基于自卸车整车模型中的举升机构动态仿真分析

作者：朱品昌 马力 颜伏伍    来源：专用汽车

欢迎访问e展厅 展厅 4 汽车与公路设备展厅 乘用车/客车, 电动/混合动力汽车, 卡车/货车, 专用车, 交通安全设备, ... 1 前言 在自卸车举升机构分析和优化设计研究中，一般将举升机构和货箱从整车中剥离出来，以静力学的方法计算．油缸的推力，因而得到的油缸推力曲线是光滑无波动的曲线。但在实际举升过程中由于货箱质心位置不断发生变化，同时在前后悬架刚度和阻尼影响下车辆在举升过程中会产生振动，从而会使油缸推力产生波动。本文研究了在举升过程中车辆振动时油缸推力的变化规律，在考虑前后悬架刚度和阴尼以及整车质量参数的情况下，建立了基于整车的举升机构动态仿真模型，并结合典型车辆进行仿真计算。计算结果表明，基于整车模型的动态仿真分析与传统的举升机构静力分析相比，油缸的最大举升推力约上升了15％，为举升机构的动态设计提供了良好的参考。 2 基于整车的举升机构动态仿真参数化模型的建立 要分析举升过程当中车辆的自激振动对油缸推力变化规律，就必须考虑车辆前后悬架和轮胎的刚度阴尼以及底盘、前后桥、驾驶室和货箱等部件的质心位置、质量和转动惯量，建立基于整车的动态仿真模型。 为了满足对不同参数或不同结构形式的自卸车举升机构的仿真分析，在ADAMS当中建立整车的参数化模型时，将整车参数分为三类：几何参数、物理参数和力学参数。 几何参数主要包括轴距、轮距、前悬、后悬、前后轮距、总长、车架宽度以及举升机构各安装点的位置参数。由于在ADAMS中建立的模型只需保证其运动学和动力学特征与实车相符即可，因此描述几何外形的参数就可以进行简化，只要能保证模型具有良好的可视化效果即可，但各部件安装连接几何位置参数必须准确保证。 物理参数中，质量、质心位置和转动惯量是进行多刚体动力学分析中最重要和最基本的量，要考虑振动的影响必须对车辆所有相关部件或部件总成的质量、质心位置和转动惯量进行参数化，建立参数变量。本文对驾驶室、货箱、动力总成、前、后悬架，车架进行参数化，建立设计变量。举升机构中拉杆、几角臂的质量和转动惯量忽略不计。 力学参数中主要考虑前后悬架的刚度阻尼和轮胎的刚度阻尼，车架、车桥和驾驶室均当作刚体处理，不考虑其刚度贡献。建立的整车参数化模型如图1所示，图中为20 t的6X4重型自卸车（采用F式举升机构）模型。调整模型参数即可得到所需的具体模型。 3 典型车辆仿真结果分析 采用两种方案进行。仿真：第一种方案只考虑货箱（含货物）对举升力的影响，不考虑自激振动问题；第二种方案利用基于整车的动态仿真模型进行仿真分析，分析中考虑的主要影响因素包括货箱（含货物）、动力总成、驾驶室和前后桥的质量、转动惯量、前后悬架弹簧的刚度和减震器的阴尼；轮胎的刚度和阻尼，针对典型20 t的6X4自卸车F式举升机构进行仿真分析，选用的模拟试验参数和货箱、动力总成和驾驶室的质量模拟参数分别为： 设置举升时间为13 s,最大举升角为47°，计算步数为500 。油缸推力曲线如图2所示。图中曲线1为基于整车模型考虑自激振动情况下的油缸推力曲线，曲线2为只考虑货箱（含货物）影响时油缸推力曲线。 从图2可以看出，只考虑货箱（含货物）影响情况下，由于没有弹性元件的影响，油缸推力为没有波动的曲线，其最大值为311. 2 kN。考虑整车模型时由于举升过程中会产生自激振动，油缸推力会产生一定的波动，虽然其平均推力与只考虑货箱（含货物）情况下是一样的，但其最大值明显上升，达到362.4 kN,比前者高出 16.4％。显然，在采用传统静力学方法计算油缸最大推力进行举升机构设计时，不应忽略举升过程当中油缸推力波动的影响，以增加设计安全性。 4 举升时间对油缸推力曲线的影响 一般来讲，在整车模型下考虑自激振动时油缸推力曲线波动与举升时间有很大关系。本文还研究了举升时问对油缸推力曲线变化的影响。分别设置举升时间为30s和150s，其它参数不变，仿真结果分别如图3和图4所示。 由图3可知，在考虑前后悬架刚度和阻尼情况下，举升时间为30s时油缸推力曲线比13s时波动要小，其最大值为336.0 kN，最大值下降了约7. 9％，但仍比只考虑货箱的情况下大7. 8％。从图4可以看出，举升时间为150s时油缸推力曲线基本趋近于用静力学计算（不考虑前后悬刚度和阻尼）所得的推力曲线，这表明举升时间越缓慢，自激振动对举升力的影响就越小。 5 结束语 实际计算表明考虑自激振动时仿真结果更接近实际情况，但是建立基于整车的举升机构设计模型过程比较复杂，工作量比较大，因此，如果举升机构举升时间不是很短，比如在13s以上时以传统的静力学方法进行设计是可行的，只需在静力设计的结果之增加10%~15％的余量，以确保设计的安全性。 如果举升时间比较短，举升速度比较快，那么自激振动对举升力的影响就需要充分考虑，在此情况下最好建立整车模型进行设计。(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者，请点击此处) (1/1/2007)