崔恩康，韓承冷，鄒俊逸

阻尼可調(diào)葉片減振器的研制與驗(yàn)證

崔恩康，韓承冷，鄒俊逸

（武漢理工大學(xué) 汽車工程學(xué)院，湖北 武漢 430070）

設(shè)計(jì)并制造了一種阻尼可調(diào)葉片減振器，建立了減振器的三維模型；基于流體力學(xué)理論建立了減振器的動(dòng)力學(xué)模型；提出了通過改變電磁閥占空比調(diào)節(jié)減振器阻尼的方案，并得到了減振器的特性曲線；基于振動(dòng)試驗(yàn)設(shè)備進(jìn)行了臺(tái)架試驗(yàn)。

葉片減振器；外置式電磁閥；阻尼調(diào)節(jié)；縫隙流量

隨著社會(huì)的發(fā)展，人們對(duì)車輛的平順性的要求越來越高。傳統(tǒng)懸架的阻尼系數(shù)為定值，無法滿足各種復(fù)雜路況的要求[1]。因此，阻尼可調(diào)式主動(dòng)懸架應(yīng)運(yùn)而生，其中CDC減振器最具代表性。現(xiàn)有的阻尼調(diào)節(jié)技術(shù)大多應(yīng)用于筒式減振器，但是筒式減振器具有垂向占用空間大、防護(hù)性與散熱性差等缺陷，無法應(yīng)用于一些特殊車輛，葉片減振器則具有占用空間小、便于布置、傳導(dǎo)散熱效果好等優(yōu)點(diǎn)[2]，本文擬研制一種類似于CDC的阻尼可調(diào)式葉片減振器。

1 葉片減振器研制

葉片減振器的主要部件包括殼體、套筒、葉片、隔板、液壓管、電磁閥以及縱臂。葉片減振器的工作原理為：當(dāng)車輪受到路面激勵(lì)時(shí)縱臂轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)減振器套筒及葉片旋轉(zhuǎn)，油液從高壓腔流向低壓腔，經(jīng)液壓管道的節(jié)流作用，產(chǎn)生相應(yīng)的阻尼力。根據(jù)上述原理在Solidworks中進(jìn)行葉片減振器的三維模型設(shè)計(jì)，并加工出了小比例功能性樣機(jī)，實(shí)物如圖1所示。

圖1 葉片減振器實(shí)物圖

2 葉片減振器數(shù)學(xué)模型

2.1 減振器阻尼力

當(dāng)車輛在路面上行駛而受到路面激勵(lì)時(shí)，減振器產(chǎn)生的的阻尼力矩為[3]：

=cos（1）

（2）

聯(lián)立公式（1）與公式（2），可得到?=（）的關(guān)系式。

2.2 減振器縫隙

對(duì)于上述減振器的設(shè)計(jì)，葉片處的主要間隙包括葉片密封套與套筒擴(kuò)大端的間隙Gap1、葉片與殼體之間的軸向間隙Gap2、葉片與殼體間的端面間隙Gap3、葉片密封套與套筒間的間隙Gap4[4]。隔板處的間隙結(jié)構(gòu)與之類似?？蓪⑺虚g隙等效為一個(gè)常通孔。

2.3 流體力學(xué)模型

當(dāng)車輛受到路面激勵(lì)時(shí)，減振器工作，兩腔之間產(chǎn)生壓差，液壓油從高壓腔流入低壓腔，主要流道包括串聯(lián)的電磁閥與液壓管、等效為常通孔的間隙。設(shè)總流量為，流經(jīng)液壓管與電磁閥的流量為1，流經(jīng)間隙的總流量為2。設(shè)兩腔之間壓差為?，高壓腔液壓管兩端壓差為?1，電磁閥兩端壓差為?2，低壓腔液壓管兩端壓差為?3。根據(jù)流體力學(xué)理論知識(shí)[5]，建立如下物理學(xué)模型：

液壓管可以看做細(xì)長小孔流，其兩端的壓差為：

電磁閥處看做管嘴流動(dòng)，其兩端的壓差為：

將式（3）（4）帶入?=?1+?2+?3后，再將各個(gè)數(shù)值帶入，將?當(dāng)作常數(shù)求解一元二次方程可得1=（?）的關(guān)系式。

葉片處的縫隙流量為：

（5）

隔板處縫隙流量gap5，gap6，gap7，gap8的計(jì)算類似。將式（5）～（12）代入2=gap1+gap2+gap3+gap4+gap5+gap6+gap7+gap8后，再代入各個(gè)參數(shù)的數(shù)值，可以得到2=（?）的關(guān)系式。

將1=（?）與2=（?）代入=1+2得到=（?）的關(guān)系式。

Q=，等式兩側(cè)積分可得到葉片減振器內(nèi)部腔室內(nèi)液壓油總流量計(jì)算公式為：

（9）

將各個(gè)參數(shù)的數(shù)值代入公式（9）可以得到=（）的關(guān)系式。

3 仿真分析

將上述關(guān)系式?=（）、=（?）、=（）聯(lián)立可以得到=（）的關(guān)系式。在Matlab中搭建模型，進(jìn)行仿真分析?；谏鲜鲭姶砰y特性可以近似認(rèn)為電磁閥的占空比與開度負(fù)相關(guān)，例如電磁閥占空比等于30%時(shí)，可以等效為其開度等于70%。通過改變電磁閥孔口截面積AO的大小，得出電磁閥在全開、全閉以及70%開度這三種狀態(tài)下減振器的速度特性與示功特性，分別如圖2、圖3所示。

圖2 速度特性仿真結(jié)果

圖3 示功特性仿真結(jié)果

從仿真結(jié)果來看，葉片減振器的示功特性圖飽滿，而且壓縮行程的阻尼力小于伸張行程的阻尼力。在電磁閥三種狀態(tài)下，阻尼力有著明顯改變，這說明外置式電磁閥可以實(shí)現(xiàn)改變阻尼力的功能。

4 臺(tái)架試驗(yàn)

為驗(yàn)證仿真模型的正確性與電磁閥調(diào)節(jié)阻尼力的可行性，進(jìn)行了葉片減振器的試驗(yàn)研究。根據(jù)上述葉片減振器的結(jié)構(gòu)及現(xiàn)有的MTS振動(dòng)作動(dòng)器，搭建了減振器試驗(yàn)臺(tái)架，如圖4所示。

通過控制器調(diào)節(jié)電磁閥分別處于全開、全閉以及頻率=0.8、占空比=30%這三種狀態(tài)。同時(shí)通過臺(tái)架給葉片減振器頻率為0.8 Hz、振幅為20 mm的正弦激勵(lì)信號(hào)。得出上述三種狀態(tài)下葉片減振器的速度特性如圖5所示，示功特性如圖6所示。分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，該小比例功能性樣機(jī)具有良好的阻尼特性，其最大阻尼力大于600 N。并且在電磁閥處于三種不同的狀態(tài)時(shí)，減振器的阻尼力有著明顯的改變。

圖6 示功特性試驗(yàn)結(jié)果

5 結(jié)論

本文介紹了一種阻尼可調(diào)式葉片減振器的研制與驗(yàn)證。建立了葉片減振器的數(shù)學(xué)模型，通過仿真和臺(tái)架試驗(yàn)驗(yàn)證了模型的正確性，并對(duì)比分析了減振器在不同電磁閥開度下的阻尼特性。從仿真和試驗(yàn)結(jié)果可以得出以下結(jié)論：葉片減振器符合傳統(tǒng)減振器的要求，具有良好的阻尼特性；通過調(diào)節(jié)外置電磁閥來改變減振器阻尼的方案是可行的。

［1］李明.汽車半主動(dòng)懸架可變阻尼減振器的結(jié)構(gòu)及阻尼性能研究［D］.西安：長安大學(xué)，2015.

［2］丁法乾.履帶式裝甲車輛懸掛系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)［M］.北京：國防工業(yè)出版社，2004.

［3］趙亮.車輛懸架系統(tǒng)中新減振元件設(shè)計(jì)和減振控制算法研究［D］.長沙：湖南大學(xué)，2008.

［4］毛建中，王路翔，毛歅博，等.節(jié)流方式對(duì)扭轉(zhuǎn)減振器的影響［J］.湖南大學(xué)學(xué)報(bào)，2012（5）：33-37.

［5］侯國祥.工程流體力學(xué)［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2006.

U463.33

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2019.14.007

2095－6835（2019）14－0020－02

崔恩康（1998—），男，本科。

〔編輯：嚴(yán)麗琴〕