2.节流管管径为4mm情况下的仿真结果
节流管管径始终保持1个数值(4mm ),节流管就会对空气弹簧与附加气室之间的空气流动产生阻碍。这样相当于空气弹簧与附加气室之间联系的紧密程度下降,在这种情况下空气弹簧气压与附加气室气压的波形将会产生差别。
将节流管的内径变更为r=0.004m,其它参数与表1完全相同。此试验条件下,空气弹簧气压、附加气室气压变化规律如图3所示。
此仿真结果表明,节流管管径下降,空气弹簧和附加气室的气压变化幅度略有变化,且2处气压在波动中产生了一定的相位差。由于此时仍处于低振幅、低频率的情况,因此2者的区别还不明显。
此情况下空气弹簧刚度为K=5344N/m,与节流管内径为20mm的情况相比,刚度略有增加。
下面,其它条件不变,把振幅改变为2mm,则仿真结果如图4所示。
可以看出,振幅减小,除影响2处气压的振幅,使之减小外,还使2气室的相位差减小。系统刚度下降回原来的5216N/m,说明在振幅2mm的情况下,空气流动速率较缓,4mm的管径也足以使空气在2气室自由流动。
把振幅调回10mm,振动频率改变为5Hz,则仿真结果如图5。
除气压的振动频率改变外,空气弹簧的振幅明显大于附加气室,且附加气室相位滞后于空气弹簧。
此时的系统刚度,K=10144N/m。说明在此试验条件下,空气弹簧频率升高,会提高空气弹簧刚度。
把振动频率调回1Hz,使附加气室大小变为40L,仿真结果如图6。
同样,空气弹簧气压比附加气室气压的振幅更大,相位更靠前。
经计算,此时空气弹簧的刚度下降到K=4960N/m。相对于附加气室10L的情况,刚度有所下降。但节流管管径为20mm时,附加气室从10L变到40L,导致空气弹簧刚度从K =5216N/m下降到1984N/m。而此时,节流管管径为4mm,附加气室刚度的变化为从K=5344N/m下降到K =4960N/m,相对变化幅度很小,说明在节流管管径为4mm时,附加气室体积增大对减小空气弹簧刚度的效果下降了很多。
为研究节流管内径对系统刚度的影响,特地在1Hz,10mm振幅、40L附加气室体积的仿真条件下,让节流管内径从4mm变化到20mm,仿真计算空气弹簧—附加气室系统刚度。仿真结果如图7。
刚度随节流管内径增加,先单调下降,继而保持稳定。并且,刚度增加的同时,伴随着附加气室与主气室气压变化的相位差增大。
综合以上仿真结果可知:空气弹簧—附加气室系统的刚度与附加气室大小有关。在其它条件不变的条件下,系统刚度随附加气室的增大而减小。此外,节流管内径也是一个很重要的参数。节流管内径的大小决定空气弹簧与附加气室联系的紧密程度:内径越大,空气弹簧与附加气室联系越紧密,相位差越小,附加气室对刚度的降低效用越能充分发挥;内径越小,空气弹簧与附加气室联系越·不明显,相位差越大,附加气室对刚度的降低效果越不明显。在节流管内径从“足够大”(空气弹簧与附加气室的气压在仿真过程中基本不存在相位差)变化到0的过程中,空气弹簧—附加气室系统的刚度先是基本不变,然后逐渐变大。在节流管内径并不足够大的情况下,输入激励振幅或频率的提高,都会使附加气室的效果更加不明显,进一步增大空气弹簧的刚度。
三、小结
本文旨在对可变附加气室容积空气弹簧特性进行理论研究,主要研究手段是用MATLAB中的Simulink模块搭建仿真模型。通过研究与空气弹簧相关的流体力学及工程热力学的相关知识,并结合空气弹簧自身特性,成功推导出了在空气弹簧受到路面正弦激励情况下,空气弹簧与附加气室气体交换的过程方程。利用此方程,搭建了仿真模型,进行了仿真,分析出了变附加气室空气弹簧的一些力学特性。由仿真模型的示波器图形看出,仿真的偏差不大,可以正确反映当空气弹簧—附加气室系统的一些参数变化时,空气弹簧力学性能的变化趋势,这也为后续的试验研究奠定了基础。
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