农用运输车油气悬架振动特性仿真研究.docx

2015年3月第44卷第3期Mar.2015

2015年3月

第44卷第3期

Mar.2015Vol.44No.3

MachineDesignandManufacturingEngineering

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DOI:10.3969/j.issn.2095-509X.2015.03.006

农用运输车油气悬架振动特性仿真研究

丁继斌，何仁2

(1.南京工业职业技术学院机械工程学院，江苏南京210023)

(2.江苏大学汽车与交通工程学院，江苏镇江212013)

摘要：以农用运输车减振为目的，建立了二自由度农用运输车油气悬架系统的数学模型，分析了油气悬架系统数学模型的非线性特性。运用AMEsim仿真软件，采用阶跃信号、谐波信号和随机信号模拟农用运输车典型行驶路况，对比分析了被动悬架和油气悬架的振动特性，验证了数学模型的正确性。通过比较两种悬架的振动特性、非线性特性和车身高度偏离静平衡状态的程度等3项指标，表明采用油气悬架可明显改善农用运输车悬架的振动性能，提高行驶平顺性和乘坐舒适性。

关键词：农用车辆；振动；AMEsim;非线性；油气悬架

中图分类号：U462文献标识码：A文章编号：2095-509X(2015)03-0027-06

农用运输车一般行驶在路况较差的乡村公路、土路，有时在无道路的田间作业，承受载荷的情况比较复杂，悬架的性能对车辆操纵稳定性、乘坐舒适性有直接影响。国内外对采用钢板弹簧-液压减振器悬架的农用运输车(以下简称“农用车”)的平顺性进行了深入研究，建立了多种数学模型，深入分析了农用车随机振动特性，并对钢板弹簧悬架参数进行了优化设计和仿真研究1-3]。但由于钢板弹簧-液压减振器构成的悬架系统固有的线性特征，对农用车行驶的不平坦路面，特别是比较恶劣的乡村公路、田间行驶路面适应性差，不能满足农用车平顺性要求。而具有非线性特征的油气悬架的非线性刚度特性和阻尼特性可使车辆具有良好的行驶平顺性，在工程车辆上得到了广泛应用，国内外学者建立数学模型对油气悬架的高度调节特性、减振特性、车辆侧倾角、负荷分配等性能进行了实验验证4],对其非线性特征进行了仿真研究和优化计算与设计?-6]。

因此，在分析农用运输车非线性特性的基础上，对比分析农用车被动悬架和油气悬架的振动特性，为改善农用运输车的振动特性，提高其乘坐舒适性及设计水平提供理论依据具有重要的现实意义。

1农用运输车油气悬架系统模型

只考虑垂直方向的振动，将农用车简化为二自由度油气悬架振动模型(如图1所示)。车身质量由弹簧和蓄能器控制的液压油缸支撑，根据牛顿定律，其相应的运动微分方程为7:

式中：z?为车身垂直位移；z?为车轮垂直位移；zo为路面垂直位移；F、为油气悬架负载力；m?为车身质量；m?为轮胎等效质量；k?为悬架等效刚度；k?为轮胎等效刚度；c为轮胎等效阻尼。

图1二自由度农用车油气悬架振动模型

收稿日期：2014-11-20

基金项目：江苏省第八批“六大人才高峰”高层次人才项目(2011-ZBZZ-048)

作者简介：丁继斌(1966一),男，江苏徐州人，南京工业职业技术学院教授，工学硕士，主要研究方向为汽车设计、汽车检测技术。

2015年第44卷机械设计与制造工程

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采用目前常用的单气室油气弹簧作为农用车用油气悬架(如图2所示)。外活塞及其组件可以在缸体内往复运动，浮动内活塞可在活塞杆内往复运动。气室内充满一定量的惰性气体，内油室和外油室充满液压油[8]。

当油气弹簧处于受压状态时，外活塞及其组件向上运动，外油室容积减小，液压油处于受压状态，液压油通过阻尼孔和压缩阀流入内油室，内油室的容积增大，浮动内活塞向下移动，气室的容积减小、压力增大。高压惰性气体通过液压油的传递变为作用在外活塞上的下移力，该力与外界载荷相等时，活塞停止运动。

压力减小时，气室内的高压惰性气体则推动浮动内活塞向上运动，内油室的液压油经过阻尼孔和伸张阀流入外油室。

阻尼孔

阻尼孔压缩阀内油室

浮动内活塞、

一外活塞

外油室伸张阀,气室输油孔

面

图2油气悬架油缸结构简图

油气悬架的阻尼主要包括油液流经阻尼孔的液体阻尼、外活塞与缸筒壁相对滑动产生的摩擦阻尼。摩擦阻尼相对很小，在油气悬架工作中不起主要的阻尼减振作用，因此主要研究阻尼孔产生的流体阻尼[9]。

流量方程为：

)(2)

式中：△p