半主动车载准零刚度隔振系统设计及试验研究

来源 :石家庄铁道大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:zhao330300096
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随着车载仪器设备应用的普及,对车载仪器设备隔振系统的研究越来越重要。针对车辆行驶工况环境以及振动频率的影响,本文基于正负刚度弹簧并联原理设计了一种空间占比小、安装方便、限位可调的准零刚度(quasi-zero-stiffness)车载隔振系统。通过理论计算、仿真分析和试验验证,验证了隔振系统优异的隔振性能。将垂向弹簧与两个对称的负刚度结构并联,在推导中引入了加工误差系数,分析了加工误差系数对系统准零刚度的影响机理。采用平均法求解了准零刚度隔振系统在车体简谐位移激励下的非线性动力学响应,分析了系统参数和激励幅值对位移传递率的影响。在此基础上,设计制作了准零刚度隔振系统,测试得到了不同激励幅值、激励频率下的幅频响应和位移传递率,并与理论结果进行了比较,验证了理论分析的正确性。然后,在准零刚度隔振系统中安装磁流变阻尼器,采用半主动开关控制策略对隔振系统开展控制研究,通过Trucksim/Simulink进行联合仿真,分析其在不同工况、不同速度下的隔振效果,并与无控制的准零刚度隔振系统进行对比分析。最后,基于Lab VIEW软件与PXI嵌入式系统,对半主动车载准零刚度隔振系统进行试验研究,并与仿真结果进行对比,通过试验和仿真结果综合验证了所设计半主动车载QZS隔振系统的隔振性能。研究表明:(1)设计的隔振系统的试验与理论结果吻合较好,验证了所建模型和理论推导的正确性。(2)准零刚度隔振系统的起始隔振频率在1.4 Hz左右,优于线性系统的起始隔振频率2.9 Hz,显著降低了系统的固有频率,能够起到低频隔振效果。(3)准零刚度隔振系统在简谐激励路面、B级随机激励路面工况下系统稳定性良好,隔振效率达到70%~80%,隔振特性较好,在C级随机路面工况下隔振特性表现一般。(4)在不同工况下半主动准零刚度隔振系统的稳定性和缓冲性能均优于无控制的准零刚度隔振系统,隔振效率分别提高了25.9%、41.3%、52.6%,低频隔振效果明显。本文所建模型及理论、仿真和试验结果,可为车载隔振器的设计提供理论指导和工程借鉴。
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