履带车辆液压减振器建模及不对称阻尼研究.pdf
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1、Vo1.21 No.3June.20238工业技术与职业教育Industrial Technology&Vocational Education履带车辆液压减振器建模及不对称阻尼研究田传臣(唐山工业职业技术学院,河北 唐山 063299)摘 要:为对高速履带车辆行走机构液压减振器建模及不对称阻尼进行研究,以某高速履带式车辆为研究对象,使用Recurdyn 软件设计了共计 592 个自由度的履带车辆动力学模型,并建立考虑液压减振器不对称阻尼特性的 AMEsim 液压系统模型,两者模拟计算,结合试验数据,经分析结果基本一致。最后在不同车速、地面以及履带预张紧力情况下,分别对不对称阻尼对应的复原与压
2、缩阀节流孔截面积之比大于、等于或小于 1 的情况展开计算并归纳结果,得出节流孔截面积的比值为 1 时,履带车辆减振性能表现最优。该研究可为高速履带车辆减振器的设计提供理论参考和方法。关键词:高速履带车辆;液压减振器;阻尼;节流孔截面积比;AMEsim中图分类号:U489 文献标志码:B 文章编号:1674-943X(2023)03-0008-05ResearchonModelingandAsymmetricDampingofHydraulicShockAbsorberforTrackedVehiclesTIAN Chuanchen(Tangshan Polytechnic College,Ta
3、ngshan 063299,China)Abstract:In order to study the modeling and asymmetric damping of the hydraulic shock absorber of the traveling mechanism of high-speed tracked vehicle,a high-speed tracked vehicle dynamics simulation model with a total of 592 degrees of freedom has been established using RecurDy
4、n software,and the AMESim hydraulic system model considering the asymmetric damping characteristics of the hydraulic shock absorber has been established.The results of the co-simulation are basically consistent with the experimental results.Then under different vehicle speeds,ground conditions,and t
5、rack pre-tension conditions,calculations have been conducted for cases where the ratio of the orifice cross-sectional area of the recovery and compression valve orifices corresponding to asymmetric damping are greater than,equal to,or less than 1,and the results have been summarized.It has been foun
6、d that when the ratio of the orifice cross-sectional area is 1,the vibration reduction performance of tracked vehicles is optimal.This study can provide theoretical references and methods for the design of shock absorbers for high-speed tracked vehicles.Keywords:high speed tracked vehicle;hydraulic
7、shock absorber;damping;ratio of the orifice cross-sectional area;AMESim0 引言 高速履带车辆不仅常见于坦克、装甲车等军用车辆,而且在履带式抢险救援车、履带式森林消防车等非军用车辆也得到了广泛应用。由于其行驶速度快,且需适用于各种复杂地面,行走机构的减振性能优劣将直接影响到整车性能,而液压减振器是行走机构装置的重要部件,合理的参数设置可有效减小车身的振动1-2。目前对高速履带车辆行走机构的液压减振器进行了诸多研究,主要在其力学性能参数优化研究方面,大多将其线性化后代入整车模型,然后在多工况、多目标下使用智能优化算法得到最优黏
8、性阻尼系数或根据车身振动响应直接求得阻尼比,如韩宝坤等通过设计了履带车辆多体动力学模型,对影响平稳性的不同因素下的车辆振动响应进行分析,证明存在最佳阻尼比使得车辆平稳性能最优3。根据试验速度特性曲线进行整车非线性动力学性建模与分析,其优点是结果精确度高,如滕绯虎设计带有筒式液压减振器的履带车辆模型,通过建立非线性动力学微分方程和 Simulink 模型表明带有减振器的悬挂装置减振性能更好4,董明明等建立非线性8 自由度履带车辆模型,并结合 ADAMS 软件进行分析,求得车辆在不同行驶工况下的最优参数5。但必须对每种减振器都进行试验,且不便于分析车辆减振性能的变化规律。本 文 以 某 高 速 履
9、 带 车 辆 为 研 究 对 象,设计 Recurdyn 多体系统动力学模型和液压减振器AMEsim 液压系统,然后进行模拟计算,并对照试验结果,最后在各工况下总结液压减振器不对称阻尼对减振性能的影响,为高速履带车辆行走机构的设计研究提供理论依据和方法。1 动力学建模 1.1 动力学仿真模型的建立Recurdyn 含有履带车辆的建模工具包,适合收稿日期:2023-05-10作者简介:田传臣(1981-),男,河北秦皇岛人,硕士,讲师,主研方向为交通运输和汽车关键零部件技术。第 3 期9大规模的多体动力学系统问题的求解,运算速度更快,因此使用该软件建立整车动力学仿真模型6。对于多刚体系统,Rec
10、urdyn 采用拉格朗日法(相对坐标法)来建立动力学方程,对于此类问题的求解,采用完全递归算法来表示7-8。它的方程形式拉格朗日坐标阵和相应的约束方程为:(1)式中,为系统的质量矩阵;为描述系统的广义坐标;为位置坐标 的约束方程;Tq为约束方程对广义坐标求偏导的雅可比矩阵;为拉格朗日乘子。根据该高速履带车辆的实际结构和特点,作如下假设:1)左、右履带所受路面激励相同,各负重轮的激励只存在相位差的时间延迟;2)将动力系统简化为驱动轮的旋转速度,忽略张紧轮等一些质量较小的运动构件的转动惯量,车厢各部件与车架刚性连接为一体;3)在高速行驶过程中,负重轮、橡胶履带和地面之间始终接触,不出现脱离现象。所
11、建履带车辆行走机构拓扑模型如图 1 所示。图 1 履带车辆拓扑结构对履带车辆进行建模时,确保各个零部件的耦合关系和实际车辆相符的情况下,对车辆行走机构部分作简化处理以明确减振器对行走机构减振性能的影响9。其中,明确负重轮与履带之间的张紧装置和车身位置使用阻尼弹簧与平移连接副进行约束,负重轮系与行走机构之间采用旋转副连接等约束问题。构建该履带车辆 Recurdyn 动力学模型如图 2 所示,共计 592 个自由度,其中第 1、5 负重轮处安装液压减振器。1.2 地面激励在 Recurdyn 中,可通过设置履带上的一般接触力来建立默认的刚性地面模型。由于该履带车辆常在干砂、雪地等松陷地面行驶,因此
12、基于Bekker 理论,在刚性地面模型的基础上,建立履带与地面之间的压力沉陷关系10-11:(2)式中,为接地的压力;为履带板的宽度;为土壤的内聚及摩擦变形模量;为土壤变形指数;为变形的深度。图 2 高速履带车辆动力学模型履带板和地面相互作用的反复加载、卸载过程,可看作为一个近似的线性函数:(3)式中,为加载或者卸载时的压力;为加载或者卸载时的沉陷量;为卸载开始时的压力;为卸载开始时的沉陷量;为加载-卸载线的平均斜度。另外土壤的剪应力与剪切位移之间的表述式:(4)式中,为剪应力;为剪切位移;为剪切阻力角;为土壤剪切阻尼;为剪切变形模数。2 液压系统建模及联合仿真2.1 减振器模型该液压减振器结
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