管梁固定式懸置系統(tǒng)參數(shù)靈敏度分析

朱 強(qiáng),周良生

（1.陸軍軍事交通學(xué)院 研究生管理大隊;2.軍事交通學(xué)院運(yùn)輸研究所,天津 300161）

管梁固定式懸置系統(tǒng)參數(shù)靈敏度分析

朱 強(qiáng)1,周良生2

（1.陸軍軍事交通學(xué)院 研究生管理大隊;2.軍事交通學(xué)院運(yùn)輸研究所,天津 300161）

這里介紹一種管梁固定式懸置系統(tǒng)。為了獲得管梁固定式懸置系統(tǒng)參數(shù)對上裝側(cè)傾振動的影響和最優(yōu)的結(jié)構(gòu)參數(shù)，建立了整車多體動力學(xué)模型。以上裝側(cè)傾振動角加速度為目標(biāo)，采用正交試驗對結(jié)構(gòu)的位置、扭轉(zhuǎn)剛度參數(shù)進(jìn)行靈敏度分析。結(jié)果顯示，管梁固定式懸置系統(tǒng)的扭轉(zhuǎn)剛度參數(shù)比位置參數(shù)對上裝振動的影響程度大。考慮穩(wěn)定性后，扭轉(zhuǎn)剛度的影響程度也比較大。

管梁；減振；側(cè)傾振動；靈敏度

懸置系統(tǒng)的隔振性能對運(yùn)輸車輛十分重要，它是決定運(yùn)輸車輛效率和壽命的重要因素。管梁固定式懸置系統(tǒng)，對由于路面不平度產(chǎn)生斜對稱動載荷給車輛帶來的扭轉(zhuǎn)振動能起到明顯減弱效果，對上裝隔振性能非常好。在懸置系統(tǒng)減振效果進(jìn)行分析后，需要對懸置系統(tǒng)參數(shù)對上裝的振動的影響程度進(jìn)行分析，同時對參數(shù)進(jìn)一步優(yōu)化。

本文在仿真分析懸置系統(tǒng)的隔振性能后，基于正交試驗分析隔振性能對管梁式懸置系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)參數(shù)的靈敏度。得到各參數(shù)對隔振性能的影響程度的不同后，通過遺傳算法對懸置系統(tǒng)的參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，得到最優(yōu)隔振性能的結(jié)構(gòu)參數(shù)，對管梁式懸置系統(tǒng)的進(jìn)一步深入研究具有比較大的意義。

1 整車多體動力學(xué)模型的建立

1.1 管梁式柔性體車架

管梁式柔性體副車架是基于圓管的扭轉(zhuǎn)承載能力，由等半徑的管梁和翼梁組成[1]。橫梁均勻分布在管梁上與管梁剛性連接，以管梁的中性面支撐點(diǎn)附件和車架剛性連接，管梁兩頭的兩個支撐點(diǎn)連接要限制管梁的軸向位移和垂直位移，使其只能發(fā)生軸向轉(zhuǎn)動。管梁式柔性體車架，對路面不平度帶來的扭矩載荷的衰減效果顯著，尤其適用于工作路面比較差的重型軍用運(yùn)輸車輛。

1.2 整車模型的建立

通過試驗獲取某運(yùn)輸車輛相關(guān)參數(shù)，將管梁式柔性體車架通過合理設(shè)計安裝在整車模型上，獲得如圖1所示的加裝管梁式柔性體車架的整車多體動力學(xué)模型。

圖1 整車多體動力學(xué)模型

2 路面的生成與仿真分析

2.1 三維路面模型的生成

在路面不平度的研究中，國內(nèi)外學(xué)者提出過不同形式的功率譜密度表達(dá)式。對于隨機(jī)路面，用Adams/Car Ride里的路面輪廓生成器就可以生成。對于脈沖路面和大扭曲路面三維模型的創(chuàng)建，這里我使用Adams/Car Ride里的Road Builder來創(chuàng)建。創(chuàng)建的寬度三角脈沖激勵三維模型和大扭曲路面三維模型。

2.2 仿真結(jié)果分析

在Adams里車輛以60km/h車速在B級隨機(jī)路面、三角脈沖路面和大扭曲路面進(jìn)行仿真，通過處理得到其上裝質(zhì)心處側(cè)傾振動角加速度值如表1所示。

表1 不同路面下上裝質(zhì)心處側(cè)傾振動角加速度

3 正交試驗懸置系統(tǒng)參數(shù)靈敏度分析

3.1 正交試驗設(shè)計

正交試驗設(shè)計就是采用正交試驗表來安排試驗的方法[3]。這里用正交試驗設(shè)計方法進(jìn)行結(jié)構(gòu)參數(shù)的靈敏度分析。選擇管梁與車架固連點(diǎn)X1和管梁因固連點(diǎn)不同導(dǎo)致的兩端不同的圓管的扭轉(zhuǎn)剛度K1、K2作為設(shè)計變量，忽略其他影響不大的因素。具體設(shè)計變量及所取水平如表2所示。

表2 正交試驗設(shè)計變量及各水平取值

上述共3個變量，每個變量取3個水平，編制正交試驗表L9（），評價函數(shù)參照ISO2631-1:1997(E)與GB/T4970-1996。由于管梁式懸置結(jié)構(gòu)對上裝在扭轉(zhuǎn)振動的減振效果明顯，對車輛垂向和俯仰振動的影響不大，因此這里只考慮上裝側(cè)傾振動角加速度均方根值RMS（記為R），同時考慮側(cè)傾角，為便于比較，定義評價函數(shù)和為：

在空間B級仿真路面以車速30km/h進(jìn)行靈敏度分析，表3給出了仿真后正交試驗結(jié)果的處理。

表3 正交設(shè)計試驗表及數(shù)據(jù)處理結(jié)果

3.2 正交試驗設(shè)計結(jié)果處理

為了分析各個因素對試驗?zāi)繕?biāo)的影響主次關(guān)系，需要對正交試驗的結(jié)果進(jìn)行處理。利用極差分析法處理試驗結(jié)果，確定因素的影響主次關(guān)系是一種較為有效的方法。

不考慮側(cè)傾角，處理得到上裝振動水平對懸置系統(tǒng)參數(shù)的靈敏度分析結(jié)果如表4所示。

表4 上裝振動水平對懸置參數(shù)的靈敏度

表5 振動水平對懸置參數(shù)的靈敏度

考慮側(cè)傾穩(wěn)定性，將上裝振動時車廂側(cè)傾角與側(cè)傾振動角加速度作為評價函數(shù)，為便于比較，選取函數(shù)作為評價函數(shù)。處理得到上裝振動水平對懸置系統(tǒng)參數(shù)的靈敏度分析結(jié)果如表5所示。

根據(jù)極差分析法，極差值得大小決定著該參數(shù)對目標(biāo)值得影響程度，也就是靈敏度。由表4、5靈敏度結(jié)果分析結(jié)果可知，無論是考慮車輛側(cè)傾穩(wěn)定性還是只考慮側(cè)傾振動，管梁的扭轉(zhuǎn)剛度K1和K2對上裝振動水平影響比管梁與車架連接的位置最大，且管梁兩端扭轉(zhuǎn)剛度的影響程度差不多。而且可以看出，在一定范圍內(nèi)，隨著管梁扭轉(zhuǎn)剛度的增加，振動水平有顯著下降。

4 結(jié)論

（1）以某重型越野運(yùn)輸車為原型，在車架與上裝間加裝經(jīng)柔性化處理后的管梁式柔性體懸置結(jié)構(gòu)，通過Adams多體動力學(xué)仿真，得到擁有管梁固定式懸置系統(tǒng)的車輛上裝側(cè)傾振動的響應(yīng)變化曲線，結(jié)果的精確性比較好。

（2）通過正交試驗設(shè)計對側(cè)傾振動以及考慮車輛側(cè)傾穩(wěn)定性對懸置結(jié)構(gòu)參數(shù)的靈敏度進(jìn)行分析，得到了振動水平對各參數(shù)的靈敏度，對后續(xù)結(jié)構(gòu)的改進(jìn)有一定的意義。

[1]王凱楠.運(yùn)輸車輛廂體懸置系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計研究[D].天津大學(xué),2014.

[2]唐天柱.某重型卡車駕駛室振動問題分析及優(yōu)化[D].湖南大學(xué),2013.

[3]張武,陳劍,陳鳴.采用正交試驗的發(fā)動機(jī)懸置系統(tǒng)靈敏度分析[J].噪聲與振動控制,2011,31(05):168-172.

10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.01.011