黄秋生



某微型环卫车悬架系统的优化设计

黄秋生

（安徽江淮汽车集团股份有限公司，安徽 合肥 230000）

文章通过分析某轻型环卫车的使用要求，得出环卫车悬架设计的边界条件。在相互制约的边界条件中确定悬架系统的设计思路和最终方案。通过增加侧倾稳定杆，化解了相互矛盾的制约条件，对悬架系统进行了优化设计。

动挠度；静挠度；偏频；侧倾稳定性

前言

本文讨论的轻型环卫车是一款自装卸式垃圾车，在普通载货车底盘上加装了上装系统。上装系统包括液压油泵、液压油箱、液压油缸、控制阀组、垃圾箱、翻桶机构、支腿等。该车辆后部有翻桶机构，可以勾住垃圾桶，并通过液压机构运作，将垃圾桶内的垃圾倒进垃圾箱中。垃圾箱内的垃圾装满以后，将垃圾运至垃圾处理站。再通过液压机构运作，可以使垃圾箱完成自卸作业，将垃圾倒出。

1 悬架系统设计分析

标准垃圾桶的高度尺寸是固定的，翻桶机构上的挂钩若要平稳地勾住垃圾桶，即要保证整车空、满载状态下，挂钩与垃圾桶有合理的高度差——挂钩的高度要低于垃圾桶的高度，空、满载状态下都不能相差太多。该车型的悬架设计除了要满足动挠度、静挠度、偏频、侧倾稳定性等参数要求外，对空满载的车架后端离地高度也有明确的限定。而由于整车普遍存在超载装运，装满垃圾后质心较高。这些边界条件对悬架系统的设计提出了更为严苛的要求。

整车的主要参数如下：

整备质量（kg）：前1120后800；满载质量（kg）：前1500后2500；

板簧距（mm）：前670后670；轴距（mm）：2600；

满载质心（mm）：900；悬架形式：纵置叶片式板簧悬架；

在悬架设计过程中，要考虑平顺性，板簧的刚度不宜过大；要保证空、满载翻桶机构的挂钩高度要求，板簧刚度不宜过小；在确定的悬架高度下（挂钩的高度要求），保证悬架有合理的动挠度、静挠度匹配，板簧的刚度不宜过大；要保证侧倾稳定性要求，板簧的刚度不宜过小。

综合考虑几方面的制约因素，本文论述了一种优化的悬架设计方案。

首先确定悬架的偏频，悬架偏频的计算公式如下：

其中n1、n2分别是前、后悬架的偏频，单位是Hz；C1、C2分别是前、后悬架的弹性刚度，单位是N/mm；m1、m2分别是前、后悬上质量，单位是kg。

在暂不考虑侧倾稳定性的情况下，通过合理地匹配前后悬架刚度，让前后悬架的偏频在设计指标要求范围内。

其次确定悬架的静挠度，悬架的静挠度计算公式如下：

接着调整悬架的动挠度。在确定翻桶机构挂钩的高度位置以后，可以确定空、满载的悬架高度（即车架离板簧中心螺栓的距离）。这时需合理调整动挠度，与静挠度匹配，以满足整车的设计要求。可以通过在板簧上下增加垫铁来调整板簧离车架的距离和动挠度。在板簧下方增加垫铁可以抬高车架，在板簧上方增加垫铁可以减小动挠度。

在满足以上设计要求以后，最后来考虑侧倾稳定性的问题。解决侧倾稳定性问题，可以通过增大板簧距、加大板簧刚度或增加侧倾稳定杆来实现。而因为结构尺寸的限制，加大板簧距不可行，板簧的刚度在前述的设计过程中已经限定，不宜再有大的调整。所以增加侧倾稳定杆成为较为可行的方案。本文论述在后悬架上增加侧倾稳定杆。

后悬架结构图如下所示：

1.钢板弹簧 2.减震器 3.缓冲块 4.车架 5.前吊耳 6.骑马螺栓7.稳定杆下支架 8.稳定杆 9.稳定杆立柱 10.稳定杆立柱橡胶座11.稳定杆上支架 12.稳定杆立柱胶垫

对于侧倾稳定性的计算分析，可按照如下的模型和计算方法：

图2 侧倾稳定性计算模型

图中，L1、L2是前后悬架的侧倾中心距前后轮中心线的距离，由于悬架为钢板弹簧式，L1=L2=0

h1、h2为前后轴侧倾高度，Ls为整车重心距前轮中心线的距离，shg为整车的质心高度

加装了稳定杆以后，整车侧倾角刚度可按照以下公式计算

其中C1为前板簧刚度，D1为前板簧距，C2为后板簧刚度，D2为后板簧距，C1为前稳定杆刚度，由于没有匹配前稳定杆，该项参数为零；C2为后稳定杆刚度。

在评价整车侧倾稳定性时，按整车以向心加速度0.4g稳态转向工况行驶，计算侧倾角，这时有：

代入相关数据，整车以向心加速度0.4g稳态转向工况行驶时，侧倾角＜5°。

2 结论

环卫车的实际使用工况对悬架系统增加了更多的边界条件，这些相互矛盾的边界条件按照何种顺序去满足对悬架设计方案的最终确定影响较大。本文论述了一种悬架系统的设计思路，且通过增加侧倾稳定杆，解决了矛盾的关键。按照优化前的悬架参数计算，整车的侧倾角为19.8°，可见悬架系统的优化，极大地提高了整车侧倾角刚度，同时又兼顾了平顺性、动挠度的设计要求，还实现了悬架系统对车架高度的调节功能。

[1] 王旺予.汽车设计[M].北京:机械工业出版社,2004.

[2] 余志生.汽车理论[M].北京:机械工业出版社,2006.

[3] 王霄锋.汽车底盘设计[M].北京:清华大学出版社,2010.

Analysis and optimization on idling vibration of same car

Huang Qiusheng

( Anhui Jianghuai Vehicle group Co., Ltd., Anhui Heifei 230000 )

This paper firstly analyzes the requirement of using some sanitation truck.After that we get the border conditions of the suspension.We find out the mentality of designing and final solution according to the border conditions.By using roll stabilizer bar,we conform all of the border conditions,and improve the suspension.

Dynamic deflection; Static deflection; Offset frequency; Roll stability

U469.6+91

B

1671-7988(2018)21-57-02

U469.6+91

B

1671-7988(2018)21-57-02

黄秋生，就职于安徽江淮汽车集团股份有限公司。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2018.21.020