空氣彈簧準零剛度隔振器的特性分析及應用研究.pdf

1、提高車載擔架支架隔振系統(tǒng)的隔振效果，對于改善傷病員乘臥和乘坐舒適性，提升急救車的品質具有非常重要的意義。本文在總結準零剛度隔振器的國內外研究進展以及隔振技術在車載擔架支架隔振領域的研究應用現(xiàn)狀的基礎上，針對越野型急救車運送傷病員的數(shù)量、質量以及姿態(tài)的不同而導致隔振系統(tǒng)承載質量發(fā)生變化的使用要求，基于空氣彈簧設計了一種新型承載力可調節(jié)的準零剛度隔振器。通過理論分析與試驗研究，全面探究了新型空氣彈簧準零剛度隔振器的力學特性和隔振緩沖性能，并

2、將空氣彈簧準零剛度隔振器應用于某型越野急救車，建立了急救車車載擔架支架隔振系統(tǒng)，通過道路試驗對其隔振效果進行了分析與評價。主要工作內容及結論如下：
　　(1)空氣彈簧準零剛度隔振器的設計及其靜力學特性研究。采用空氣彈簧作為隔振元件，基于正負剛度并聯(lián)隔振原理，設計了一種新型承載力可調節(jié)的準零剛度隔振器，并對其進行了靜力學特性研究。通過分析不同參數(shù)對空氣彈簧準零剛度隔振器靜力學特性的影響規(guī)律，得到了其具有準零剛度特性的參數(shù)條件。研究表

3、明，當初始氣壓一定時，適當增加連桿長度與承載平臺連接點到水平空氣彈簧安裝基座的距離，該隔振器在平衡位置附近的準零剛度特性位移范圍相應增大。當空氣彈簧準零剛度隔振器結構參數(shù)確定后，其剛度由水平空氣彈簧和豎直空氣彈簧的初始氣壓決定。當豎直空氣彈簧初始氣壓一定時，通過增加水平空氣彈簧的氣壓來增大其在豎直方向上的負剛度，可以相應降低該隔振器的剛度。當水平空氣彈簧初始氣壓增大到一定程度后，隔振器出現(xiàn)負剛度。當隔振器承載質量發(fā)生變化時，通過調節(jié)豎直

4、和水平空氣彈簧的初始氣壓，可使其保持較好的準零剛度特性。
　　(2)空氣彈簧準零剛度隔振器的動力學特性研究。為了解空氣彈簧準零剛度隔振器的非線性特性，在靜力學特性研究的基礎上，對其進行了非線性動力學特性研究。建立了空氣彈簧準零剛度隔振系統(tǒng)在諧波位移激勵條件下的非線性運動微分方程，運用諧波平衡法求解得到系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)響應解，采用絕對位移傳遞率作為評價指標，研究了不同激勵幅值、阻尼比和結構參數(shù)對系統(tǒng)隔振性能的影響，并與單個空氣彈簧隔振系統(tǒng)

5、的隔振性能進行了比較。研究表明，在相同激勵幅值的條件下，空氣彈簧準零剛度隔振系統(tǒng)相對于單個空氣彈簧隔振系統(tǒng)能夠隔離更低頻的振動，且當激勵頻率大于空氣彈簧準零剛度隔振系統(tǒng)的向下跳躍頻率時，空氣彈簧準零剛度隔振系統(tǒng)具有更好的隔振性能。適當?shù)乜刂萍罘涤幸嬗诳諝鈴椈蓽柿銊偠雀粽裣到y(tǒng)獲得更好的低頻隔振性能。增大阻尼比會使兩個系統(tǒng)絕對位移傳遞率的最大值和不穩(wěn)定區(qū)間減小，且當阻尼比增大到一定程度時，空氣彈簧準零剛度隔振系統(tǒng)絕對位移傳遞率的最大值消

6、失，這意味著適當?shù)淖枘釋⒂行Ц纳瓶諝鈴椈蓽柿銊偠雀粽裣到y(tǒng)的隔振性能。同時，增大結構參數(shù)和的取值，空氣彈簧準零剛度隔振系統(tǒng)將具有更小的隔振起始頻率，從而具有更好的低頻隔振性能。
　　(3)空氣彈簧準零剛度隔振器的試制與試驗研究。在理論研究的基礎上，設計試制了空氣彈簧準零剛度隔振器原理樣機，并對樣機進行了靜動態(tài)試驗研究。通過靜力試驗研究得出：在靜力平衡位置承載相同的質量時，空氣彈簧準零剛度隔振器在整個位移范圍內的剛度都小于單個空氣彈簧

7、，說明其在保持較高靜態(tài)剛度的同時，具有更小的動態(tài)剛度，尤其在靜力平衡位置附近的較大位移范圍內趨近于零，這表明空氣彈簧準零剛度隔振器具有較好的準零剛度特性；當改變豎直空氣彈簧的初始氣壓時，其靜力平衡位置的承載力將發(fā)生變化，則可以通過調節(jié)水平彈簧的初始氣壓，使隔振器保持準零剛度特性，這表明空氣彈簧準零剛度隔振器對于變承載質量的隔振系統(tǒng)能夠達到較好的隔振效果。同時，開展了不同激勵幅值條件下的諧波掃頻激勵振動試驗，以及不同振幅和激振頻率條件下的

8、定頻諧波激勵振動試驗。試驗表明：相對于單個空氣彈簧隔振系統(tǒng)，空氣彈簧準零剛度隔振系統(tǒng)具有更小的共振頻率、隔振起始頻率和最大傳遞率峰值；但是由于較大阻尼的存在，系統(tǒng)趨于線性；且空氣彈簧準零剛度隔振系統(tǒng)的隔振起始頻率和共振頻率隨著激勵幅值的增大而減小，最大傳遞率峰值隨著激勵幅值的增大而增大。除此之外，開展了半正弦波和后峰鋸齒波兩種波形的沖擊激勵試驗。試驗表明：空氣彈簧準零剛度隔振系統(tǒng)對沖擊激勵具有較好的衰減效果，其抗沖擊能力優(yōu)于單個空氣彈簧

9、隔振系統(tǒng)。
　　(4)空氣彈簧準零剛度隔振器在某型越野型急救車上的應用研究。將空氣彈簧準零剛度隔振器應用于某型越野急救車，建立了車載擔架支架隔振系統(tǒng)，并對其進行了臥姿傷病員乘臥舒適性和坐姿傷病員乘坐舒適性試驗。試驗表明，針對運送1名臥姿傷病員和3名坐姿傷病員兩種工況，當越野型急救車以不同車速分別在瀝青路和鄉(xiāng)村土路等速行駛時，該隔振系統(tǒng)均取得了較好的隔振效果，證明空氣彈簧準零剛度隔振器對于變質量隔振系統(tǒng)具有較好的隔振性能。同時，由傷

10、病員振動舒適性分析評價結果發(fā)現(xiàn)：當越野型急救車以不同車速在瀝青路等速行駛時，1名臥姿和3名坐姿傷病員的舒適性級別評價結果均為“非常舒適”；而在鄉(xiāng)村土路行駛時，除車速50km/h時后方坐姿傷員舒適性級別評價結果為“比較舒適”外，其余評價結果均為“舒適”。
　　本文通過對新型空氣彈簧準零剛度隔振器的理論分析、試驗測試和應用研究，驗證了空氣彈簧準零剛度隔振器設計思路的合理性、研制開發(fā)的可行性和實際應用的有效性。將其應用于越野型急救車車載