矿用汽车油气悬架系统建模与仿真

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1、第1期机械设计与制造2011年1MachineryDesign&Manufacture239文章编号：1001—3997(2011)oi一0239—03矿用汽车油气悬架系统建模与仿真曹瑞元张宏熊诗波(’太原理工大学机械电子工程研究所，太原030024)(。煤炭科学研究总院太原研究院，太原030006)Modelingandsimulationofhydro-pneumaticsuspensionofminetruckCAORui—yuan．ZHANGHong2,XIONGShi-bo(ResearchInstituteofMechano—Electro

2、nicEngineeringTaiyuanUniversityofTechnology，Taiyuan030024，China)(2TaiyuanInstituteofChinaCoal—ResearchInstitute，Taiyuan030006，China)?Kevwords：Minetruck；Hydro—pneumaticsuspension；Stimless；Dampness!／_．_．-．⋯．_．⋯¨一．-．⋯．-．⋯+’．_一⋯+-．-◆一+⋯．-．_．-。●⋯．-．-．-．◆-．．．-．。◆．中图分类号：TH16，TP391-41文献

3、标识码：A矿用汽车运用在比较恶劣的煤矿井下巷道中，由于路面起车身的重量，而摆架后端与车架之间通过一关节轴承铰接。油气伏不平，作用于车轮上的垂直作用力具有较强的冲击力，车辆的悬架缸实际上是一个单作用液压缸，其活塞杆腔与大气相通，活操纵稳定性和行驶平顺性较差。而油气悬架具有良好的非线性刚塞腔通过单向阀和阻尼孔与蓄能器相通。而蓄能器是油气悬架系度和阻尼特性，可以极大地提高车辆的操纵稳定～性一和一行驶一平顺统～的主一要弹一性～元件～，它一安装于前车架上，依靠氮气的弹性变形来性，从而改善驾驶员的舒适性，并且由此可以减轻车辆零部件的缓和或抑制不平路面对矿用汽车带来

4、的冲击。损坏程度、提高车辆的使用寿命。1_2工作原理以WC5矿用汽车油气悬架系统为研究对象，对其进行综合矿用汽车油气悬架系统属于独立式悬架系统，其单轮两自由特性分析，为矿用汽车油气悬架系统的设计提供了一定的参考度非线性物理模型，如图2所示，活塞杆腔(Ⅱ腔)与大气直接相通。依据。当车辆受到路面不平激励时，活塞杆相对缸筒上下运动。当活塞杆1油气悬架系统的结构及工作原理向上运动时，I腔内压力增大，腔内的油液通过单向阀和阻尼孔进1．1结构入蓄能器内、压缩蓄能器内的氮气以此来吸收路面对车辆带来的冲击，此时油气悬架的作用相当于传统悬架的弹簧；当活塞杆向下运动时，I

5、腔内压力减小，蓄能器的部分油液在高压氮气的作用下压入活塞腔中并对其补油，此时单向阀关闭，油气悬架起着减振作用。图1矿用汽车油气悬架1抽气悬架2．前车架3．摆架矿用汽车油气悬架系统是由油气悬架缸，蓄能器以及控制图2单轮两自由度油气悬架模型机构组成，如图l所示。其中油气悬架缸是主要的减振元件，其缸1．车架等簧载质量2缸筒3．活塞杆4．摆架等非簧载质量筒上部与车架铰接，活塞杆与摆架铰接，近似垂直设置，用于支撑5．蓄能器6．单向阀7．阻尼孔-A-来稿日期：2010—03—18-k基金项目：山西省青年科技研究基金项目(2008012006—1)240曹瑞元等：矿

6、用汽车油气悬架系统建模与仿真第l期2油气悬架系统数学模型综合上述方程即为油气悬架非线性数学模型。求解上述方基于分析问题的需要，考虑主要因素，忽略次要因素，建立程可知：油气悬架缸的输出力方程为：——一油气悬架的非线性数学模型时做以下假设：【(气)J(1)油气悬架的油液的质量以及密封件的质量等忽略不计；+一～—一——————了sng()(2)油气悬架中密封件密封效果良好，不存在内泄漏和外泄漏；2[CA+1i~(zo-'Zs))+ChAhsign(z-．-z,)](3)油液是连续性不可压缩的，因此忽略油液的可压缩性；(4)蓄能器内气体处于绝热过程中，气体的压

7、力和体积不受+(+争十争(z)s忉)+j(11)温度变化影响。如图2所示物理模型，建立油气悬架的数学模型如下：3油气悬架特性分析3。1刚度特性仿真分析油气悬架缸输出力方程为：=Pla+Fssingn(z．一)(1)由(11)式得知，油气悬架弹性力为其第一项，即式中：m。—簧载质量；Pl，A一油气悬架缸内的压力和有效作用面积；一油气悬架的库仑摩擦力，可近似为一常数；singn()F：一一【【z-Zs)J—符号函数，当-Zs>-0时，singn(z_z)=1，当<0时，则刚度公式为：singn(z一)一1。，—非簧载质量、簧载质量的位移。2／、=一———一

8、一(12)蓄能器内气体状态方程为：V：=PV(2)式中：，—静平衡时蓄能器内氮气的压力和体积；