Vibration Performance Analysis of a Mining Vehicle with Bounce and Pitch Tuned Hydraulically Interconnected Suspension

The current investigations primarily focus on using advanced suspensions to overcome the tradeo design of ride comfort and handling performance for mining vehicles. It is generally realized by adjusting spring sti ness or damping parameters through active control methods. However, some drawbacks regarding control complexity and uncertain reliability are inevitable for these advanced suspensions. Herein, a novel passive hydraulically interconnected suspension(HIS) system is proposed to achieve an improved ride-handling compromise of mining vehicles. A lumped-mass vehicle model involved with a mechanical–hydraulic coupled system is developed by applying the free-body diagram method. The transfer matrix method is used to derive the impedance of the hydraulic system, and the impedance is integrated to form the equation of motions for a mechanical–hydraulic coupled system. The modal analysis method is employed to obtain the free vibration transmissibilities and force vibration responses under di erent road excitations. A series of frequency characteristic analyses are presented to evaluate the isolation vibration performance between the mining vehicles with the proposed HIS and the conventional suspension. The analysis results prove that the proposed HIS system can e ectively suppress the pitch motion of sprung mass to guarantee the handling performance, and favorably provide soft bounce sti ness to improve the ride comfort. The distribution of dynamic forces between the front and rear wheels is more reasonable, and the vibration decay rate of sprung mass is increased e ectively. This research proposes a new suspension design method that can achieve the enhanced cooperative control of bounce and pitch motion modes to improve the ride comfort and handling performance of mining vehicles as an e ective passive suspension system.

STATISTIC LINEARIZATION CONTROL FOR HYDRAULIC ACTIVE DAMPING SUSPENSION

A statistic linearization analysis method of bad nolinear hydraulic active damping suspension is provided.Also the optimum control strategy of semi active suspension and graded control strategy based on it are puted forward.Experimental researches are carried out on a 2 DOF(degree of freedom) hydraulic active damping suspension test system.The results showed that an excellent control effectiveness could be obtained by using statistic linearization optimum control which unfortunely requests continuously regulationg the damp in an accurate way and costs much in engeering application.On the contrary,the results also showed that graded control is more practicable which has a control effectiveness close to the optimum control and costs less.

Investigation of Semi-Active Hydro-Pneumatic Suspension for a Heavy Vehicle Based on Electro-Hydraulic Proportional Valve

Hydro-pneumatic suspension is widely used in heavy vehicles due to its nonlinear characteristics of stiffness and damping. However, the conventional passive hydro-pneumatic suspension can’t adjust parameters according to the complicated road environment of heavy vehicles to fulfill the requirements of the vehicle ride comfort. In this paper, a semi-active hydro-pneumatic suspension system based on the electro-hydraulic proportional valve control is proposed, and fuzzy control is used as the control strategy to adjust the?damping force of the semi-active hydro-pneumatic suspension. A 1/4?semi-active hydro-pneumatic suspension model is established, which is co-simulated with AMESim and MATLAB/Simulink. The co-simulation results show that the semi-active hydro-pneumatic suspension system can significantly reduce vibration of the vehicle body, and improve the suspension performance comparing with passive hydro-pneumatic suspension.

Output feedback control and parameters influence analysis of active suspension electro-hydraulic servo actuator

The hydraulic servo actuator of heavy vehicle active suspension is investigated to clarify the correlation between system parameters and the control characteristics of active suspension hydraulic servo system.Accordingly, a nonlinear physical model of electro-hydraulic servo active suspension system is built.Compared with the conventional nonlinear modeling, the model in this study considers the asymmetry of working areas caused by single rod hydraulic cylinder in the suspension system.In accordance with the model, a nonlinear output feedback controller based on backstepping is designed, and the effectiveness of the controller is proved based on the experimental platform.The dynamic response curve of the electro-hydraulic servo control system under the change of parameters is generated based on the simulation model.The sensitivity of electro-hydraulic servo control performance to the change of system physical parameters is investigated, and two evaluation indexes are proposed to quantify and compare the effect of all physical parameter changes on position control system.As revealed by the results, the position control characteristics of suspension actuator are more sensitive to the changes of flow gain of the servo valve, system supply oil pressure and effective working areas of cylinder, and the two evaluation indexes are over 10 times higher than other physical parameters.

电液馈能互联悬架侧倾与俯仰协调优化

针对复合变工况下,侧倾与俯仰模式的电液馈能互联悬架(Electro-hydraulic Energy Regeneration Interconnected Suspension,EERIS)协调优化问题,设计一种包含环境选择策略的高维多目标粒子群优化算法。建立EERIS减振器阻尼力模型,通过试制样机进行模型试验验证并分析其参数变化在侧倾与俯仰模式下的影响规律;融合全局排序规则与全局密度估计方法,设计高维多目标粒子群优化算法;通过仿真对比EERIS优化前、单独优化侧倾模式后、单独优化俯仰模式后、协调优化侧倾与俯仰模式后的性能参数响应及均方根值。结果表明:复合变工况下,协调优化后的性能参数响应峰值降低;簧载质量加速度均方根值降低10.77%,侧倾角加速度均方根值降低24.77%,俯仰角加速度均方根值降低25.05%,提高车辆的平顺性与抗侧倾、抗俯仰能力;悬架动挠度均方根值降低7.9%,轮胎动载荷均方根值降低3.79%,车辆的操纵稳定性得到改善。

一步水热改性石英砂支撑剂及性能研究

为提高石英砂在压裂液中的分散稳定性,采用十六烷基三甲基氯化铵(CTAC)对传统石英砂表面进行改性。结果表明,CTAC质量分数为0.6%,在80℃中性条件下与石英砂反应120 min,可以使石英砂的沉降速度降低44.85%。改性前后石英砂与水的接触角由28.233°增至87.853°,表明石英砂表面的疏水性有大幅度改善,石英砂颗粒与水分子之间的排斥力增大。表面自由能由83.342 mJ/m^(2)降至22.379 mJ/m^(2),表面自由能降低使系统更加稳定,从能量的角度解释了改性后石英砂沉降速度降低的原因。改性后石英砂的zeta电位是改性前的2倍,石英砂颗粒之间的静电斥力明显增大,从而使颗粒之间不容易聚沉,体系更加稳定。

四级阻尼可调式液压互联悬架系统性能研究

提出一种新型四级阻尼可调式液压互联悬架(FDAHIS)系统。FDAHIS系统在被动液压互联悬架系统的阻尼阀上并联了两个常通孔面积不同的电磁开关阀,通过反馈控制策略控制电磁阀开闭状态,调节系统液压流量,从而实现阻尼四级可调。为了研究该系统性能,建立FDAHIS系统模型和七自由度整车模型。通过系统单元台架试验对该模型进行了验证。整车仿真结果表明,与被动的液压互联悬架(HIS)系统相比,FDAHIS系统在车辆行驶平顺性和抗俯仰性能方面表现更佳。

基于严格反馈模型的电液伺服作动器控制策略研究

主动悬架可根据车辆实时状态调节悬架参数,显著提高应急救援车辆救援效率,电液伺服作动器是电液伺服主动悬架系统实施主动控制的核心部件。对电液伺服作动器控制策略展开了研究,建立了主动悬架液压伺服作动器模型;基于该模型提出了基于严格反馈模型的自适应位置跟踪控制策略,并证明了该策略在Lyapunov意义下的稳定性。仿真和单缸实验验证表明,与传统控制方法相比,所提出的位置跟踪算法可有效提高电液伺服作动器的位置跟踪性能。

基于模式切换的互联空气悬架性能研究

为进一步提高互联空气悬架性能,设计了一种互联模式切换策略,该策略首先建立互联空气悬架整车动力学模型;然后基于平顺性和操稳性性能指标函数设计综合评价指标,利用不同连通模式下综合指标的变化规律,设计互联模式切换控制策略;最后进行数值仿真,仿真结果表明,该控制策略可明显地改善互联空气悬架性能,提高乘车舒适性。

丘陵山地拖拉机悬挂液压集成阀块结构参数设计及优化

液压集成阀块作为丘陵山地拖拉机液压系统的重要组成部分,可减少液压元件之间连接管的数量,对解决因油管连接而引起的油液泄露问题具有重要意义。针对丘陵山地拖拉机电液悬挂系统工作性能要求,设计一组用于悬挂系统姿态调节的液压集成阀块,对其主要结构参数进行设计计算,建立液压集成阀块三维模型。根据刀尖角、工艺孔、非正交流道单目标优化结果,组合流道响应面分析结果、整体流道CFD分析结果和流固耦合分析结果,对液压集成块内部流道结构进行优化设计。最后,通过CFD仿真与流固耦合仿真对比优化前后性能。仿真结果表明:优化后的A口供油横向姿态调节进油流道和回油流道压力损失相比于优化前分别减小0.005 MPa、0.013 MPa,B口供油横向姿态调节进油流道和回油流道压力损失相比于优化前分别减小0.048 MPa、0.015 MPa,升降回路进油流道和回油流道压力损失相比于优化前分别减小0.129 MPa、0.003 MPa,验证优化后阀块性能的优越性。

先导式节流阀比例电磁铁参数设计及优化

保证丘陵山地拖拉机在起伏山地或土质较硬地块作业时的牵引力和耕深之间的最佳匹配状态是丘陵山地拖拉机悬挂系统设计的重要指标。比例电磁铁作为节流阀电—机转换的主要元件,其性能优劣对控制节流口开度、实现流量的比例调节具有重要意义。针对丘陵山地拖拉机悬挂系统作业需求和电液比例阀设计要求,设计一种用于悬挂液压系统姿态调整的先导式节流阀比例电磁铁,对其关键结构参数进行设计,建立比例电磁铁数学模型,通过Maxwell对阀组流量特性的影响进行仿真分析。同时利用遗传算法对隔磁导向套厚度、隔磁环角度、隔磁环宽度和定子铁心深度等参数进行匹配优化,通过Maxwell对优化前后的比例电磁铁进行有限元分析。仿真结果表明:优化后的比例电磁铁在1~3 mm时电磁力几乎与X轴平行,具有更好的位移—力特性。建立先导式节流阀数学模型,通过Simulink对其进行动态特性和静态特性仿真,验证所设计的比例电磁铁参数的合理性。

拖拉机后悬挂电液控制系统的研究

传统拖拉机在进行农田作业时主要依靠手动控制耕作深度等技术参数,导致耕作误差较大。针对以上问题,研发了一种三点式双作用拖拉机液压悬挂系统,基于双PID控制算法对关键电路部件与控制方案进行设计与选型,并基于MatLab分析拖拉机后悬挂电液控制技术的工作特性。田间试验结果表明:设计的拖拉机后悬挂电液控制系统可以满足田间农业生产要求。

基于四杆机构拖拉机液压悬挂挂接装置设计与试验

液压悬挂系统是实现拖拉机与作业机具连接的关键部件,在拖拉机出厂前常采用人工挂接方式检测液压悬挂系统的承载性能,存在耗时长、效率低、存在安全隐患等缺陷。在不改变现有油缸加载检测装置的前提下,根据四杆运动机构设计了一种用于大中型拖拉机液压悬挂系统检测的挂接装置。结合四杆结构特点及拖拉机液压悬挂检测相关规定,分析了挂接装置的运动规律。基于四杆机构,设计了液压悬挂挂接装置,并对关键部件进行强度校核。在实验环境下,重复测试已研制液压悬挂挂接装置的挂接性能。试验表明:挂接装置的平均挂接时间为68.6 s、挂接成功率为96.7%,远低于人工挂接操作时间,并具有良好的挂接成功率。研制的液压悬挂挂接装置结构简单、性能可靠,降低拖拉机液压悬挂的检测强度、提高检测效率,为国内外拖拉机生产厂家设计一种用于拖拉机液压悬挂自动化检测系统提供依据。

履带车辆液压悬架抗俯仰互联模式研究

针对独立悬架式履带车辆在俯仰工况下减振性能较差的问题,提出利用油管将车身同侧不同轴的减振器进行互联的方案。首先,提出俯仰工况下的3种互联模式,模式1、模式2、模式3分别为第1及第2轴减振器互联、第1及第6轴减振器互联、第2及第6轴减振器互联;其次,建立1/2履带车辆减振器机-液-热模型;然后,根据谐波叠加法利用MATLAB和RecurDyn编译E级路面模型;最后,利用AMESim和RecurDyn搭建液压互联悬架模型和整车动力学模型的机-液-热联合仿真平台,与装有独立悬架的履带车辆进行E级路面下的抗俯仰性能进行对比分析。仿真结果表明,安装3种模式的液压互联悬架履带车辆降低了车身俯仰角均方根值,降幅分别为3.97%、5.96%、3.53%,模式2的车身俯仰角最大值相较于独立悬架降低了0.010 4 rad,降幅为14.11%,抗俯仰性能最优。

矿用自卸车液压互联悬架参数灵敏度分析与优化

为改善三轴矿用自卸车的行驶稳定性与平顺性,提出一种前桥左右互联,中后桥X型交叉互联的新型悬架系统。利用阻抗矩阵传递法和系统边界条件建立整车机-液耦合模型,求解耦合系统的状态矩阵得到车身-车轮运动的各阶模态,对比新型悬架与传统悬架的模态特性,并分析了轮胎动载荷分配情况。利用系统加速度传递矩阵与随机路面输入矩阵得到优化目标函数。最后采用Morris法分析悬架系统结构参数对车身弹跳、俯仰与侧倾模态振动的灵敏度,得到影响悬架性能的敏感参数,并通过NSGA-II对敏感参数进行多目标优化。结果表明:相比传统悬架,新型悬架的俯仰和侧倾模态频率分别增大8.3%和35.2%,具有更好的抗俯仰和抗侧倾性能,同时中后轮动载荷分配情况得到改善;蓄能器初始充气压力、前蓄能器初始充气体积、阻尼孔内径以及缸筒上下腔面积比是影响乘坐舒适性的主要因素;优化后车辆弹跳、俯仰与侧倾模态的加速度响应峰值分别降低50.3%、58.2%和59.8%,不同速度下的加速度均方根值减小,有效提高了悬架综合性能。

具有预设性能的电液主动悬架动态面容错控制

针对主动悬架系统中存在内部不确定性,外界干扰和执行器故障情况下的振动抑制问题,本文提出了一种具有预设性能的动态面容错控制方法.首先,通过引入预设性能函数,采用对数型障碍Lyapunov函数,使车身运动位移具有预先设定的瞬态和稳态跟踪性能,与传统预设性能方法相比,该方法不需要误差转换,从而降低了控制器设计的复杂度.然后,采用非线性扰动观测器在线估计悬架系统中存在的复合干扰,有效地补偿其不利影响.通过构造基于不连续投影方法的自适应律,解决了电液执行器液压缸内部泄漏故障问题,同时,引入动态面技术,避免了反步法中虚拟控制律偏微分计算困难问题.最后,基于Lyapunov稳定性理论证明了闭环系统中所有状态变量是有界的,Carsim仿真结果验证了所提控制方法的有效性和优越性.

基于模糊控制的主动抗侧倾液压互联悬架研究

随着车速提高,车辆侧翻的风险随之增加,因此车辆的抗侧倾性能愈发受到人们的重视。液压互联悬架(HIS)能有效提升车辆的侧倾刚度且几乎不影响车辆的平顺性。根据所研究的主动液压互联悬架,设计了一个以侧倾角和侧倾角加速度作为输入的模糊控制器,直线行驶时控制器几乎不工作,此时车辆等同于被动HIS,两者平顺性近似相同;高速转向时通过控制电机推动调节油缸的活塞杆运动,产生主动的抗侧倾力矩提高车辆的操稳性能。搭建了主动抗侧倾HIS实验台架,通过台架实验验证了主动HIS模型的正确性。对试验车辆底盘进行主动抗侧倾HIS测试系统改装,进行蛇形和双移线试验,并利用MATLAB/Simulink进行相应仿真,比较分析被动HIS车辆和主动HIS车辆的车身侧倾角峰值。结果表明,与被动HIS相比,主动HIS能有效提高车辆的抗侧倾性能。

变构型液压互联悬架设计与仿真研究

针对越野汽车在非铺装路面上行驶时操纵稳定性和通过性的矛盾关系,提出了一种变构型液压互联悬架系统。介绍了该悬架系统的工作原理,并建立时域仿真模型;基于模态能量法和LQR算法提出了车辆运动状态辨识和悬架目标控制力的上层控制器,基于分层控制策略设计了悬架刚度-阻尼协同控制的下层控制器;利用MATLAB/Simulink软件搭建了该悬架系统的动力学模型,在不同工况下对装备该悬架的车辆的侧倾角、俯仰角、车身扭转载荷和车轮接地性等指标进行仿真。仿真结果表明,该悬架系统能有效提高车辆的行驶性能。

液压无级调速前悬挂式双圆盘割草机设计与试验

【目的】为解决双圆盘割草机的切割圆盘转速无法实现无级调速等问题,设计了一种液压无级调速前悬挂式双圆盘割草机。【方法】对双圆盘切割器进行理论分析并确定其几何参数和运动参数,对其液压系统进行设计及关键液压元件选型,应用WorkBench软件对液压站机架进行静态结构分析和模态分析并校核其安全性,采用Box-Behnken试验设计原理,选择机具前进速度、切割圆盘转速和刀片数量为试验因素,重割率和漏割损失率为试验指标,建立回归模型并进行参数优化与验证。【结果】静态结构分析和模态分析结果表明,液压站机架在静载荷下的最大变形量为2.84 mm,最大应力为65.01 MPa,机架的强度和刚度满足设计要求,一阶模态下机架的固有频率最低,其值为25.2 Hz,实测液压泵振动频率为24 Hz,低于机架的最低固有频率(9.23~19.6 Hz),机架不会发生共振现象。试验结果表明,机具能够完成苜蓿切割和铺放集条作业任务,最佳作业参数为:机具前进速度5.89 km/h,切割圆盘转速2200 r/min,刀片数量2个。【结论】田间验证试验结果表明,当机具前进速度7.5 km/h、切割圆盘转速2000 r/min、刀片数量3个时,重割率为1.12%,漏割损失率为0.18%,机具性能稳定可靠,各项指标均满足旋转割草机的技术要求。

虚拟轨道列车空气互联平衡悬架的动力学性能研究

针对数字轨道电车前双轴悬架的超静定问题,提出了互联平衡悬架的解决方案。在建立空气弹簧的热力学模型和连接管路热力学模型的基础上,通过与动力学模型联合仿真,验证该优化方案的效果。互联空气悬架可以优化车辆的行驶平顺性,改善车辆动态轴荷分配。分析了互联管路直径对动力学性能的影响。结果表明:该方案改善了数字轨道电车端车的平顺性和载荷均衡性;当连接管路直径取10~20 mm、以车速20 km/h通过减速带的行驶工况下,互联空气平衡悬架的平顺性较原有结构提升了2%~6%,一、二轴的动载荷的峰值相比原有结构降低2%~16%;随着联通管路直径的增加,车辆行驶的平顺性有提高的趋势,一二轴动载荷的平衡效果也越明显;15 mm的管径能较好地平衡减速带和边坡点2种工况下的动力学性能。