工程机械车辆驾驶室液阻悬置系统建模与非线性振动研究

The ride comfort of Construction Machinery vehicle has gained increasing attention and it is important to carry out the research on the dynamics of frame-cab system. For the feature of the cab center of mass being relatively high above the cab supporting surface, the pitch and roll vibrations of the cab are prone to generate in the low frequency range. The improvement of ride quality via cab suspension can be considered to be more logical, economical and practical compared to treatment at seat location. The hydraulic mount, which may present significantly nonlinear stiffness and damping characteristics, used for cab vibration reduction is an innovative suspension technology and an important future direction in suspension design of Construction Machinery vehicle. Therefore, the aim of this study is to take Construction Machinery vehicle cab isolation system as the research object, design hydraulically damped rubber mount with a new type of structure first and establish its nonlinear mechanical model. The effects of different internal structures and liquid flow characteristics on nonlinear vibration characteristics are analyzed. The mechanism study of mechanical properties of the isolator is studied in depth. Meanwhile, a mix viscous damping control strategy for isolation system with multi-degree-of-freedom foundation is proposed. Then the nonlinear dynamics model of multi-degree of freedom in cab isolation system is constructed and making the cab prototype suspension system. Through simulation and dynamic experiments, the nonlinear dynamic characteristics of hydraulic mount system in Cab of Construction Machinery vehicle are analyzed, and the applicability of cab isolation system in multi-road conditions and complex environment is researched. The research results can provide a novel and practical isolation design for the cabs of different kinds of Construction Machinery vehicle, and improve the ride comfort of drivers, which has certain theoretical significance and higher application value.

工程机械车辆乘坐舒适性得到越来越广泛关注，研究驾驶室非线性动力学特性非常必要。由于驾驶室质心位置高，容易出现低频晃动振动。采用驾驶室悬置是提高乘坐舒适性更为合理、经济和实际的方法。液阻悬置本身具有较强的刚度和阻尼非线性特性，作为驾驶室减振装置是目前工程机械车辆悬置中一种新颖的悬置技术和重要的发展方向。因此，本研究计划以工程机械车辆驾驶室隔振系统为研究对象，设计具有新型结构的液阻型橡胶隔振器，建立其非线性力学模型，分析不同内部结构与液体流动特性对非线性振动特性的影响，针对隔振器的力学特性机理进行深入研究；同时，提出多自由度基础隔振系统混合粘性阻尼建模方法，进而构建驾驶室多自由度非线性动力学模型，制作驾驶室原型悬置系统，通过仿真与动力学实验，分析工程机械车辆驾驶室液阻悬置系统的非线性动力学特性，并针对驾驶室液阻悬置系统在多路况、复杂环境等条件下的适用性进行研究。

工程运输车辆乘坐舒适性得到越来越广泛关注，研究驾驶室动力学特性非常必要。由于驾驶室质心位置高，容易出现低频晃动振动。采用驾驶室悬置是提高乘坐舒适性更为合理、经济和实际的方法。液阻悬置本身具有较强的刚度和阻尼非线性特性，作为驾驶室减振装置是目前工程运输车辆悬置中一种新颖的悬置技术和重要的发展方向。因此，本研究计划以工程运输车辆驾驶室隔振系统为研究对象，设计了一种新型被动式液阻型橡胶隔振器，结合流体的流变行为和可压缩性，建立了其非线性力学模型，同时，提出了单自由度基础隔振系统混合粘性阻尼建模方法，分析了不同内部结构与液体流动特性对非线性振动特性的影响。首次提出了一种被动式液阻型橡胶隔振器（PHDRM）的非线性集总参数模型。充分考虑了多惯性轨道的非线性问题；在ABAQUS中建立了隔振器的全局有限元流固耦合模型。同时，本项目采用了多场耦合解和联合仿真模式，分别确定了橡胶元件和惯性轨道参数，对不同的液阻型橡胶隔振器实验试件进行了多组动态性能实验。实验结果表明，两种隔振系统建模方法的仿真结果与实验数据一致，该建模方法在低频较大的振幅激励下具有可靠性和准确性；还研究和讨论了不同橡胶单元和液阻型橡胶隔振器惯性轨道在大振幅下对低频动态特性的影响，实验结果也为进一步研究带有复杂结构的液阻型橡胶隔振器非线性建模方法研究和动态性能分析提供了一个实用的依据。为了检验PHDRM的动态特性，将实验结果与相应的橡胶隔振器分别在固定频率和扫频激励下进行了比较。结果表明了非线性动力学模型的有效性，液阻型橡胶隔振器在动态刚度上具有幅频依赖性和软化特性，这主要是由于液压油的粘弹性行为和流固耦合特性产生。液阻型橡胶隔振器在减轻机械振动和共振方面表现出更理想的动态性能。仿真结果与实验数据的比较说明了考虑多惯性轨道非线性的集总参数模型在描述多惯性轨道PHDRM的动态行为方面具有显著的优势。此外，还制造了不同的PHDRM原型机，并测试了其隔振性能。对测量的力-位移环和传递率特性进行了比较和讨论。结果表明，不同长度、截面和惯性轨道数对动态性能有不同的影响。具有三个惯性轨道的PHDRM在能量耗散和阻尼方面具有优势，能够预测较低的传递率。本项目的研究为液阻型橡胶隔振器的结构设计和优化提供了重要的参考价值和依据。