本文選題：空氣彈簧　切入點(diǎn)：準(zhǔn)零剛度　出處：《中國人民解放軍軍事醫(yī)學(xué)科學(xué)院》2017年博士論文

【摘要】：提高車載擔(dān)架支架隔振系統(tǒng)的隔振效果,對于改善傷病員乘臥和乘坐舒適性,提升急救車的品質(zhì)具有非常重要的意義。本文在總結(jié)準(zhǔn)零剛度隔振器的國內(nèi)外研究進(jìn)展以及隔振技術(shù)在車載擔(dān)架支架隔振領(lǐng)域的研究應(yīng)用現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上,針對越野型急救車運(yùn)送傷病員的數(shù)量、質(zhì)量以及姿態(tài)的不同而導(dǎo)致隔振系統(tǒng)承載質(zhì)量發(fā)生變化的使用要求,基于空氣彈簧設(shè)計(jì)了一種新型承載力可調(diào)節(jié)的準(zhǔn)零剛度隔振器。通過理論分析與試驗(yàn)研究,全面探究了新型空氣彈簧準(zhǔn)零剛度隔振器的力學(xué)特性和隔振緩沖性能,并將空氣彈簧準(zhǔn)零剛度隔振器應(yīng)用于某型越野急救車,建立了急救車車載擔(dān)架支架隔振系統(tǒng),通過道路試驗(yàn)對其隔振效果進(jìn)行了分析與評價(jià)。主要工作內(nèi)容及結(jié)論如下:(1)空氣彈簧準(zhǔn)零剛度隔振器的設(shè)計(jì)及其靜力學(xué)特性研究。采用空氣彈簧作為隔振元件,基于正負(fù)剛度并聯(lián)隔振原理,設(shè)計(jì)了一種新型承載力可調(diào)節(jié)的準(zhǔn)零剛度隔振器,并對其進(jìn)行了靜力學(xué)特性研究。通過分析不同參數(shù)對空氣彈簧準(zhǔn)零剛度隔振器靜力學(xué)特性的影響規(guī)律,得到了其具有準(zhǔn)零剛度特性的參數(shù)條件。研究表明,當(dāng)初始?xì)鈮阂欢〞r(shí),適當(dāng)增加連桿長度與承載平臺(tái)連接點(diǎn)到水平空氣彈簧安裝基座的距離,該隔振器在平衡位置附近的準(zhǔn)零剛度特性位移范圍相應(yīng)增大。當(dāng)空氣彈簧準(zhǔn)零剛度隔振器結(jié)構(gòu)參數(shù)確定后,其剛度由水平空氣彈簧和豎直空氣彈簧的初始?xì)鈮簺Q定。當(dāng)豎直空氣彈簧初始?xì)鈮阂欢〞r(shí),通過增加水平空氣彈簧的氣壓來增大其在豎直方向上的負(fù)剛度,可以相應(yīng)降低該隔振器的剛度。當(dāng)水平空氣彈簧初始?xì)鈮涸龃蟮揭欢ǔ潭群?隔振器出現(xiàn)負(fù)剛度。當(dāng)隔振器承載質(zhì)量發(fā)生變化時(shí),通過調(diào)節(jié)豎直和水平空氣彈簧的初始?xì)鈮?可使其保持較好的準(zhǔn)零剛度特性。(2)空氣彈簧準(zhǔn)零剛度隔振器的動(dòng)力學(xué)特性研究。為了解空氣彈簧準(zhǔn)零剛度隔振器的非線性特性,在靜力學(xué)特性研究的基礎(chǔ)上,對其進(jìn)行了非線性動(dòng)力學(xué)特性研究。建立了空氣彈簧準(zhǔn)零剛度隔振系統(tǒng)在諧波位移激勵(lì)條件下的非線性運(yùn)動(dòng)微分方程,運(yùn)用諧波平衡法求解得到系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)解,采用絕對位移傳遞率作為評價(jià)指標(biāo),研究了不同激勵(lì)幅值、阻尼比和結(jié)構(gòu)參數(shù)對系統(tǒng)隔振性能的影響,并與單個(gè)空氣彈簧隔振系統(tǒng)的隔振性能進(jìn)行了比較。研究表明,在相同激勵(lì)幅值的條件下,空氣彈簧準(zhǔn)零剛度隔振系統(tǒng)相對于單個(gè)空氣彈簧隔振系統(tǒng)能夠隔離更低頻的振動(dòng),且當(dāng)激勵(lì)頻率大于空氣彈簧準(zhǔn)零剛度隔振系統(tǒng)的向下跳躍頻率時(shí),空氣彈簧準(zhǔn)零剛度隔振系統(tǒng)具有更好的隔振性能。適當(dāng)?shù)乜刂萍?lì)幅值有益于空氣彈簧準(zhǔn)零剛度隔振系統(tǒng)獲得更好的低頻隔振性能。增大阻尼比會(huì)使兩個(gè)系統(tǒng)絕對位移傳遞率的最大值和不穩(wěn)定區(qū)間減小,且當(dāng)阻尼比增大到一定程度時(shí),空氣彈簧準(zhǔn)零剛度隔振系統(tǒng)絕對位移傳遞率的最大值消失,這意味著適當(dāng)?shù)淖枘釋⒂行Ц纳瓶諝鈴椈蓽?zhǔn)零剛度隔振系統(tǒng)的隔振性能。同時(shí),增大結(jié)構(gòu)參數(shù)?和?的取值,空氣彈簧準(zhǔn)零剛度隔振系統(tǒng)將具有更小的隔振起始頻率,從而具有更好的低頻隔振性能。(3)空氣彈簧準(zhǔn)零剛度隔振器的試制與試驗(yàn)研究。在理論研究的基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)試制了空氣彈簧準(zhǔn)零剛度隔振器原理樣機(jī),并對樣機(jī)進(jìn)行了靜動(dòng)態(tài)試驗(yàn)研究。通過靜力試驗(yàn)研究得出:在靜力平衡位置承載相同的質(zhì)量時(shí),空氣彈簧準(zhǔn)零剛度隔振器在整個(gè)位移范圍內(nèi)的剛度都小于單個(gè)空氣彈簧,說明其在保持較高靜態(tài)剛度的同時(shí),具有更小的動(dòng)態(tài)剛度,尤其在靜力平衡位置附近的較大位移范圍內(nèi)趨近于零,這表明空氣彈簧準(zhǔn)零剛度隔振器具有較好的準(zhǔn)零剛度特性;當(dāng)改變豎直空氣彈簧的初始?xì)鈮簳r(shí),其靜力平衡位置的承載力將發(fā)生變化,則可以通過調(diào)節(jié)水平彈簧的初始?xì)鈮?使隔振器保持準(zhǔn)零剛度特性,這表明空氣彈簧準(zhǔn)零剛度隔振器對于變承載質(zhì)量的隔振系統(tǒng)能夠達(dá)到較好的隔振效果。同時(shí),開展了不同激勵(lì)幅值條件下的諧波掃頻激勵(lì)振動(dòng)試驗(yàn),以及不同振幅和激振頻率條件下的定頻諧波激勵(lì)振動(dòng)試驗(yàn)。試驗(yàn)表明:相對于單個(gè)空氣彈簧隔振系統(tǒng),空氣彈簧準(zhǔn)零剛度隔振系統(tǒng)具有更小的共振頻率、隔振起始頻率和最大傳遞率峰值;但是由于較大阻尼的存在,系統(tǒng)趨于線性;且空氣彈簧準(zhǔn)零剛度隔振系統(tǒng)的隔振起始頻率和共振頻率隨著激勵(lì)幅值的增大而減小,最大傳遞率峰值隨著激勵(lì)幅值的增大而增大。除此之外,開展了半正弦波和后峰鋸齒波兩種波形的沖擊激勵(lì)試驗(yàn)。試驗(yàn)表明:空氣彈簧準(zhǔn)零剛度隔振系統(tǒng)對沖擊激勵(lì)具有較好的衰減效果,其抗沖擊能力優(yōu)于單個(gè)空氣彈簧隔振系統(tǒng)。(4)空氣彈簧準(zhǔn)零剛度隔振器在某型越野型急救車上的應(yīng)用研究。將空氣彈簧準(zhǔn)零剛度隔振器應(yīng)用于某型越野急救車,建立了車載擔(dān)架支架隔振系統(tǒng),并對其進(jìn)行了臥姿傷病員乘臥舒適性和坐姿傷病員乘坐舒適性試驗(yàn)。試驗(yàn)表明,針對運(yùn)送1名臥姿傷病員和3名坐姿傷病員兩種工況,當(dāng)越野型急救車以不同車速分別在瀝青路和鄉(xiāng)村土路等速行駛時(shí),該隔振系統(tǒng)均取得了較好的隔振效果,證明空氣彈簧準(zhǔn)零剛度隔振器對于變質(zhì)量隔振系統(tǒng)具有較好的隔振性能。同時(shí),由傷病員振動(dòng)舒適性分析評價(jià)結(jié)果發(fā)現(xiàn):當(dāng)越野型急救車以不同車速在瀝青路等速行駛時(shí),1名臥姿和3名坐姿傷病員的舒適性級別評價(jià)結(jié)果均為“非常舒適”;而在鄉(xiāng)村土路行駛時(shí),除車速50km/h時(shí)后方坐姿傷員舒適性級別評價(jià)結(jié)果為“比較舒適”外,其余評價(jià)結(jié)果均為“舒適”。本文通過對新型空氣彈簧準(zhǔn)零剛度隔振器的理論分析、試驗(yàn)測試和應(yīng)用研究,驗(yàn)證了空氣彈簧準(zhǔn)零剛度隔振器設(shè)計(jì)思路的合理性、研制開發(fā)的可行性和實(shí)際應(yīng)用的有效性。將其應(yīng)用于越野型急救車車載擔(dān)架支架隔振系統(tǒng),對提升急救車的乘臥和乘坐舒適性具有較大的實(shí)際意義和應(yīng)用價(jià)值。
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【學(xué)位授予單位】：中國人民解放軍軍事醫(yī)學(xué)科學(xué)院
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：U469.67;R318

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：1673703