气悬挂的参数可以看出固有频率 的变化规律 3.2 系统阻尼比系统阻尼比 由阶跃激励的
15、响应信号的自由衰减振动曲线的半周期衰减率求出阻尼比； =A1/A2 A1-第二个峰至第三个峰的峰峰值 A2-第三个峰至第四个峰的峰峰值 阻尼比：= 2 2 ln 1 1 + 3.3 油气悬挂的加速度传递率油气悬挂的加速度传递率 这里采用了加权加速度传递率作为对油气悬挂减震性能的评价指标，如下方法定义这一指标： 对于振动加速度信号进行三分之一倍频程的均方根值分析，然后与相应频率加权因子相乘，得到 加权均方根加速度值。 a= wf = n f ff aW 1 22 2 1 ( 1) a- 每一频带宽内的加速度均方根值 f W- 相应频率加权因子 f 采用的三分之一倍频程的中心频率和加权因子如表三所示 表 3 三分之一倍频程的中心频率和加权因子 Tab.3 Central frequencies of the 1/3 octave band and factors 三分之一倍频程的中 心频率 f 加权因子 W f 三分之一倍频程的中 心频率 f 加权因子 W f 1.00 -6 8.00 0 1.25 -5 10.08 -2 1.59 -4 12.70 -4 2.00 -3 16.00 -6 2.51 -2 20.16 -8 3.17 -1 25.40 -10 4.00 0 32.00 -12 5.03 0 40.32 -14 6.35 0 5 加速度传递率
