重型越野车辆油气悬架的设计吴涛过学迅(华中理工大学交通学院湖北武汉430074)[摘要]由于油气悬架具有能提高车辆在非公路路面上的行驶平顺性的良好特性,愈来愈广泛地运用在大型工矿用自卸车和军用越野车辆上。介绍了油气悬架的特点,国内外的应用状况,油气弹簧及悬架的数学模型和设计研究方法,以及设计中的一些特殊问题。关键词:油气弹簧;油气悬架中图分类号:U469.33文献标识码:A文章编号:1004-0226(2000)01-0008-04收稿日期:1999-11-25StudyofApplyingandDesignonHydropneumaticSuspensionsofHeavy-DutyoffRoadVehiclesWUTaoetal(Collegeofcommunications,HuazhongUniversityofScienceandTechnology,Wuhan430074,China)AbstractAHydropneumaticsuspensionhasgoodpropertieswhichcanimprovetheperformanceofavehicle.Itisusedinaheavydumptruckoramilitaryoff-roadvehiclemoreandmore.Inthispaper,thecharacteristicsofhydropneumaticsus-pensionsandtheapplyingsituationsareintroduced.Themathematicalmodelandresearchingmethodsofthehydropneumaticcylinderandthesuspension,somespecialproblemsinthedesignarepresentedaswell.Keywordshydropneumaticcylinder;hydropneumaticsuspension1前言汽车悬架系统的设计必须适应于行驶平顺性和安全性的要求。从这一点出发,人们希望弹簧刚度和减震器的阻尼系数能随着汽车运行状态而变化,使悬架总处于最优状态,传统的被动悬架系统用弹簧和减震器支持车身,但由于减震器的阻尼力与振动速度成正比,随着激振频率的增加,刚度将相应增大,这样就不能很好地隔离高频干扰。因此传统的被动悬架只能保证在一定的道路和速度下达到性能最优折衷。随着在各种道路条件下对车辆性能要求的提高,传统的被动悬架已不能满足要求,各种悬架控制技术和方案都得到了发展。油气悬架具有变刚度特性,随着挠度的增加,弹簧的刚度变大。在车轮的大部分行程(动绕度)范围内,油气弹簧的刚性随动行程的增加而缓慢增大(相当于弹簧较软)。当动行程较大时,刚性随动行程的增大而急剧增大(相当于弹簧较硬)。因此,油气悬架系统既能提高车辆在一般路面上的行驶平顺性,又能防止在大起伏路面上行驶时出现悬架被击穿的情形。例如,美国将扭杆弹簧悬架系统的M60坦克改为油气悬架系统后,在地面不平度为90mm的路面上,速度由14km/h提高到了38km/h。在有300mm和400mm高度的不连续障碍物上行驶,前者行驶速度为16km/h时,冲击导致的驾驶员位置垂直加速度超过2.5g,而后者以48km/h速度行驶时,驾驶员位置垂直加速度仍低于2.5g。采用油气悬架的火箭运输车,也可使火箭在运输途中,垂直加速度小于0.5g。而使用钢板弹簧则很难甚至不可能达到这样的水平。油气弹簧可得到较低的固有振动频率,而且容易实现车身高度调节。这些特性使得对油气悬架系统的研究、开发和应用得到进一步的发展。大吨位的自卸汽车,尤其是工地和矿山用车,其工作的道路条件和装载条件都很恶劣。采用油气悬架后,可显著地缓和冲击,减少颠簸,从而改善驾驶员的劳动条件和提高平均车速。油气弹簧的径向尺寸小,对整车的布置有利。有的自卸车采用了烛式前悬架,能使·8·2000·1专用汽车SpecialPurposeVehicle转向轮廓转角达45度,大大减小了汽车的转弯半径。改变钢筒的油量和气室的压力可得到不同的变刚度特性,从而可以使油气弹簧的主要部件在不同吨位的汽车上通用。此外,油气悬架与钢板弹簧、螺旋弹簧等其他弹性元件相比较还有结构紧凑、承载能力大、本身重量轻(可比钢板弹簧轻50%,比扭杆弹簧轻20%)、缓冲减震性能好等优点,特别适合于重型车辆。基于以上特点,油气悬架愈来愈广泛的运用在大型工矿用自卸车和军用越野车辆上。2油气悬架的组成和国内外技术发展的现状油气悬架以气体为弹性元件,而在气体和活塞之间引入油液作为中间介质。工作缸由气室和浸在油中的阻尼阀组成。按结构有单气室、双气室(带反压气室)和两级压力式等几种,如图1所示。单气室油气弹簧又分为油气分隔式和油气混合式两种。单气室油气式弹簧在伸张行程过程中,气压下降,刚度变小,储能容量小,结果容易形成活塞与缸体端部撞击。但这种情况发生时,可以考虑采用装伸张行程止回阀或...
