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雙簧液壓器減振特點(diǎn)研究論文
安裝在結(jié)構(gòu)系統(tǒng)上的特殊構(gòu)件可以提供運(yùn)動(dòng)的阻力,耗減運(yùn)動(dòng)能量的裝置稱為阻尼器[1]。目前市場(chǎng)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(jié)構(gòu)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(zhì)可分為彈簧-空氣阻尼、液力阻尼、油-汽阻尼、氮?dú)庖簤鹤枘岬萚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(jié)構(gòu)系統(tǒng),另一方面則是將振動(dòng)產(chǎn)生的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為自身內(nèi)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(shí)所產(chǎn)生的阻力來(lái)達(dá)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(jié)構(gòu)及工作原理
1.1雙簧液壓阻尼器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)雙簧液壓阻尼器結(jié)構(gòu)(圖1)主要由液壓腔、左旋外彈簧、右旋內(nèi)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(yīng)來(lái)達(dá)到吸振減振的目的。左旋外彈簧主要起支撐阻尼結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的作用,右旋內(nèi)彈簧用于改善阻尼器的力學(xué)性能,由于單一彈簧在受外界作用力時(shí)會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)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(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)理念。
1.2阻尼器工作原理雙簧液壓阻尼器外部結(jié)構(gòu)(圖2)主要包括上下支點(diǎn)、上下端蓋、內(nèi)外圈左右旋彈簧。內(nèi)部結(jié)構(gòu)(圖3)主要包括上下液壓腔、活塞桿、內(nèi)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(diǎn)主要用于固定阻尼器結(jié)構(gòu)的安裝位置,當(dāng)上下支點(diǎn)受到外界擠壓激振力,活塞桿往下運(yùn)動(dòng),下腔液壓油經(jīng)阻尼小孔流入U(xiǎn)型液壓緩沖腔。當(dāng)激振力較大時(shí),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(kāi),少許液壓油流入上腔;激振力減小時(shí),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(guò)程。在活塞桿下降或上升過(guò)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(duì)于阻尼系統(tǒng)是非常不利的,要盡量避免。在結(jié)構(gòu)上文中采用兩種方法:增設(shè)內(nèi)置彈簧和活塞上增加阻尼小孔。
2阻尼器隨機(jī)振動(dòng)測(cè)試試驗(yàn)
2.1試驗(yàn)?zāi)Ｐ徒㈦p簧液壓阻尼器安裝在綠源KGS-3H電動(dòng)車左右兩側(cè)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(jī)振動(dòng)測(cè)試試驗(yàn)簡(jiǎn)化模型。假設(shè)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(yīng)信號(hào)滿足疊加原理[7],即激勵(lì)、系統(tǒng)、響應(yīng)三者在時(shí)域內(nèi)的關(guān)系為。
2.2隨機(jī)振動(dòng)試驗(yàn)測(cè)試試驗(yàn)選用HEV-50電磁激振器作為系統(tǒng)輸入,輸入信號(hào)選用D級(jí)路面譜白噪聲隨機(jī)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(yīng)信號(hào)選用ICP壓電式加速度傳感器BQW(靈敏度100mV/g)進(jìn)行拾取,信號(hào)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(jìn)行隨機(jī)振動(dòng)測(cè)試試驗(yàn),并比較兩者的減振特性。試驗(yàn)過(guò)程:分析頻帶f為0~100Hz,譜線數(shù)為400線,采樣點(diǎn)數(shù)為1024點(diǎn)(一幀)。對(duì)多次試驗(yàn)所得的響應(yīng)信號(hào)加以平均得到響應(yīng)點(diǎn)2處加速度響應(yīng)雙譜。試驗(yàn)測(cè)試框圖如圖5所示,D級(jí)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(yīng)點(diǎn)2處的雙譜幅頻如圖8和圖9所示。從圖8和圖9響應(yīng)信號(hào)雙譜幅頻圖分析可知,雙簧液壓阻尼系統(tǒng)在響應(yīng)點(diǎn)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(gè)數(shù)量級(jí);單簧液壓阻尼系統(tǒng)在響應(yīng)點(diǎn)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(dòng)態(tài)減振特征曲線
雙簧液壓阻尼器結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)減振特性主要表現(xiàn)為兩條特征曲線,即阻尼力隨時(shí)間變化的曲線和阻尼力隨速度變化的曲線。經(jīng)多次試驗(yàn)測(cè)試平均,利用描點(diǎn)法,基于最小二乘曲線擬合得到阻尼器結(jié)構(gòu)的動(dòng)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(guò)程與逆過(guò)程所產(chǎn)生的阻尼力并不相同。
4結(jié)論
(1)提出了一種采用左右旋相嵌式雙簧結(jié)構(gòu)阻尼器設(shè)計(jì)方案,并用試驗(yàn)測(cè)試雙譜方法驗(yàn)證了阻尼器的力學(xué)特性,提高了阻尼器的使用壽命。
(2)采用高階譜檢測(cè)單簧與雙簧液壓阻尼器的減振性能,提高了試驗(yàn)對(duì)比結(jié)果的精度,實(shí)現(xiàn)了減振性能的定量比較。
(3)通過(guò)試驗(yàn)描點(diǎn)法與最小二乘曲線擬合法獲得了雙簧液壓阻尼器的動(dòng)態(tài)減振特征曲線,為阻尼器結(jié)構(gòu)的減振性能與力學(xué)特性研究提供有利的技術(shù)支持。
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