军用车辆座椅减振抗爆技术研究现状与发展趋势(军用车辆乘载员减振抗爆座椅设计技术研究系列一)

军用车辆座椅如果减振、抗爆性能不佳,将会极大影响战车乘载员的身体健康与战斗力。结合坦克座椅对乘载员身体健康、观瞄操纵效能、生命安全的影响,分析坦克装甲车辆座椅的重要性;对比了国内外军用车辆乘载员座椅减振、抗爆技术的研究现状及国内外差距。结合军用车辆座椅乘坐舒适性、减振、缓冲等功能需求,分析了国内军用车辆乘载员座椅在座高无级调节、减振与缓冲同步设置、质量自适应减振抗与抗爆及抗爆结构多次复用等方面的弱势,由此得出了军用车辆乘载员座椅的发展趋势、研究方向与关键技术。研究结果表明,加快研制军用车辆减振抗爆座椅具有必要性与紧迫性。

8×8轮式车辆半主动油气悬挂振动测试研究

针对自主研发的某型8×8轮式车辆半主动油气悬挂,首次开展了以实地跑车试验为基础的振动测试分析,给出了阻尼可调油气弹簧的结构简图以及半主动悬挂的控制原理,通过试验和曲线拟合的方式得出了电磁阀在不同电流下的流量系数。分别在起伏路和高速公路两种典型路况下,对车身不同位置的垂直振动加速度进行测试,验证了在实现阻尼实时调节的前提下,各测点加速度均方根值较被动式悬挂均得到了有效抑制,从而显著提高了车辆的整体行驶性能,所取得的第一手试验数据为国内在半主动悬挂方面的工程设计提供了参考。

坦克装甲车辆主动悬挂结构技术发展综述

阐述了坦克装甲车辆主动悬挂的需求和技术进展,详细介绍了电力-液压(简称电液)主动悬挂和机械-电力(简称机电)主动悬挂的结构及特点;结合电液主动悬挂和机电主动悬挂两种典型主动悬挂的试验验证情况,分析了现有坦克装甲车辆主动悬挂结构技术的瓶颈问题;归纳了坦克装甲车辆主动悬挂对结构性能的要求和关键技术,即高功率密度、高可靠性、低迟滞作动器技术;针对性地提出了新型主动悬挂结构研究思路:引入机电液复合作动器,规避了电液主动悬挂的时滞大和机电主动悬挂的惯性冲击问题,可实现悬挂的主动控制,为“十四五”坦克装甲车辆主动悬挂技术研究提供了方向性参考。

履带车辆肘内式半主动油气悬挂性能研究

肘内式油气悬挂与传统油气弹簧相比,能够以较小的体积和质量,提供更高的负载能力。将履带车辆肘内式油气悬挂单轮模型与半主动控制相结合,进行了半主动肘内式油气悬挂动态特性分析,提出了基于天棚算法的半主动双环控制策略,外环控制器计算目标阻尼力对应的阀芯位置,内环控制器控制阀芯跟踪目标位置,从而达到改善履带车辆平顺性的目的。探索了Virtual.Lab,AMESim和Matlab之间的集成接口,搭建了机电液耦合系统的联合仿真虚拟试验平台,并在该平台对控制算法进行了验证,结果表明肘内式油气悬挂半主动性能显著优于被动悬挂。

减振装置环形阀片局部变载的变形研究

提出了减振器环形节流阀片受局部变载荷作用时挠曲变形量的一种研究方法.根据节流阀片物理模型以及薄板力学的相关理论,推导阀片受局部变载荷作用时挠曲变形量的解析式.与有限元计算结果对比验证了公式以及推导过程的正确性,研究了不同载荷、载荷作用半径以及节流阀片相关结构参数和材料特性对其任意半径处变形量的影响规律.得出的解析式和结论为减振装置阻尼阀的精确设计提供了依据.

环形阀片局部加载变形研究

提出了减振装置环形节流阀片受局部均载作用时挠曲变形量的一种研究方法,根据节流阀片物理模型以及薄板力学的相关理论,推导了阀片受局部均载作用时挠曲变形量的解析式,并整理得出了便于理论分析和工程应用的表达形式。与有限元计算结果对比验证了公式以及推导过程的正确性,研究了不同载荷、载荷作用半径以及节流阀片相关结构参数和材料特性对其任意半径处变形量的影响规律,得出的解析式和结论为减振装置阻尼阀的精确设计提供了依据。

高速履带车辆机电悬架惯量分析与滤振缓冲设计

为解决高速履带车辆机电悬架在高频区性能恶化与结构可靠性的问题,分析基于扭杆的机电悬架刚度特性,求解悬架杆系复杂运动关系,计算机电执行器的等效惯性质量,建立考虑惯性质量与负重轮阻尼的2自由度机电悬架模型。量化分析惯性质量对悬架性能的不利影响,得到影响悬架平顺性、部件可靠性的惯性力的频域分布区间与功率谱密度分布区间。根据悬架惯性力的频域分布,以及悬架动挠度的幅频特性,提出滤振与缓冲的措施,建立带有滤振缓冲器的悬架模型。仿真和试验结果表明:滤振缓冲能够有效降低惯性质量影响,在D级路面40 km/h行驶工况下,将原惯性力的均方根值由原2 143 N降低至175 N。同时簧载质量加速度均方根值,由原3.510 8 m/s^(2)降低至1.268 2 m/s^(2)。台架测试证明齿圈应力在采用滤振缓冲措施后得到较大衰减,最大值由519.9 MPa降低为110.1 MPa。通过仿真和试验,验证了滤振与缓冲的措施能够提升机电悬架的性能,有助于解决惯性质量带来的高频区性能恶化的问题。

特种车辆动力总成橡胶悬置仿真方法研究

橡胶悬置作为动力总成悬置系统的重要功能部件,其刚度特性直接影响悬置系统的隔振性能。基于悬置橡胶材料应力-应变试验数据,运用有限元分析软件HyperMesh和Abaqus对试验数据进行本构模型拟合并建立橡胶悬置仿真分析模型,对某车前悬置静刚度特性进行有限元分析并进行试验验证。结论表明该仿真分析方法能较理想的获得橡胶悬置静态特性,为橡胶悬置设计提供了一种有效方法。

增加缓冲器的馈能式悬架性能研究

为解决惯性质量带来的馈能式悬架性能恶化的问题,研究了减振器串联缓冲器的解决方案。建立了带缓冲器的2自由度馈能式悬架模型,理论研究表明增加缓冲器利于改善簧载质量加速度、悬架动挠度,同时降低惯性力;通过传递特性分析,揭示了缓冲器对减振器速度幅值通低频阻高频的作用。对比有无缓冲器时悬架耗散功率,结果表明缓冲器降低了悬架耗散功率。通过台架对比测试,验证了增加缓冲器能够有效提升馈能式悬架性能,簧载质量加速度均方根值降低58.0%,车轮相对动载荷均方根值降低33.3%,悬架动挠度均方根值降低27.6%。

低温往复O形圈失效机制研究

针对油气弹簧O形圈低温往复条件下普遍出现的失效现象,采用有限元方法建立O形圈摩擦力计算模型,研究常温与低温工况下O形圈的应力、接触宽度、摩擦力随油液压力的变化规律。结果表明,随油液压力的增加,常温下O形圈的应力、接触宽度、摩擦力均增大,而低温下Von Mises应力、接触宽度减小,接触应力和摩擦力增大;低温工况下O形圈的Von Mises应力、接触应力和摩擦力远大于常温工况;当油液压力大于12 MPa时,摩擦力随油液压力的变化率增加;低温工况下橡胶材料的玻璃化导致的O形圈拉力与摩擦力增大是其密封性能下降进而失效的主要因素,实际使用中必须予以考虑。

减振器节流阀片大挠曲变形研究

通过与有限元数值解的对比分析表明,运用钱式摄动法推导的解析式的解析解存在较大误差。为了减小解析解的误差,提出利用有限元数据采用最小二乘法对解析式的有关参数进行拟合,得到了较为精确的大挠曲变形量解析式。利用该方法得出的拟合解析式可以方便地研究节流阀片相关结构参数和材料特性对其外边缘变形量的影响规律,为减振装置阻尼阀的精确设计提供了依据。

减振装置过油孔对阻尼阀水击的影响研究

针对车辆在各种路况行驶时阻尼阀频繁受到交变冲击力作用容易失效的特点,提出了研究阻尼阀水击压强的重要性。建立了环形节流阀片的单向阀物理模型,并分析水击波在阀门附近的传递规律。运用特征线法求解水击传递的偏微分方程组,考虑油路中的局部和沿程压力损失,将水击理论合理转化并应用到小型液压件中,创建了串联过油孔的阻尼阀水击数学模型。通过编程分析得出,随着过油孔结构参数的增大,阀门所受最大水击压强幅值及水击波振荡周期能够得到有效抑制,从而提高阀片抗冲击的可靠性,为阻尼阀设计提供了参考。

油气弹簧主活塞斯特封泄漏流量计算与仿真研究

针对油气弹簧主活塞斯特封宽温域条件下的工作稳定性问题,基于材料力学及流体动力学分析与计算,建立了流体动密封数学模型,推导出了斯特封泄漏流量的理论计算公式;运用有限元模型获取密封间隙处的油膜压力数据,研究了工作温度、往复运动速度、预压缩率及沟槽尺寸对斯特封泄漏流量的影响规律。结果表明:同等工况下,往复运动速度增加、预压缩率减小、沟槽宽度或深度增大都会增加斯特封的泄漏流量;在材料许用温域范围内,随着工作温度的升高,斯特封的泄漏流量增加。

油气弹簧阻尼阀疲劳失效成因分析与试验研究

针对自主研发的油气弹簧在跑车试验时节流阀片受冲击失效的现象,运用水击理论对其成因展开分析研究,建立阻尼阀物理模型,给出线性关闭状态下阀门开度随时间变化的方程,通过解偏微分方程的特征线法,创建阻尼阀非瞬时启闭水击数学模型;编程分析节流阀片处常通孔结构参数对阻尼阀所受瞬态冲击的影响规律,得出增大常通孔面积可减小阀门所受冲击的结论,同时开展阻力特性试验。得出的结论可以作为阻尼阀的设计参考,避免阀片断裂的再次发生。

油气弹簧常通孔对阀门水击力的影响研究

针对工程车辆在恶劣路况行驶时油气弹簧阻尼阀频繁受到冲击的特点,提出了研究阻尼阀水击压强的重要性。建立阻尼阀物理模型,并分析水击波在阀门附近的传递规律。运用特征线法求解水击偏微分方程组,推导油路的边界条件,成功将水击理论应用到小型液压件中,创建了完整的带有常通孔的阻尼阀水击数学模型。通过编程分析常通孔位置及结构参数对阻尼阀所受瞬时冲击的影响规律,得出常通孔应设置在阀门处,且结构尺寸越大,阀门所受水击振荡时间越少,水击力越小的结论,可以作为阻尼阀设计的参考。

论路面不平度的研究背景和进展

提出了研究路面不平度的意义及其必要性。从整车平顺性的角度分析了该领域的研究背景;分别从道路工程和车辆工程两个领域归纳总结了国内外的研究阶段和发展现状。最后指出虽然汽车业近些年来迅猛发展,但在路面辨识方面的系统研究还很匮乏,急需开展相关工作,为车辆的研发和设计奠定坚实的基础。

带有环形阀片的阻尼阀可靠性研究

针对跑车试验时油气弹簧中节流阀片受冲击失效的现象,提出了研究阻尼阀水击压强的必要性,建立了带有环形节流阀片的阻尼阀物理模型.运用水击理论及解偏微分方程的特征线法,创造性地对给定阻尼阀结构进行了水击建模计算.编程分析节流阀片失效的原因,系统研究了常通孔结构参数变化对阻尼阀所受瞬态冲击及其阻力值的影响规律,提出需从屈服和疲劳强度两个方面入手对阀门可靠性进行校核,并给出计算实例,完善了现有阀系设计的算法.所得结论可以作为可靠性研究的参考,同时避免了阀片断裂的再次发生.

油气弹簧阀片均布载荷变形研究与数学建模

根据节流阀片物理模型以及薄板力学的相关理论,推导阀片受均布载荷作用时挠曲变形量的解析式,并整理得出便于理论分析和工程应用的表达方式.根据自主研发油气弹簧的结构特点,运用实际气体状态方程,建立单气室油气弹簧的数学模型.仿真分析系统弹性力与不同叠加阀片数量下总输出力随位移的变化关系,与试验数据相比较,验证了数学模型的正确性以及节流阀片变形解析式的实用价值,为阻尼阀的精确设计提供了依据.

自动驾驶履带车辆鲁棒自适应轨迹跟踪控制方法

针对野外环境中自动驾驶履带车辆轨迹跟踪控制问题,考虑建模误差、参数不确定性及外界随机强干扰,以强鲁棒性及精确跟踪为目标,提出一种基于误差符号鲁棒积分的自动驾驶履带车辆鲁棒自适应轨迹跟踪控制方法。基于拉格朗日动力学方程建立自动驾驶履带车辆的运动学与动力学耦合模型;采用自适应控制方法实现对模型的精确前馈补偿,抵消模型非线性的影响;通过误差符号鲁棒积分有效抑制外界干扰及不确定性的影响;利用Lyapunov稳定性理论证明了闭环系统的全局渐进稳定性与收敛性。对仿真结果进行了实车实验一致性验证。仿真和实验结果证明:该方法在存在建模误差、参数不确定性、外界干扰条件下,在实现自动驾驶履带车辆高精度轨迹跟踪控制的同时,具有较强的自适应和鲁棒性。

车辆惯容器-弹簧-阻尼器悬挂构型设计方法综述

高机动履带车辆中悬挂系统起着承载、缓冲和减振的作用,是实现车辆越野机动性能的核心。惯容器自出现以来,就被广泛应用于被动隔振网络中,并且表现出了优良的隔振性能。针对悬挂构型设计,根据近些年专业技术领域的发展,系统介绍并总结了惯容器-弹簧-阻尼器(ISD)新型悬挂的构型及其设计方法;从悬挂设计的基本方法入手,系统分析了悬挂设计分析法和综合法的优劣;论述了机电相似理论的发展和ISD悬挂构型设计技术的进展。提出了ISD车辆悬挂技术未来的发展方向是:ISD悬挂的工程化和集成化、基于多个惯容器的ISD悬挂系统构型设计和整车悬挂系统的优化匹配。