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1、Ac a de m i c 学 术 矿用汽车油气悬架系统动力学性能分析 河北钢铁集团矿业公司司家营铁矿 一 李文举 摘要 矿用汽车大都为大型运输车辆 其行驶环境复杂条件恶劣 如何保证车辆在这样的 环境下安全平稳的行驶已成为国内外研究的蘑点 油气悬架系统是以液压传动和控制技 术为基础的综合系统 具有良好的运行平顺性 本文简要介绍了矿用车辆油气悬架系统 及其结构特点 重点对基于油气悬架系统的矿用汽车动力学进行了分析 车辆 的整车振动特性好坏将 导致行驶平顺 性和乘坐舒适性 的不 同 而整车的振动特性关 键在于悬架的固有特性 悬架 的固有特性包括 刚度特性和阻尼特性 因此此两项特性直接决 定 了整车
2、的行驶平顺性和乘坐舒适性 对 于传 统悬架来说 它的行驶平顺性和乘坐舒适性较 差 究其原因主要是悬架的固有特性为一定值 整车振动的固有频率在运行时是 随时变化的 而以油液为过渡介质 以惰性气体 通常是氮气 作为弹性介质的油气悬架 是 一 种新型的悬架 系统 由于其良好 的非线性刚度和 阻尼特性 使车辆在行驶过程 中平稳运行 减小颠簸感 减轻 驾驶疲劳 提高乘坐舒适性 所以油气悬 挂系统是改善行驶平顺性和乘坐舒适性 的突破 点 1 矿用车辆油气悬架系统简介 相对于国外 我国矿山辅助机械化的研 究 和普及较不完善 研究始于 f 世 纪七十年代 八十年代国家才开始较为重视 而 国外从上世 纪六十年代
3、就开始运用铁矿辅助运输设备 虽 然我国对这方面的研究有 了突破性的进展 但 由于基础弱起步晚 与国外相比 无论从科研 还是应用上 都有一段距离的差距 目前 国 内外矿用车辆油气悬架系统包括 以下几类 1 1 被动悬架系统 系统无能量输入 只 有油气悬架缸与蓄能器组成 无外界能量输入 细分为无限位块和有限位块两种 限位块的作 用在 于路面起伏过大时防止油气悬架穿透油气 悬 架缸 1 2 半主动悬架系统 与前者相比主要的 不同点在于有少量能量输入系统 1 3 主动悬架系统 主动悬架性能较好 但 实际应弭 j 并不广泛 主要是由 于结构 比较复 杂 费用高 需要大量能量的输入 2 矿用汽车油气悬架结
4、构特点 油气 悬架是一种新型车辆悬架系统 主要 用 J 特种 车辆及大型工程车辆 标志着现代车 辆悬架的研 究方向 其减震主要是通过液压单 向阀和阻尼孔 的阻尼作用 其弹性元件 与减振 元件为一整体 油气悬架能够减缓路面的冲击 提高舒适性 减弱驾驶疲劳 确保车辆 安全平 稳 运行 2 1 油气悬架系统的组成 64 Ma c h in e C h in a中国机械 矿用汽车油气悬架系统主要 由油气悬架缸 蓄能器以及控制机构组成 其减震主要依靠油 气悬架缸完成 缸体上部与车架连接 活塞杆 与摆架连接 起到支撑车重 的作用 油气悬架 缸可以看做为单作用的液压缸 其活塞杆腔 内 部为大气压 活塞腔部分
5、经过单向阀和阻尼孔 与蓄能器接通 蓄能器 安装于前车架上 作为 油气悬架系统弹性元件 依靠惰性气体氮气 的 弹性变形减缓 消除起伏路面使矿用汽 车产生 的振动 控制机构是 个随动机构 主要 由控 制 阀 调节杆及摆动杆等组成 控制阀固定在 前机架上 主要用 于调节水平 高度 调节杆将 摆架前端与摆动杆相连 最后将摆动杆的中间 铰接在前机架上 2 2 油气悬架系统的工作原理 矿用汽车在起伏不平的路面上行驶时 导 致摆架起伏摆动 与之相连 的调节杆也会有相 同的动作 控制 阀的阀芯运动 也会随着改变 从而控制了高压油 的填充或高压油 的释放 主 要过程为活塞杆相对缸体向上运动 使的腔内 压力增大
6、由于液压油的不可压缩性使的液压 油通过单向阀 阻尼孔流入储能器 压缩氮气 吸收震动冲击 相反 腔 内压 力减小时 相通 路径在氮气的压 力下 回流进腔进行补油 这样 就调节 了车身的水平度 使车辆水平 改善 了 矿用汽车行驶的平顺性 但在实际使用过程 中 控制 阀的使用寿命 远远低于设定的数值 主要是由于控制机构是 机械式随动机构 使控制阀频繁的换 向 容易 损坏 除此之外 载重或是劣质路面对控制阀 的冲击势必增大 所 以矿用汽 车的行驶平顺性 和乘坐舒适性就不能得到保证 导致矿用汽车 的使用性能较差 3 基于油气悬架系统的矿用汽车动力学分 析 3 1 整车动力学分析 对 于整车动力学分析主要
7、采用对比法来说 明 车辆的悬架不同 其性能会有很大差异 传统悬架的刚度是线性的且数值是一定值 油 气悬架则不同 的刚度是非线性 渐增 减 的特性 与传统悬架相比平顺性和行驶的舒适 性较好 传统悬架中的钢板弹簧悬架应用最为 广泛 我们就 以传统钢板弹簧悬架和油气悬架 的矿用汽车在相同起伏 的路面上行驶进行对 比 设定的路面如图一所示 起始部分的平整路面 设定为坐标原点 高于平整路面为正值 相反 为负值 通过此路面时矿用汽车保持在 3 3 k m h 的行驶条件下 得到 的汽车的垂直加速度 曲线 如 图二 所示 对 比以上两图中的曲线起伏情况 总体来 看 采用油气悬架 的曲线起伏度远 小于采用钢
8、板弹簧悬架 的矿用汽车 由此可得 采用油气 悬架后 整车的垂直加速度减小明显 由此提 高 了矿用汽车行驶的平顺性和改善了乘坐 的舒 适性 3 2 爬坡性能分析 由于矿用汽车特殊 的工作环境决定 了其外 形结构 这样一来使 的爬坡能力的减弱 经过 爬坡过程 的研究分析可得 在一定载荷下 矿 用汽车在爬坡过程中 加速度小于平整路面上 的 在不 同载荷下 载荷与其加速度成反比 在坡脚处 矿用汽车行驶 的速度急剧降低 变 化 曲线显著 这主要是坡脚处的冲击造成的 3 3 侧倾性能分析 由以往 的研究可得 侧倾角过大过小都不 好 侧倾角刚度与侧倾角一小一大 相差较大时 乘 员的舒适性和安全性较低 侧倾角
9、刚度 与侧 倾角一大一小 相差也较大时 汽车又缺乏侧 倾 的感觉并且会 导致轮胎的侧偏角增大 我们 对某一配黄有油气悬架系统的矿用汽车进行 r 侧倾性能实验 并根据数据绘制 出侧倾角曲线 矿 用汽车的侧倾角小于 6度 符合矿用汽车车 身侧倾角要求 运行稳定后 的矿用汽车的侧倾 角刚度数值 9 4 6 其设计标准为 3 0 0 1 2 0 0 故 在此范围内 符合标准 结语 油气悬挂系统的研 究对于矿用汽车 具有重要 的意义 相关工作人员应进 步对新 结构形式 的油气悬架系统进行开发研究 通过 提高实际应用中的可靠性 使矿用汽车更好的 满足安全平稳性和乘坐舒适性的要求 使其发 挥更大的潜能 参考文献 1 刘杰 王海军 胶轮车油气悬架系统 刚度特性分析 J 矿山机械 2 0 0 9 1 3 2 杨斌 油气悬 架刚度 特性 的研 究 J 铜陵学院学报 2 0 0 7 0 5
