管梁固定式悬置系统参数灵敏度分析

2018-01-02周良生

山东工业技术 2018年1期

关键词：车架灵敏度路面

朱强,周良生

（1.陆军军事交通学院研究生管理大队;2.军事交通学院运输研究所,天津 300161）

管梁固定式悬置系统参数灵敏度分析

朱强1,周良生2

（1.陆军军事交通学院研究生管理大队;2.军事交通学院运输研究所,天津 300161）

这里介绍一种管梁固定式悬置系统。为了获得管梁固定式悬置系统参数对上装侧倾振动的影响和最优的结构参数，建立了整车多体动力学模型。以上装侧倾振动角加速度为目标，采用正交试验对结构的位置、扭转刚度参数进行灵敏度分析。结果显示，管梁固定式悬置系统的扭转刚度参数比位置参数对上装振动的影响程度大。考虑稳定性后，扭转刚度的影响程度也比较大。

管梁；减振；侧倾振动；灵敏度

悬置系统的隔振性能对运输车辆十分重要，它是决定运输车辆效率和寿命的重要因素。管梁固定式悬置系统，对由于路面不平度产生斜对称动载荷给车辆带来的扭转振动能起到明显减弱效果，对上装隔振性能非常好。在悬置系统减振效果进行分析后，需要对悬置系统参数对上装的振动的影响程度进行分析，同时对参数进一步优化。

本文在仿真分析悬置系统的隔振性能后，基于正交试验分析隔振性能对管梁式悬置系统的结构参数的灵敏度。得到各参数对隔振性能的影响程度的不同后，通过遗传算法对悬置系统的参数进行优化，得到最优隔振性能的结构参数，对管梁式悬置系统的进一步深入研究具有比较大的意义。

1 整车多体动力学模型的建立

1.1 管梁式柔性体车架

管梁式柔性体副车架是基于圆管的扭转承载能力，由等半径的管梁和翼梁组成[1]。横梁均匀分布在管梁上与管梁刚性连接，以管梁的中性面支撑点附件和车架刚性连接，管梁两头的两个支撑点连接要限制管梁的轴向位移和垂直位移，使其只能发生轴向转动。管梁式柔性体车架，对路面不平度带来的扭矩载荷的衰减效果显著，尤其适用于工作路面比较差的重型军用运输车辆。

1.2 整车模型的建立

通过试验获取某运输车辆相关参数，将管梁式柔性体车架通过合理设计安装在整车模型上，获得如图1所示的加装管梁式柔性体车架的整车多体动力学模型。

图1 整车多体动力学模型

2 路面的生成与仿真分析

2.1 三维路面模型的生成

在路面不平度的研究中，国内外学者提出过不同形式的功率谱密度表达式。对于随机路面，用Adams/Car Ride里的路面轮廓生成器就可以生成。对于脉冲路面和大扭曲路面三维模型的创建，这里我使用Adams/Car Ride里的Road Builder来创建。创建的宽度三角脉冲激励三维模型和大扭曲路面三维模型。

2.2 仿真结果分析

在Adams里车辆以60km/h车速在B级随机路面、三角脉冲路面和大扭曲路面进行仿真，通过处理得到其上装质心处侧倾振动角加速度值如表1所示。

表1 不同路面下上装质心处侧倾振动角加速度

3 正交试验悬置系统参数灵敏度分析

3.1 正交试验设计

正交试验设计就是采用正交试验表来安排试验的方法[3]。这里用正交试验设计方法进行结构参数的灵敏度分析。选择管梁与车架固连点X1和管梁因固连点不同导致的两端不同的圆管的扭转刚度K1、K2作为设计变量，忽略其他影响不大的因素。具体设计变量及所取水平如表2所示。

表2 正交试验设计变量及各水平取值

上述共3个变量，每个变量取3个水平，编制正交试验表L9（），评价函数参照ISO2631-1:1997(E)与GB/T4970-1996。由于管梁式悬置结构对上装在扭转振动的减振效果明显，对车辆垂向和俯仰振动的影响不大，因此这里只考虑上装侧倾振动角加速度均方根值RMS（记为R），同时考虑侧倾角，为便于比较，定义评价函数和为：

在空间B级仿真路面以车速30km/h进行灵敏度分析，表3给出了仿真后正交试验结果的处理。

表3 正交设计试验表及数据处理结果

3.2 正交试验设计结果处理

为了分析各个因素对试验目标的影响主次关系，需要对正交试验的结果进行处理。利用极差分析法处理试验结果，确定因素的影响主次关系是一种较为有效的方法。

不考虑侧倾角，处理得到上装振动水平对悬置系统参数的灵敏度分析结果如表4所示。

表4 上装振动水平对悬置参数的灵敏度

表5 振动水平对悬置参数的灵敏度

考虑侧倾稳定性，将上装振动时车厢侧倾角与侧倾振动角加速度作为评价函数，为便于比较，选取函数作为评价函数。处理得到上装振动水平对悬置系统参数的灵敏度分析结果如表5所示。

根据极差分析法，极差值得大小决定着该参数对目标值得影响程度，也就是灵敏度。由表4、5灵敏度结果分析结果可知，无论是考虑车辆侧倾稳定性还是只考虑侧倾振动，管梁的扭转刚度K1和K2对上装振动水平影响比管梁与车架连接的位置最大，且管梁两端扭转刚度的影响程度差不多。而且可以看出，在一定范围内，随着管梁扭转刚度的增加，振动水平有显著下降。