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非道路车辆驾驶员座椅磁流变减振器研究

诸葛平  
【摘要】:研究表明,非道路车辆在行驶和作业过程中,驾驶员长期承受低频高强度的振动,对其腰椎、脊柱、胸腔和内脏都会造成伤害,甚至引起疲劳驾驶,降低工作效率。随着人们对非道路车辆乘坐舒适性要求的进一步提高,座椅减振是最简单直接和经济的方法,而减振器是座椅悬架减振的重要保证。本课题为改善非道路车辆驾驶员的乘坐环境,提出一种用于座椅悬架系统的减振器—磁流变减振器,为驾乘人员提供三个自由度的减振。对普通座椅和驾驶室进行了平顺性试验分析,得出了驾驶员座椅系统和驾驶室的固有频率范围值,结合隔振和减振器设计理论,设计计算了减振器的各结构参数,利用Ansys软件对减振器的磁路进行仿真分析,研制了磁流变减振器,并进行了台架性能测试试验,研究其阻尼力特性。具体内容包括: 1.对非道路车辆驾驶员普通座椅和驾驶室进行平顺性试验,测试了车速为8km/h, lOkm/h,12km/h时座椅和驾驶室垂直、俯仰、侧倾三个方向的加速度值,利用动力学分析软件ADAMS处理了试验数据,分析得出座椅和驾驶室的固有频率范围参考值。结合激振频率范围、整车及驾驶室固有频率范围、人体敏感频率范围,合理匹配驾驶员座椅系统的固有频率。 2.研究隔振理论,建立系统振动微分方程,根据驾驶员座椅悬架的固有频率范围值计算减振器所需提供的各向阻尼力值。研究磁流变减振器设计理论,设计计算了减振器各结构参数。 3.利用Ansys软件对不同壁厚、不同磁芯直径、不同阻尼通道长度、不同阻尼间隙及不同电流下的磁路进行了仿真分析,得出不同参数下阻尼通道内磁流变液磁通变量的变化规律,验证了磁路设计的可行性,并优化了结构参数。 4.研制了磁流变减振器,进行了台架性能测试试验。利用LMS声振分析仪记录位移传感器和拉压力传感器接收的数据。分析了不同激振速度和线圈电流下减振器阻尼力的变化规律,并得出磁流变减振器所提供的实际阻尼力范围及阻尼力可控倍数的范围。 试验研究结果表明,研制的磁流变减振器的示功图圆润、饱满,减振器整体性能良好。减振器阻尼力随激振速度和线圈电流保持增长关系。减振器最大阻尼力可达205N,虽未达理论计算值,但由磁路仿真结论可知,当线圈电流为2A,激振速度为0.5m/s时,磁流变液的磁通密度值为0.231T,并未达到磁流变液的饱和磁通量。实车应用时,可在线圈电流允许的条件下适当提高线圈电流值,以适应座椅悬架的隔振需求。磁流变减振器阻尼力可控倍数最大可达到3,可控倍数随着激振速度的增加而减小。此减振器阻尼力可调范围较广泛,符合座椅悬架的隔振要求。 本课题的研究,对促进非道路车辆驾驶员座椅悬架的科学研究,提高车辆乘坐舒适性,降低振动职业病发生几率具有重要的理论意义和实用价值。


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