油气悬架技术研究现状及原理介绍.pdf

油气悬挂技术研究现状及原理介绍 1 概述 油气悬挂以气体 （一般为惰性气体氮）作为弹性介质，而用油液作为传力介质。它一般是由气体弹簧 和相当于液力减震器的液压缸组成。与传统悬挂相比，它具有良好的非线性刚度特性和非线性阻尼特性， 能够最大限度满足车辆的平顺性要求。同时储能比很大约为330000Nm/kg(以6Mpa氮气充气压力为例)，重 量比钢板弹簧轻50%，比扭杆弹簧轻20%，从而使它拥有了广阔的发展前景。 2 国内外研究现状[1] 油气悬挂技术始于20世纪60年代后期Karnopp发明的油气减震器，它最先应用在德国和日本的重型 车辆上，以后逐步推广应用到军用特种车辆及工程车辆上。20世纪80年代，国外出现大量有关油气悬挂 方面的发明专利，说明国外对油气悬挂技术的应用早已进入成熟阶段。在理论方面，国外定性定量的研究 工作已经开展得比较全面，对于如何进行结构参数的设计以及结构参数的变化如何影响油气悬挂的性能， 应该说都有较好的研究成果，但由于涉及结构设计的关键环节，属于企业核心技术，所以很难看到相关的 资料。 国内在油气悬挂技术研究方面起步较晚，直到80年代初期才真正有实际产品出现。1984年上海重型 汽车制造厂通过参考美国样机设计的油气悬挂应用到该厂的SH380、SH382矿用自卸车上，但使用效果较 差；1992年徐州工程机械集团有限公司从德国利勃海尔公司引进了LTM1025、LTM1032、LTM1050全地面起 重机，促进了油气悬挂技术的推广应用。随后一些高校也开始进行油气悬挂技术的研究，北京理工大学、 同济大学、大连理工大学、浙江大学、吉林大学等都从不同角度对油气悬挂进行研究分析。但国内的研究 工作更多的停留在引进成熟样机的基础上开展相关理论分析，导致自主研发能力不强，无法有效指导产品 的设计工作。到目前为止，只有徐工集团、北方车辆研究所、北京理工大学以及航天一院15所等少数单 位研制的产品达到了装车要求，但要与世界先进水平接轨，还有很长的路要走。 3 工作原理及性能影响因素[2-4] 油气悬挂的形式有单气室、双气室以及两级压力式等，本文以单气室油气分离式油气悬挂为例介绍油 气悬挂的工作原理，并从油气悬挂的工作原理出发分析油气悬挂性能的影响因素。 图1油气悬挂原理示意图 1—活塞及活塞杆组件 2—缸筒 3—液压A腔 4—液压B腔 5—浮动活塞 6—气腔 图1为单气室油气分离式油气悬挂的结构原理示意图，油气悬挂主要由缸筒、活塞杆及活塞组件、浮 动活塞等组成。浮动活塞将缸筒隔离成气腔和液压腔B，气腔内充入氮气，液压腔B通过单向阀和阻尼孔 与环形液压腔A相通，并充满工作液。 车辆在路面上行驶时，路面的起伏通过车轮传递给油气悬挂，造成活塞杆及活塞组件、浮动活塞在缸 筒内做往复运动。载荷增加，油气悬架处于压缩行程时，活塞杆及活塞组件压入缸筒，B腔体积减小，A 腔体积增大，且B腔减小的体积大于A腔增加的体积。B腔内的液压油一部分通过单向阀和阻尼孔流入A 腔，另一部分推动浮动活塞向下运动，气腔体积减少，气压升高。当气腔内气压升高至与外部载荷平衡时， 活塞杆及活塞组件停止运动。由于压缩行程时单向阀和阻尼孔同时打开，油液流经的过流面积较大，流速 较慢，产生的阻尼力较小。活塞杆及活塞组件向下运动的阻力主要是压缩气体产生的弹性力，以缓和冲击。 载荷减小，油气悬挂处于伸张行程时，活塞杆及活塞组件伸出缸筒，B腔油压降低，一方面A腔油液 通过阻尼孔流入B腔，另一方面气腔内的高压气体推动浮动活塞向上运动。气腔体积增大，气压降低，当 气腔内的气压降至与外部载荷平衡时，活塞杆及活塞组件停止运动。伸张行程时，单向阀关闭，油液流经 阻尼孔的流速加快，阻尼力增大，以便迅速衰减振动。 油气悬挂性能主要指弹性性能和减震性能，弹性性能由浮动活塞压缩气体产生的弹性力实现，减震性 能由油液流经单向阀和阻尼孔产生的阻尼力实现。油气悬挂性能影响因素比较复杂，包括路面不平度，环 境温度等外部因素，还包括阻尼孔尺寸等内部结构因素。表1列出了内部结构参数对油气悬挂性能的影响。 表1 结构参数变化对油气悬挂性能影响 结构参数 参数变化 刚度变化 减震效果 初始充气压力