陳 雙 梁海林 王一臣王 建

（1.遼寧工業(yè)大學(xué)；2.錦州立德汽車(chē)減振器有限公司）

1 前言

近年來(lái)，越來(lái)越多的學(xué)者開(kāi)始關(guān)注減振器功能的提高以及新型減振器的應(yīng)用[1～4]。目前，筒式減振器在汽車(chē)懸架系統(tǒng)上的應(yīng)用較為廣泛，根據(jù)所用缸筒的數(shù)量，可分為單筒式和雙筒式。本文在普通雙筒式減振器基礎(chǔ)上，提出了一種適用于汽車(chē)麥弗遜懸架的雙活塞阻尼減振器，并通過(guò)試驗(yàn)研究分析了設(shè)計(jì)參數(shù)對(duì)該減振器的影響。這種雙活塞阻尼減振器不僅比傳統(tǒng)減振器具有更好的限位緩沖功能，還能提高汽車(chē)的乘坐舒適性，延長(zhǎng)減振器的使用壽命。

2 雙活塞阻尼減振器結(jié)構(gòu)及工作機(jī)理

雙活塞阻尼減振器在雙筒式液壓阻尼減振器原有活塞結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，增加了一套具有限位緩沖功能的浮動(dòng)活塞總成，具體結(jié)構(gòu)如圖1所示，主要由限位彈簧和浮動(dòng)活塞總成組成（包括圖中1、2、3）。浮動(dòng)活塞設(shè)有花瓣型流通槽，上部設(shè)有支撐螺旋彈簧。當(dāng)減振器靜止時(shí)，限位緩沖墊到導(dǎo)向套的距離是彈簧的自由長(zhǎng)度，即減振器的拉伸限位行程。調(diào)整彈簧長(zhǎng)度可以改變限位行程，從而改變減振器的阻尼特性。

當(dāng)減振器處于伸張行程時(shí)，限位緩沖墊首先與浮動(dòng)活塞總成相接觸，使得浮動(dòng)活塞上通孔被限位緩沖墊遮住一部分，上腔中油液流回下腔。隨著活塞桿繼續(xù)向拉伸方向移動(dòng)，限位緩沖墊帶動(dòng)浮動(dòng)活塞總成壓縮限位彈簧向?qū)蚱鞯姆较蛞苿?dòng)，此時(shí)浮動(dòng)活塞總成上腔空間減小、油壓升高，上腔油液在壓力作用下通過(guò)浮動(dòng)活塞的孔隙與限位緩沖墊形成小孔節(jié)流，從而產(chǎn)生一種附加阻尼力值。

當(dāng)減振器由伸張行程轉(zhuǎn)為壓縮行程，即活塞桿向相反方向移動(dòng)時(shí)，浮動(dòng)活塞在限位彈簧的張力作用下向下運(yùn)動(dòng)。下腔油液通過(guò)浮動(dòng)活塞的通孔及上端（支撐彈簧下方）的旁通孔回流，來(lái)補(bǔ)充上腔空間，以便下次伸張行程時(shí)產(chǎn)生伸張阻尼力。由于限位彈簧的簧絲直徑小、彈簧剛度小，只能滿足浮動(dòng)活塞回位，所以在此過(guò)程中對(duì)壓縮的阻尼力影響很小，可以忽略不計(jì)。

3 減振器特性的理論分析

從物理結(jié)構(gòu)考慮，減振器的阻尼作用是由一系列固定節(jié)流孔和可變節(jié)流孔共同作用產(chǎn)生，因此汽車(chē)懸架雙活塞阻尼減振器可以簡(jiǎn)化為一系列液壓元件組成的等效液壓系統(tǒng)，其簡(jiǎn)化模型如圖2所示。根據(jù)其工作原理，可以將浮動(dòng)活塞總成結(jié)構(gòu)等效為由節(jié)流面積較小的常通孔和節(jié)流面積很大的可變節(jié)流孔組成的液壓系統(tǒng)。

正常工況下，可變節(jié)流孔全部打開(kāi)，此時(shí)液壓緩沖限位器幾乎不起節(jié)流作用，減振器的阻尼作用由流經(jīng)活塞閥的油液流量決定。根據(jù)流體力學(xué)相關(guān)理論，流經(jīng)減振器活塞閥的油液流量Qd與活塞上、下表面油液壓力差和閥體的節(jié)流孔面積有關(guān)，流經(jīng)伸張閥的油液流量可表示為：

式中，ΔPd=P1-P2，P1為工作缸上腔壓力，P2為工作缸下腔壓力；ρ為油液密度；Cd為流量系數(shù)；Am為閥體節(jié)流孔面積。

根據(jù)減振器結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，活塞桿運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的油液流量由活塞桿截面面積和活塞運(yùn)動(dòng)速度決定，即：

式中，Ap為活塞桿截面面積；vp為活塞運(yùn)動(dòng)速度。

若忽略補(bǔ)償閥產(chǎn)生的油液流量，則在正常工況下，Qd=Qp，由公式（1）和公式（2）可得：

由于減振器的阻尼力由活塞上、下表面油液壓力差和活塞桿截面積決定，因此在一定活塞運(yùn)動(dòng)速度下，減振器阻尼力計(jì)算公式為：

由公式（4）可知，正常工況下，減振器的阻尼力與活塞運(yùn)動(dòng)速度有關(guān)。

當(dāng)減振器被逐漸拉伸時(shí)，流經(jīng)限位緩沖結(jié)構(gòu)可變節(jié)流孔部分的油液會(huì)被限位緩沖墊遮擋，并隨著減振器運(yùn)行至極限行程位置，油液幾乎全部流經(jīng)節(jié)流面積很小的常通孔，從而產(chǎn)生一個(gè)附加的阻尼力。根據(jù)流體力學(xué)相關(guān)理論，流經(jīng)浮動(dòng)活塞孔隙的油液流量Qa由浮動(dòng)活塞總成上、下腔的壓力差和常通孔面積決定，即：

此時(shí)，活塞桿運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的油液流量Qp包括流經(jīng)伸張閥的油液流量Qd和流經(jīng)浮動(dòng)活塞孔隙的油液流量 Qa，即：

將公式（1）、公式（2）和公式（5）代入公式（6）中，可得：

二是建檔制度。在制度制約下，內(nèi)容豐富詳實(shí)的土地質(zhì)量檔案資料，可在土地利用規(guī)劃編制、耕地保護(hù)及土地交易、土地流轉(zhuǎn)、耕地占補(bǔ)平衡、土地整治、土地質(zhì)量等級(jí)變更、農(nóng)產(chǎn)品安全源頭追溯等方面，發(fā)揮重要作用。

限位緩沖結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的附加阻尼力由浮動(dòng)活塞總成上、下腔的壓力差和活塞桿截面面積決定，即：

式中，ΔPa=P3-P4，P3為浮動(dòng)活塞總成上腔油液壓力，P4為浮動(dòng)活塞總成下腔油液壓力。

則有：

從公式（9）中可以看出，浮動(dòng)活塞總成產(chǎn)生的附加阻尼力也與活塞的運(yùn)動(dòng)速度有關(guān)。

4 試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果分析

4.1 試驗(yàn)方法

參照QC/T545-1999《汽車(chē)筒式減振器臺(tái)架試驗(yàn)方法》，在MTS公司生產(chǎn)的減振器試驗(yàn)臺(tái)上進(jìn)行相關(guān)示功特性試驗(yàn)。對(duì)雙活塞阻尼減振器試件施加正弦位移激勵(lì)，行程固定，依次變化頻率（每個(gè)頻率下進(jìn)行3個(gè)循環(huán)周期試驗(yàn)），從低速到高速進(jìn)行試驗(yàn)，得到相應(yīng)的示功曲線。為了滿足用戶(hù)需求，本文選取 5 個(gè)測(cè)試速度點(diǎn)， 即 0.05 m/s、0.13 m/s、0.26 m/s、0.39 m/s和 0.53 m/s。

為了研究浮動(dòng)活塞總成設(shè)計(jì)參數(shù)對(duì)減振器特性的影響，本文將對(duì)4種不同浮動(dòng)活塞總成的減振器進(jìn)行臺(tái)架試驗(yàn)，試驗(yàn)計(jì)劃如表1所示。

表1 減振器試驗(yàn)計(jì)劃

4.2 試驗(yàn)結(jié)果分析

對(duì)雙活塞阻尼減振器試驗(yàn)樣件按上述試驗(yàn)方法試驗(yàn)，得到表1中4組不同浮動(dòng)活塞總成的減振器示功特性曲線如圖3所示。

a. 減振器在正常拉伸工作區(qū)間運(yùn)行時(shí)，會(huì)產(chǎn)生與汽車(chē)彈性元件相匹配的拉伸阻尼特性；當(dāng)減振器拉伸到極限位置時(shí)，其拉伸阻尼會(huì)逐步增大；減振器在壓縮行程的阻尼特性無(wú)變化。

b.示功特性曲線中，伸張行程的最大阻尼力并不是發(fā)生在運(yùn)動(dòng)速度最大的平衡位置0點(diǎn)，而是超過(guò)了平衡位置。由此可知，活塞運(yùn)動(dòng)到平衡位置時(shí)，浮動(dòng)活塞上通孔的流通面積還處于不斷變化中，直到示功曲線上最大阻尼點(diǎn)對(duì)應(yīng)的位置流通面積達(dá)到最小。

c. 同一類(lèi)型浮動(dòng)活塞總成下，不同活塞運(yùn)動(dòng)速度的示功特性曲線都在同一位置出現(xiàn)拐點(diǎn)，阻尼力從這一點(diǎn)開(kāi)始迅速增加。由此可以判斷出，曲線上拐點(diǎn)對(duì)應(yīng)的位移即為浮動(dòng)活塞總成限位緩沖作用的起始位置。

d. 同一類(lèi)型浮動(dòng)活塞總成下，隨著活塞運(yùn)動(dòng)速度的增加，阻尼力增大明顯，且阻尼力的變化是連續(xù)變化的，圖3中表現(xiàn)為梯度較大的圓滑曲線，不僅能有效緩沖減振器極限位置的沖擊，還能緩解由于沖擊造成的乘坐舒適性差等問(wèn)題。

e.支撐彈簧剛度和浮動(dòng)活塞上通孔直徑的大小都對(duì)減振器的阻尼特性具有一定影響。

綜合上述可知，本文提出的雙活塞阻尼減振器可以增加伸張行程中的最大阻尼力，且不影響壓縮行程的阻尼特性。

5 結(jié)束語(yǔ)

本文對(duì)普通液壓阻尼減振器進(jìn)行改進(jìn)，提出一種適用于汽車(chē)麥弗遜懸架的雙活塞阻尼減振器，并對(duì)其工作機(jī)理進(jìn)行分析，通過(guò)臺(tái)架試驗(yàn)得到示功特性。試驗(yàn)結(jié)果表明，本文提出的雙活塞阻尼減振器在伸張行程可以產(chǎn)生附加的阻尼力，使其比傳統(tǒng)減振器具有更好的緩沖減振功能，有效提高了汽車(chē)惡劣行駛工況下的平順性，且延長(zhǎng)了減振器的使用壽命。

1 Etman,L F P,Vernmeulen,R C N,Van Heck,J G A M,Schoofs,A J G,Van Campen,D H D.Design ofa stroke dependent damper for the front axle suspension of a truck using multibody system dynamics and numerical optimization.Vehicle system dynamics,38(2):85～101,2002.

2 Choon－Tae Lee.Simulation and experimental validation of vehicle dynamic characteristics for displacement－sensitive shock absorber using fluid－flow modeling.Mechanical Systems and Signal Processing 20,2006:37～388.

3 孫勝利.位移相關(guān)減振器動(dòng)力學(xué)建模及對(duì)車(chē)輛性能影響的研究：[學(xué)位論文].長(zhǎng)春：吉林大學(xué)，2008.

4 楊帆.液壓限位結(jié)構(gòu)在某軍用越野車(chē)輛上的應(yīng)用：[學(xué)位論文].長(zhǎng)春：吉林大學(xué)，2012.

5 曾慶東.機(jī)動(dòng)車(chē)減振器設(shè)計(jì).機(jī)械工業(yè)出版社，2000.