CN109973584B - 一种重卡驾驶室减震器的温控设计方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种重卡驾驶室减震器的温控设计方法，主要包括：步骤一、通过提高弹簧钢丝线的直径来提高弹簧刚度；提高机械能吸收和降低热能产生值；步骤二、通过增加活塞杆的直径来提高活塞杆的质量，使得减振器在动载作功时降低热能产生；步骤三、通过增加贮油筒的壁厚来提高贮油筒的比热容质量，使得减震器在单位时间的动载热容量得到提高；步骤四、选用发泡聚氨酯材料制成缓冲块，同时提高缓冲块的刚度变化率，通过改变振幅来降低减震器的线速度，从而降低减震器的机械能；步骤五、降低活塞杆的长径比保证液压油通过活塞孔孔时为层流的同时，增大流通面积，有效的减少液体摩擦力做功；通过上述温控设计使得减震器的工作温度保持在90～107℃。

Description

一种重卡驾驶室减震器的温控设计方法
技术领域
本发明涉及一种减震器，尤其涉及一种重卡驾驶室减震器的温控设计方法。属于车辆工程设计技术领域。
背景技术
常规的重卡驾驶室减震器由螺旋弹簧(弹簧)和阻尼器(减振器)串通组合而成，安装在驾驶室与车架之间。弹簧承载驾驶室源自汽车行驶时路面的冲击力，隔离驾驶室与车架之间刚性冲击；减振器随着弹簧的变形产生相应的液压阻尼力，将弹簧作功时产生的机械能转化成热能散发。以得到驾驶者的稳定感和舒适感，提高汽车行驶平顺性和整车档次。
当卡车经过颠簸路面时，减震器弹簧受到一个激振力产生变形，便贮存其机械能，即弹簧压缩贮能；紧随之，弹簧若在没有约束的工况下，弹簧贮能释放，形成一个固有频率的周期运动，即复位形成单摆振动，驾驶室随之持续振动。减振器通过小孔节流产生与之匹配相应的约束力即液压阻尼力衰减此振动，由此形成阻尼振动系统。
因J6L-260型重型卡车减震器安装空间较同类型卡车更狭窄，且由于驾驶室的阻挡，空气流动性差，散热条件受到限制。当减震器作功机械能大部分转化为液压油热能时，按原有设计方法设计的减震器，已无法满足装配空间及长期保持减震器正常工作温度的要求，易造成油封漏油减震器失效等状况。
减震器热源的是液压油与活塞小孔、阀系形成剪切力做功形成。而液压器件的作功前提是密封，现有条件密封材料NBR工作温度为：-40～120℃。据原有减振器疲劳试验工况检测，其工作温度为：T≥140℃，即减振器作功前提丧失，减震器失效。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：针对上述现有技术提供一种重卡驾驶室减震器的温控设计方法，在满足顾客速度阻尼要求的前提下，降低减震器的工作温度，延长使用寿命。
本发明解决上述问题所采用的技术方案为：一种重卡驾驶室减震器的温控设计方法，通过改变部分零部件性能来降低机械能到热能的转化比例，主要包括贮油筒和活塞杆，所述贮油筒的内部同轴设置有工作缸，在所述工作缸的顶部端面设置有导向密封件，所述导向密封件与贮油筒之间设置有油封，在工作缸底部安装有阀座，所述阀座与贮油筒底部盖合，通过导向密封件与油封实现工作缸的上端密封，通过贮油筒与底盖焊接实现下端密封，所述活塞杆的一端依次穿过贮油筒、油封和导向密封件后进入到注油的工作缸内，并在端部设置有活塞阀，所述导向密封件与活塞阀之间形成复原腔，活塞阀与阀座之间形成压缩腔，封口后，在所述活塞杆上套置有与贮油筒上端面作用的缓冲块，在所述贮油筒外侧套设有弹簧，所述弹簧的两端分别固定在弹簧座上，同时在所述弹簧与贮油筒外侧设置有防尘罩，所述温控设计方法包括以下步骤：
步骤一、加大弹簧刚度
满足安装条件的情况下，通过提高弹簧钢丝线的直径来提高弹簧刚度，减少弹簧变形值、改善减振器动载作功工况；提高机械能吸收和降低热能产生值；
步骤二、降低惯性冲击作功负载
通过增加活塞杆的直径来提高活塞杆的质量，从而降低活塞杆运动时的加速度冲击，使得减振器在动载作功时降低热能产生；
步骤三、加大比热容质量
通过增加贮油筒的壁厚来提高贮油筒的比热容质量，使得减震器在单位时间的动载热容量得到提高，加快热转换效率；
步骤四、减小减震器振幅
选用发泡聚氨酯(PU)材料制成缓冲块，同时提高缓冲块的刚度变化率，使得缓冲块在减震器振动频次不变的情况下，通过改变振幅来降低减震器的线速度，从而降低减震器的机械能，与之相对应的热能就能有效的降低；
步骤五、增加油路流通面积
降低活塞杆的长径比保证液压油通过活塞孔孔时为层流的同时，增大流通面积，有效的减少液体摩擦做功；
通过上述温控设计使得减震器的工作温度保持在90～107℃。
优选地，所述弹簧的钢丝线直径为10.5mm。
优选地，所述活塞杆的直径为20mm。
优选地，所述贮油筒的壁厚为2mm。
优选地，所述活塞孔长与孔径比为2.2。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
1.本发明方法正确、可靠。
2.本方案减震器从设计方法上保证其使用寿命。
3.按照本发明方法设计的减震器较原有减震器即提高了品质，又做到了成本可控，经济价值高。
4.本发明方法使用简便、快捷，用其设计的减震器装车方便、寿命可靠，使用价值高。
5.本发明方法理论依据准确、充份，基础条件可靠。
附图说明
图1为本发明实施例一种重卡驾驶室减震器的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
如图1所示，本实施例中的一种重卡驾驶室减震器，主要包括贮油筒1和活塞杆2，所述贮油筒1的内部同轴设置有工作缸3，在所述工作缸3的顶部端面设置有导向器4，所述导向器4与贮油筒1之间设置有油封5，在工作缸3底部安装有阀座6，所述阀座6与贮油筒1底部盖合，通过导向器4与油封5实现工作缸3的上端密封，通过贮油筒1与底盖焊接实现下端密封，所述活塞杆2的一端依次穿过贮油筒1、油封5和导向器4后进入到注油的工作缸3内，并在端部设置有活塞阀7。
所述导向器4与活塞阀7之间形成复原腔8，活塞阀7与阀座6之间形成压缩腔9，封口后，在所述活塞杆2上套置有与贮油筒1上端面作用的缓冲块10，在所述贮油筒1外侧套设有弹簧11，所述弹簧11的两端分别固定在弹簧座上，同时在所述弹簧11与贮油筒1外侧设置有防尘罩12。
当减振器作功时，活塞随活塞杆运动在工作缸内作往复运动，工作油液通过阀系，产生压缩、复原阻尼力，作功油液由于受摩擦力的作用，温度随之升高，把机械做功转化为热能。
根据上述作功温度控制设计方案，为达到减震器作功温度控制，进行了如下设计：
一、加大弹簧刚度
根据公式：弹簧刚度
Figure BDA0002043055890000041
弹簧变形
Figure BDA0002043055890000042
式中：F′—弹簧刚度，G—切变模量，d—材料直径，D—弹簧中径，n—有效圈数；f—弹簧变形，F—弹簧所受的轴向载荷。在不超过安装尺寸最大外径的情况下，选用线径最大的弹簧钢丝制作弹簧。在吸收激振力的同时，更多的消耗加速度惯性冲击机械能。
本实施例中弹簧钢丝线设定为10.5mm材料，提高弹簧刚度。在确定承载负荷、许可的弹簧柔度和系统阻尼系数为设计的边界条件，加大弹簧刚度后，可减少弹簧变形值、改善减振器动载作功工况；降低热能产生值和提高热能吸收。本设定值较原有设计，提高了动力、改善减振器作功温度控制条件。
二、降低惯性冲击作功负载
根据公式：F＝m·a可知，减震器工作过程中活塞杆起到主要做功的作用，通过提高活塞杆的质量，能有效降低其加速度。
在本实施例中活塞杆的直径设定为20mm，降低加速度冲击。减振器在动载作功时即可降低热能产生，又可提高热能吸收。本设定值较原有设计，同样提高了动力、比热容性能值，为改善减振器作功温度控制增加条件。
三、加大比热容质量
在减震器工作时，活塞杆的机械动能所产生的热能均处于贮油筒内，而产生的热能大部分依靠贮油筒进行散热，根据公式：
Figure BDA0002043055890000043
式中：C—比热容，m—质量，Q—吸收的热量，ΔT—温度变化值，可知，在贮油筒材质不变的情况下，提高贮油筒的质量可降低单位时间的温升。
由于减震器的安装空间问题，贮油筒的体积很难进行改变，而因贮油筒为腔体结构，通过增加其壁厚可以提高质量，在本实施例中将贮油筒壁厚设定为2mm，提高单位时间的热容量。本设定值较原有设计，提高了比热容性能值，为减振器作功温度控制进一步提供条件。
四、减小减震器振幅
减震器的活塞杆上安装缓冲块，除了防止弹簧座与贮油筒之间的硬碰撞外，还能起到补充弹簧缓冲力的作用，在冲击力大的时候，补充弹簧的缓冲力，减少弹簧的压缩量，振幅也相应的小，在本实施例中通过改变复原缓冲块材质和刚度以得到与此卡车工况所匹配的性能曲线，根据减震器线速度公式
Figure BDA0002043055890000051
V—线速度，S—振幅，n—频次，由于驾驶室在特定工况下，振动频次是保持不变的，通过改变振幅能有效降低减震器的线速度V，降低减震器的线速度V就能有效降低减震器的机械能，与之相对应的热能就能有效降低。
在本实施例中缓冲块选用发泡聚氨酯材料并改变其刚度性能。本设定值较原有设计，提高了动力性能值、保障了减振器极限工况的安全性，同样改善了减振器作功温度控制条件。
五、增加油路流通面积
活塞杆运动的速度和位移调节由流经节流孔的流量控制来实现。当场强引起磁流变液体的粘度增加时，通过节流孔的流量减少将使得活塞杆的运动速度降低，这在间接上也起到了抑制振动的作用。当使用长径比更小的活塞时，在保证液压油通过小孔时为层流的同时，增大了流通面积，可有效的减少液体摩擦做功。
在本实施例中将活塞杆的活塞孔长径比选为2.2，减小了液体摩擦力做功，降低温升。
根据上述5项条件的改善，按照本发明方法设计的减震器，经过台架疲劳检测和装车使用测验，其测试结果达到了本发明设计目的。
本发明减震器台架疲劳检测温度为：90≤T≤100℃。装车使用条件为：卡车行驶在颠簸路面和扭曲路面连续行驶120Km，多次测量温度为：96≤T≤107℃，充分满足了油封材料NBR工作温度-40≤T≤120℃条件。
除上述实施例外，本发明还包括有其他实施方式，凡采用等同变换或者等效替换方式形成的技术方案，均应落入本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种重卡驾驶室减震器的温控设计方法，主要包括贮油筒和活塞杆，所述贮油筒的内部同轴设置有工作缸，其特征在于：在所述工作缸的顶部端面设置有导向密封件，所述导向密封件与贮油筒之间设置有油封，在工作缸底部安装有阀座，所述阀座与贮油筒底部盖合，通过导向密封件与油封实现工作缸的上端密封，通过贮油筒与底盖焊接实现下端密封，所述活塞杆的一端依次穿过贮油筒、油封和导向密封件后进入到注油的工作缸内，并在端部设置有活塞阀，所述导向密封件与活塞阀之间形成复原腔，活塞阀与阀座之间形成压缩腔，封口后，在所述活塞杆上套置有与贮油筒上端面作用的缓冲块，在所述贮油筒外侧套设有弹簧，所述弹簧的两端分别固定在弹簧座上，同时在所述弹簧与贮油筒外侧设置有防尘罩，所述温控设计方法包括以下步骤：
步骤一、加大弹簧刚度
满足安装条件的情况下，通过提高弹簧钢丝线的直径来提高弹簧刚度，减少弹簧变形值、改善减振器动载作功工况；提高机械能吸收和降低热能产生值；
步骤二、降低惯性冲击作功负载
通过增加活塞杆的直径来提高活塞杆的质量，从而降低活塞杆运动时的加速度冲击，使得减振器在动载作功时降低热能产生；
步骤三、比热容质量
通过增加贮油筒的壁厚来提高贮油筒的比热容质量，使得减震器在单位时间的动载热容量得到提高，加快热转换效率；
步骤四、减小减震器振幅
选用发泡聚氨酯材料制成缓冲块，同时提高缓冲块的刚度变化率，使得缓冲块在减震器振动频次不变的情况下，通过改变振幅来降低减震器的线速度，从而降低减震器的机械能，与之相对应的热能就能有效降低；
步骤五、增加油路流通面积
降低活塞杆的长径比保证液压油通过活塞孔时为层流的同时，增大流通面积，有效的减少液体摩擦做功；
通过上述温控设计使得减震器的工作温度保持在90～107℃。
2.根据权利要求1所述的一种重卡驾驶室减震器的温控设计方法，其特征在于：所述弹簧的钢丝线直径为10.5mm。
3.根据权利要求1所述的一种重卡驾驶室减震器的温控设计方法，其特征在于：所述活塞杆的直径为20mm。
4.根据权利要求1所述的一种重卡驾驶室减震器的温控设计方法，其特征在于：所述贮油筒的壁厚为2mm。
5.根据权利要求1所述的一种重卡驾驶室减震器的温控设计方法，其特征在于：所述活塞孔长与孔径比为2.2。
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