CN103133588A - 液压减振器局部压力损失及活塞孔等效长度的计算方法 - Google Patents

液压减振器局部压力损失及活塞孔等效长度的计算方法 Download PDF

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CN103133588A CN2013100735592A CN201310073559A CN103133588A CN 103133588 A CN103133588 A CN 103133588A CN 2013100735592 A CN2013100735592 A CN 2013100735592A CN 201310073559 A CN201310073559 A CN 201310073559A CN 103133588 A CN103133588 A CN 103133588A
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周长城
孔艳玲
刘小亭
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Abstract

本发明涉及液压减振器局部压力损失及活塞孔等效长度的计算方法，属于减振器技术领域。对于减振器局部压力损失及活塞孔等效长度先前一直没有均无可靠的计算方法，不能满足减振器设计及特性仿真精确建模的要求。本发明根据液压减振器结构参数、活塞孔直径、个数、油液参数和减振器速度，计算出突然缩小、突然扩大和改变方向的局部压力损失，并且将其叠加折算为活塞孔的等效长度。该方法为建立准确、可靠的液压减振器节流阀参数设计及特性仿真数学模型，提供了可靠的局部压力损失及活塞孔等效长度的计算方法。

Description

液压减振器局部压力损失及活塞孔等效长度的计算方法
技术领域
本发明涉及液压减振器，特别是液压减振器局部压力损失及活塞孔等效长度的计算方法。
背景技术
液压减振器的阻尼特性对悬架系统性能及车辆行驶平顺性具有重要影响，它不仅与减振器及节流阀的结构参数有关，而且与油液沿程及局部压力损失有关。液压局部压力损失对建立精确的减振器节流阀参数设计及可靠特性仿真数学模型具有重要影响，由于减振器压力损失是非线性的，而在实际减振器设计中大都取线性常数，甚至忽略了局部压力损失，因此，很难建立准确可靠的减振器设计及特性仿真数学模型，不能满足汽车减振器设计及特性仿真的要求。目前，对于减振器局部压力损失计算，国内外大都是利用流通有限元仿真软件，通过建模进行数值仿真，能够得到在给定减振器运动速度下的油液流动状态及近似特性值，但是由于在减振器不同运动速度情况下的压力损失是变化的，因此，该方法不能满足减振器现代化CAD设计及特性仿真的要求。
由于受节流阀片变形解析计算及油液非线性压力损失解析计算理论的制约，目前国外对减振器节流阀参数设计还没有可靠的设计方法，大都是首先凭经验确定一个常通孔面积，然后通过“反复试验＋修改”的方法，最终得到减振器常通孔面积设计值，因此，设计及试验费用高，开发周期长，难以满足汽车行业快速发展的要求。目前，我国在液压减振器设计及特性仿真研究方面取得了突破，例如，山东理工大学已解决了制约减振器设计的节流阀片变形解析计算问题，并且对油液局部压力损失及活塞孔等效长度折算进行了一定的研究，为实现液压减振器节流阀参数CAD设计奠定了可靠的理论基础。随着汽车工业的快速发展及汽车行驶速度的不断提高，对减振器设计提出了更高的要求。因此，为了满足液压减振器节流阀参数设计及特性仿真精确建模的要求，必须建立一种准确、可靠的液压减振器局部压力损失及活塞孔等效长度的计算方法。
发明内容
针对上述现有技术中存在的缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种准确、可靠的液压减振器局部压力损失及活塞孔等效长度的计算方法，其计算流程图如图1所示。
本发明所提供的液压减振器局部压力损失及活塞孔等效长度的计算方法，其特征在于采用以下计算步骤：
（1）确定活塞孔突然缩小的局部压力损失系数
Figure 167101DEST_PATH_IMAGE001
：
根据塞孔总面积与活塞缸筒和活塞杆之间环形面积的比值A 2/A 1＝
Figure 27609DEST_PATH_IMAGE002
的大小，查阅《液压设计手册》，确定活塞孔突然缩小的局部阻力系数
Figure 288826DEST_PATH_IMAGE001
，其中，D h为活塞缸筒内径，d g为活塞杆直径，d h为活塞孔直径，n h为活塞孔的个数；
（2）确定活塞孔方向改变的局部压力损失系数
Figure 20022DEST_PATH_IMAGE003
：
根据活塞孔的角度
Figure 482227DEST_PATH_IMAGE004
，确定活塞孔方向改变的局部阻力系数
Figure 830032DEST_PATH_IMAGE003
；
（3）确定活塞孔突然扩大的局部压力损失系数
Figure 949484DEST_PATH_IMAGE006
：
根据活塞孔直径
Figure 707224DEST_PATH_IMAGE007
，活塞孔的个数n h，复原阀内腔中固定复原阀片底座的半径
Figure 417691DEST_PATH_IMAGE008
，复原阀内腔半径，即阀口半径，确定活塞孔突然扩大的局部阻力系数；
（4）确定减振器临界速度
Figure 592824DEST_PATH_IMAGE011
点：
根据减振器活塞缸筒内径
Figure 525008DEST_PATH_IMAGE012
，活塞杆直径d g，活塞孔直径d h和个数n h，油液运动粘度
Figure 462877DEST_PATH_IMAGE013
及油液层流与紊流的临界雷诺数Rec＝2300，确定减振器临界速度为： 
Figure 529239DEST_PATH_IMAGE014
；
（5）计算活塞孔的沿程压力损失系数
Figure 948719DEST_PATH_IMAGE015
：
根据活塞缸筒内径
Figure 436418DEST_PATH_IMAGE016
，活塞杆直径d g，活塞孔直径d h和个数n h，油液运动粘度
Figure 257744DEST_PATH_IMAGE013
及油液层流与紊流的临界雷诺数Rec，减振器运动速度V，及步骤（4）中的减振器临界速度
Figure 793767DEST_PATH_IMAGE011
，对活塞孔的沿程压力损失系数
Figure 700543DEST_PATH_IMAGE015
进行计算：
Figure 980215DEST_PATH_IMAGE017
；
（6）计算减振器活塞孔的等效长度
Figure 656047DEST_PATH_IMAGE018
：
根据活塞孔的物理长度
Figure 362972DEST_PATH_IMAGE019
，活塞孔直径，步骤（5）中的沿程压力损失系数
Figure 43669DEST_PATH_IMAGE015
，及步骤（1）～步骤（3）中的
Figure 964220DEST_PATH_IMAGE001
，和
Figure 457835DEST_PATH_IMAGE006
，计算在不同减振器速度下活塞孔等效长度
Figure 954676DEST_PATH_IMAGE018
为：
                           
Figure 729734DEST_PATH_IMAGE020
。
本发明比现有技术具有的优点：
液压减振器局部压力损失及活塞孔等效长度的计算方法，根据液压减振器结构参数、活塞孔直径和个数及油液参数，确定减振器活塞孔突然缩小、突然扩大和改变方向的局部压力损失系数，根据减振器临界速度V c 及在不同速度下的活塞孔沿程压力损失系数，将局部压力损失系数叠加折算为活塞孔等效长度，可实现在对不同速度情况下的减振器局部压力损失及活塞孔等效长度的计算，为建立精确节流阀参数设计及特性仿真数学模型及得到可靠的参数设计值及特性仿真值，提供了重要分析计算方法。
为了更好地理解本发明下面结合附图作进一步的说明。
图1是液压减振器局部压力损失及活塞孔等效长度计算流程图；
图2 是液压减振器活塞体的结构图；
图3 是实施例一的液压减振器活塞孔沿程压力损失系数
Figure 653828DEST_PATH_IMAGE015
随速度V变化曲线；
图4 是实施例一的液压减振器活塞孔等效长度随速度V变化情况；
图5 是实施例二的液压减振器活塞孔沿程压力损失系数
Figure 916499DEST_PATH_IMAGE015
随速度的变化情况；
图6 是实施例二的液压减振器活塞孔等效长度
Figure 811642DEST_PATH_IMAGE018
随速度V变化情况。
具体实施方案
下面通过实施例对本发明作进一步详细说明。
实施例一：某减振器活塞总成及复原阀结构如图2所示，活塞体1，活塞杆2，活塞孔3，复原阀片4，限位挡圈5，紧固螺母6，常通节流孔7，其中，对于活塞孔3的角度为，节流阀片4的内圆半径r a，外圆半径r b，阀口半径为r k。该减振器的活塞缸筒内径
Figure 621652DEST_PATH_IMAGE023
，活塞杆直径d g＝20mm，活塞孔直径
Figure 460295DEST_PATH_IMAGE024
，活塞孔的物理长度L h＝9mm，活塞孔个数
Figure 209946DEST_PATH_IMAGE025
，活塞孔的角度
Figure 475842DEST_PATH_IMAGE026
，油液运动粘度
Figure 678153DEST_PATH_IMAGE013
＝
Figure 54908DEST_PATH_IMAGE027
m2/s，油液层流与紊流的临界雷诺数Rec＝2300。
本发明实例所提供的液压减振器局部压力损失及活塞孔等效长度的计算方法，其计算流程如图1所示，具体计算步骤如下：
（1）确定活塞孔突然缩小的局部压力损失系数
Figure 659064DEST_PATH_IMAGE001
：
根据图2减振器活塞及复原阀体结构：活塞缸筒内径
Figure 95862DEST_PATH_IMAGE023
，活塞杆直径d g＝20mm，活塞孔直径
Figure 785469DEST_PATH_IMAGE024
，活塞孔的个数
Figure 559390DEST_PATH_IMAGE025
，及活塞孔总面积与活塞缸筒和活塞杆之间环形面积的比值A 2/A 1＝
Figure 893420DEST_PATH_IMAGE002
＝0.0417，查阅《液压设计手册》，如表1所示，并通过插值运算，确定活塞孔突然缩小的局部阻力系数
Figure 625752DEST_PATH_IMAGE001
＝0.47； 
表1 突然缩小的局部压力损失系数
Figure 678022DEST_PATH_IMAGE028
A 2/A 1 0.01 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0
Figure 786792DEST_PATH_IMAGE029
 0.490 0.469 0.431 0.387 0.343 0.298 0.257 0.212 0.161 0.070 0.00
（2）活塞孔方向改变的局部压力损失系数
Figure 975328DEST_PATH_IMAGE003
：
根据活塞孔的角度
Figure 878562DEST_PATH_IMAGE030
，确定活塞孔方向改变的局部阻力系数
Figure 418128DEST_PATH_IMAGE003
为：
Figure 65010DEST_PATH_IMAGE003
＝0.2707；
（3）确定活塞孔突然扩大的局部压力损失系数
Figure 447767DEST_PATH_IMAGE006
：
根据活塞孔直径
Figure 68104DEST_PATH_IMAGE024
，活塞孔的个数，复原阀内腔中固定复原阀片底座的半径
Figure 416226DEST_PATH_IMAGE008
＝5.5mm，复原阀内腔半径
Figure 802208DEST_PATH_IMAGE009
＝8.0mm，确定活塞孔突然扩大的局部阻力系数
Figure 175420DEST_PATH_IMAGE006
为：
Figure 39471DEST_PATH_IMAGE010
＝0.777；
（4）确定减振器临界速度
Figure 447318DEST_PATH_IMAGE011
：
根据图2减振器活塞体的结构参数：活塞缸筒内径
Figure 738623DEST_PATH_IMAGE023
，活塞杆直径d g＝20mm，活塞孔直径
Figure 599131DEST_PATH_IMAGE024
和个数
Figure 266873DEST_PATH_IMAGE025
，油液运动粘度
Figure 529227DEST_PATH_IMAGE013
＝
Figure 991432DEST_PATH_IMAGE027
m2/s及临界雷诺数Rec＝2300，确定减振器临界速度
Figure 339237DEST_PATH_IMAGE011
为： 
Figure 545090DEST_PATH_IMAGE014
＝0.4792m/s；
（5）在减振器速度V下的沿程压力损失系数
Figure 661951DEST_PATH_IMAGE015
计算：
根据活塞缸筒内径
Figure 560637DEST_PATH_IMAGE023
，活塞杆直径d g＝20mm，活塞孔直径
Figure 395738DEST_PATH_IMAGE024
和个数
Figure 139703DEST_PATH_IMAGE025
，油液运动粘度
Figure 376649DEST_PATH_IMAGE013
＝
Figure 180657DEST_PATH_IMAGE027
m2/s，减振器运动速度V，及步骤（4）中的减振器临界速度
Figure 503054DEST_PATH_IMAGE011
＝0.4792m/s，对活塞孔的沿程压力损失系数
Figure 50710DEST_PATH_IMAGE015
按照以下分段函数进行计算：
Figure 153881DEST_PATH_IMAGE017
；
     当减振器运动速度V=0.3m/s时，活塞孔沿程压力损失系数
Figure 987845DEST_PATH_IMAGE015
＝0.0444；
当减振器运动速度V= 0.7326m/s时，活塞孔沿程压力损失系数
Figure 407325DEST_PATH_IMAGE015
＝0.0278；
   当减振器速度在0～1.0m/s范围内变化时，该减振器活塞孔的沿程压力损失系数
Figure 883306DEST_PATH_IMAGE015
随速度变化情况，如图3所示；
（6）减振器活塞孔等效长度计算：
根据活塞孔的物理长度
Figure 704632DEST_PATH_IMAGE019
＝9.0mm，活塞孔直径
Figure 240655DEST_PATH_IMAGE007
＝2.0mm，步骤（5）中的活塞孔的沿程压力损失系数
Figure 147431DEST_PATH_IMAGE015
，及步骤（1）～步骤（3）中的＝0.47，
Figure 102935DEST_PATH_IMAGE003
=0.2707和
Figure 809860DEST_PATH_IMAGE006
0.777，计算在不同减振器速度V下的活塞孔等效长度：
                           
Figure 21715DEST_PATH_IMAGE020
；
         当减振器运动速度V=0.3m/s时，活塞孔等效长度
Figure 552054DEST_PATH_IMAGE018
＝77.3mm；
         当减振器运动速度V= 0.7326m/s时，活塞孔等效长度＝130.3mm；
     当减振器运动速度在0～1.0m/s范围内变化时，活塞孔等效长度
Figure 311248DEST_PATH_IMAGE018
随速度V变化曲线，如图4所示。
实施例二：某液压液压减振器的活塞缸筒内径
Figure 932722DEST_PATH_IMAGE023
，活塞杆直径d g＝18mm，活塞孔直径
Figure 583147DEST_PATH_IMAGE024
，活塞孔个数
Figure 2013100735592100002DEST_PATH_IMAGE031
，活塞孔的角度
Figure 428612DEST_PATH_IMAGE032
，油液运动粘度
Figure 797276DEST_PATH_IMAGE013
＝
Figure 956862DEST_PATH_IMAGE027
m2/s，油液层流与紊流的临界雷诺数Rec＝2300。
采用实施例一的计算步骤，根据减振器活塞体的结构参数和油液参数，确定活塞孔突然缩小的局部阻力系数
Figure 727372DEST_PATH_IMAGE001
＝0.47，活塞孔方向改变的局部阻力系数
Figure 681421DEST_PATH_IMAGE003
＝0.3869，活塞孔突然扩大的局部阻力系数＝0.676，减振器临界速度V c＝0.6m/s；对在不同速度情况下的活塞孔沿程压力损失系数
Figure 500659DEST_PATH_IMAGE015
进行计算，在0～1.0m/s区间内活塞孔沿程压力损失系数
Figure 860096DEST_PATH_IMAGE015
随速度的变化曲线，如图5所示；对不同速度下的减振器活塞孔等效长度
Figure 719468DEST_PATH_IMAGE018
进行计算：
       当减振器运动速度V=0.3m/s时，活塞孔等效长度
Figure 328303DEST_PATH_IMAGE018
＝64.1mm；
当减振器运动速度V= 0.7326m/s时，活塞孔等效长度
Figure 95271DEST_PATH_IMAGE018
＝124.8mm；
     当减振器运动速度在0～1.0m/s范围内变化时，实施例二的液压减振器活塞孔等效长度随速度V变化曲线，如图6所示。

Claims (2)

1.液压减振器局部压力损失及活塞孔等效长度的计算方法，其具体步骤如下：
（1）确定活塞孔突然缩小的局部压力损失系数 
Figure 962881DEST_PATH_IMAGE001
：
根据塞孔总面积与活塞缸筒和活塞杆之间环形面积的比值A 2/A 1＝的大小，查阅《液压设计手册》，确定活塞孔突然缩小的局部阻力系数
Figure 691857DEST_PATH_IMAGE001
，其中，D h为活塞缸筒内径，d g为活塞杆直径，d h为活塞孔直径，n h为活塞孔的个数；
（2）确定活塞孔方向改变的局部压力损失系数
Figure 71017DEST_PATH_IMAGE003
：
根据活塞孔的角度，确定活塞孔方向改变的局部阻力系数
Figure 562456DEST_PATH_IMAGE005
；
（3）确定活塞孔突然扩大的局部压力损失系数
Figure 479728DEST_PATH_IMAGE006
：
根据活塞孔直径，活塞孔的个数n h，复原阀内腔中固定复原阀片底座的半径
Figure 806858DEST_PATH_IMAGE008
，复原阀内腔半径，即阀口半径，确定活塞孔突然扩大的局部阻力系数
Figure 464553DEST_PATH_IMAGE010
；
（4）确定减振器临界速度
Figure 537551DEST_PATH_IMAGE011
点：
根据减振器活塞缸筒内径
Figure 505507DEST_PATH_IMAGE012
，活塞杆直径d g，活塞孔直径d h和个数n h，油液运动粘度及油液层流与紊流的临界雷诺数Rec＝2300，确定减振器临界速度
Figure 421565DEST_PATH_IMAGE011
为： 
Figure 365382DEST_PATH_IMAGE014
；
（5）计算活塞孔的沿程压力损失系数： 
根据活塞缸筒内径
Figure 149984DEST_PATH_IMAGE016
，活塞杆直径d g，活塞孔直径d h和个数n h，油液运动粘度
Figure 711284DEST_PATH_IMAGE013
及油液层流与紊流的临界雷诺数Rec，减振器运动速度V，及步骤（4）中的减振器临界速度
Figure 758875DEST_PATH_IMAGE011
，对活塞孔的沿程压力损失系数
Figure 68633DEST_PATH_IMAGE015
进行计算：
；
（6）计算减振器活塞孔的等效长度
Figure 68130DEST_PATH_IMAGE018
：
根据活塞孔的物理长度
Figure 237073DEST_PATH_IMAGE019
，活塞孔直径
Figure 717733DEST_PATH_IMAGE007
，步骤（5）中的沿程压力损失系数
Figure 72491DEST_PATH_IMAGE015
，及步骤（1）～步骤（3）中的
Figure 742638DEST_PATH_IMAGE001
，
Figure 436924DEST_PATH_IMAGE003
和
Figure 150802DEST_PATH_IMAGE006
，计算在不同减振器速度下活塞孔等效长度为：
                           
Figure 965229DEST_PATH_IMAGE020
。
2.根据权利要求1所述方法中的步骤（6），其特征在于：根据活塞孔的物理长度
Figure 514022DEST_PATH_IMAGE019
和孔直径
Figure 415113DEST_PATH_IMAGE007
及在不同减振器速度下的活塞孔沿程压力损失系数，将局部压力损失系数
Figure 989369DEST_PATH_IMAGE001
，
Figure 658248DEST_PATH_IMAGE003
和叠加折算为液压减振器活塞孔的等效长度
Figure 281307DEST_PATH_IMAGE018
。
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