CN204263974U - 一种非公路车辆座椅二维非线性隔振悬架 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种非公路车辆座椅二维非线性隔振悬架，是由竖直隔振部分和前后隔振部分组成，竖直隔振部分和前后隔振部分分别起到竖直方向和前后方向隔振作用，两部分之间通过螺栓固定，本实用新型具有竖直方向、前后方向隔振作用，而且均采用非线性隔振原理，具有低频隔振作用，适用于多种非公路车辆，尤其适用于挖掘机这类前后振动非常大的非公路车辆。

Description

一种非公路车辆座椅二维非线性隔振悬架

技术领域

本实用新型涉及非公路车辆座椅领域，特别是涉及一种非公路车辆座椅二维非线性隔振悬架。

背景技术

非公路车辆工作环境恶劣，驾驶员承受多维全身振动，连续长时间工作的驾驶员往往受腰疼、背疼等疾病困扰，严重影响工作效率以及造成就医经济损失巨大。据流行病学研究表明，非公路车辆驾驶员的这种腰疼、背疼问题与承受全身振动环境有很大关系。因此，非公路车辆振动控制问题一直是一个被广泛关注的研究热点。座椅作为非公路车辆振动传递路径中的最后一环，由于与驾驶员直接大面积接触，对于减缓驾驶员承受的全身振动作用至关重要。

当前非公路车辆座椅隔振主要采用基于线性隔振原理设计的一维竖直方向隔振悬架，而隔振领域研究人员周知线性隔振原理理论上隔振性能受限，具有隔振性能好但静态位移大的矛盾。为改进线性隔振原理这种矛盾，研究人员将非线性引入隔振，开发出非线性隔振器，如闫振华等设计的基于正负刚度弹簧并联的超低频隔振器即是基于非线性隔振原理设计。另外，有研究人员将主动、半主动控制技术应用于座椅悬架，这类悬架损耗一定的外界能源，且成本较高。综合来看，为改善非公路车辆座椅隔振性能，且考虑经济性问题，当前最为适合的技术是将非线性隔振原理引入非公路车辆座椅悬架。

另外，当前的非公路车辆座椅悬架主要是一维竖直方向隔振，而非公路车辆工作时存在多维振动，多维振动共同造成了驾驶员腰疼、背疼问题，因此有必要扩展座椅悬架的多维隔振性能。

发明内容

本实用新型的目的是为克服上述技术的不足，即受线性隔振理论的限制，当前座椅悬架不适于低频振动环境，以及实际应用座椅悬架仅为一维竖直方向隔振悬架，不适于多维振动环境。本实用新型提供一种基于非线性隔振原理的非公路车辆座椅二维非线性隔振悬架。本实用新型具有竖直方向、前后方向隔振作用，而且均采用非线性隔振原理，具有低频隔振作用，适用于多种非公路车辆，尤其适用于挖掘机这类前后振动非常大的非公路车辆。

本实用新型是由竖直隔振部分和前后隔振部分组成，竖直隔振部分和前后隔振部分分别起到竖直方向和前后方向隔振作用，两部分之间通过螺栓固定；

所述的竖直隔振部分是由剪式悬架、主弹簧、折板、阻尼器、第一阻尼器销轴、第二阻尼器销轴及对称布置的两套负刚度弹簧机构组成；所述的负刚度弹簧机构包括负弹簧、负弹簧导向柱、负弹簧导向套、支架、曲边板、支撑板、滚轮以及销轴，支撑板焊接或通过螺栓固定于剪式悬架下横梁的上表面，两个支架通过螺栓固定于支撑板上，成对称布置，两个负弹簧导向套通过螺栓固定于支架上，成水平对称布置，负弹簧导向柱与负弹簧导向套成间隙配合，起水平导向作用。负弹簧套接在负弹簧导向柱与负弹簧导向套上，负弹簧的两端分别顶在负弹簧导向套与负弹簧导向柱的端平面处，从而实现轴向定位，负弹簧导向柱一端具有耳座结构，耳座上具有内孔，内孔与销轴之间成过盈配合，滚轮装配于销轴上，滚轮与销轴成间隙配合，从而保证滚轮自由转动；曲边板竖直布置，曲边板上端与上部板固定，曲边板下端为自由端，为保证曲边板竖直方向行程，支撑板上具有开槽，曲边板下端穿过该开槽；滚轮与曲边板曲边处接触且可沿着曲边上下滚动，滚轮沿曲边板的曲边滚动时，负弹簧的伸缩量变化；主弹簧成竖直方向布置，主弹簧与曲边板平行，主弹簧的上、下两端分别顶在上部板下表面和支撑板上表面，起主要承载作用。阻尼器通过第一销轴和第二销轴与剪式悬架上部和折板连接，阻尼器倾斜设置。

竖直隔振部分的隔振原理：

负刚度弹簧机构、主弹簧、阻尼器及剪式悬架共同起作用隔离竖直方向低频振动。当驾驶员坐在座椅上时，在重力作用下，滚轮恰与曲边板曲边处最高点接触，当车辆通过不平路面时，振动通过驾驶室地板传至剪式悬架底部，再传至负弹簧机构及主弹簧。在振动激励下，滚轮在曲边板曲边最高点处上下小范围滚动，起到调节作用，即可以有效的隔离车辆底板传上来的低频振动。

所述的前后方向隔振部分布置于竖直隔振部分上部或下部，可形成多种装配形式，以其处于上部为例进行说明。前后隔振部分是由上部板、前后主弹簧机构和水平弹簧机构组成，两块上部板通过螺栓固定于剪式悬架上横梁的上表面，前后主弹簧机构和水平弹簧机构布置于上部板上；前后主弹簧机构是由前后方向布置的导向轴、导向轴固定座、导向轴承、导向轴承座、前后主弹簧、座盆连接板、前后方向阻尼器、第一支座和第二支座组成，导向轴两端固定于导向轴固定座中，导向轴固定座通过螺栓固定于上部板，座盆连接板上通过螺栓连接固定有四个导向轴承座，导向轴承与导向轴配合并置于导向轴承座中；前后主弹簧套接在导向轴上，前后主弹簧的两端通过导向轴承座和导向轴固定座轴向定位；前后主弹簧共有四个，分前后布置；前后方向阻尼器与第一支座和第二支座通过销轴铰接，第一支座和第二支座分别与座盆连接板和上部板螺栓连接；水平弹簧机构是由水平弹簧、水平弹簧导向柱、水平弹簧导向套、第一耳座、第二耳座、第一支架和第二支架组成，第一支架和第二支架分别通过螺栓或焊接固定在上部板和座盆连接板上，第一耳座通过螺栓连接固定在第一支架和第二支架上，第一耳座成水平布置，水平弹簧导向柱和水平弹簧导向套分别通过销轴与第一耳座和第二耳座铰接，水平弹簧套接在导向柱上，水平弹簧两端轴向定位，处于压缩状态。

前后方向隔振部分的隔振原理：

当座椅受前后方向振动时，座盆连接板前后振动，则前后主弹簧压缩量变化且水平弹簧转动缩量变化，从而起到隔离前后方向低频振动的作用。

本实用新型的有益效果

1、本实用新型扩充了现有悬架隔振维数，具有竖直方向和前后方向的二维隔振作用。

2、本实用新型改进了现有基于线性隔振原理的座椅悬架隔振性能，将非线性原理引入座椅隔振悬架中，具有好的低频隔振效果。

3、本实用新型所述非线性二维隔振悬架属于被动隔振，无需外界能量输入，相比主动、半主动式座椅隔振悬架，成本低且性能稳定可靠性高。

附图说明

图1为本实用新型的第一实施例立体示意图。

图2为本实用新型的竖直方向隔振部分立体示意图。

图3为本实用新型的竖直方向隔振部分对称布置的负弹簧机构立体示意图。

图4为本实用新型的竖直方向隔振部分的负弹簧机构分解示意图。

图5为本实用新型的前后隔振部分立体示意图。

图6为本实用新型的前后隔振部分的水平弹簧机构立体示意图。

图7为本实用新型的前后主弹簧机构之导向轴、导向轴承和导向轴承座装配示意图。

图8为本实用新型第二实施例的立体示意图。

图9为本实用新型第二实施例的前后隔振部分立体示意图。

图10为本实用新型第三实施例的立体示意图。

图11为本实用新型第四实施例的立体示意图。

图12为本实用新型的竖直方向隔振部分力——位移特性曲线。

图13为本实用新型的前后方向隔振部分力——位移特性曲线。

具体实施方式

第一实施例：

本实施例是由竖直隔振部分和前后隔振部分组成，竖直隔振部分和前后隔振部分分别起到竖直方向和前后方向隔振作用，两部分之间通过螺栓固定，如图1所示；在该第一实施例中，竖直方向隔振部分在下，前后方向隔振部分在上。

如图2所示，所述的竖直隔振部分是由剪式悬架11、主弹簧9、折板7、阻尼器10、第一阻尼器销轴8、第二阻尼器销轴12及对称布置的两套负刚度弹簧机构组成；如图3所示，所述的负刚度弹簧机构包括负弹簧1、负弹簧导向柱2、负弹簧导向套14、支架13、曲边板4、支撑板6、滚轮3以及销轴5，如图1所示，支撑板6焊接或通过螺栓固定于剪式悬架11下横梁的上表面，如图3和图4所示，两个支架13通过螺栓固定于支撑板6上，成对称布置，两个负弹簧导向套14通过螺栓固定于支架13上，成水平对称布置，负弹簧导向柱2与负弹簧导向套14成间隙配合，起水平导向作用。负弹簧1套接在负弹簧导向柱2与负弹簧导向套14上，负弹簧1的两端分别顶在负弹簧导向套14与负弹簧导向柱2的端平面处，从而实现轴向定位，负弹簧导向柱2一端具有耳座结构，耳座上具有内孔，内孔与销轴5之间成过盈配合，滚轮3装配于销轴5上，滚轮3与销轴5成间隙配合，从而保证滚轮3自由转动；曲边板4竖直布置，曲边板4上端与上部板29固定，曲边板4下端为自由端，为保证曲边板4竖直方向行程，支撑板6上具有开槽，曲边板4下端穿过该开槽；滚轮3与曲边板4曲边处接触且可沿着曲边上下滚动，滚轮3沿曲边板4的曲边滚动时，负弹簧1的伸缩量变化；主弹簧9成竖直方向布置，主弹簧9与曲边板4平行，主弹簧9的上、下两端分别顶在上部板29下表面和支撑板6上表面，起主要承载作用。阻尼器10通过第一销轴8和第二销轴12与剪式悬架11上部和折板7连接，阻尼器10倾斜设置。

竖直隔振部分的隔振原理：

负刚度弹簧机构、主弹簧9、阻尼器10及剪式悬架11共同起作用隔离竖直方向低频振动。当驾驶员坐在座椅上时，在重力作用下，滚轮3恰与曲边板4曲边处最高点接触，当车辆通过不平路面时，振动通过驾驶室地板传至剪式悬架11底部，再传至负弹簧机构及主弹簧9。在振动激励下，滚轮3在曲边板4曲边最高点处上下小范围滚动，起到调节作用，即可以有效的隔离车辆底板传上来的低频振动。为进一步说明竖直隔振部分隔振原理，做出该竖直隔振部分力——位移特性曲线，如图12所示，从图12中可见力——位移特性呈非线性，具有高静态刚度低动态刚度的特点，工作点处于中间低刚度段，从而可以有效的隔离低频振动。

所述的前后方向隔振部分布置于竖直隔振部分上部或下部，可形成多种装配形式，本实施例以其处于上部为例进行说明。如图5所示，前后隔振部分是由上部板29、前后主弹簧机构和水平弹簧机构组成，两块上部板29通过螺栓固定于剪式悬架11上横梁的上表面，前后主弹簧机构和水平弹簧机构布置于上部板29上；前后主弹簧机构是由前后方向布置的导向轴22、导向轴固定座20、导向轴承25、导向轴承座26、前后主弹簧21、座盆连接板32、前后方向阻尼器28、第一支座19和第二支座27组成，导向轴22两端固定于导向轴固定座20中，导向轴固定座20通过螺栓固定于上部板29，座盆连接板32上通过螺栓连接固定有四个导向轴承座26，导向轴承25与导向轴22配合并置于导向轴承座26中，如图7所示；前后主弹簧21套接在导向轴22上，前后主弹簧21的两端通过导向轴承座26和导向轴固定座20轴向定位；前后主弹簧21共有四个，分前后布置；前后方向阻尼器28与第一支座19和第二支座27通过销轴铰接，第一支座19和第二支座27分别与座盆连接板32和上部板29螺栓连接；如图6所示，水平弹簧机构是由水平弹簧23、水平弹簧导向柱17、水平弹簧导向套24、第一耳座16、第二耳座18、第一支架15和第二支架31组成，第一支架15和第二支架31分别通过螺栓或焊接固定在上部板29和座盆连接板32上，第一耳座16通过螺栓连接固定在第一支架15和第二支架31上，第一耳座16成水平布置，水平弹簧导向柱17和水平弹簧导向套24分别通过销轴30与第一耳座16和第二耳座18铰接，水平弹簧23套接在导向柱17上，水平弹簧23两端轴向定位，处于压缩状态。

前后方向隔振部分的隔振原理：

当座椅受前后方向振动时，座盆连接板32前后振动，则前后主弹簧21压缩量变化且水平弹簧23转动要缩量变化，从而起到隔离前后方向低频振动的作用。前后方向隔振部分的力——位移曲线如图13所示，也是非线性隔振原理的具体应用。

第二实施例：

如图8所示，该第二实施例与第一实施例的区别在于上部前后隔振部分的水平弹簧23位置有所变化，在第一实施例中，水平弹簧23位于外侧；在第二实施例中，水平弹簧23位于内侧。如图9所示，第二实施例的各处连接方式与第一实施例相同。

第三实施例：

如图10所示，该第三实施例与第一实施例的区别在于竖直隔振部分与前后隔振部分位置有所变化，在第一实施例中，竖直隔振部分在下，前后隔振部分在上；在第三实施例中，竖直隔振部分在上，前后隔振部分在下。第三实施例中的各处连接方式与第一实施例相同。

第四实施例：

如图11所示，该第四实施例与第二实施例的区别在于竖直隔振部分与前后隔振部分位置有所变化，在第二实施例中，竖直隔振部分在下，前后隔振部分在上；在第四实施例中，竖直隔振部分在上，前后隔振部分在下。第四实施例的各处连接方式与第二实施例相同。

Claims (1)

1.一种非公路车辆座椅二维非线性隔振悬架，其特征在于：是由竖直隔振部分和前后隔振部分组成，竖直隔振部分和前后隔振部分分别起到竖直方向和前后方向隔振作用，两部分之间通过螺栓固定；

所述的竖直隔振部分是由剪式悬架(11)、主弹簧(9)、折板(7)、阻尼器(10)、第一阻尼器销轴(8)、第二阻尼器销轴(12)及对称布置的两套负刚度弹簧机构组成；所述的负刚度弹簧机构包括负弹簧(1)、负弹簧导向柱(2)、负弹簧导向套(14)、支架(13)、曲边板(4)、支撑板(6)、滚轮(3)以及销轴(5)，支撑板(6)焊接或通过螺栓固定于剪式悬架(11)下横梁的上表面，两个支架(13)通过螺栓固定于支撑板(6)上，成对称布置，两个负弹簧导向套(14)通过螺栓固定于支架(13)上，成水平对称布置，负弹簧导向柱(2)与负弹簧导向套(14)成间隙配合，起水平导向作用，负弹簧(1)套接在负弹簧导向柱(2)与负弹簧导向套(14)上，负弹簧(1)的两端分别顶在负弹簧导向套(14)与负弹簧导向柱(2)的端平面处，从而实现轴向定位，负弹簧导向柱(2)一端具有耳座结构，耳座上具有内孔，内孔与销轴(5)之间成过盈配合，滚轮(3)装配于销轴(5)上，滚轮(3)与销轴(5)成间隙配合，从而保证滚轮(3)自由转动；曲边板(4)竖直布置，曲边板(4)上端与上部板(29)固定，曲边板(4)下端为自由端，为保证曲边板(4)竖直方向行程，支撑板(6)上具有开槽，曲边板(4)下端穿过该开槽；滚轮(3)与曲边板(4)曲边处接触且可沿着曲边上下滚动，滚轮(3)沿曲边板(4)的曲边滚动时，负弹簧(1)的伸缩量变化；主弹簧(9)成竖直方向布置，主弹簧(9)与曲边板(4)平行，主弹簧(9)的上、下两端分别顶在上部板(29)下表面和支撑板(6)上表面，起主要承载作用，阻尼器(10) 通过第一销轴(8)和第二销轴(12)与剪式悬架(11)上部和折板(7)连接，阻尼器(10)倾斜设置；

所述的前后方向隔振部分布置于竖直隔振部分上部或下部，前后隔振部分是由上部板(29)、前后主弹簧机构和水平弹簧机构组成，两块上部板(29)通过螺栓固定于剪式悬架(11)上横梁的上表面，前后主弹簧机构和水平弹簧机构布置于上部板(29)上；前后主弹簧机构是由前后方向布置的导向轴(22)、导向轴固定座(20)、导向轴承(25)、导向轴承座(26)、前后主弹簧(21)、座盆连接板(32)、前后方向阻尼器(28)、第一支座(19)和第二支座(27)组成，导向轴(22)两端固定于导向轴固定座(20)中，导向轴固定座(20)通过螺栓固定于上部板(29)，座盆连接板(32)上通过螺栓连接固定有四个导向轴承座(26)，导向轴承(25)与导向轴(22)配合并置于导向轴承座(26)中，前后主弹簧(21)套接在导向轴(22)上，前后主弹簧(21)的两端通过导向轴承座(26)和导向轴固定座(20)轴向定位；前后主弹簧(21)共有四个，分前后布置；前后方向阻尼器(28)与第一支座(19)和第二支座(27)通过销轴铰接，第一支座(19)和第二支座(27)分别与座盆连接板(32)和上部板(29)螺栓连接；水平弹簧机构是由水平弹簧(23)、水平弹簧导向柱(17)、水平弹簧导向套(24)、第一耳座(16)、第二耳座(18)、第一支架(15)和第二支架(31)组成，第一支架(15)和第二支架(31)分别通过螺栓或焊接固定在上部板(29)和座盆连接板(32)上，第一耳座(16)通过螺栓连接固定在第一支架(15)和第二支架(31)上，第一耳座(16)成水平布置，水平弹簧导向柱(17)和水平弹簧导向套(24)分别通过销轴(30)与第一耳座(16)和第二耳座(18)铰接，水平弹簧(23)套接在导向柱(17)上，水平弹簧(23)两端轴向定位，处于压 缩状态。