基于两相流的矿用自卸车新型悬架系统设计

摘要

随着国民经济的发展，矿用自卸车越来越广泛地应用于大型露天矿山中，但矿用自卸车工作环境恶劣、载重量大，行驶平顺性和操纵稳定性差。悬架传递着车架与车轮之间的一切力和力矩，直接影响车辆的平顺性和操纵稳定性，因此对矿用自卸车悬架系统进行新结构设计，具有重要的经济效益和工程应用价值。悬架系统一般由导向机构、弹性元件和减振器组成，悬架系统的性能可以通过导向机构的运动学特性和弹性元件、减振器的动力学特性来评价。矿用自卸车行驶道路恶劣，产生车辆跑偏、轮胎异常磨损等运动学问题，因此需要对决定运动学性能的导向机构进行设计。矿用自卸车上广泛使用集弹性元件和减振器于一体的油气弹簧，但目前对油气弹簧内部气液接触的相互作用研究较少，难以准确描述油气弹簧的力学特性，本文利用气液两相流模型，对油气弹簧内部流场进行了数值计算，并从矿用自卸车平顺性出发，设计了油气弹簧的阀系结构。
　　本研究主要内容包括：⑴论述了悬架运动学特性，对原有导向机构进行分析研究，得出造成矿用自卸车跑偏、轮胎磨损以及 A型架开裂的原因，并设计得到了满足悬架运动学要求的双横臂式悬架，为后续油气弹簧结构设计提供了系统基础。⑵建立了考虑高压高阻的油气弹簧半经验公式。矿用自卸车载重大，油气弹簧中油气接触且压强可达几十兆帕，考虑气体溶解的同时，利用实际气体状态方程进行非线性弹性力半经验公式建模；油气弹簧流道复杂，建立了考虑起始段阻力和局部阻力的非线性阻尼力半经验公式；并通过试验验证了半经验公式的准确性，为后续油气弹簧力学特性的分析优化奠定了理论基础。⑶研究优化得出基于平顺性的油气弹簧非线性力学特性。根据矿用自卸车空满载载荷变化大的特点，以偏频一致为要求，设计出跟随载荷变化的非线性刚度特性；再以偏频值和压缩与拉伸阶段的阻尼力多项式系数为优化变量，对整车平顺性进行优化，得出基于整车平顺性的非线性力学特性，为油气弹簧内部结构设计提供依据。⑷为了使油气弹簧与矿用自卸车良好匹配，充分发挥非线性力学特性，需要对油气弹簧阀系结构进行设计。利用Fluent流场分析软件，通过两相流、动网格、UDF的运用对油气弹簧拉伸、压缩行程进行流场动力学数值计算，以基于平顺性的非线性力学特性为基准，对油气弹簧阀系结构进行设计。

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第1章 绪论

1.1课题研究背景及意义

1.2悬架系统研究概况

1.3油气弹簧研究概况

1.4阀系结构流场动力学研究概况

1.5论文研究的主要内容

第2章 基于悬架运动学特性的导向机构设计

2.1悬架运动学特性分析

2.2前悬架运动学建模与分析

2.3基于运动学特性的双横臂导向机构设计

2.4本章小结

第3章 高压高阻油气弹簧半经验公式精确建模

3.1油气弹簧结构和原理

3.2高压高阻油气弹簧半经验公式建模

3.3油气弹簧半经验公式验证

3.4基于油气弹簧半经验公式的整车刚柔耦合建模

3.5本章小结

第4章 基于平顺性的非线性力学特性研究优化

4.1线性刚度阻尼对悬架性能影响分析

4.2非线性振动方程求解分析

4.3 基于偏频一致的非线性刚度特性分析

4.4基于平顺性的非线性刚度阻尼特性求解

4.5本章小结

第5章 基于两相流的油气弹簧新结构设计

5.1基于偏频一致的油气弹簧气室设计

5.2基于Fluent的流场分析方法验证

5.3基于相变两相流的阻尼孔新结构设计

5.4基于动网格的单向阀新结构设计

5.5油气弹簧阀系结构设计结果分析

5.6本章小结

结论

1．论文主要研究工作及结论

2．本文主要创新点

3．展望

参考文献

致谢

附录A（攻读学位期间发表的论文）