CN103411748A - 一种双空气弹簧综合性能试验台 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双空气弹簧综合性能试验台，属于车辆工程技术领域。它能有效地模拟空气弹簧中关键部件-高度阀、差压阀和抗侧滚扭杆在车辆运行过程中的动力学问题。本发明包括设有多向作动器工作台、附加气室、充排气系统、配重等，上端配重只限制纵向平动。给双空气弹簧施加多维和多相激励，在不同的温度条件下，测定不同物理参数条件下空气弹簧载荷、挠度变化、车体的横向和垂向的加速度和位移，由振动特性参数计算空气弹簧各向动态刚度、阻尼比、位移传递比、加速度传递比等动力学参数，比较两点控制和四点控制，从而完成空气弹簧动力学性能试验，得出车辆的运行平稳性参数。主要用于双空气弹簧综合性能试验。

Description

一种双空气弹簧综合性能试验台

技术领域

本发明是属于车辆工程技术领域，特别涉及车辆用空气弹簧的动、静态特性测试装置。

背景技术

随着车辆运行速度的提高和对舒适性要求的日渐严格，空气弹簧因其有着良好的刚度非线性和减震性能而得到了广泛的应用。其良好的动力学性能使其在提高车辆运行速度和乘坐舒适性方面起着至关重要的作用。空气弹簧的刚度、阻尼特性受诸多物理参数及温度和实际工况的影响，由于空气弹簧的材料非线性，几何非线性和接触非线性等因素，导致对空气弹簧进行动力学分析变得较为困难，因此，急需一种能够综合考虑环境温度，空气弹簧本体体积、附加气室体积，节流孔直径大小，连接管路长度等因素对空气弹簧动态特性的影响的试验方法及试验设备，用以对空气弹簧进行完整的动力学研究。

传统试验方法主要针对单个空气弹簧进行动力学试验，无法模拟空气弹簧中关键部件-高度阀、差压阀和抗侧滚扭杆在车辆运行过程中的作用。而目前尚无完整的双空簧试验台。因此，本发明针对传统试验方法的不足，建立了双空气弹簧动力学试验台，可实现模拟两点控制和四点控制的对比，同相激励和反相激励对比，抗侧滚扭杆刚度的优化，测定不同加载幅值和加载频率下空气弹簧等减震元件的动态响应，优化空气弹簧结构参数，研究车体舒适性。

发明内容

本发明提供一种双空气弹簧综合性能试验台，它能有效地结合环境温度，空气弹簧本体体积、附加气室体积，节流孔直径大小，连接管路直径和长度等影响空气弹簧综合性能的问题来完成试验。

本发明的发明目的是通过以下技术方案来实现的：一种双空气弹簧综合性能试验台，包括作动台、附加气室，充排气系统，液压系统、高低压储气罐和外设压缩机及空调。作动台具有两个承载试验件的工作台，它们之间通过设有差压阀的管路相连，每个工作台下方均设有垂向激励加载装置，侧面设有横向激励加载装置和扭转激励加载装置，它们的作动器分别与液压系统相连；配重装置由栅格和承载台组成，配重质量由栅格中铅块的质量和数量决定，可模拟实际车体的质量和转动惯量。双球铰连杆的一端与承载台固定，承载台沿纵向通过两端的双球铰连接杆的另一端固定在支座内侧的滑槽及与其配合的滑块上；承载台下方与工作台对应部位设有传感器，承载台的两侧均设有高度阀，阀控制杆杆与工作台相连，承载台前侧装有抗侧滚扭杆装置，抗侧滚扭杆装置由连杆扭杆臂和扭杆等组成，扭杆和扭杆臂之间采用压装式连接，扭杆通过固定在承载台上的支撑座与承载台相连，连杆与固定在工作台上的连接座相连，连杆两端和各安装座之间采用橡胶节点弹性连接；抗侧滚扭杆装置仅限制车体的侧滚运动对车体的横摆摇头浮沉等运动不产生影响。工作台上表面开有环形凹槽，下方设有由三个呈平面三角形布置双球铰垂向液压作动器组成的垂向激励加载装置。横向激励加载装置是一个双铰接垂向液压作动器的上端与铰接在支座上的三角板的次高角铰接，三角板的顶角通过单球铰连接杆与工作台相连。

所述的扭转激励装置是由两组相同的横向激励加载装置组成。当两个双铰接液压作动器反相运动时，通过铰接在支座上的三角板连接将垂向运动变化为横向运动，使工作台产生扭转运动。

所述的附加气室为桶状结构，内部充有液压油，两个附加气室之间通过设有阀门的管路相连。接入系统内的附加气室数量可通过两附加气室之间的差压阀调节，使之成为一个联通的附加气室或两个独立附加气室，且每个附加气室能够根据不同型号试验空气弹簧调节附加气室大小，也可根据控制方式的不同采用单附加气室或双附加气室，附加气室通过连接管路与工作台相连，通过调节内部油量的大小来控制空腔的大小，实现接入系统的附加气室体积大小连续可调；差压阀连接两空气弹簧附加气室，在四点控制中，当两空气弹簧之间压差达到差压阀开启的预设值时，联通两附加气室，平衡两空簧气压。

所述的充排气系统具体构成是：高度控制阀具有三个端口，分别连接空气弹簧的附加气室、外设的高低压储气罐和压缩机和大气。附加气室的进气口经压力气管与高度控制阀的一个端口相连，高度控制阀另一端与高低压储气罐和压缩机相连，还有一端口与大气相连。由控制杆控制空气弹簧高度，当车体与作动台之间距离过小，高度阀控制向空气弹簧内部进气，反之向大气排气。

所述的液压系统包括连接作动器的管路、动力泵、空压机、油源及其冷却系统，作动器额定压力210--280bar，其活塞杆端采用静压轴承。

由垂向、横向、扭转激励装置组成整套六自由度激振系统安装于地坑中，通过调节作动器可以调整工作台高度，以保证试验件（如空气弹簧等）的标准工作高度。激励加载系统通过液压控制系统调节激励的频率、幅值，可实现固定幅值、固定频率加载，固定幅值、扫频激励加载和随机激励加载，在垂向激励方面，两作动台施加激励可实现同相激励和反相激励，加载频率变化范围从0Hz～50Hz；

另外，该试验台还设有温度控制系统，具体构成是：外设空调由连接风管与空簧保温外罩相连，实现对空气弹簧工作环境温度的调节功能。

本发明的工作原理是：综合考虑了环境温度、空气弹簧胶囊类型、本体体积、附加气室体积、节流孔直径、连接管路长度和直径等不同物理参数、施加激励的幅值和频率、对左右空簧施加激励的相位角差、两点控制和四点控制、以及抗侧滚扭杆对空气弹簧的动态性能和车辆运行性能的影响。本试验台综合了横向、垂向和扭转的动态加载和静态加载，试验成本低，试验效率高，通过调整栅格内铅块的数量和位置，能够模拟车体的质量和转动惯量，使试验数据更加接近真实车辆在外加激励作用下的响应特性，接入系统内的附加气室数量可通过两附加气室之间的阀门调节为一个共用附加气室或两个独立附加气室，能够根据不同型号空气弹簧调节附加气室大小，也可根据控制方式的不同采用单附加气室或双附加气室，且每个附加气室通过调节油量的大小间接控制接入系统内空腔的大小，固定端仅限制配重装置的纵向平动，因此可以模拟车辆的侧滚，横摆，浮沉，摇头运动，使试验更符合实际情况，试验数据更加真实可靠。通过自编软件计算得到空气弹簧的动态刚度，阻尼比等动力学参数随频率幅值变化规律，从而完成空气弹簧的动力学试验。

与现有技术相比，本发明有益的效果是：

一、本试验台综合了垂向、横向、扭转的六自由度激励装置对空气弹簧进行动态加载，能够较之单纯的横向振动试验台和垂向试验台，试验成本更低，试验更加方便快捷。综合考虑了环境温度、空气弹簧胶囊类型、本体体积、附加气室体积、节流孔直径、连接管路长度和直径等不同物理参数、施加激励的幅值和频率、对左右空簧施加激励的相位角差、两点控制和四点控制、以及抗侧滚扭杆对空气弹簧的动态性能的影响，上端配重装置能很好地模拟车辆振动模态。

二、采用外设空调进行温度控制，能够模拟空气弹簧在实际工作环境中的温度，特别是对高寒车用空气弹簧的动力学研究具有十分重要的意义。

三、能够对空气弹簧实施高达50Hz的高频加载，由于国内目前尚无对于空气弹簧施加10Hz以上频率的加载试验，因此，本试验台对于研究空气弹簧在高频激励下的动力学特性显得十分重要。

四、通过两附加气室之间的阀门调节，使之成为一个联通的附加气室或两个独立附加气室，也可根据控制方式的不同采用单附加气室或双附加气室，实现接入系统的附加气室体积大小连续可调。

五、配重装置固定端滑块在滑槽内沿垂向高度可通过丝杠调节，只限制配重装置沿纵向方向的平动，因此可模拟车体的侧滚，横摆，浮沉，摇头运动。

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步描述。

附图说明

图1为本发明的主视结构示意图。

图2为本发明的左视结构示意图。

图3为本发明俯视（承载台、工作台、横移和扭转机构）结构示意图。

图4为本发明垂向液压作动器布局示意图。

图5为本发明垂向液压作动器布局立体示意图。

图6为本发明实施例的立体结构示意图。

具体实施方式

实施例

一种双空气弹簧综合性能试验台，包括作动台、附加气室，充排气系统，液压系统、高低压储气罐和外设压缩机及空调组成，作动台具有两个承载试验件的工作台3，它们之间通过设有差压阀10的管路18相连，每个工作台3下方均设有垂向激励加载装置，侧面设有横向激励加载装置和扭转激励加载装置，它们分别液压系统相连；配重装置由栅格1和承载台2组成，配重质量由栅格中铅块的质量和数量决定，可模拟实际车体的质量和转动惯量。双球铰连杆17的一端与承载台2固定，承载台2沿纵向通过两端的双球铰连接杆17的另一端固定在支座14内侧的滑槽15及与其配合的滑块16上，滑块在滑槽内沿垂向和横向位置可通过丝杆手动调节，连接杆两端采用双球铰固定方式，只限制配重装置沿纵向方向的平动，因此可模拟车体的侧滚，横摆，浮沉，摇头运动。承载台2下方与工作台3对应部位设有传感器13，承载台2的一侧设有高度阀12，阀控制杆与工作台3相连。工作台3上表面开有环形凹槽，下方设有由三个呈平面三角形布置双球铰垂向液压作动器4组成的垂向激励加载装置。横向激励加载装置是一个双铰接垂向液压作动器5的上端与铰接在支座6上的三角板7的次高角铰接，三角板7的顶角通过单球铰连接杆8与工作台3相连。扭转激励装置是由两组相同的横向激励加载装置组成。当两个双铰接液压作动器反相运动时，通过铰接在支座上的三角板7连接将垂向运动变化为横向运动，使工作台产生扭转运动。

附加气室11为桶状结构，内部充有液压油，两个附加气室11之间通过设有阀门9的管路相连。接入系统内的附加气室数量可通过两附加气室之间的差压阀10调节，使之成为一个联通的附加气室11或两个独立附加气室11，且每个附加气室11能够根据不同型号试验空气弹簧调节附加气室11大小，也可根据控制方式的不同采用单附加气室11或双附加气室11，附加气室11通过连接管路与工作台3相连，通过调节内部油量的大小来控制空腔的大小，实现接入系统的附加气室11体积大小连续可调；差压阀10连接两空气弹簧附加气室11，在四点控制中，当两空气弹簧之间压差达到差压阀11开启的预设值时，联通两附加气室11，平衡两空簧气压。

充排气系统具体构成是：高度控制阀具有三个端口，分别连接空气弹簧的附加气室、外设的高低压储气罐和压缩机和大气。附加气室11的进气口经压力气管与高度控制阀12的一个端口相连，高度控制阀12另一端与高低压储气罐和压缩机相连，还有一端口与大气相连。由控制杆控制空气弹簧高度，当车体与作动台之间距离过小，高度阀控制12向空气弹簧内部进气，反之向大气排气。

所述的液压系统包括连接作动器4的管路、动力泵、油源及其冷却系统，作动器4额定压力210--280bar，其活塞杆端采用静压轴承。

由垂向、横向、扭转激励装置组成整套六自由度激振系统安装于地坑中，通过调节作动器可以调整工作台高度，以保证试验件（如空气弹簧等）的标准工作高度。激励加载系统通过液压控制系统调节激励的频率、幅值，可实现固定幅值、固定频率加载，固定幅值、扫频激励加载和随机激励加载，在垂向激励方面，两作动台施加激励可实现同相激励和反相激励，加载频率变化范围从0Hz～50Hz；

另外，该试验台还设有温度控制系统，具体构成是：外设空调由连接风管与空簧保温外罩相连，实现对空气弹簧工作环境温度的调节功能。

试验是在不同的环境温度下，通过垂向、横向、扭转激励加载系统对拥有不同物理参数的空气弹簧模拟实际工况施加激励，比较两点控制和四点控制区别、考虑抗侧滚扭杆对空气弹簧的动态性能的影响。环境温度变化范围为-40℃～40℃，物理参数包括空气弹簧胶囊类型、本体体积、附加气室体积、节流孔直径、连接管路长度和直径等；两点控制为两空气弹簧共用一个附加气室11，由一个高度控制阀12控制充排气，两空簧之间没有差压阀10，所述的四点控制为两空簧分别拥有独立附加气室11和高度控制阀12，两空气弹簧之间通过差压阀10连接，可控制两个附加气室之间是否联通，当两附加气室联通时，两空气弹簧之间的差压阀10将不起作用，在单个高度控制阀12的控制下，可模拟ＣＲＨ3型车等所采用的两点控制，当两附加气室之间阀门9关闭时，两空气弹簧之间的差压阀将起作用，配合两个高度控制阀12的控制，可模拟ＣＲＨ2型车等所采用的四点控制，施加垂向反相激励时，可以研究抗侧滚扭杆的作用。

在双空气弹簧综合性能试验台上可进行的试验包括：双空气弹簧垂向、横向、扭转试验；空气弹簧结构参数优化设计；两点控制与四点控制的对比试验；空簧失气故障分析等。用于测量车辆舒适性，比较两点控制和四点控制，比较不同物理参数和温度对空气弹簧动力学性能影响的试验。综合考虑了环境温度、空气弹簧胶囊类型、本体体积、附加气室体积、节流孔直径、连接管路长度和直径等不同物理参数、施加激励的幅值和频率、对左右空簧施加激励的相位角差、两点控制和四点控制、以及抗侧滚扭杆对空气弹簧的动态性能和车辆运行性能的影响。由传感器测得空气弹簧载荷挠度变化，通过自编软件计算得到空气弹簧的动态刚度，阻尼比等动力学参数随频率幅值变化规律，从而完成空气弹簧的动力学试验。

Claims (7)

1.一种双空气弹簧综合性能试验台，包括作动台、附加气室，充排气系统，液压系统、高低压储气罐和外设压缩机及空调组成，其特征在于：作动台具有两个承载试验件的工作台（3），它们之间通过设有差压阀（10）的管路（18）相连，每个工作台（3）下方均设有垂向激励加载装置，侧面设有横向激励加载装置和扭转激励加载装置，它们分别液压系统相连；配重装置由栅格（1）和承载台（2）组成；双球铰连杆（17）的一端与承载台（2）固定，承载台（2）沿纵向通过两端的双球铰连接杆（17）的另一端固定在支座（14）内侧的滑槽（15）及与其配合的滑块（16）上；承载台（2）下方与工作台（3）对应部位设有传感器（13），承载台（2）的两侧均设有高度控制阀（12），高度控制阀（12）的控制杆与工作台（3）相连，承载台（2）前侧装有抗侧滚扭杆（19），抗侧滚扭杆（19）通过连杆与工作台（3）相连。

2.根据权利要求1所述的一种双空气弹簧综合性能试验台，其特征在于：所述的工作台（3）上表面开有环形凹槽，下方设有由三个呈平面三角形布置双球铰垂向液压作动器（4）组成的垂向激励加载装置。

3.根据权利要求1所述的一种双空气弹簧综合性能试验台，其特征在于：所述的横向激励加载装置是一个双铰接垂向液压作动器（5）的上端与铰接在支座（6）上的三角板（7）的次高角铰接，三角板（7）的顶角通过单球铰连接杆（8）与工作台（3）相连。

4.根据权利要求1所述的一种双空气弹簧综合性能试验台，其特征在于：所述的扭转激励装置是由两组相同的横向激励加载装置组成。

5.根据权利要求1所述的一种双空气弹簧综合性能试验台，其特征在于：所述的附加气室（11）为桶状结构，内部充有液压油，两个附加气室（11）之间通过设有阀门（9）的管路相连。

6.根据权利要求1所述的一种双空气弹簧综合性能试验台，其特征在于：所述的充排气系统具体构成是：附加气室（11）的进气口经压力气管与高度控制阀（12）的一个端口相连，高度控制阀（12）另一端口与高低压储气罐和压缩机相连，还有一端口与大气相连。

7.根据权利要求1所述的一种双空气弹簧综合性能试验台，其特征在于：所述的液压系统包括连接双球铰垂向液压作动器（4）和双铰接垂向作动器（5）的管路、动力泵、油源及其冷却系统，双球铰垂向液压作动器（4）额定压力210--280bar，其活塞杆端采用静压轴承。

Images