某型特种车辆油气弹簧减振阀关键部件疲劳可靠性研究

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油气弹簧因其渐增性的非线性特性使其在特种车辆上得到广泛的应用,但极限工况下路面的高频冲击载荷使其减振阀关键部件出现各类故障导致零件失效,因此对其减振阀结构可靠性的研究显得尤为重要。本文对新一代特种车辆所配置油气弹簧减振阀的特性进行分析和探讨,基于此对其结构强度和疲劳寿命进行评估并提出改进方案,为新一代特种车辆行动系统可靠性的提升提供有力支撑。以某型特种车辆油气弹簧的减振阀为研究对象,根据其具体结构和工作原理建立了其数学模型和有限元模型,基于ANSYS Workbench平台完成了不同入口流量下的油液冲击仿真,获取其两侧的压差数据,将其与该减振阀实车样件在同工况下的实验结果进行对比,辅以理论计算结果验证了仿真模型的准确性,并通过全工况下仿真结果获取了减振阀开阀的压差为53.8MPa左右,对应的活塞运动速度为1.62m/s左右。基于流固耦合仿真技术,选取高、中、低频率各两个工况共计6种简谐振动加载工况对减振阀-油液模型进行了流场分析,得到不同工况下油液流速和压强的分布状态和分布规律,并对流固耦合面的压力场进行了分析,为减振阀关键部件的应力和疲劳分析提供数据支撑。利用Modal模块对减振阀进行了模态分析和前十五阶振型的提取,排除了工作状态下共振的可能性,并以减振阀关键易损部件阀芯和阀座为研究对象,基于流固耦合仿真的结果对其进行了常规和高速工况下的应力分析和静强度的校核,得到其易损区域的分布。基于应力分析结果,采用应力-寿命法对阀座和阀芯进行了典型工况下的疲劳分析并与实车的结构件失效照片进行对比验证,研究发现阀座颈部的连接处和阀芯杆部为疲劳失效位置。通过改变常通孔孔径、背压弹簧刚度、活塞加载速度和油液粘度探讨了设计参数和运行参数对减振阀关键部件疲劳寿命的影响规律,利用正交试验设计方法对各个因素进行了敏感性分析,并基于研究结果提出改进建议,具体方案为背压弹簧刚度调整至10k N/m、常通孔孔径提升为5mm、油液选取HM46号液压油、工作缸缸径适当增大至90mm,改进后阀芯和阀座易损区域的最大应力下降51.8%,疲劳寿命提升112.5%,有效提升了减振阀关键部件的疲劳可靠性。
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