机械工程论文简析双簧液压器减振的特点及应用推广

　　论文摘要：在活塞杆下降或上升过程中,上下液压腔空间增大,油压减小,部分区域出现真空,产生空穴现象,这种现象对于阻尼系统是非常不利的,要尽量避免。在结构上文中采用两种方法:增设内置弹簧和活塞上增加阻尼小孔。

　　引言

　　安装在结构系统上的特殊构件可以提供运动的阻力,耗减运动能量的装置称为阻尼器[1]。目前市场上出现的阻尼器种类很多,按作用力方向可分为单方向阻尼与双方向阻尼;按安装位置可分为前阻尼与后阻尼;按结构形式可分为伸缩管式阻尼、摇臂式阻尼、摇臂杠杆垂直式及倾斜式阻尼;按工作介质可分为弹簧-空气阻尼、液力阻尼、油-汽阻尼、氮气液压阻尼等[2-3]。弹簧-空气阻尼器是一种利用空气粘滞性的减振装置,弹簧的作用一方面是支撑结构系统,另一方面则是将振动产生的机械能转换为自身内热而释放。液力阻尼器主要是利用液压油流经阻尼小孔时所产生的阻力来达到吸振减振的目的[4],文中主要研究的是一种双向伸缩杆式双簧液压阻尼器。

　　1双簧液压阻尼器结构及工作原理

　　1.1双簧液压阻尼器结构设计双簧液压阻尼器结构(图1)主要由液压腔、左旋外弹簧、右旋内弹簧3部分组成。液压腔用于存放液压油,利用液压油的阻尼效应来达到吸振减振的目的。左旋外弹簧主要起支撑阻尼结构系统的作用,右旋内弹簧用于改善阻尼器的力学性能,由于单一弹簧在受外界作用力时会产生相应的偏心力[5],采用左右旋两根相嵌弹簧可以改善阻尼器受力的均匀性,这就是文中双簧液压阻尼器结构的设计理念。

　　1.2阻尼器工作原理双簧液压阻尼器外部结构(图2)主要包括上下支点、上下端盖、内外圈左右旋弹簧。内部结构(图3)主要包括上下液压腔、活塞杆、内置弹簧、活塞、密封圈、底阀、阻尼小孔及U型液压缓冲腔。上下支点主要用于固定阻尼器结构的安装位置,当上下支点受到外界挤压激振力,活塞杆往下运动,下腔液压油经阻尼小孔流入U型液压缓冲腔。当激振力较大时,活塞杆下降至一定高度,U型液压缓冲腔油液充满,下腔油压增大,活塞上阻尼小孔打开,少许液压油流入上腔;激振力减小时,U型液压缓冲腔液压油经底阀阻尼小孔流回下液压腔,阻尼器完成一次吸振减振过程。在活塞杆下降或上升过程中,上下液压腔空间增大,油压减小,部分区域出现真空,产生空穴现象[6],这种现象对于阻尼系统是非常不利的,要尽量避免。在结构上文中采用两种方法:增设内置弹簧和活塞上增加阻尼小孔。

　　2阻尼器随机振动测试试验

　　2.1试验模型建立将双簧液压阻尼器安装在绿源KGS-3H电动车左右两侧作为后阻尼减振器,安装角度为60°(与地面夹角)。图4为2自由度双输入双输出随机振动测试试验简化模型。假设所建立的系统是线性系统,根据线性系统可知系统的响应信号满足叠加原理[7],即激励、系统、响应三者在时域内的关系为。

　　2.2随机振动试验测试试验选用HEV-50电磁激振器作为系统输入,输入信号选用D级路面谱白噪声随机激振力[9],双簧液压阻尼器安装在绿源KGS-3H车型后阻尼减振悬架上,响应信号选用ICP压电式加速度传感器BQW(灵敏度100mV/g)进行拾取,信号采集、处理选用VXI数据采集模块AgilentE1432A(8通道)。同样的,选用一组同规格单簧左旋液压阻尼器YMT-B1安装在同一车型上,进行随机振动测试试验,并比较两者的减振特性。试验过程:分析频带f为0~100Hz,谱线数为400线,采样点数为1024点(一帧)。对多次试验所得的响应信号加以平均得到响应点2处加速度响应双谱。试验测试框图如图5所示,D级路面谱白噪声如图6所示,单簧与双簧阻尼系统单位脉冲如图7所示,单簧与双簧响应点2处的双谱幅频如图8和图9所示。从图8和图9响应信号双谱幅频图分析可知,双簧液压阻尼系统在响应点处的双谱幅频图在空间表现为能量谱线的均匀分布,在谱线数值上与单簧双谱相差2个数量级;单簧液压阻尼系统在响应点处的双谱幅频图在空间则表现为能量谱线的集中分布,并伴有少量谱的能量泄漏,这是单簧液压阻尼器受偏心力作用下的一种能量谱表现形式。

　　3双簧液压阻尼器动态减振特征曲线

　　双簧液压阻尼器结构的动态减振特性主要表现为两条特征曲线,即阻尼力随时间变化的曲线和阻尼力随速度变化的曲线。经多次试验测试平均,利用描点法,基于最小二乘曲线拟合得到阻尼器结构的动态减振特征曲线,如图10和图11所示。图11中阻尼力随速度变化的特征曲线为一滞回曲线,即顺过程与逆过程所产生的阻尼力并不相同。4结论(1)提出了一种采用左右旋相嵌式双簧结构阻尼器设计方案,并用试验测试双谱方法验证了阻尼器的力学特性,提高了阻尼器的使用寿命。(2)采用高阶谱检测单簧与双簧液压阻尼器的减振性能,提高了试验对比结果的精度,实现了减振性能的定量比较。(3)通过试验描点法与最小二乘曲线拟合法获得了双簧液压阻尼器的动态减振特征曲线,为阻尼器结构的减振性能与力学特性研究提供有利的技术支持。

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