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电动车液压后避震结构设计研究

随着我国构建资源节约型社会的政策发展,人们环保意识不断增强,电动车本身具备的消耗资源少,方便快捷等特点得到了广大消费者的喜爱,但是,电动车的结构仍存在不合理的元素,表现明显的是后避震系统。随着经济的不断发展,人们逐渐加强对精神生活的享受,在这种情况下,消费者也会对电动车的舒适度提出更高的要求,因此,现在市场上迫切需要有新型的后避震系统。
1电动车工作原理
电动车主要由四大组件构成,分别是:轮毂电机、控制器、蓄电池和充电器,其中,轮毂电机是电动车的动力部分,控制器主要负责控制电路,蓄电池和充电器(47V/35V)是指放、充电器件。笔者经研究发现,电动车在实际工作状态下,会受到来自地面的随机激励,同时,电动车产生的振动能量会通过前轮、座筒等传递到人体,因此,在座筒和后轮之间安装后避震,提高电动车的舒适性。
2失效原因
2.1失效原因
通过深入研究目前生产商生产较多的弹簧状后避震系统,笔者得出,电动车的后避震处在工作状态时,上下支点会承受外载负荷和车身自重的随机激励,,除此之外,外圈弹簧对后避震的结构极容易产生疲劳影响,各截面也会受到不等的剪应力与弯曲应力,而且,弯曲应力所引起的失效占了主导地位。
2.2计算与试验
为了测出后避震上各个参考点处的响应值,笔者模拟了路面谱,并采用了包络线法设定出谱形,从而算出峰值应力的概率密度。由于,后避震的结构设计要求,检验者要根据N-S疲劳曲线,计算出既定时间内疲劳损坏的概率,再加上,后避震的两头是由铝材构成的,而中间又是粉末冶金,所以,当后避震的长度为200mm时,它将受到剪应力的作用,笔者得出了以下结果:
表1后避震直径的等效系数
直径(mm) 车辆型号
 KCS KBS
14 2.34 2.2
12 2.0 1.9
10 1.4 1.4
上表中的结果表明:根据N-S疲劳度与功率的谱密度之间的关系,及Palmgren-Miner疲劳损伤原理,可得出后避震的疲劳损坏的概率与实际统计值相同;而通过运用包络计算法所得出的功率谱的密度值将大于实际的疲劳损坏值;尽管理论显示,最大的弯曲应力往往发生在避震系统的下支点,但在实际工作中,后避震的失效点在上支点;注重缩短后避震的长度,缩小粉末冶金材质与两端铝材质的面积差,增加粉末冶金材质的直径(截面积)。
3工作原理
表1显示了液压式后的避震结构,其中上支点1承受车身的自重和附加质量,而下支点2不仅承受上支点1所承受的力,还承受地面的随机激励。若下支点一旦受到地面的激励,阻尼液(7)内的液体受到压力后,将经过回油腔(4)再转回阻尼腔(8)中,同时活塞(9)也会受到压力,向下运动,这时空气腔(11)内的气流从气孔(11、12)排出。此外,活塞(6)也向下运动,这时,空气腔(14)的体积变大,气压下降,并使外界空气通过(5、13)进入到腔内,这就完成了一次真正的吸气、排气过程。
4随机试验
4.1液压式后避震系统模型
为了使电动车的结构更加清晰,笔者将它简化成了一个二合一系统:
其中,激励点1与2分别表示了电动车的后轮、前轮与地面接触时的中心点,而响应点1和2则代表了座筒、把立上的点。本文假设上述系统为线性系统,并以系统内的常识点为依据。得出:该系统的响应点满足了加叠原理的基本要求,同时系统和激励之间的关系可以表示为:
 = * + *
 = * + *
公式中, 、 分别代表随机的激励信号, 、 、 、 代表系统单位内的脉冲响应, 、 代表座筒与把立上的响应信号。
4.2试验过程
液压式后避震系统是双向输入、双向输出的线性系统,单位脉冲是该系统的激励信号。由于使用激振器或振动台做试验的费用较高,所以本文采用了简单的机械凸轮来替代激振器或振动台,从而实现对该系统的驱动。此外,本文选用KBS类车型作为试验平台,通过ICP(加速传感器)来传输响应信号,并通过使用HP35660动态分析仪,进而对信号进行显示、分析和处理。试验过程如下:分析频带值f=0-60(Hz),设定采样点数为1012点(每帧),谱线数为350线,每次使用时间10s,然后对试验得到的所有响应值加以平均,最终,笔者得出了两点信号的响应值,并将值的变化情况与规律记录了下来,得出了图4与图5:
5.结论
笔者经研究试验结果发现,相对于弹簧状后避震,液压式后避震的加速度响应值减少了45%。同时,又因为液压式后避震的上支点的形状为圆弧形,因此,它能顺利完成地面与后避震所形成的角度的正确调整,从而减弱各截面所产生的剪应力,延长液压式避震系统的工作时间,提高该系统的使用效率,除此以外,液压式后避震还能将系统震动产生的能量转换成热能和液压油,并通过连杆、上下活塞和空气传递到外界,同时,该种后避震系统具备固定的频率值,分别为:3.01Hz,6.81Hz,9.4Hz,13.78Hz和18.01Hz。

 

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