管梁固定式懸置系統參數靈敏度分析

朱 強,周良生

（1.陸軍軍事交通學院 研究生管理大隊;2.軍事交通學院運輸研究所,天津 300161）

管梁固定式懸置系統參數靈敏度分析

朱 強1,周良生2

（1.陸軍軍事交通學院 研究生管理大隊;2.軍事交通學院運輸研究所,天津 300161）

這里介紹一種管梁固定式懸置系統。為了獲得管梁固定式懸置系統參數對上裝側傾振動的影響和最優的結構參數，建立了整車多體動力學模型。以上裝側傾振動角加速度為目標，采用正交試驗對結構的位置、扭轉剛度參數進行靈敏度分析。結果顯示，管梁固定式懸置系統的扭轉剛度參數比位置參數對上裝振動的影響程度大。考慮穩定性后，扭轉剛度的影響程度也比較大。

管梁；減振；側傾振動；靈敏度

懸置系統的隔振性能對運輸車輛十分重要，它是決定運輸車輛效率和壽命的重要因素。管梁固定式懸置系統，對由于路面不平度產生斜對稱動載荷給車輛帶來的扭轉振動能起到明顯減弱效果，對上裝隔振性能非常好。在懸置系統減振效果進行分析后，需要對懸置系統參數對上裝的振動的影響程度進行分析，同時對參數進一步優化。

本文在仿真分析懸置系統的隔振性能后，基于正交試驗分析隔振性能對管梁式懸置系統的結構參數的靈敏度。得到各參數對隔振性能的影響程度的不同后，通過遺傳算法對懸置系統的參數進行優化，得到最優隔振性能的結構參數，對管梁式懸置系統的進一步深入研究具有比較大的意義。

1 整車多體動力學模型的建立

1.1 管梁式柔性體車架

管梁式柔性體副車架是基于圓管的扭轉承載能力，由等半徑的管梁和翼梁組成[1]。橫梁均勻分布在管梁上與管梁剛性連接，以管梁的中性面支撐點附件和車架剛性連接，管梁兩頭的兩個支撐點連接要限制管梁的軸向位移和垂直位移，使其只能發生軸向轉動。管梁式柔性體車架，對路面不平度帶來的扭矩載荷的衰減效果顯著，尤其適用于工作路面比較差的重型軍用運輸車輛。

1.2 整車模型的建立

通過試驗獲取某運輸車輛相關參數，將管梁式柔性體車架通過合理設計安裝在整車模型上，獲得如圖1所示的加裝管梁式柔性體車架的整車多體動力學模型。

圖1 整車多體動力學模型

2 路面的生成與仿真分析

2.1 三維路面模型的生成

在路面不平度的研究中，國內外學者提出過不同形式的功率譜密度表達式。對于隨機路面，用Adams/Car Ride里的路面輪廓生成器就可以生成。對于脈沖路面和大扭曲路面三維模型的創建，這里我使用Adams/Car Ride里的Road Builder來創建。創建的寬度三角脈沖激勵三維模型和大扭曲路面三維模型。

2.2 仿真結果分析

在Adams里車輛以60km/h車速在B級隨機路面、三角脈沖路面和大扭曲路面進行仿真，通過處理得到其上裝質心處側傾振動角加速度值如表1所示。

表1 不同路面下上裝質心處側傾振動角加速度

3 正交試驗懸置系統參數靈敏度分析

3.1 正交試驗設計

正交試驗設計就是采用正交試驗表來安排試驗的方法[3]。這里用正交試驗設計方法進行結構參數的靈敏度分析。選擇管梁與車架固連點X1和管梁因固連點不同導致的兩端不同的圓管的扭轉剛度K1、K2作為設計變量，忽略其他影響不大的因素。具體設計變量及所取水平如表2所示。

表2 正交試驗設計變量及各水平取值

上述共3個變量，每個變量取3個水平，編制正交試驗表L9（），評價函數參照ISO2631-1:1997(E)與GB/T4970-1996。由于管梁式懸置結構對上裝在扭轉振動的減振效果明顯，對車輛垂向和俯仰振動的影響不大，因此這里只考慮上裝側傾振動角加速度均方根值RMS（記為R），同時考慮側傾角，為便于比較，定義評價函數和為：

在空間B級仿真路面以車速30km/h進行靈敏度分析，表3給出了仿真后正交試驗結果的處理。

表3 正交設計試驗表及數據處理結果

3.2 正交試驗設計結果處理

為了分析各個因素對試驗目標的影響主次關系，需要對正交試驗的結果進行處理。利用極差分析法處理試驗結果，確定因素的影響主次關系是一種較為有效的方法。

不考慮側傾角，處理得到上裝振動水平對懸置系統參數的靈敏度分析結果如表4所示。

表4 上裝振動水平對懸置參數的靈敏度

表5 振動水平對懸置參數的靈敏度

考慮側傾穩定性，將上裝振動時車廂側傾角與側傾振動角加速度作為評價函數，為便于比較，選取函數作為評價函數。處理得到上裝振動水平對懸置系統參數的靈敏度分析結果如表5所示。

根據極差分析法，極差值得大小決定著該參數對目標值得影響程度，也就是靈敏度。由表4、5靈敏度結果分析結果可知，無論是考慮車輛側傾穩定性還是只考慮側傾振動，管梁的扭轉剛度K1和K2對上裝振動水平影響比管梁與車架連接的位置最大，且管梁兩端扭轉剛度的影響程度差不多。而且可以看出，在一定范圍內，隨著管梁扭轉剛度的增加，振動水平有顯著下降。

4 結論

（1）以某重型越野運輸車為原型，在車架與上裝間加裝經柔性化處理后的管梁式柔性體懸置結構，通過Adams多體動力學仿真，得到擁有管梁固定式懸置系統的車輛上裝側傾振動的響應變化曲線，結果的精確性比較好。

（2）通過正交試驗設計對側傾振動以及考慮車輛側傾穩定性對懸置結構參數的靈敏度進行分析，得到了振動水平對各參數的靈敏度，對后續結構的改進有一定的意義。

[1]王凱楠.運輸車輛廂體懸置系統優化設計研究[D].天津大學,2014.

[2]唐天柱.某重型卡車駕駛室振動問題分析及優化[D].湖南大學,2013.

[3]張武,陳劍,陳鳴.采用正交試驗的發動機懸置系統靈敏度分析[J].噪聲與振動控制,2011,31(05):168-172.

10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.01.011