線(xiàn)性油壓減振器廣義優(yōu)化設(shè)計(jì)實(shí)例

高鑫

（大連航運(yùn)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，遼寧 大連 116052）

線(xiàn)性油壓減振器廣義優(yōu)化設(shè)計(jì)實(shí)例

高鑫

（大連航運(yùn)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，遼寧 大連 116052）

廣義優(yōu)化設(shè)計(jì)是一門(mén)綜合性和實(shí)踐性較強(qiáng)的的專(zhuān)業(yè)課,是培養(yǎng)學(xué)生綜合設(shè)計(jì)能力和創(chuàng)新能力的基礎(chǔ)，是高職學(xué)院機(jī)械類(lèi)專(zhuān)業(yè)人才培養(yǎng)的關(guān)鍵。為加大校企合作的力度和學(xué)生的動(dòng)手能力，在我校畢業(yè)設(shè)計(jì)中引入企業(yè)生產(chǎn)設(shè)計(jì)實(shí)例，來(lái)培養(yǎng)學(xué)生對(duì)未來(lái)實(shí)際工作的適應(yīng)能力，同時(shí)也為企業(yè)設(shè)計(jì)實(shí)例提供新的思路。

優(yōu)化設(shè)計(jì)；校企合作；實(shí)例；線(xiàn)性油壓減振器

1　廣義優(yōu)化設(shè)計(jì)實(shí)例

對(duì)某提速列車(chē)CW-2轉(zhuǎn)向架一系懸掛系統(tǒng)設(shè)計(jì)一只阻尼系數(shù)為60 kNs/m一系垂向減振器進(jìn)行設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)要求是：工作區(qū)間內(nèi)三個(gè)速度點(diǎn)v1=0.25 m/s、v2=0.50 m/s、v3=0.75 m/s，對(duì)應(yīng)最大可調(diào)阻尼力分別為F1max=3 025 N、F2max=6 050 N、F3max=7 250 N。對(duì)應(yīng)的額定阻尼力分別為F1=2 500 N、F2=5 000 N、F3=7 500 N。

2　確定和選取流體參數(shù)、結(jié)構(gòu)參數(shù)

（1）根據(jù)油壓減振器結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和系列，取一系懸掛用的減振器的活塞桿直徑為40 mm。

（2）阻尼孔采用阻尼長(zhǎng)孔的形式。

（3）油壓減振器廣義優(yōu)化設(shè)計(jì)中的一個(gè)比較重要的動(dòng)態(tài)補(bǔ)系數(shù)，拉伸狀態(tài)的動(dòng)態(tài)泄露系數(shù)Klx。

（4）采用德力士殼牌T32液壓油，其油液密度ρ=872 kg/m3，動(dòng)力粘度μ=2.79×10-2Ns/m2。

（5）利用Matlab軟件計(jì)算出廣義優(yōu)化進(jìn)程中各設(shè)計(jì)變量、各目標(biāo)值和目標(biāo)價(jià)值的變化如下。

2.1技術(shù)性能指標(biāo)

目標(biāo)值搜索如圖1所示。

2.2阻尼性能指標(biāo)

（條件：行程s=25 mm，頻率f=1.44 Hz）。最大拉伸阻尼力Fmmax=7 007 N；最大壓縮阻尼力Fcmax=7 743 N；阻尼系數(shù)Rate=40.1 kNs/m；不對(duì)稱(chēng)率Dsy=2.34%；減振效率eff=76%。 2.3 廣義優(yōu)化設(shè)計(jì)實(shí)例結(jié)果分析

通過(guò)多次尋優(yōu)來(lái)完成優(yōu)化，直到收斂完全，得到一組最優(yōu)化解，大部分目標(biāo)價(jià)值滿(mǎn)意度提高率較大，總目標(biāo)價(jià)值提高了21%，其他指標(biāo)均以達(dá)到要求，下面是不考慮和考慮動(dòng)態(tài)參數(shù)補(bǔ)償時(shí)阻尼性能指標(biāo)：

（1）不考慮動(dòng)態(tài)參數(shù)補(bǔ)償時(shí)。最大拉伸阻尼力Fmmax=6 998 N；最大壓縮阻尼力=Fcmax7 245 N；不對(duì)稱(chēng)率Dsy=2.02%；阻尼系數(shù)Rate=49.2 kNs/m；減振效率eff=72%。

（2）考慮動(dòng)態(tài)參數(shù)補(bǔ)償時(shí)，得到的優(yōu)化結(jié)果。最大拉伸阻尼力Fmmax=7 007 N；最大壓縮阻尼力Fcmax= 7 043 N，阻尼系數(shù)Rate =60.1 kNs/m。

不對(duì)稱(chēng)率Dsy=0.36%；減振效率eff=80%。

由圖2可見(jiàn)，不對(duì)稱(chēng)率為0.36%,減振效率為80%。因此，在廣義優(yōu)化建模中，應(yīng)引入動(dòng)態(tài)補(bǔ)償參數(shù)，有力于提高油壓減振器的設(shè)計(jì)精度，獲得較好的設(shè)計(jì)效果。

3　許用磨損量

（1）壓力缸筒單獨(dú)磨損：（活塞桿外徑d下限正常）缸筒內(nèi)徑D上限為，許用磨損量為0.0421 mm；

（2）活塞桿單獨(dú)磨損：(缸筒內(nèi)徑D上限為正常 )活塞桿外徑d 下限許用磨損量為0.0424 mm；

（3）實(shí)際聯(lián)合磨損：許用磨損量為0.0357 mm，缸筒內(nèi)徑D上限為活塞桿外徑d下限因此，許用磨量的計(jì)算方法和結(jié)果是可靠的（實(shí)驗(yàn)結(jié)果的誤差與理論計(jì)算結(jié)果均小于5%）。

4　許用油溫和散熱參數(shù)

油壓減振器使用德力士殼牌T32液壓油，油液密度ρ=872 kg/m3，動(dòng)運(yùn)粘度γ40=32 mm2/s，γ100·=6.3 mm2/s。，粘溫系數(shù)λ=1/30，閃點(diǎn)溫度176℃ 。分析與設(shè)計(jì)結(jié)果：當(dāng)許用油溫Tub=94.43℃時(shí)，散熱參數(shù)設(shè)計(jì)如下：第一，儲(chǔ)油缸外徑D=79.56 mm（實(shí)際中可取φ80 mm的標(biāo)準(zhǔn)鋼管）；第二，表面黑度ε取0.95（黑色醇酸磁漆）；第三，儲(chǔ)油缸長(zhǎng)度為L(zhǎng)=320 mm（用于CW-2型轉(zhuǎn)向架）。

油壓減振器散熱參數(shù)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是理論分析與計(jì)算許用油溫Tub，對(duì)實(shí)例油壓減振器做了油溫敏度實(shí)驗(yàn),紀(jì)錄了溫度計(jì)的值。來(lái)驗(yàn)證Tub分析模型的正確性和準(zhǔn)確性。由圖3可得，額定典型工作點(diǎn)許用阻尼力Flb對(duì)應(yīng)的實(shí)測(cè)工作油溫在90~100℃之間，這與理論計(jì)算的許用油溫94.43℃很接近。油壓減振器工作油溫在100℃以下時(shí)，試驗(yàn)數(shù)據(jù)與理論計(jì)算值比較接近。

5　結(jié)語(yǔ)

在實(shí)際教學(xué)中，運(yùn)用廣義優(yōu)化設(shè)計(jì)理論，對(duì)實(shí)例油壓減振器阻尼系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)及結(jié)果分析，并且在計(jì)算中引入動(dòng)態(tài)補(bǔ)償參數(shù)，可使油壓減振器獲得了較高的設(shè)計(jì)精度和良好的阻尼性能，從而,使實(shí)例油壓減振器具有良好的經(jīng)濟(jì)性能，實(shí)現(xiàn)了其技術(shù)性能和經(jīng)濟(jì)性能的綜合優(yōu)化設(shè)計(jì)。線(xiàn)性油壓減振器的參數(shù)優(yōu)選和廣義優(yōu)化設(shè)計(jì)，能讓學(xué)生進(jìn)一步了解和掌握廣義優(yōu)化設(shè)計(jì)優(yōu)選參數(shù)方法。

[1] 楊國(guó)楨，王天福，劉剛.機(jī)車(chē)車(chē)輛液壓減振器.中國(guó)鐵道出版社，2011:10~14.

[2] 王定才.鐵路客車(chē)油壓減振器質(zhì)量現(xiàn)狀分析與建議，2014:4~15.

圖1　目標(biāo)值搜索界面

圖2　優(yōu)化結(jié)果界面

圖3 油溫敏度理論分析的結(jié)果與實(shí)測(cè)結(jié)果比較

TH137

A

1671-0711（2016）09（上）-0071-02