兩棲裝甲車輛發(fā)動(dòng)機(jī)隔振技術(shù)的應(yīng)用研究

李春旭

摘 要： 本文主要對(duì)基于磁流變技術(shù)的兩棲裝甲車輛發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)隔振進(jìn)行了分析和探討，主要從動(dòng)力學(xué)模型的建立，MRF與MRE材料阻尼器懸置機(jī)構(gòu)的結(jié)合以及評(píng)價(jià)準(zhǔn)則三個(gè)方面進(jìn)行了研究，結(jié)果表明，基于磁流變技術(shù)的發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)隔振能夠很好的解決傳統(tǒng)隔振設(shè)備寬頻適用性不強(qiáng)、剛度調(diào)節(jié)較低、技術(shù)應(yīng)用復(fù)雜的缺陷。

關(guān)鍵詞： 兩棲裝甲車輛；發(fā)動(dòng)機(jī)；隔振；磁流變技術(shù)

【中圖分類號(hào)】 TQ562 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】 A【文章編號(hào)】 2236-1879（2017）20-0225-01

隨著信息化作戰(zhàn)裝備保障的不斷發(fā)展與進(jìn)步，兩棲裝甲車輛的機(jī)動(dòng)性能在不斷提高的同時(shí)，對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和功率也提出了更高的要求。發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)存在諸如汽缸內(nèi)的燃?xì)鈮毫?、活塞、連桿等不平衡質(zhì)量運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的不平衡慣性力和慣性力矩等，極易激發(fā)車輛整體或局部的強(qiáng)烈振動(dòng)，嚴(yán)重可能損壞零部件、影響到駕駛?cè)藛T的駕駛舒適度和縮短發(fā)動(dòng)機(jī)及相關(guān)零部件的壽命。因而，對(duì)兩棲裝甲車輛發(fā)動(dòng)機(jī)采取完善的隔振技術(shù)，隔振系統(tǒng)，對(duì)于信息化條件下作戰(zhàn)裝備保障有著重要的作用。

一、發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)分析及對(duì)策

車輛的動(dòng)力是依靠一個(gè)大功率的發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)備提供，裝甲車輛在行使過程中，由于路況原因、發(fā)動(dòng)機(jī)的慣性不平衡力、怠速燃?xì)鈮毫Φ鹊淖饔迷斐绍囕v主體發(fā)生振動(dòng)，這種由車輛運(yùn)行而形成的寬頻激振具備一定的周期性，并且，振動(dòng)能量主要集中于振動(dòng)頻率的低頻段，振動(dòng)的形式主要分為垂直方向的振動(dòng)以及水平方向上的搖擺振動(dòng)。

通過研究表明，若對(duì)車輛發(fā)動(dòng)機(jī)采取非線隔振技術(shù)能夠有效的控制發(fā)動(dòng)機(jī)在寬頻條件下的振動(dòng)，尤其是集中于低頻條件下的振動(dòng)。只需要保證選用的材料適當(dāng)，參數(shù)合適，就能夠保證在車輛的結(jié)構(gòu)與發(fā)動(dòng)機(jī)不發(fā)生任何變化的前提下達(dá)到對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的減振效果，并且具有體積小、結(jié)構(gòu)簡單、安全可靠的特點(diǎn)。但是，非線性系統(tǒng)存在著響應(yīng)頻率與激勵(lì)頻率間的不對(duì)稱性，這就使得非線性隔振系統(tǒng)很難在對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行情況進(jìn)行全面的分析，而對(duì)非線性系統(tǒng)來講，其隔振效果與系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能相關(guān)，因此，非線性系統(tǒng)也存在著一定的局限性。

當(dāng)前應(yīng)用較為普遍的橡膠懸置隔振技術(shù)，也能夠在發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)的低頻段取得很好的減振效果，但是，相對(duì)于振動(dòng)的高頻段，盡管其不會(huì)產(chǎn)生很大的振動(dòng)能量，但對(duì)于機(jī)械設(shè)備的性能影響也有很大的作用，而橡膠懸置隔振技術(shù)在高頻段區(qū)會(huì)出現(xiàn)動(dòng)態(tài)硬化現(xiàn)象，并不能達(dá)到很好的減振效果，因此，這就需要對(duì)其進(jìn)行技術(shù)改造。

作為動(dòng)力隔振技術(shù)的發(fā)展方向，可控流體的懸置采用電、磁流變液來作為隔振控制系統(tǒng)的阻尼控制載體，盡管相較于非線性隔振系統(tǒng)要優(yōu)異，但在實(shí)際應(yīng)用過程中需要很高的電壓，而這就使得該技術(shù)很難應(yīng)用與車輛發(fā)動(dòng)機(jī)的隔振上。

MRF技術(shù)有效的避免了可控流體的懸置需要高電壓的條件[2]，其可以在較小電流的作用下就能實(shí)現(xiàn)對(duì)阻尼的有效調(diào)控，但是不能對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的剛度進(jìn)行有效的調(diào)節(jié)，這就大大降低了對(duì)車輛發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)的保護(hù)作用。

而隨著近些年磁流變彈性體的出現(xiàn)，其同時(shí)具備了寬頻可控以及完美彈性的特點(diǎn)，并且與MRF阻尼器并聯(lián)構(gòu)成一個(gè)懸置發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)，不僅避免了MRF單獨(dú)使用時(shí)對(duì)于剛度調(diào)節(jié)的問題，同時(shí)改善了橡膠懸置技術(shù)應(yīng)用中對(duì)寬頻調(diào)節(jié)的局限性，實(shí)現(xiàn)了對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)隔振在寬頻條件下的控制作業(yè)。

二、 基于磁流變技術(shù)的發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)隔振

（一）基于發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力模型的建立 。

采用磁流變技術(shù)來實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的整機(jī)隔振，首先需建立以發(fā)動(dòng)機(jī)為對(duì)象的動(dòng)力學(xué)模型進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析，建立三維立體坐標(biāo)系，以O(shè)點(diǎn)位發(fā)動(dòng)機(jī)的質(zhì)心，將其看做無窮大的基座缸體，X、Y分配平行于曲軸與基座平面，Z軸為右手定則確定的方向。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)在均勻點(diǎn)火的方式下啟動(dòng)時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生沿著Z軸方向的往復(fù)力以及沿著X軸方向上的轉(zhuǎn)矩，而此時(shí)其他方向只做微小的平動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)。這樣一來，發(fā)動(dòng)機(jī)不同的運(yùn)行工況都能夠在建立的動(dòng)力學(xué)模型中得到體現(xiàn)，并將這種動(dòng)力坐標(biāo)系中的變化在發(fā)動(dòng)機(jī)懸置的振動(dòng)位置上得到體現(xiàn)。

（二） MRF 和 MRE材料阻尼器的應(yīng)用 。

磁流變技術(shù)中基于MRF與MRE新型材料[3]的應(yīng)用而獲得的MRF阻尼器，通過通電線圈形成的磁場來實(shí)現(xiàn)對(duì)阻尼的控制作用，當(dāng)上述坐標(biāo)系中發(fā)生位移變化并在發(fā)動(dòng)機(jī)懸置位置發(fā)生變化時(shí)，MRF阻尼器采用擠壓工作模式來實(shí)現(xiàn)對(duì)位移變化的感應(yīng)，并利用MRE與MRF器件能夠?qū)掝l控制的特點(diǎn)，進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)懸置系統(tǒng)的阻尼比以及固有頻率的變化，有效的降低發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行過程中對(duì)基座產(chǎn)生的傳遞力，抑制懸架上可能形成的橫向力矩，這樣能夠確保更好的隔振效果。

（三）變剛度變阻尼的整機(jī)隔振控制 。

當(dāng)MRF阻尼器實(shí)現(xiàn)了對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)寬頻部分的控制后，采用發(fā)動(dòng)機(jī)的基座力與激振力的比值來進(jìn)行隔振效果的評(píng)價(jià)措施，因而，在進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)的整機(jī)隔振控制時(shí)，需要考慮該系統(tǒng)的阻尼與剛度、對(duì)各個(gè)不同方向的振動(dòng)隔離作用以及抑制反力矩的作用進(jìn)行評(píng)價(jià)，以期能夠更好的實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的隔振控制。

三、結(jié)語

隨著裝甲車輛工業(yè)的不斷發(fā)展，裝甲車輛發(fā)動(dòng)機(jī)的振動(dòng)對(duì)于裝甲車輛部件的損耗與使用壽命的影響作用日益受到技術(shù)人員的重視，而基于磁流變技術(shù)的發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)隔振擺脫了傳統(tǒng)橡膠懸置技術(shù)動(dòng)態(tài)硬化、動(dòng)力隔振技術(shù)高電壓的要求，極大的推動(dòng)了車輛發(fā)動(dòng)機(jī)隔振技術(shù)與設(shè)備的發(fā)展與應(yīng)用。

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