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畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論文）
題目 液壓減震器性能測(cè)試與實(shí)時(shí)顯示試驗(yàn)臺(tái)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
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摘要
伴隨中國(guó)綜合實(shí)力的飛速發(fā)展，國(guó)內(nèi)鐵道運(yùn)輸?shù)玫搅丝涨暗陌l(fā)展。同時(shí)隨著先進(jìn)技術(shù)的不斷發(fā)展，液壓減震器在其領(lǐng)域內(nèi)又占有相當(dāng)大的比例。液壓減振器是機(jī)車車輛上重要部件之一。車輪表面的不規(guī)則和軌道的不平順都直接經(jīng)車輪傳到懸掛部件上去 ，使機(jī)車車輛各部分高頻和低頻振動(dòng)。如果這種振動(dòng)不經(jīng)過(guò)減振器來(lái)衰減，就會(huì)降低機(jī)械部件的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和使用壽命。因此，對(duì)減振器及其試驗(yàn)臺(tái)的研究就具有十分重要的實(shí)際意義。
本文設(shè)計(jì)的題目是液壓減震器性能測(cè)試與實(shí)時(shí)顯示試驗(yàn)臺(tái)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。主要針對(duì)教學(xué)具備多種實(shí)時(shí)顯示功能的液壓減震器性能測(cè)試實(shí)驗(yàn)臺(tái)，進(jìn)行整體方案和零部件的設(shè)計(jì)和分析。設(shè)計(jì)之初介紹了機(jī)車液壓減振器及其檢測(cè)技術(shù)的國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀，簡(jiǎn)要分析了我國(guó)目前常見的液壓減振器的原理、作用、性能特點(diǎn)等。同時(shí)對(duì)國(guó)外和國(guó)內(nèi)機(jī)車液壓減振器試驗(yàn)臺(tái)的結(jié)構(gòu)及優(yōu)、缺點(diǎn)進(jìn)行了詳細(xì)的分析。本文在查閱了國(guó)內(nèi)外相關(guān)資料的前提下，對(duì)本次設(shè)計(jì)的課題進(jìn)行了總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、在分析的同時(shí)對(duì)部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、主要零部件的設(shè)計(jì)、計(jì)算及校核。利用AUTO CAD二維繪圖軟件進(jìn)行了零件的設(shè)計(jì)和裝配，以滿足使用要求。
最終完成減震器臺(tái)架、臺(tái)架的總體設(shè)計(jì)和主要零部件設(shè)計(jì)。最終達(dá)到本次設(shè)計(jì)的綜合訓(xùn)練的目的。
關(guān)鍵詞：液壓減震器、試驗(yàn)臺(tái)、作功圖試驗(yàn)、阻尼特性試驗(yàn)
ABSTRACT
With the rapid development of China 's comprehensive strength , the domestic rail transportation has been an unprecedented development. Simultaneously with the development of advanced technology , hydraulic shock absorbers in its territory and occupies a large proportion. Hydraulic shock absorber is one of the important components on locomotives . Irregular and smooth the surface of the track wheels are transmitted directly through the wheel suspension components up to make the various parts of the rolling stock high and low frequency vibration. If such a vibration damper without attenuating , will reduce the strength and life of mechanical structural components . Therefore, the study of the shock absorber on its test stand has a very important practical significance .
This design is entitled hydraulic shock absorber performance testing and real-time display structure designed test rig . Mainly for teaching with a variety of real-time display of the hydraulic shock absorber performance test bench, the design and analysis of the overall program and components . Beginning of the design introduced the current domestic and international motorcycle hydraulic shock absorber and detection technology, a brief analysis of the current principles of the common hydraulic shock absorbers , function, performance characteristics , etc. While the structure and priorities of foreign and domestic motorcycle hydraulic shock absorber test rig , a detailed analysis of the shortcomings . In this paper, the relevant information at home and abroad under the inspection of the premise, the subject of this design were the overall structural design, structural design of components , the main components of the design , calculation and check in the same analysis. The use of two-dimensional drawing software AUTO CAD design and assembly of parts to meet the requirements.
The final completion of the shock absorber bench , overall design and key components gantry design. Ultimately designed this comprehensive training purposes .
Keywords : hydraulic shock absorbers , test bench for dynamometer testing , the damping characteristic test
I
目 錄
摘要 I
ABSTRACT I
第1章 緒論 4
1.1 減震器的發(fā)展概述 4
1.2 液壓減震器的工作原理及分類 5
1.2.1 液壓減震器的工作原理 5
1.2.2 液壓減震器的分類 5
1.3 液壓減震器的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì) 7
1.3.1 液壓減震器的研究現(xiàn)狀 7
1.3.2 液壓減震器的發(fā)展趨勢(shì) 8
1.4 液壓減振器試驗(yàn)臺(tái)的組成及種類 8
1.5 液壓減振器試驗(yàn)臺(tái)的研究狀況及發(fā)展趨勢(shì) 9
1.5.1 液壓減振器試驗(yàn)臺(tái)的研究狀況 9
1.5.2 液壓減振器試驗(yàn)臺(tái)的發(fā)展趨勢(shì) 10
1.6 課題研究的意義及內(nèi)容 11
第2章 液壓減震器試驗(yàn)臺(tái)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 13
2.1 液壓減震器試驗(yàn)臺(tái)設(shè)計(jì)要求及基本性能 13
2.1.1 液壓減震器試驗(yàn)臺(tái)設(shè)計(jì)要求 13
2.1.2 液壓減震器試驗(yàn)臺(tái)基本性能 13
2.2 液壓減震器試驗(yàn)臺(tái)架滿足三個(gè)試驗(yàn)的要求 13
2.2.1 減振器示功試驗(yàn) 13
2.2.2 液壓減振器試驗(yàn)臺(tái)阻尼力試驗(yàn) 14
2.2.3 液壓減振器試驗(yàn)臺(tái)耐久特性試驗(yàn) 14
2.3 液壓減震器試驗(yàn)臺(tái)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 14
2.4 液壓減震器試驗(yàn)臺(tái)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) 15
第3章 液壓減震器試驗(yàn)臺(tái)主要零部件設(shè)計(jì) 16
3.1 液壓減震器的確定 16
3.1.1 減振器相對(duì)阻尼系數(shù)的確定 16
3.1.2 減振器阻尼系數(shù)的確定 16
3.1.3 最大卸荷力的確定 16
3.1.4 減振器工作缸直徑D的確定 17
3.1.5 減振器活塞行程的確定 17
3.2 電磁激振器的選擇 17
3.3 車輪的設(shè)計(jì) 18
3.4 彈簧的設(shè)計(jì) 18
3.5 導(dǎo)柱的設(shè)計(jì) 19
3.6 板的設(shè)計(jì) 20
3.7 減震器輪胎鏈接件設(shè)計(jì) 20
3.8 液壓缸的設(shè)計(jì) 20
3.8.1 液壓缸的作用力 20
3.8.2 缸筒內(nèi)徑的確定 21
3.8.3 活塞桿直徑的確定 21
3.9 主要零件的校核 23
第4章 結(jié)論 24
致謝 25
參考文獻(xiàn) 26
II
第1章 緒論
1.1 減震器的發(fā)展概述
世界上第一個(gè)有記載、比較簡(jiǎn)單的減振器是1897年由兩個(gè)姓吉明的人發(fā)明的。他們把橡膠塊與葉片彈簧的端部相連，當(dāng)懸架被完全壓縮時(shí)，橡膠減振塊就碰到連接在汽車大梁上的一個(gè)螺栓，產(chǎn)生止動(dòng)。這種減振器在很多現(xiàn)代汽車懸架上仍有使用，但其減振效果很小。
1898年，第一個(gè)實(shí)用的減振器由一法國(guó)人特魯芬特研制成功并被安裝到摩托賽車上。該車的前叉懸置于彈簧上，同時(shí)與一個(gè)摩擦阻尼件相連，以防止摩托車的振顫。減振器的結(jié)構(gòu)發(fā)展主要經(jīng)歷了以下幾種發(fā)展形式：
加布里埃爾減振器，它是由固定在汽車大梁上的罩殼和裝在其里面的渦旋形鋼帶組成，鋼帶通過(guò)一個(gè)彈簧保持其張力，鋼帶的外端與車橋軸端連接，以限制由振動(dòng)引起的彈跳量。
平衡彈簧式減振器，這是加到葉片彈簧上的一種輔助螺旋彈簧。由于每一個(gè)彈簧都有不同的諧振頻率，它們趨向于抵消各自的振顫，但同時(shí)也增大了懸架的剛性，所以很快就停止了使用。
空氣彈簧減振器，空氣彈簧不僅兼有彈簧和吸振的作用，而且常?？墒∪ソ饘?gòu)椈?。第一個(gè)空氣彈簧減振器是1909年由英國(guó)考溫汽車工廠研制成功的。它是一個(gè)圓柱形的空氣筒，利用打氣筒可以把空氣經(jīng)外殼上部的氣閥注滿空氣筒，空氣筒的下半部分容納一個(gè)由橡膠和簾布制成的膜片。因?yàn)樗豢諝馑鼑?，所以其工作原理與充氣輪胎相似，它的主要缺點(diǎn)是常常泄漏空氣。
液壓減振器，第一個(gè)實(shí)用的液壓減振器是1908年由法國(guó)人霍迪立設(shè)計(jì)的。液壓減振器的原理是迫使液流通過(guò)小孔產(chǎn)生阻尼作用。通常的筒式減振器是由一個(gè)與汽車底盤固定的帶有節(jié)流小孔的活塞和一個(gè)與懸架或車橋固定的圓柱形貯液筒組成。門羅在1933年為赫德森制造的汽車裝用了第一個(gè)采用原始液壓減振器的汽車。到了二十世紀(jì)三十年代末，雙作用減振器在美國(guó)生產(chǎn)的汽車上被普遍采用。到了二十世紀(jì)六十年代，歐洲采用的杠桿式液壓減振器占了優(yōu)勢(shì)，這種減振器與哈德福特的摩擦式減振原理相似，但使用的是液流而不是摩擦緩沖襯墊。
麥弗遜支柱式減振器，隨著前輪驅(qū)動(dòng)汽車的出現(xiàn)，二十世紀(jì)七十年代以來(lái)，制造商開始采用麥弗遜式減振器。這種減振器是二十世紀(jì)六十年代通用公司麥弗遜工程師研制成功的。他把螺旋彈簧、液壓減振器和上懸架臂桿組成一個(gè)緊湊的部件。其主要優(yōu)點(diǎn)是體積小，適合前輪驅(qū)動(dòng)汽車，可在與變速器組成一體的驅(qū)動(dòng)橋上應(yīng)用。另外，有一種電子控制減振器，能根據(jù)道路狀況、車速和驅(qū)動(dòng)形式自動(dòng)調(diào)節(jié)懸架軟、中、硬三種剛度。該減振器通過(guò)在汽車保險(xiǎn)杠下方裝有一個(gè)帶聲納的測(cè)量部件監(jiān)測(cè)路面狀況，把測(cè)得的數(shù)據(jù)輸入處理單元，然后調(diào)節(jié)減振器中的按鍵，以改變液流通道的尺寸。
充氣式減振器是二十世紀(jì)六七十年代以來(lái)發(fā)展起來(lái)的一種新型減振器。充氣式減振器的特殊結(jié)構(gòu)和充氣參數(shù)，可以大大地降低噪音，并有利于保證活塞高速運(yùn)動(dòng)時(shí)的阻尼特征，同時(shí)減振器上的減振支柱實(shí)質(zhì)上屬于雙筒結(jié)構(gòu)，它除了阻尼減振還有如下附加功能：他和控制臂一起對(duì)車輪進(jìn)行導(dǎo)向。
1.2 液壓減震器的工作原理及分類
1.2.1 液壓減震器的工作原理
其工作原理是當(dāng)車架（或車身）和車橋間受振動(dòng)出現(xiàn)相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，減振器內(nèi)的活塞上下移動(dòng)，減振器腔內(nèi)的油液便反復(fù)地從一個(gè)腔經(jīng)過(guò)不同的孔隙流入另一個(gè)腔內(nèi)。此時(shí)孔壁與油液間的摩擦和油液分子間的內(nèi)摩擦對(duì)振動(dòng)形成阻尼力，使汽車振動(dòng)能量轉(zhuǎn)化為油液熱能，再由減振器吸收散發(fā)到大氣中。
在壓縮行程時(shí)，指汽車車輪移近車身，減振器受壓縮，此時(shí)減振器內(nèi)活塞3向下移動(dòng)?；钊虑皇业娜莘e減少，油壓升高，油液流經(jīng)流通閥8流到活塞上面的腔室（上腔）。上腔被活塞桿1占去了一部分空間，因而上腔增加的容積小于下腔減小的容積，一部分油液于是就推開壓縮閥6，流回貯油缸5。這些閥對(duì)油的節(jié)約形成懸架受壓縮運(yùn)動(dòng)的阻尼力。減振器在伸張行程時(shí)，車輪相當(dāng)于遠(yuǎn)離車身，減振器受拉伸。這時(shí)減振器的活塞向上移動(dòng)?；钊锨挥蛪荷?，流通閥8關(guān)閉，上腔內(nèi)的油液推開伸張閥4流入下腔。由于活塞桿的存在，自上腔流來(lái)的油液不足以充滿下腔增加的容積，主使下腔產(chǎn)生真空度，這時(shí)儲(chǔ)油缸中的油液推開補(bǔ)償閥7流進(jìn)下腔進(jìn)行補(bǔ)充。由于這些閥的節(jié)流作用對(duì)懸架在伸張運(yùn)動(dòng)時(shí)起到阻尼作用。
由于伸張閥彈簧的剛度和預(yù)緊力設(shè)計(jì)的大于壓縮閥，在同樣壓力作用下，伸張閥及相應(yīng)的常通縫隙的通道載面積總和小于壓縮閥及相應(yīng)常通縫隙通道截面積總和。這使得減振器的伸張行程產(chǎn)生的阻尼力大于壓縮行程的阻尼力，達(dá)到迅速減振的要求。
1.2.2 液壓減震器的分類
從不同的角度出發(fā)，可以把液壓系統(tǒng)分成不同的形式。
1、按油液的循環(huán)方式，液壓系統(tǒng)可分為開式系統(tǒng)和閉式系統(tǒng)。開式系統(tǒng)是指液壓泵從油箱吸油，油經(jīng)各種控制閥后，驅(qū)動(dòng)液壓執(zhí)行元件，回油再經(jīng)過(guò)換向閥回油箱。這種系統(tǒng)結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，可以發(fā)揮油箱的散熱、沉淀雜質(zhì)作用，但因油液常與空氣接觸，使空氣易于滲入系統(tǒng)，導(dǎo)致機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)不平穩(wěn)等后果。開式系統(tǒng)油箱大，油泵自吸性能好。閉式系統(tǒng)中，液壓泵的進(jìn)油管直接與執(zhí)行元件的回油管相連，工作液體在系統(tǒng)的管路中進(jìn)行封閉循環(huán)。其結(jié)構(gòu)緊湊，與空氣接觸機(jī)會(huì)少，空氣不易滲入系統(tǒng)，故傳動(dòng)較平穩(wěn)。工作機(jī)構(gòu)的變速和換向靠調(diào)節(jié)泵或馬達(dá)的變量機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)，避免了開式系統(tǒng)換向過(guò)程中所出現(xiàn)的液壓沖擊和能量損失。但閉式系統(tǒng)較開式系統(tǒng)復(fù)雜，因無(wú)油箱，油液的散熱和過(guò)濾條件較差。為補(bǔ)償系統(tǒng)中的泄漏，通常需要一個(gè)小流量的補(bǔ)油泵和油箱。由于單桿雙作用油缸大小腔流量不等，在工作過(guò)程中會(huì)使功率利用下降，所以閉式系統(tǒng)中的執(zhí)行元件一般為液壓馬達(dá)。
2、按系統(tǒng)中液壓泵的數(shù)目，可分為單泵系統(tǒng)，雙泵系統(tǒng)和多泵系統(tǒng)。
3、按所用液壓泵形式的不同，可分為定量泵系統(tǒng)和變量泵系統(tǒng)。變量泵的優(yōu)點(diǎn)是在調(diào)節(jié)范圍之內(nèi)，可以充分利用發(fā)動(dòng)機(jī)的功率，但其結(jié)構(gòu)和制造工藝復(fù)雜，成本高，可分為手動(dòng)變量、盡可能控變量、伺服變量、壓力補(bǔ)償變量、恒壓變量、液壓變量等多種方式。
4、按向執(zhí)行元件供油方式的不同，可分為串聯(lián)系統(tǒng)和并聯(lián)系統(tǒng)。串聯(lián)系統(tǒng)中，上一個(gè)執(zhí)行元件的回油即為下一個(gè)執(zhí)行元件的進(jìn)油，每通過(guò)一個(gè)執(zhí)行元件壓力就要降低一次。在串聯(lián)系統(tǒng)中，當(dāng)主泵向多路閥控制的各執(zhí)行元件供油時(shí)，只要液壓泵的出口壓力足夠，便可以實(shí)現(xiàn)各執(zhí)行元件的運(yùn)動(dòng)的復(fù)合。但由于執(zhí)行元件的壓力是疊加的，所以克服外載能力將隨執(zhí)行元件數(shù)量的增加而降低。
并聯(lián)系統(tǒng)中，當(dāng)一臺(tái)液壓泵向一組執(zhí)行元件供油時(shí)，進(jìn)入各執(zhí)行元件的流量只是液壓泵輸出流量的一部分。流量的分配隨各件上外載荷的不同而變化，首先進(jìn)入外載荷較小的執(zhí)行元件，只有當(dāng)各執(zhí)行元件上外載荷相等時(shí)，才能實(shí)現(xiàn)同時(shí)動(dòng)作。
此外，還有新型油壓減振器，新型油壓減振器包括一系懸掛用垂向油壓減振器，二系懸掛用垂向、橫向和抗蛇行油壓減振器，以及用于連接車體并驅(qū)動(dòng)制動(dòng)單元的耦合減振器。
全液壓傳動(dòng)機(jī)械性能的優(yōu)劣，主要取決于液壓系統(tǒng)性能的好壞，包括所用元件質(zhì)量?jī)?yōu)劣，基本回路是否恰當(dāng)?shù)?。系統(tǒng)性能的好壞，除滿足使用功能要求外，應(yīng)從液壓系統(tǒng)的效率、功率利用、調(diào)速范圍和微調(diào)特性、振動(dòng)和噪聲以及系統(tǒng)的安裝和調(diào)試是否方便可靠等方面進(jìn)行。
現(xiàn)代工程機(jī)械幾乎都采用了液壓系統(tǒng)，并且與電子系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)控制技術(shù)結(jié)合，成為現(xiàn)代工程機(jī)械的重要組成部分。
1.3 液壓減震器的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)
1.3.1 液壓減震器的研究現(xiàn)狀
傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法主要是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)確定設(shè)計(jì)參數(shù)通常采用結(jié)構(gòu)參數(shù)不同的樣機(jī)，裝備于欲匹配的汽車，由試車員進(jìn)行實(shí)車試驗(yàn)評(píng)價(jià)。這往往須對(duì)減振器內(nèi)部參數(shù)進(jìn)行多次反復(fù)調(diào)整，和許多次的開發(fā)、試驗(yàn)。這種完全依賴與樣機(jī)實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)開發(fā)方法不但周期長(zhǎng)、消耗大，而且較難獲得最優(yōu)的減振器特性。
為克服上述方法的缺點(diǎn)，減少減振器樣機(jī)試制及實(shí)車試驗(yàn)的費(fèi)用，并縮短開發(fā)周期，利用CAD/CAE技術(shù)進(jìn)行減振器的設(shè)計(jì)開發(fā)已 經(jīng)成為必然的趨勢(shì)。其基本過(guò)程是：基于減振器的結(jié)構(gòu)建立數(shù)學(xué)模型，并經(jīng)模擬分析得到其阻尼特性，將此特性用于汽車系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)和振動(dòng)分析，以評(píng)價(jià)汽車的操縱穩(wěn)定性和乘坐舒適性 平順性等性能，在此基礎(chǔ)上對(duì)減振器的的特性和結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。該過(guò)程的核心問題是在設(shè)計(jì)階段能夠準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)減振器的特性，也就是建立能夠準(zhǔn)確反映減振器特性的數(shù)學(xué)模型，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行CAD 設(shè)計(jì)。
從20世紀(jì)70年代開始，國(guó)外學(xué)者就已經(jīng)開展了雙筒液壓減振器工作特性的模擬分析研究。其中，比較有代表性的是Lang的工作，他建立了懸架減振器的8 3參數(shù)模型，用于研究其外特性高頻畸變現(xiàn)象。Lang采用簡(jiǎn)化的汽化和液化模型描述工作腔室內(nèi)混入氣體發(fā)生的變化， 利用模擬電路實(shí)現(xiàn)減振器特性的仿真。Lang的模型及其開展的模擬分析工作，代表了1970年代減振器建模和仿真分析技術(shù)水平，但用來(lái)研究減振器對(duì)整車性能的影響，卻很不適用。
到1980年代末期，Karadayi和Masada認(rèn)為L(zhǎng)ang的模型雖然能夠較好地表達(dá)減振器的非線性特性，但是過(guò)于復(fù)雜，不適用于汽車系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)和振動(dòng)仿真分析。為了建立一種既能展示減振器特性又較為簡(jiǎn)明的模型，他們采用了將減振器等效化為彈性元件、阻尼元件、間隙及摩擦元件等組合而成的力學(xué)模型。此后，許多學(xué)者對(duì)雙筒液壓減振器的建模開展了大量的研究工作。等在1990年代中后期將這種建模應(yīng)用于重型車輛懸架減振器的建模，并采用了非線性的彈性和阻尼元件，其模型仿真結(jié)果在活塞運(yùn)動(dòng)頻率小于IOHz ,速度小于lm/，的范圍內(nèi)與實(shí)驗(yàn)結(jié)果吻合的較好。 如果應(yīng)用在其它范圍和其它類型車輛上的減振器的仿真分析，誤差就比較大了。
我國(guó)在此領(lǐng)域的起步較晚，但也進(jìn)行了一些分析研究工作。但都是對(duì)減振器的結(jié)構(gòu)做了較大的簡(jiǎn)化后，建立了一些簡(jiǎn)化的模型，有關(guān)減振器等效參數(shù)化模型的研究主要是將國(guó)外的建模方法應(yīng)用到國(guó)產(chǎn)汽車懸架減振器的建模。
綜上所述，國(guó)內(nèi)外至今所建立的減振器分析模型，基本上都是集總參數(shù)模型，其關(guān)鍵的模型參數(shù)很大程度上依賴于實(shí)驗(yàn)測(cè)定，因此不適用于減振器特性的預(yù)測(cè)分析。而且，現(xiàn)在還沒有較好的方法描述求解復(fù)原壓縮閥片的變形問題。
另外，雖然我國(guó)減振器的總產(chǎn)量已達(dá)1億只，生產(chǎn)廠也多達(dá)200余家，但是技術(shù)水平在總體上與國(guó)外還存在著較大的差距，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)也比較單一，具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的先進(jìn)減振器產(chǎn)品很少，工作穩(wěn)定性差，早期漏油失效、產(chǎn)生異常噪聲等問題仍較普遍存在。這些都是減振器的設(shè)計(jì)及工作特性的預(yù)測(cè)出現(xiàn)了問題導(dǎo)致的結(jié)果。
1.3.2 液壓減震器的發(fā)展趨勢(shì)
目前最先進(jìn)的充氣式減振器的響應(yīng)時(shí)間約10ms，需進(jìn)一步提高。充氣式減振器有很好的運(yùn)用前景，是半主動(dòng)或主動(dòng)懸架較好的配置，但是尚需在縮短響應(yīng)時(shí)間上改進(jìn)。德國(guó)奧迪推出的2.7T越野車，使用了雙充氣式減振器，奔馳-戴姆勒?克萊斯勒汽車有限公司生產(chǎn)的300C和Jeep4700均采用了充氣式減振器。充氣式減振器是一個(gè)較為新興的技術(shù)，可同時(shí)提高車輛的舒適程度、駕駛性能和安全性能。由于車輪控制得到改善，車輛的安全性和可靠性得到提升；通過(guò)控制車身運(yùn)動(dòng)，提高駕駛平順性，并使操作更精確、反應(yīng)更迅速；在剎車和加速過(guò)程中減少乘員“前沖”和“后仰”；改善負(fù)荷轉(zhuǎn)移特性，在車輛高速行駛中突然變向時(shí)，可提供更好的防側(cè)翻控制；由于減小了路面反沖力，使駕駛更為安靜、精確。正是由于這些特點(diǎn)，充氣式減振器首先在中高級(jí)轎車上得到了應(yīng)用。
充氣式減振器的發(fā)展前景，國(guó)外對(duì)充氣式減振器的研究已經(jīng)發(fā)展到電子控制式減振器。我國(guó)對(duì)減振器的研究主要集中在單筒充氣式減振器方面，而且發(fā)展比較緩慢。我們應(yīng)當(dāng)在前人對(duì)充氣式減振器研究的基礎(chǔ)上更加深入地對(duì)其進(jìn)行分析和研究，努力縮短和發(fā)達(dá)國(guó)家的差距。對(duì)充氣式減振器的研究能有效的提高我國(guó)汽車工業(yè)的制造水平，降低汽車的制造成本，對(duì)中國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展大有益處。
1.4 液壓減振器試驗(yàn)臺(tái)的組成及種類
減振器試驗(yàn)臺(tái)一般有液壓伺服式和機(jī)械式兩種。
液壓式主要由液壓伺服系統(tǒng)、控制器、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、工控機(jī)、作動(dòng)缸、軟件和機(jī)器框架組成。
機(jī)械式主要由曲柄滑塊機(jī)構(gòu)、伺服電機(jī)（或電機(jī)+變頻調(diào)速）、控制器、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、工控機(jī)、軟件和機(jī)器框架組成。
1.5 液壓減振器試驗(yàn)臺(tái)的研究狀況及發(fā)展趨勢(shì)
1.5.1 液壓減振器試驗(yàn)臺(tái)的研究狀況
油壓減振器試驗(yàn)臺(tái)是檢驗(yàn)油壓減振器性能的專用設(shè)備，為設(shè)計(jì)、制造及檢修減振器的路、段、企業(yè)所不可缺少。我國(guó)自50年代末設(shè)計(jì)制造了帶油壓減振器的202型客車轉(zhuǎn)向架以后，油壓減振器的使用范圍不斷擴(kuò)大，品種增多，不僅新造客車用，而且內(nèi)燃機(jī)車、電力機(jī)車上也用；不僅有國(guó)產(chǎn)的垂向、橫向減振器，也有國(guó)外的減振器，如波蘭減振器、KONI減振器、DISPEN減振器、SACHS減振器等。為了檢測(cè)新造及檢修后的油壓減振器性能，必須要有相應(yīng)的檢測(cè)手段—— 即油壓減振器試驗(yàn)臺(tái)。我國(guó)自60年代初即由四方車輛研究所研制了試驗(yàn)臺(tái)，現(xiàn)在我國(guó)修、造減振器的單位幾乎全配備了這類試驗(yàn)臺(tái)。
隨著我國(guó)實(shí)施鐵路實(shí)施“跨越式”發(fā)展戰(zhàn)略，鐵路快速進(jìn)入高速發(fā)展時(shí)期，油壓減振器作為機(jī)車行裝置中重要的部件之一，必須具備適應(yīng)有效地保證高速列車的運(yùn)行平穩(wěn)與安全的性能。在“高速”這個(gè)系統(tǒng)工程中，除了要研制性能優(yōu)良、與機(jī)車車輛匹配的減振器之外，具有性能先進(jìn)、精度較高的檢測(cè)手段也是必不可少的。
要想檢驗(yàn)油壓減振器的性能，從原理上說(shuō)就是把某種已知的激勵(lì)作用在減振器上或減振器與設(shè)備共同組成的系統(tǒng)上，并從收集到的響應(yīng)中分析其性能。故試驗(yàn)臺(tái)只要具備一個(gè)產(chǎn)生激勵(lì)并把它作用在試件上的部分以及接收或記錄試件響應(yīng)的部分即可。因此復(fù)合這個(gè)要求的減震器實(shí)驗(yàn)臺(tái)有很多，就目前而言，減振器試驗(yàn)臺(tái)按照其作用形式分為機(jī)械式、液壓式和其他形式；按照運(yùn)動(dòng)控制方式可以分為手動(dòng)式、開環(huán)式、閉環(huán)式等方式。目前使用范圍最廣的主要是以下三種試驗(yàn)臺(tái)。
1、機(jī)械測(cè)力式試驗(yàn)臺(tái)
自60年代起，我國(guó)鐵路機(jī)車車輛開始使用減振器，多種型式的油壓減振器試驗(yàn)臺(tái)應(yīng)運(yùn)而生。四方車輛研究所專門研制的框架型、J81型、J85型均屬此類，原蘇聯(lián)各鐵路廠段也多配備了這類試驗(yàn)臺(tái)。過(guò)去普遍采用J85型試驗(yàn)臺(tái)，其主要技術(shù)參數(shù):偏心軸轉(zhuǎn)速62r/min，可調(diào)滑塊行程0～160mm，油壓減振器上、下安裝座距離350-600mm，扭臂長(zhǎng)300mm，畫筆桿長(zhǎng)720 mm，電源電壓380V，電機(jī)5.5kW，外型尺寸1791X1100X899mm;凈重1675kg。
2、機(jī)械測(cè)力式簡(jiǎn)單改進(jìn)版，通過(guò)傳感器及微機(jī)數(shù)據(jù)處理的試驗(yàn)臺(tái)
目前普遍采用J95、J99型試驗(yàn)合就屬此類。J95型雙向油壓減振器試驗(yàn)臺(tái)是由青島四方車輛研究所研制的鐵路減振器專用試驗(yàn)設(shè)備，于1998年底通過(guò)鐵道部科技成果鑒定。它由機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)和測(cè)試系統(tǒng)組成。機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)是電機(jī)驅(qū)動(dòng)，機(jī)械傳動(dòng)，兩套曲柄連桿機(jī)構(gòu)組成，可以分別用于垂向和橫向減振器的試驗(yàn)。
其主要技術(shù)參數(shù):垂向及橫向允許鍘試最大減振阻尼力20KN；橫向滑塊往復(fù)頻率0.5Hz,1Hz;垂向滑塊往復(fù)頻率0.25Hz、0.5Hz、1Hz、2Hz；垂向油壓減振器上、下安裝座距離100～600mm,橫向油壓減振器左、右安裝座距離100～980 mm；電源電壓380V；電機(jī)5/7.5KW；外型尺寸2800X900X2000mm;凈重2500Kg。
J95型油壓減振器試驗(yàn)臺(tái)的測(cè)試系統(tǒng)如圖2所示，由一臺(tái)計(jì)算機(jī)作為數(shù)據(jù)采集處理器，傳感器的信號(hào)經(jīng)過(guò)放大濾波和A/D轉(zhuǎn)換后進(jìn)入計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理。
3、以液壓系統(tǒng)輸入運(yùn)動(dòng)，以傳感器、微機(jī)等作數(shù)據(jù)采集、處理的試驗(yàn)臺(tái)
德國(guó)SACHS公司研制的液壓伺服減振器試驗(yàn)臺(tái)就是其中典型。幾乎與機(jī)械測(cè)力式裝置同時(shí)出現(xiàn)的還有用示波器等電測(cè)手段來(lái)檢測(cè)減振器的阻抗力與速度的對(duì)應(yīng)關(guān)系，由于種種原因，該裝置未普及。后來(lái)，在該裝置的基礎(chǔ)上原蘇聯(lián)又研制了以液壓驅(qū)動(dòng)、微機(jī)控制和處理數(shù)據(jù)的試驗(yàn)臺(tái)。其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是：輸入部分為液壓系統(tǒng)。一般的液壓動(dòng)力油缸其運(yùn)動(dòng)隨時(shí)間的變化不可能是正弦波而類似于梯形波，即活塞運(yùn)行于油缸中部很長(zhǎng)一段距離內(nèi)基本保持等速運(yùn)動(dòng)，僅在活塞接近兩端時(shí)迅速減速制動(dòng)，然后再向反方向加速。若把多個(gè)油缸的運(yùn)動(dòng)串接起來(lái)，對(duì)每一油缸分別加以不同的速度控制，則可以改善梯形波的形狀。若采用一套電液伺服系統(tǒng)再加上閉環(huán)控制，則輸入波形的可控度是相當(dāng)高的，既可以輸入不同振幅與頻率的正弦波，也可以模仿在線路上運(yùn)行時(shí)的隨機(jī)波。由于輸運(yùn)動(dòng)的可控性相當(dāng)好，試件兩端的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度及試件的最大可能阻抗力予先均可控制；又由于用傳感器把機(jī)械訊號(hào)轉(zhuǎn)變成電訊號(hào)，故不必再用扭桿來(lái)測(cè)力，減振器另—端也可固定不動(dòng)，所測(cè)的阻抗力中排除了彈性元件的阻抗力，減振器兩端的相對(duì)運(yùn)動(dòng)排除扭桿簧后也變得簡(jiǎn)單和一致，加以數(shù)據(jù)的檢測(cè)與處理中排除了人為因素，故所得結(jié)果可比度好，可信度也提高了。
1.5.2 液壓減振器試驗(yàn)臺(tái)的發(fā)展趨勢(shì)
l、工裝夾具的通用性和方便性
目前國(guó)內(nèi)外所使用油壓減震器接頭形式很多，而且結(jié)構(gòu)類型和尺寸大小有 很多差異，這樣就給各個(gè)生產(chǎn)廠，車輛段、車輛廠以及檢驗(yàn)單位對(duì)減振器的檢驗(yàn)帶來(lái)許多問題。特別是減振器新鐵標(biāo)TB／T1491．2004《機(jī)車車輛油壓減震器技術(shù)條件》中規(guī)定對(duì)于減振器的阻尼力測(cè)試時(shí)應(yīng)去除彈性節(jié)點(diǎn)，而做耐久測(cè)試時(shí)又必須附帶彈性節(jié)點(diǎn)。這樣對(duì)工裝夾具就有更高的要求，如何設(shè)計(jì)出更加方便快捷的夾緊裝置，對(duì)提高測(cè)試精度和測(cè)試效率起到重要作用。
2、安裝距離調(diào)整的便捷性
現(xiàn)在我國(guó)國(guó)內(nèi)所使用的機(jī)車車輛車型很多，減振器的類別和尺寸之間有很 大差異，因此具有方便快捷的安裝距離調(diào)整對(duì)于提高減振器檢驗(yàn)效率起到舉足輕重的作用。在這方面，油壓伺服試驗(yàn)臺(tái)具有較強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)。
3、試驗(yàn)臺(tái)試驗(yàn)速度、試驗(yàn)振幅和試驗(yàn)頻率調(diào)整的便捷化和隨機(jī)化
生產(chǎn)廠家所給出減振器性能參數(shù)基本上都是基于某一速度點(diǎn)下的阻尼值，而減振器實(shí)際的阻尼性能并不是完全線性的，特別是生產(chǎn)過(guò)程控制不嚴(yán)時(shí)其性 能與設(shè)計(jì)要求存在更大的差異。為了更好的檢測(cè)減振器的性能，需要檢測(cè)減振 器在不同速度、不同振幅、不同頻率下的阻尼特性，因此需要試驗(yàn)臺(tái)調(diào)整的便 捷化；減振器實(shí)際在裝車使用時(shí)其振動(dòng)形式并非頻率和幅值均固定的簡(jiǎn)諧振動(dòng)，而是隨機(jī)振動(dòng)。為使試驗(yàn)臺(tái)仿真效果更加逼真，需要試驗(yàn)臺(tái)的隨機(jī)化。
4、試驗(yàn)臺(tái)應(yīng)該能夠檢測(cè)減振器的動(dòng)態(tài)性能
減振器的阻尼特性有靜態(tài)阻尼特性和動(dòng)態(tài)阻尼特性之分。所謂靜態(tài)阻尼特性是不計(jì)減振器結(jié)構(gòu)和液體剛度產(chǎn)生的動(dòng)態(tài)影響，力和速度之間沒有相位變化
現(xiàn)今所使用豹減振器試驗(yàn)臺(tái)一般只能夠通過(guò)載荷和位移傳感器測(cè)定出F．S 曲線、F．V曲線，而不能夠精確的測(cè)定力、速度和位移之間的相位關(guān)系。不能夠給出減振器的動(dòng)態(tài)阻尼特性。隨著機(jī)車車輛的運(yùn)行速度的日益提高，列車振動(dòng)劇烈，起到減振作用的油壓減震器基本上工作在高頻狀態(tài)，從而這種建立在低頻運(yùn)動(dòng)基礎(chǔ)上的靜態(tài)阻尼特性參數(shù)對(duì)整個(gè)走行部分設(shè)計(jì)已經(jīng)不太適合。因此能夠反映減振器實(shí)際狀態(tài)的動(dòng)態(tài)阻尼性能參數(shù)對(duì)整個(gè)走行部分的設(shè)計(jì)起到指導(dǎo)性意義。
5、試驗(yàn)步驟的程序化，自動(dòng)化
為了使減振器試驗(yàn)臺(tái)具有更好的操作性和更高的效率，應(yīng)該使減振器試驗(yàn) 臺(tái)能夠提前設(shè)定所需要的試驗(yàn)參數(shù)，如測(cè)試振幅、頻率、速度、測(cè)試開始時(shí)間和測(cè)試結(jié)束時(shí)問等，并能夠在測(cè)試過(guò)程中適時(shí)通過(guò)死循環(huán)回饋進(jìn)行檢測(cè)測(cè)試數(shù)據(jù)，與設(shè)定值進(jìn)行比較并進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整。
6、試驗(yàn)臺(tái)應(yīng)能夠測(cè)定減振器商低溫狀態(tài)下的性能
油壓減震器依靠液壓油在減振器拉壓過(guò)程中通過(guò)小孔產(chǎn)生的阻尼力來(lái)工作，因此溫度對(duì)減振器的性能有很大的影響，而我國(guó)的實(shí)際條件決定我國(guó)的列車運(yùn)行過(guò)程中所經(jīng)歷的溫差變化很大。要全面衡量減振器的性能，需要進(jìn)行高低溫方面的測(cè)試和研究。
1.6 課題研究的意義及內(nèi)容
減震器是重要部件，事關(guān)人的舒適度和一定的安全性。在減震器的生產(chǎn)中，減震器試驗(yàn)臺(tái)架起著檢驗(yàn)和矯正的作用，因而它的設(shè)計(jì)制造影響著減震器的改進(jìn)?？梢赃@樣說(shuō)，減震器試驗(yàn)臺(tái)架的發(fā)展在一定程度上決定了減震器的發(fā)展，它有助于工作人員正確生產(chǎn)合格的減震器，及減震器各項(xiàng)性能測(cè)試。為了盡快改變這種現(xiàn)狀，鐵道部在近年來(lái)引進(jìn)、消化國(guó)外先進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上，結(jié)合油壓減震器產(chǎn)品技術(shù)條件的修改，對(duì)原有標(biāo)準(zhǔn)TB/T2229-1991進(jìn)行了全面的修訂，編制了新的試驗(yàn)臺(tái)驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)TB/T2229-2004。因此，設(shè)計(jì)油壓減振器試驗(yàn)臺(tái)就具有十分重要的實(shí)際意義。
本課題設(shè)計(jì)的內(nèi)容：
針對(duì)教學(xué)用具備多種實(shí)時(shí)顯示功能的液壓減震器性能測(cè)試試驗(yàn)臺(tái)，進(jìn)行整體方案和零部件的設(shè)計(jì)與分析。
1、理解鐵道車輛液壓減震器的主要功能及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)；
2、掌握液壓結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本原理與功能；
3、提出液壓減震器主要性能測(cè)試（作功圖、阻尼力等）及實(shí)時(shí)顯示的技術(shù)方案；
4、試驗(yàn)臺(tái)選型配套部件的分析；
5、進(jìn)行總成設(shè)計(jì)和主要零部件設(shè)計(jì)，提交相關(guān)加工設(shè)計(jì)圖紙；
6、提交實(shí)時(shí)顯示的數(shù)據(jù)處理分析軟件；
7、完成畢業(yè)論文。
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第2章 液壓減震器試驗(yàn)臺(tái)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
2.1 液壓減震器試驗(yàn)臺(tái)設(shè)計(jì)要求及基本性能
2.1.1 液壓減震器試驗(yàn)臺(tái)設(shè)計(jì)要求
1、試驗(yàn)臺(tái)的試驗(yàn)功能應(yīng)符合TB/T 1491-2004中有關(guān)阻尼性能的試驗(yàn)要求。
2、試驗(yàn)臺(tái)機(jī)械部分采用的主要材質(zhì)應(yīng)滿足試驗(yàn)中的強(qiáng)度、剛度要求。
3、試驗(yàn)臺(tái)的垂向、橫向安裝座距離和結(jié)構(gòu)應(yīng)滿足各種連接形式的油壓減振器安裝要求，安裝方式。應(yīng)快捷、方便，正常安裝后與被試件連接部分應(yīng)無(wú)間隙。
4、拉壓力負(fù)荷傳感器應(yīng)符合JJG 391-1986中0.05級(jí)精度的有關(guān)規(guī)定;位移傳感器應(yīng)符合JB/T 9257-1999中0.1級(jí)精度或JB/T 9258-1999中0.05級(jí)精度的有關(guān)規(guī)定;試驗(yàn)臺(tái)測(cè)試系統(tǒng)的檢定應(yīng)符合JJG 139-1999,JJG 391-1986的有關(guān)規(guī)定。
5、試驗(yàn)臺(tái)機(jī)身和運(yùn)動(dòng)附件，在試驗(yàn)臺(tái)工作時(shí)，不應(yīng)出現(xiàn)異常噪音，顫動(dòng)不應(yīng)影響測(cè)試精度。
6、試驗(yàn)臺(tái)應(yīng)便于操作維修，表面油漆層應(yīng)均勻、平整、光滑。
7、試驗(yàn)臺(tái)應(yīng)提供有關(guān)校準(zhǔn)試驗(yàn)臺(tái)的方式、方法或儀器。
8、試驗(yàn)臺(tái)的安全防護(hù)裝置、噪聲聲壓級(jí)應(yīng)符合〔GB 9061的有關(guān)規(guī)定?！?
2.1.2 液壓減震器試驗(yàn)臺(tái)基本性能
1、試驗(yàn)臺(tái)測(cè)試阻尼力范圍宜為0 kN-30 kN。
2、試驗(yàn)速度及滑塊位移應(yīng)符合油壓減振器的試驗(yàn)要求，速度調(diào)整范圍宜為0.01 m/s--0.5 m/s.
3、試驗(yàn)頻率范圍應(yīng)滿足活塞試驗(yàn)速度要求。
4、試驗(yàn)臺(tái)的系統(tǒng)精度為:
（1）、力的測(cè)試誤差不大于名義值的11%;
（2）、位移測(cè)試誤差不大于11 mm;
（3）、速度測(cè)試誤差不大于名義值的士5%.
2.2 液壓減震器試驗(yàn)臺(tái)架滿足三個(gè)試驗(yàn)的要求
2.2.1 減振器示功試驗(yàn)
減振器示功試驗(yàn)臺(tái)可采用機(jī)械式或液壓式。無(wú)論采用何種形式，均需滿足以下條件：
1、單動(dòng)：一端固定，另一端實(shí)現(xiàn)諧波（正弦）運(yùn)動(dòng)。
2、行程可調(diào)，至少為100mm，測(cè)量精度高于1%。
3、有級(jí)或無(wú)級(jí)變速，最大試驗(yàn)頻率至少為5 Hz。
4、功率足夠大，在速度為1.0m/ s 時(shí)，檢測(cè)減振器速度誤差小于1%。
5、力傳感器,其精度高于1%。
6、減振器示功試驗(yàn)臺(tái)的3 次檢測(cè)誤差要小于3％或40N。測(cè)量過(guò)程自動(dòng)記錄、保存、處理及輸出。
2.2.2 液壓減振器試驗(yàn)臺(tái)阻尼力試驗(yàn)
1、試件溫度為20±3℃。測(cè)試前，需將減振器在20±3℃的溫度下至少存放6 個(gè)小時(shí)。
2、運(yùn)動(dòng)方向：如沒有特別說(shuō)明，垂直方向。
3、減振器活塞位置：減振器行程的中間區(qū)域。
2.2.3 液壓減振器試驗(yàn)臺(tái)耐久特性試驗(yàn)
耐久特性試驗(yàn)設(shè)備減振器耐久性試驗(yàn)臺(tái)可采用機(jī)械式或液壓式,無(wú)論采用何種型式，均需滿足以下條件：
1、疊加運(yùn)動(dòng)；下端（筒身端）進(jìn)行上下的高頻運(yùn)動(dòng)，上端（活塞桿端）進(jìn)行上下的低頻運(yùn)動(dòng)；或上端固定，下端進(jìn)行上下的疊加運(yùn)動(dòng)。
2、機(jī)器要裝有計(jì)數(shù)器，自動(dòng)記錄循環(huán)次數(shù).
3、機(jī)器要裝溫度測(cè)量?jī)x，并當(dāng)溫度超過(guò)特定數(shù)值時(shí)，有自動(dòng)關(guān)閉機(jī)構(gòu)。
4、機(jī)器要裝有強(qiáng)制冷卻裝置，一般為水冷，對(duì)試件進(jìn)行冷卻。
5、耐久特性試驗(yàn)準(zhǔn)備盡可能地去除連接件（如防塵罩），以增大冷卻面積,
試件的活塞位置位于減振器工作行程的中間區(qū)域。上下位置應(yīng)對(duì)中良好，垂直方向安裝。并安裝強(qiáng)制冷卻裝置及溫度儀。
2.3 液壓減震器試驗(yàn)臺(tái)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
由上面的分析可知：減震器的規(guī)格較多，這里選擇其中一種系列進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，其它規(guī)格可以此分析。在設(shè)計(jì)好之后，其它系列可根據(jù)臺(tái)架的調(diào)整實(shí)現(xiàn)。這里選用：
工作缸直徑(mm)
最大外：徑貯液缸最大外徑(mm)
活塞桿直徑（mm）
基本長(zhǎng)L（mm）
壓縮阻尼力(N)
復(fù)原阻尼力(N)
測(cè)試速度(m/s)
溫度(℃)
行程S(mm)
測(cè)試頻率（Hz）
46
95
20
560
1800
5000
0.52
20
160
1.67
我在這里只進(jìn)行臺(tái)架設(shè)計(jì)，選用汽車車身作為設(shè)計(jì)素材。通過(guò)電磁激震器，做動(dòng)力元件，模仿路面的不同工況。把減震器固定在兩板之間，板1連接在導(dǎo)柱1上進(jìn)行上下運(yùn)動(dòng)。導(dǎo)柱1有四個(gè)板4起固定作用，彈簧1有兩個(gè)是模仿大眾懸架彈簧設(shè)計(jì)，不過(guò)彈簧系數(shù)只有其0.5。彈簧2有四個(gè)分別，分布在板1兩邊，起保護(hù)臺(tái)架和對(duì)試驗(yàn)的補(bǔ)償作用。這里的所有導(dǎo)柱起固定和導(dǎo)航的作用。具體結(jié)構(gòu)詳見裝配圖。
2.4 液壓減震器試驗(yàn)臺(tái)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)
本電液系統(tǒng)由伺服放大器、電液高速線性比例閥、作動(dòng)器、液壓泵站、垂向／橫向測(cè)試機(jī)架等部分組成。本試驗(yàn)臺(tái)通過(guò)垂向和橫向作動(dòng)器的運(yùn)動(dòng)來(lái)模擬列車的振動(dòng)狀態(tài)。位移傳感器通過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換卡把作動(dòng)器的振動(dòng)信號(hào)輸入到計(jì)算機(jī)，根據(jù)一定的控制策略，計(jì)算機(jī)計(jì)算出數(shù)字控制電壓信號(hào)，并通過(guò)數(shù)模轉(zhuǎn)換卡輸出相應(yīng)的模擬控制電壓信號(hào)；模擬控制電壓信號(hào)經(jīng)過(guò)伺服放大器進(jìn)行功率放大，在控制信號(hào)的作用下垂向或橫向作動(dòng)器可以實(shí)現(xiàn)任意波形的振動(dòng)，并可以模擬軌道譜振動(dòng)。
電液系統(tǒng)能否實(shí)現(xiàn)高頻振動(dòng)關(guān)鍵在于高性能的電磁閥，即取決于電磁閥的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性。該試驗(yàn)臺(tái)采用了日本YuKEN生產(chǎn)的LSVG一03—60—10型高速線性比例閥，該電磁閥的響應(yīng)頻率高達(dá)450Hz，流量為60L／min。高速線性比例閥的控制信號(hào)為±5I(V)的直流或交流電壓，對(duì)應(yīng)于閥芯的正負(fù)開口，因此通過(guò)改變控制信號(hào)的大小和符號(hào)可以改變振動(dòng)速度和方向，實(shí)現(xiàn)減震器的壓縮和拉伸模擬。具體原理詳見下圖：
第3章 液壓減震器試驗(yàn)臺(tái)主要零部件設(shè)計(jì)
3.1 液壓減震器的確定
3.1.1 減振器相對(duì)阻尼系數(shù)的確定
首先確定其簧上質(zhì)量，參照設(shè)計(jì)手冊(cè)。懸架靜撓度是指在滿載靜止時(shí)懸架上的載荷與此時(shí)懸架剛度才c 之比，即= 懸架與其簧上質(zhì)量組成的振動(dòng)系統(tǒng)的固有頻率，是影響平順性的主要參數(shù)之.而固有頻率（偏頻）可用下式表示： C—懸架剛度，N/mm；m —懸架簧上質(zhì)量，kg；n—懸架偏頻，Hz
而汽車懸架的靜撓度可用下式表示：
由這兩式可得出：
根據(jù)上面公式可以計(jì)算出前懸架的靜撓度為：=188.6mm
汽車懸架有阻尼后，簧上質(zhì)量的振動(dòng)是周期衰減振動(dòng)，用相對(duì)阻尼系數(shù)的大小來(lái)評(píng)定衰減的快慢速度。的表達(dá)式
式中：—為懸架系統(tǒng)的垂直剛度；—為簧上質(zhì)量；—為阻尼系數(shù)。
設(shè)計(jì)時(shí)，先選取ψY 與ψS 的平均值ψ 。相對(duì)無(wú)摩擦的彈性元件懸架，取ψ =0.25～0.35；對(duì)有內(nèi)摩擦的彈性元件懸架，ψ 值取的小些。為避免懸架碰撞車駕，取 ψy =0.5 ψs 。取ψ =0.3 計(jì)算得：伸張ψ=0.4 壓縮ψ=0.2
3.1.2 減振器阻尼系數(shù)的確定
減振器阻尼系數(shù)。因懸架系統(tǒng)固有振動(dòng)頻率，所以理論上。實(shí)際上，應(yīng)該根據(jù)減振器的布置特點(diǎn)確定減振器的阻尼系數(shù)。懸架系統(tǒng)固有振動(dòng)頻率的值在1.00～1.45之間，取為1.2。
3.1.3 最大卸荷力的確定
為減小傳到車身上的沖擊力，當(dāng)減振器活塞振動(dòng)速度達(dá)到一定值時(shí)，減振器打開卸荷閥。此時(shí)的活塞速度稱為卸荷速度，一般為0.15～0.30m/s,取0.2m/s[11]。
如已知伸張行程時(shí)的阻尼系數(shù)，在伸張行程的最大卸荷力是：；式中， x v 為卸荷速度，一般為0.15～0.3m/s；A 為車身振幅，取± 40 mm；ω 為懸架震動(dòng)固有頻率。
代入數(shù)據(jù)計(jì)算得卸荷速度為：v =0.04×6.9×0.8×cos30°=0.24m/s
符合x v 在0.15～0.30 之間范圍要求。根據(jù)伸張行程最大卸荷力公式： F o =可以計(jì)算最大卸荷力F o =765.3KN
3.1.4 減振器工作缸直徑D的確定
根據(jù)伸張行程的最大卸荷力計(jì)算工作缸直徑D為： 式中：[p]為工作缸最大允許壓力，取3～4MPa，為連桿直徑與缸筒直徑之比，單筒式減振器取=0.30～0.35，取為0.3。計(jì)算得：D=30.05mm
由上式計(jì)算得出工作缸直徑的理論值，再依據(jù)QC/T491-1999《汽車筒式減振器尺寸系列及技術(shù)條件》。將工作缸直徑D圓整為標(biāo)準(zhǔn)系列直徑為46mm；初選壁厚取為3mm，材料選用20鋼。
3.1.5 減振器活塞行程的確定
減振器活塞行程即液壓缸的工作行程。液壓缸的工作行程長(zhǎng)度，可以根據(jù)執(zhí)行機(jī)構(gòu)實(shí)際工作的最大行程來(lái)確定，并參照設(shè)計(jì)手冊(cè)的要求來(lái)選取標(biāo)準(zhǔn)值，故選取活塞行程為160㎜。
3.2 電磁激振器的選擇
激振器是整個(gè)系統(tǒng)的動(dòng)力來(lái)源，模仿路面?zhèn)€汽車帶來(lái)的各種不同工況。這里選擇JZQ系列。JZQ一系列電動(dòng)式激振器是一種電/機(jī)變換器，即將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，對(duì)試件提供激振力的一種裝置。它配合KD57系列寬頻帶功率放大器再加上其它相關(guān)儀器，可廣泛地應(yīng)用于各種工程結(jié)構(gòu)如火箭、導(dǎo)彈、飛機(jī)、船舶、汽車、機(jī)床、火車、礦山機(jī)械、房屋建筑等等，特別適用于樁基、橋梁、水壩等結(jié)構(gòu)的振動(dòng)試驗(yàn)。此外，它可以用作振動(dòng)臺(tái)，對(duì)小型儀表、零件等作環(huán)境振動(dòng)試驗(yàn)、疲勞試驗(yàn)以及對(duì)傳感器進(jìn)行校驗(yàn)。
電磁激振器應(yīng)選擇激振力較大的,選擇JZQ-50(江蘇省寶應(yīng)新力振動(dòng)儀器廠)
臺(tái)面
頂桿
總高
長(zhǎng)
寬
總質(zhì)量
最大激振力
最大激振頻率
mm
mm
190mm
200mm
200mm
3.3 車輪的設(shè)計(jì)
選擇普通的試驗(yàn)輪胎，輪胎在50~260mm，輪胎寬在30～200mm之間，在這選擇輪胎180mm,輪胎寬100mm，胎厚90mm。
彈簧下的車輪和車橋的質(zhì)量越大，其固有振動(dòng)頻率越低，分母中，對(duì)具有與同樣的關(guān)系。與振動(dòng)時(shí)相反，為了減小車身的搖擺，彈簧下的質(zhì)量越大越好。但這樣做使汽車的行駛性能變壞。這是因?yàn)橐缘年P(guān)系表示的阻尼系數(shù)n減少了。這樣一來(lái)，車橋系統(tǒng)的自激振動(dòng)不可避免地要有所加強(qiáng)。另外，在車橋系統(tǒng)上，如果車輪的重量增加，則支承車身的懸架彈簧向下推壓車橋的加速度將減小。由于以上兩個(gè)原因，就產(chǎn)生了車輪要從波狀路面跳離的傾向，使汽車的行駛性能變壞。所以實(shí)際上車橋系統(tǒng)的質(zhì)量應(yīng)盡量減輕。
但是在減震器的試驗(yàn)過(guò)程中是可以很大的，這樣就減少了減震器的橫向擺動(dòng)，這就只需要考慮對(duì)減震器的影響就可以了。
3.4 彈簧的設(shè)計(jì)
彈簧在車輛行駛過(guò)程中，承受高頻往復(fù)壓縮運(yùn)動(dòng)，起著緩沖和減振作用，其質(zhì)量好壞對(duì)車輛平穩(wěn)性、安全性起著至關(guān)重要的作用。專業(yè)企業(yè)承包生產(chǎn)的汽車懸架彈簧表面平整光滑、規(guī)格尺寸規(guī)范、噴漆工藝水平高。家用車、乘用車對(duì)懸架彈簧性能要求較高，以達(dá)到減小噪聲、振動(dòng)小、彈性好、平穩(wěn)性好、舒適性好等特性；商用車（重型及超重型載貨車）需要高強(qiáng)度懸架彈簧。懸架彈簧的技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)總體上為輕量化（高應(yīng)力）、高可靠性，懸架彈簧設(shè)計(jì)應(yīng)力普遍要求大于1000MPa，高的可達(dá)1200MPa。
1、彈簧1的設(shè)計(jì)
采用兩邊對(duì)稱彈簧，都是壓縮彈簧，和減震器在車上的配合彈簧一樣。彈簧的加工過(guò)程：卷簧→回火(420 ℃, 40min) →磨端面→拋丸處理→壓并→分選→包裝→入庫(kù)。此配合彈簧，懸架彈簧一般用常用Si-Mn系列鋼60Si2MnA、55SiMnVB、55Si2Mn這個(gè)材料的應(yīng)力 >1000MPa ；這里選用普通鋼線SWC
長(zhǎng)度L=310mm F=1800/2=900N 有效行程h=50mm
在自由狀態(tài)時(shí)P=0，f=0； 計(jì)算主要尺寸旋轉(zhuǎn)比c=5～8 這里取c=8 已知此鋼的切邊模量 =0.1 = 800/50=16
代入數(shù)值 d>12mm
材料直徑d取13mm
有效圈數(shù)取16
外徑
彈簧1的自由長(zhǎng)度是根據(jù)減震器的安裝尺寸長(zhǎng)度確定的。
2、彈簧2的設(shè)計(jì)
彈簧2有四個(gè)互相對(duì)稱起補(bǔ)償振動(dòng)帶來(lái)的損失，2004Yoshimura單輪模型要求，
減震器的上下最大行程是50mm，
這里只要保證 有效行程h=50mm
由于小彈簧彈性系數(shù)比大彈簧還大因選擇較好的材料50?CrV
同理根據(jù)上面的公式的計(jì)算出材料直徑 d=5mm有效圈數(shù) n=15外徑D=61mm
所以長(zhǎng)度 L>dn+h=75+50=125mm
3、彈簧3的設(shè)計(jì)
主要起保護(hù)電磁繼電器的作用，可以是彈簧，也可不是，要求非常的大。這里也進(jìn)行彈簧的設(shè)計(jì)。只要保證就可以，因?yàn)榭梢哉{(diào)點(diǎn)此激振器和板3的距離，這樣的話，的有效行程，長(zhǎng)度就不用確定。當(dāng)然，有效圈數(shù)也不用確定，彈簧的外徑自然不用確定只要根據(jù)要求選擇即可。
彈簧系數(shù)k與中徑有效圈數(shù)成反比，與材料直接車正比，圖5-10所示，用35CrMnB鋼中加入0.11%V ，根據(jù)與上面的計(jì)算相同。
3.5 導(dǎo)柱的設(shè)計(jì)
導(dǎo)柱1、導(dǎo)柱2、導(dǎo)柱3可以是實(shí)心可以是空心，主要起導(dǎo)向作用，不承擔(dān)負(fù)載。
1、導(dǎo)柱1、2的設(shè)計(jì)
導(dǎo)柱1和2的功能一樣，可以是實(shí)心或空心。主要是根據(jù)減震器的長(zhǎng)度進(jìn)行選擇長(zhǎng)度，但是其末端要固定在板2上面，可以通過(guò)螺紋，在這里兩者都是通過(guò)焊接到板2上面。
對(duì)于導(dǎo)柱2要有能固定彈簧2的物體，這里設(shè)計(jì)個(gè)環(huán)通過(guò)螺紋連接在導(dǎo)柱2上。
2、導(dǎo)柱3的設(shè)計(jì)
首先導(dǎo)柱3由四個(gè)導(dǎo)柱組成，分別對(duì)稱，多板1起導(dǎo)向作用，是通過(guò)焊接固定在板4上面即底座上。下端加大起一定的保護(hù)橫向擺動(dòng)作用。
3.6 板的設(shè)計(jì)
對(duì)于四個(gè)板多選用45號(hào)鋼GB/T699-1999標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定45鋼抗拉強(qiáng)度為600MPa，屈服強(qiáng)度為355MPa，伸長(zhǎng)率為16％，斷面收縮率為40％，沖擊功為39J。密度一般為
1、板1的設(shè)計(jì)
對(duì)于板1在這里起固定減震器上端，加載塊安放和導(dǎo)向的作用。設(shè)計(jì)如下圖，配合導(dǎo)柱1、導(dǎo)柱2、導(dǎo)柱3，并能上下運(yùn)動(dòng)和有一定的剛度。
厚度為15mm，長(zhǎng)800mm，寬600mm，倒角10mm；
中間半徑為9mm能安放減振器，活塞桿直徑為17mm；
兩個(gè)直徑為60mm的通孔配合導(dǎo)柱1；
兩個(gè)直徑為30mm的通孔配合導(dǎo)柱2；
四個(gè)直徑為50mm的通孔配合導(dǎo)柱3。
2、板2和板3的設(shè)計(jì)
減震器耳環(huán)能放進(jìn)的矩形，并不產(chǎn)生干涉。長(zhǎng)取500mm，寬取300mm，倒角半徑為10mm。對(duì)于板3除去的矩形通孔和板2各尺寸相同。
3、板3的設(shè)計(jì)
厚度為40mm，長(zhǎng)800mm，寬600mm，倒角10mm；板4主要起固定導(dǎo)桿3，和安放激振器、彈簧3的作用。板4即是底板普通的鑄鐵就可以，沒太大要求。
3.7 減震器輪胎鏈接件設(shè)計(jì)
主要是通過(guò)銷釘、減震器輪胎連接件的配合，連接減震器和輪胎，同時(shí)還承載著板3以上的全部重量。其設(shè)計(jì)尺寸也是根據(jù)減震器和所選輪胎確定，不產(chǎn)生干涉，和達(dá)到強(qiáng)度要求為目的。
3.8 液壓缸的設(shè)計(jì)
3.8.1 液壓缸的作用力
液壓缸的作用力及時(shí)液壓缸的工作是的推力或拉力，該升降臺(tái)工作時(shí)液壓缸產(chǎn)生向上的推力，因此計(jì)算時(shí)只取液壓油進(jìn)入無(wú)桿腔時(shí)產(chǎn)生的推力：
F=
式中： p 液壓缸的工作壓力 Pa 取p=
D 活塞內(nèi)徑 m 0.09m
液壓缸的效率 0.95
代入數(shù)據(jù):
F =
F = 10.3KN
即液壓缸工作時(shí)產(chǎn)生的推力為10.3KN。
3.8.2 缸筒內(nèi)徑的確定
該液壓缸宜按照推力要求來(lái)計(jì)算缸筒內(nèi)經(jīng)，計(jì)算式如下：
要求活塞無(wú)桿腔的推力為F時(shí)，其內(nèi)徑為：
式中： D 活塞桿直徑 缸筒內(nèi)經(jīng) m
F 無(wú)桿腔推力 N
P 工作壓力 MPa
液壓缸機(jī)械效率 0.95
代入數(shù)據(jù)：
D= =0.083m
D= 83mm 取圓整值為 D=90mm
液壓缸的內(nèi)徑，活塞的的外徑要取標(biāo)注值是因?yàn)榛钊突钊麠U還要有其它的零件相互配合，如密封圈等，而這些零件已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，有專門的生產(chǎn)廠家，故活塞和液壓缸的內(nèi)徑也應(yīng)該標(biāo)準(zhǔn)化，以便選用標(biāo)準(zhǔn)件。
3.8.3 活塞桿直徑的確定
（1）活塞桿直徑根據(jù)受力情況和液壓缸的結(jié)構(gòu)形式來(lái)確定
受拉時(shí)：
受壓時(shí)：
該液壓缸的工作壓力為為：p=2MPa ,取 。
（2）活塞桿的強(qiáng)度計(jì)算
活塞桿在穩(wěn)定情況下，如果只受推力或拉力，可以近似的用直桿承受拉壓載荷的簡(jiǎn)單強(qiáng)度計(jì)算公式進(jìn)行：
式中： F 活塞桿的推力 N
d 活塞桿直徑 m
材料的許用應(yīng)力 MPa 活塞桿用45號(hào)鋼
代入數(shù)據(jù)：=6.3MPa <
活塞桿的強(qiáng)度滿足要求。
（3）穩(wěn)定性校核
該活塞桿不受偏心載荷，按照等截面法，將活塞桿和缸體視為一體，其細(xì)長(zhǎng)比為：
時(shí)，
在該設(shè)計(jì)及安裝形式中，液壓缸兩端采用鉸接，其值分別為：
將上述值代入式中得：
故校核采用的式子為：
式中： n=1 安裝形式系數(shù)
E 活塞桿材料的彈性模量 鋼材取
J 活塞桿截面的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量
L 計(jì)算長(zhǎng)度 1.06m
代入數(shù)據(jù)：
=371KN
其穩(wěn)定條件為：
式中： 穩(wěn)定安全系數(shù)，一般取=2—4 取=3
F 液壓缸的最大推力 N
代入數(shù)據(jù)： =123KN
故活塞桿的穩(wěn)定性滿足要求。
3.9 主要零件的校核
只要對(duì)板2進(jìn)行校核，因?yàn)樗惺苤饕乃姆种卉嚨馁|(zhì)量。銷釘直徑50mm，能承載50kN以上的力，根本不需要校核。很明顯板2中間是危險(xiǎn)截面。45號(hào)鋼一般密度為板1的重量，對(duì)板1放大不考慮其通孔
板2的質(zhì)量，對(duì)板2也進(jìn)行放大處理，不考慮其通孔質(zhì)量
質(zhì)量塊的質(zhì)量
連接減震器和輪胎件對(duì)板2的力
在進(jìn)行應(yīng)力計(jì)算時(shí)只計(jì)算其危險(xiǎn)截面，減震器輪胎連接件長(zhǎng)
通孔長(zhǎng) 通孔高 危險(xiǎn)截面
遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于 符合要求。