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雙簧液壓器減振特點研究論文
安裝在結構系統(tǒng)上的特殊構件可以提供運動的阻力,耗減運動能量的裝置稱為阻尼器[1]。目前市場上出現(xiàn)的阻尼器種類很多,按作用力方向可分為單方向阻尼與雙方向阻尼;按安裝位置可分為前阻尼與后阻尼;按結構形式可分為伸縮管式阻尼、搖臂式阻尼、搖臂杠桿垂直式及傾斜式阻尼;按工作介質可分為彈簧-空氣阻尼、液力阻尼、油-汽阻尼、氮氣液壓阻尼等[2-3]。彈簧-空氣阻尼器是一種利用空氣粘滯性的減振裝置,彈簧的作用一方面是支撐結構系統(tǒng),另一方面則是將振動產(chǎn)生的機械能轉換為自身內熱而釋放。液力阻尼器主要是利用液壓油流經(jīng)阻尼小孔時所產(chǎn)生的阻力來達到吸振減振的目的[4],文中主要研究的是一種雙向伸縮桿式雙簧液壓阻尼器。
1雙簧液壓阻尼器結構及工作原理
1.1雙簧液壓阻尼器結構設計雙簧液壓阻尼器結構(圖1)主要由液壓腔、左旋外彈簧、右旋內彈簧3部分組成。液壓腔用于存放液壓油,利用液壓油的阻尼效應來達到吸振減振的目的。左旋外彈簧主要起支撐阻尼結構系統(tǒng)的作用,右旋內彈簧用于改善阻尼器的力學性能,由于單一彈簧在受外界作用力時會產(chǎn)生相應的偏心力[5],采用左右旋兩根相嵌彈簧可以改善阻尼器受力的均勻性,這就是文中雙簧液壓阻尼器結構的設計理念。
1.2阻尼器工作原理雙簧液壓阻尼器外部結構(圖2)主要包括上下支點、上下端蓋、內外圈左右旋彈簧。內部結構(圖3)主要包括上下液壓腔、活塞桿、內置彈簧、活塞、密封圈、底閥、阻尼小孔及U型液壓緩沖腔。上下支點主要用于固定阻尼器結構的安裝位置,當上下支點受到外界擠壓激振力,活塞桿往下運動,下腔液壓油經(jīng)阻尼小孔流入U型液壓緩沖腔。當激振力較大時,活塞桿下降至一定高度,U型液壓緩沖腔油液充滿,下腔油壓增大,活塞上阻尼小孔打開,少許液壓油流入上腔;激振力減小時,U型液壓緩沖腔液壓油經(jīng)底閥阻尼小孔流回下液壓腔,阻尼器完成一次吸振減振過程。在活塞桿下降或上升過程中,上下液壓腔空間增大,油壓減小,部分區(qū)域出現(xiàn)真空,產(chǎn)生空穴現(xiàn)象[6],這種現(xiàn)象對于阻尼系統(tǒng)是非常不利的,要盡量避免。在結構上文中采用兩種方法:增設內置彈簧和活塞上增加阻尼小孔。
2阻尼器隨機振動測試試驗
2.1試驗模型建立將雙簧液壓阻尼器安裝在綠源KGS-3H電動車左右兩側作為后阻尼減振器,安裝角度為60°(與地面夾角)。圖4為2自由度雙輸入雙輸出隨機振動測試試驗簡化模型。假設所建立的系統(tǒng)是線性系統(tǒng),根據(jù)線性系統(tǒng)可知系統(tǒng)的響應信號滿足疊加原理[7],即激勵、系統(tǒng)、響應三者在時域內的關系為。
2.2隨機振動試驗測試試驗選用HEV-50電磁激振器作為系統(tǒng)輸入,輸入信號選用D級路面譜白噪聲隨機激振力[9],雙簧液壓阻尼器安裝在綠源KGS-3H車型后阻尼減振懸架上,響應信號選用ICP壓電式加速度傳感器BQW(靈敏度100mV/g)進行拾取,信號采集、處理選用VXI數(shù)據(jù)采集模塊AgilentE1432A(8通道)。同樣的,選用一組同規(guī)格單簧左旋液壓阻尼器YMT-B1安裝在同一車型上,進行隨機振動測試試驗,并比較兩者的減振特性。試驗過程:分析頻帶f為0~100Hz,譜線數(shù)為400線,采樣點數(shù)為1024點(一幀)。對多次試驗所得的響應信號加以平均得到響應點2處加速度響應雙譜。試驗測試框圖如圖5所示,D級路面譜白噪聲如圖6所示,單簧與雙簧阻尼系統(tǒng)單位脈沖如圖7所示,單簧與雙簧響應點2處的雙譜幅頻如圖8和圖9所示。從圖8和圖9響應信號雙譜幅頻圖分析可知,雙簧液壓阻尼系統(tǒng)在響應點處的雙譜幅頻圖在空間表現(xiàn)為能量譜線的均勻分布,在譜線數(shù)值上與單簧雙譜相差2個數(shù)量級;單簧液壓阻尼系統(tǒng)在響應點處的雙譜幅頻圖在空間則表現(xiàn)為能量譜線的集中分布,并伴有少量譜的能量泄漏,這是單簧液壓阻尼器受偏心力作用下的一種能量譜表現(xiàn)形式。
3雙簧液壓阻尼器動態(tài)減振特征曲線
雙簧液壓阻尼器結構的動態(tài)減振特性主要表現(xiàn)為兩條特征曲線,即阻尼力隨時間變化的曲線和阻尼力隨速度變化的曲線。經(jīng)多次試驗測試平均,利用描點法,基于最小二乘曲線擬合得到阻尼器結構的動態(tài)減振特征曲線,如圖10和圖11所示。圖11中阻尼力隨速度變化的特征曲線為一滯回曲線,即順過程與逆過程所產(chǎn)生的阻尼力并不相同。
4結論
(1)提出了一種采用左右旋相嵌式雙簧結構阻尼器設計方案,并用試驗測試雙譜方法驗證了阻尼器的力學特性,提高了阻尼器的使用壽命。
(2)采用高階譜檢測單簧與雙簧液壓阻尼器的減振性能,提高了試驗對比結果的精度,實現(xiàn)了減振性能的定量比較。
(3)通過試驗描點法與最小二乘曲線擬合法獲得了雙簧液壓阻尼器的動態(tài)減振特征曲線,為阻尼器結構的減振性能與力學特性研究提供有利的技術支持。
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