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1、目录学位论文阅读报告STUDY ON THE PERFORMANCE OF HYDRO-PNEUMATIC SUSPENSION SYSTEM FOR MINING DUMP TRUCK 矿用自卸车油气悬挂系统性能研究学院：机械工程学院专业：机械电子工程班级：机电2班姓名：任志勇学号：S14080202016目 录第1章 课题来源11.1课题背景11.2课题来源11.3实际应用中的发展及主要问题1第2章 课题研究的意义32.1课题研究的意义3第3章 论文主要内容53.1论文主要内容53.1.1论文第1章内容53.1.2论文第2章内容53.1.3论文第3章内容53.1.4论文第 4 章内容53.
2、1.5论文第5章内容5第4章 创新点74.1主要工作和创新7第5章 没有解决的问题及以后可继续开展的工作95.1论文没有解决的问题及以后可继续开展的工作9参考文献11附录13附录1 论文摘要13附录2 论文目录15I第3章 论文主要内容第1章 课题来源1.1课题背景近年来，各生产制造业发展迅速，传统小型车辆无法满足矿石运输需求量的增长，大型矿用自卸车已经被广泛应用到矿山运输领域，使得运输的效率提高且成本降低,。然而，矿山的运行环境复杂恶劣，路况条件差，这必然对矿用自卸车悬挂系统减振性能有很高的要求，所以对其悬挂系统特性的深入研究十分必要。1.2课题来源矿用自卸车行驶环境恶劣且复杂多变，路面条件
3、极差，如何保证车辆的悬挂系统减振性能优越，适应矿山工作环境，已被国内外研究人员和车辆生产者广泛关注。矿用自卸车工作路况条件极差，如何保证车辆悬挂系统的工作性能是亟需解决的问题。较大吨位矿用自卸车一般采用油气悬挂，但是由于资金缺乏和国外核心研究成果一般处于保密状态，国内对油气悬挂系统的研制主要处于原理引进应用阶段。油气悬挂系统在车辆使用过程中出现诸多问题，对其性能的研究不得不被提上日程。1.3实际应用中的发展及主要问题油气悬挂系统以其良好的性能逐渐被广泛应用于各种车辆，但国内企业基本上只引进应用，很少对其各项特性进行深入研究。但由于油气悬挂系统在矿用自卸车的使用过程中频繁出现故障，针对这一现状，
4、建立项目“50t矿用自卸车油气悬挂系统性能研究”，主要通过对悬挂系统进行建模，运用计算机仿真分析，对影响其油气悬挂缸的工作特性各个参数进行具体分析，并对车辆行驶的平顺性进行仿真分析。1第2章 课题研究的意义2.1课题研究的意义油气悬挂系统是综合液压传动和控制技术，相比传统的悬挂系统而言，具有良好的非线性特性，因此广泛应用于现代车辆，本文所研究油气悬挂系统为秦皇岛实习单位所生产矿用自卸车。在使用过程中，车辆的油气悬挂装置经常出现紧固螺栓松动断裂、漏油、拔缸等现象，车辆其他结构件也经常出现开裂和松动现象，这与车辆振动产生的疲劳有极大的关系。车辆工作时，当悬挂系统性能不佳只能降低车速行驶，使得发动机
5、功率不能充分利用，且使得效率降低。实习单位建立项目“50t矿用自卸车油气悬挂系统性能研究”，针对其生产的50t矿用自卸车的油气悬挂系统进行理论研究与仿真分析，旨在得出影响油气悬挂系统性能的主要因素及其影响趋势，为下一步自卸车的油气悬挂系统设计开发、性能优化以及实际应用的改善提供一定的理论依据。3第3章 论文主要内容3.1论文主要内容3.1.1论文第1章内容介绍课题的研究背景、目的及意义，车辆悬挂系统介绍及组成。油气悬挂系统概述。3.1.2论文第2章内容分析了50吨矿用自卸车油气悬挂系统结构，以其为依据建立了整车的七自由度模型并进行了简化，得到了可单独分析的前油气悬挂缸或者后油气悬挂缸，使研究对
6、象大大简化，为1/4车辆平顺性研究提供理论依据。本章最后参考该矿用自卸车车后悬挂缸的内部结构，分析了油气悬挂系统的工作原理，为油气悬挂缸非线性模型建立奠定基础。3.1.3论文第3章内容根据50吨矿用自卸车结构，对其后油气悬挂缸活塞杆的输出力进行了建模分析。在模型建立的过程中考虑了温度对液压油的影响，根据悬挂缸的内部结构和孔口出流方程建立了油液的阻尼力模型；分析了油气悬挂缸内的气体性质，并根据实际气体状态方程建立了油气悬挂缸的气体弹性力模型。由建立模型结果可以看出，油气悬挂具有复杂的非线性特性，其中包括非线性阻尼特性和非线性刚度特性。本章中建立的油气悬挂缸非线性模型可用于分析其工作特性，为研究油
7、气悬挂缸的结构和工作参数对整车平顺性的影响规律提供理论基础。第4章 创新点3.1.4论文第 4 章内容使用MATLAB分析了自卸车油气悬挂缸的位移和速度特性，对影响油气悬挂系统的阻尼特性和刚度特性的各种因素进行了详细分析，得出了输入激励信号、悬挂缸的结构参数和悬挂系统的工作参数对悬挂缸动态特性的影响规律。分析结果表明，油气悬挂系统具有显著的非线性阻尼特性，且在拉伸和压缩行程明显不对称，同时油气悬挂系统还具有明显的非线性刚度特性。本章研究结果对以后的油气悬挂系统的参数选择和结构设计提供了依据，也可对悬挂缸试验研究起到一定的指导作用。3.1.5论文第5章内容运用MATLAB/Simulink得出路
8、面输入。运用牛顿力学定律建立系统的动力学方程，并以平顺性的三个评价指标作为系统的输出，将其转化为状态空间的表达形式，使用MATLAB/Simulink建立系统仿真模型，得出C级路面和D级路面激励下的车辆平顺性仿真结果，结果表明该矿用自卸车的悬挂系统性能符合车辆平顺性要求。最后分析了阻尼系数和刚度系数对行驶平顺性各个评价指标的影响。第4章 创新点4.1主要工作和创新（1）分析了50吨矿用自卸车悬挂系统具体结构，以此为依据建立了整车七自由度振动模型，并在一定条件下对其进行简化，得到1/4车两自由度的油气悬挂系统模型，并根据后油气悬挂缸内部结构，对油气悬挂系统工作原理进行了具体分析。（2）根据油气悬
9、挂系统工作原理，分别利用小孔节流理论和实际气体状态方程建立了悬挂缸输出阻尼力和弹性力的非线性数学模型，在建立模型的过程中将活塞（杆）与缸筒之间的摩擦力、工作温度对液压油粘度和气体状态的影响等非线性因素考虑在内。（3）使用MATLAB软件，对所建立模型进行了仿真分析，得出各个结构和工作参数对油气悬挂缸的位移和速度特性的影响，并对影响其阻尼和刚度特性的因素进行了具体分析，为油气悬挂系统设计和开发的参数选择提供了理论基础和试验依据。（4）对自卸车后油气悬挂系统进行了动力学分析，以随机路面激励为系统输入，评价车辆行驶性能的三个关键指标作为系统的输出，在MATLAB/Simulink中建立了仿真模型，得
10、出了不同路面等级下的仿真结果，并研究了阻尼和刚度变化对各个平顺性指标的影响，为车辆悬挂系统阻尼和刚度的选择提供了一定的依据。9第5章 没有解决的问题及以后可继续开展的工作第5章 没有解决的问题及以后可继续开展的工作5.1论文没有解决的问题及以后可继续开展的工作本文系统地研究了矿用自卸车油气悬挂系统的性能，建立了系统非线性模型，分析了系统阻尼和刚度的影响因素及其对车辆行驶平顺性的影响。本文的研究方法为以后的车辆油气悬挂系统性能研究提供了一定的参考价值。然而，本文研究内容还存在许多不足。一是在建立油气悬挂缸数学模型的过程中忽略了许多因素，对分析结果的精确度产生了影响。二是在车辆平顺性研究的过程中采
11、用了非参数化的研究方法，将油气悬挂的阻尼和刚度进行了线性化处理，未根据其非线性对系统进行分析，且未对悬挂缸的具体结构和工作参数对车辆的平顺性影响进行分析。三是由于条件有限，无法对油气悬挂系统分析结果进行试验验证。参考文献参考文献 孙博, 胡顺安, 周俊, 等. 国内非公路矿用自卸车发展现状研究J. 煤矿机械, 2010, 31(8): 15-16.2裴洁, 李来平. 浅析非公路 (矿用) 自卸车概况及标准综述J. 工程机械文摘, 2010, 3: 7.3赵青, 葛玉柱, 王晶晶, 等. 车辆主动悬挂系统的建模及控制方式J. 中南林业科技大学学报: 自然科学版, 2011, 30(12): 18
12、4-187.4 李双, 张鹏飞, 刚宪约. 1/2 汽车模型悬架动力学分析与性能优化J. 农业装备与车辆工程, 2013, 51(7): 36-40.5 石秉良, 张孝祖. 车辆悬挂系统的可控性与可观测性J. 江苏理工大学学报: 自然科学版, 1999, 20(3): 4-7.6 周长城. 汽车平顺性与悬架系统设计M. 北京: 机械工业出版社, 2011: 58-59.7 周桂凤, 王玉刚, 张东梅. 汽车悬架系统弹性元件的参数程序化设计J. 机电工程技术, 2012, 41(1): 52-56.8 周长城. 汽车减振器设计与特性仿真M. 北京: 机械工业出版社. 2012: 12-18.9
13、曹艺辉, 赵言正, 付庄. 无人车独立悬挂系统设计与仿真J. 机电一体化, 2012 (2): 17-21.10 Sardou M A, Djomseu P. Composite Compression C Springs and Light Independent Suspension for Trucks, Buses, Cars and TrainsJ. SAE transactions, 2000, 109(2): 683-695.11 董怀力, 文桂林, 王艳广, 等. 油气悬挂在不同温度下非线性特性的无损评测J. 中国科技论文在线, 2009, 4(8): 572-576.12 徐
14、玉荣. 电控油气悬架系统在汽车底盘控制中的研究与开发现状J. 科技信息(科学教研), 2008, 14: 344-345.13 王欣, 方新, 高顺德, 等. 连通式油气悬挂系统刚度特性分析J. 机床与液压, 2012, 40(9): 55-57, 72.14 王欣, 蔡福海, 高顺德. 车辆油气悬架技术现状与发展趋势J. 建筑机械: 上半月, 2007 (01S): 58-61.13附录附录1：摘 要矿用自卸车工作路况条件极差，如何保证车辆悬挂系统的工作性能是亟需解决的问题。较大吨位矿用自卸车一般采用油气悬挂，但是由于资金缺乏和国外核心研究成果一般处于保密状态，国内对油气悬挂系统的研制主要处
15、于原理引进应用阶段。油气悬挂系统在车辆使用过程中出现诸多问题，对其性能的研究不得不被提上日程。本文主要针对50吨矿用自卸车油气系统特性展开研究，对油气悬挂系统的研发设计和参数选择具有重要现实意义。现将整篇论文研究内容概括如下：首先，分析50吨矿用自卸车悬挂系统具体结构，建立整车七自由度振动模型并对其进行简化，得到1/4车两自由度油气悬挂系统振动模型，根据矿用自卸车后油气悬挂缸内部结构，对油气悬挂系统工作原理进行具体分析。其次，根据油气悬挂系统工作原理，建立油气悬挂缸非线性模型，在建模过程中将活塞（杆）与缸筒之间的摩擦力、工作温度对液压油粘度和气体特性的影响等非线性因素考虑在内。再次，用MATL
16、AB对所建立数学模型进行仿真分析，得出各个结构和环境因素对油气悬挂缸位移和速度特性的影响，并对影响其阻尼和刚度特性的因素进行具体分析，为油气悬挂系统设计开发和参数选择提供一定的理论基础以及试验依据。最后，建立随机路面激励时域模型，对自卸车后油气悬挂系统进行动力学分析，以车辆平顺性的三个关键指标作为系统的输出，用MATLAB/Simulink建立平顺性仿真模型，得出不同路面等级下仿真结果，并研究阻尼和刚度系数对各个平顺性指标的影响，为以后车辆悬挂系统阻尼和刚度的选择提供一定的参考价值。关键词：油气悬挂系统；矿用自卸车；性能研究；MATLAB/Simulink；车辆平顺性附录2：目录摘 要IAbs
17、tractIII第1章 绪 论11.1 课题来源及研究的意义11.2 车辆悬挂系统介绍.21.2.1 车辆悬挂系统组成.21.2.2 车辆悬挂系统的类型.31.3 油气悬挂系统概述.61.3.1 油气悬挂的研究现状.61.3.2 油气悬挂的应用领域.81.4 本文主要研究内容.9第2章 油气悬挂系统分析112.1 油气悬挂系统分类.112.2 矿用自卸车油气悬挂系统安装结构.142.2.1 前悬挂系统142.2.2 后悬挂系统152.3 矿用自卸车油气悬挂系统振动模型及其简化.152.3.1 整车七自由度模型162.3.2 振动系统的简化182.4油气悬挂系统工作原理202.5 本章小结.22
18、第3章 油气悬挂缸非线性模型建立233.1 油气悬挂缸输出力方程.233.2 油液阻尼力分析.243.2.1 油液的可压缩性243.2.2 孔口出流方程243.2.3 液压油动力粘度253.2.4 阻尼力的计算263.3 气体弹性力分析.283.3.1 理想气体状态方程283.3.2 实际气体状态方程293.3.3 弹性力的计算303.4 本章小结.32第4章 油气悬挂缸动态特性分析334.1 模型参数和激励信号选择.334.1.1 油气悬挂缸参数.334.1.2 仿真激励信号的选择.334.1.3 油气悬挂缸输出特性.364.2 位移特性和速度特性分析.384.2.1 油气悬挂缸结构参数对其
19、特性的影响.384.2.2 油气悬挂缸工作参数对其特性的影响.414.3 油气悬挂缸非线性特性研究.434.3.1 油气悬挂系统阻尼特性.434.3.2 油气悬挂系统刚度特性.464.4 本章小结.49第5章 油气悬挂系统车辆平顺性研究515.1 路面输入模型.515.1.1 路面不平度的功率谱密度.525.1.2 时域路面激励的时域模型.535.2 二自由度车辆动力学模型.555.2.1 油气悬挂缸刚度和阻尼系数的线性化.555.2.2 动力学模型的建立.565.3 二自由度1/4车动力学仿真.585.4 平顺性分析.605.5 本章小结.62结 论63参考文献65攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果68致 谢69作者简介70附录
