地铁车辆气液缓冲器设计（全套含CAD及三维图纸）
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上海应用技术学院毕业设计（论文）任务书 题目： 地铁车辆气液缓冲器设计 学生姓名： 唐旭东 学号： 0910211532 专业： 机械设计制造及其自动化 任务起至日期： 2013年 2 月 25 日至 2013 年 6月 28 日 共 18周 一、 课题的任务内容： 根据地铁车辆连挂要求，开发、设计一种气液缓冲器。当列车以低于 10km/缓冲器能够吸收运动车辆的动能，并保证连挂列车不会因冲击力而导致车体变形。 缓冲器的性能要求为：缓冲行程为 150始阻抗力为 140力 吸收率 80以上，冲击容量 140大阻抗力 1100冲器受到冲击力被压缩以后，气体也被压缩，压力上升，当冲击力消除后，在压缩气体的压力作用下，缓冲器能够复位到初始状态。 二、原始条件及数据： 缓冲器的 主要 性能 参数 为：缓冲行程为 150始阻抗力为 140力吸收率 80以上，冲击容量 140大阻抗力 1100 三、设计的技术要求（论文的研究要求）： 根据液体流动时的阻尼力，计算缓冲器的阻力和能量吸收大小；根据缓冲器的压缩行程，计算气体弹簧的作用力。 在上述基础上，计算缓 冲器缸体、外套壳体的内压力，作为强度校核的依据。最后，完成缓冲器装配图和零件图设计。 四、毕业设计（论文）应完成的具体工作： （ 1）根据液体流动时的阻尼力、气体弹簧的作用力，计算缓冲器内部的压强，再进行强度校核。 （ 2） 通过计算，设计液体流动时的节流孔结构和尺寸。 （ 3）在强度计算基础上，完成缓冲器总体结构方案设计，并设计完成控制液体流动的节流结构装置，便于控制缓冲器的阻抗力。 （ 4）完成设计图纸工作量折合不少于 张。 软硬件名称、内容及主要的技术指标（可按以下类型选择 ）： 计算机软件 者 者 图 纸 折合 少于 3张 电 路 板 机 电 装 置 新材料制剂 结 构 模 型 其 他 五、查阅文献要求及主要的参考文献： 查阅 10 12篇中、外文文献资料，其中外文文献资料至少 2篇，并将外文文献资料译成中文（译文不得少于 5000汉字或 20000外文印刷符号）。 与 本 次毕业设计相关的本 专业主要期刊 有机械工程学报 、 电力机车与城轨车辆 、 上海铁道科技 、 铁道车辆 、 铁道 学报 、中国机械工程、机械设计、机械设计与制造、机械工程等。主要参考文献 有 ： 1. 苗明，李明月，杨万春 新型液气缓冲器的动态试验及其仿真分析 J 机械工程学报，2006， )： 216 2. 帅纲要，常明，何华城轨车辆车钩缓冲器的配置与能量吸收 J电力机车与城轨车辆，2009, 32(5): 1721 3. 刑潮汀 J上海铁道科技， 2005, (6): 4345 4. 廖小平铁道车辆用液气缓冲器研究 D北京交通大学硕士学位论文 5. 王进，王明星，郭红锋等铁路货车用车钩缓冲器简介 J橡胶科技市场， 2009, (6): 2325 6. 李芾，黄运华，卜继玲，付茂海新型液气缓冲器在铁道车辆上的应用 J铁道车辆，2005, 43(12): 2023 7. 张友男，黄友剑，陈忠海弹性胶泥车钩缓冲器的研究和应用进展 J特种橡胶制品，2001, 22(4): 5759 8. 黄运华，李芾，廖小平，傅茂海机车车辆液气缓冲器特性研究 J报， 2005， 27(5)：3135 9. 黄运华，李芾，付茂海车辆缓冲器特性研究 J中国铁道科学， 2005, 26(1): 95100 10. G J 001, 216(F): 3139 11 of 1999, 213(F): 143160 六、进度安排：（设计或论文各阶段的要求，时间安排）： 第 1 2周，完成毕业实习、资料收集和开题报告。 第 3 4周，在调研、论证的基础上，完成气液缓冲器初步方案 2 3个，并比较各个方案的优缺点，确定最终方案。 第 5 8周，进行气压传动、液压传动分析计算，确定缓冲气的几何何参数。 第 9 10周，完成主要零件（刚体、活塞、活塞杆、外壳等）的强度计算和校核，最终确定零部件的几何结构参数。 第 11 14周，完成缓冲器总装配图设计。 第 15 16周，完成缓冲器所有零件图设计。 第17周，整理毕业设计资料，完成设计说明书。 第 18周，准备毕业答辩。 指导教师： 张锁怀 审核意见： 教研室主任： 1 概述缓冲器是城轨车辆车钩系统重要部件之一，其主要作用如下1：1）缓和列车在正常运行中出现的纵向冲击，提高列车运行平稳性和舒适性；2）缓和和吸收列车正常联挂时产生的冲击；3）吸收列车在非正常状态下以较高速度撞击时的冲击能量，保护车底架不受损坏 、乘客不受伤 。城轨车辆车钩目前常用的缓冲器形式有橡胶缓冲器 、胶泥缓冲器 、气液缓冲器和压溃管等，不同的缓冲器配置直接影响车钩的缓冲和能量吸收性能 。本文通过对各种缓冲器的结构 、性能的介绍，阐述了缓冲器的不同配置对车钩系统缓冲和能量吸收性能的影响 。2 用的是环形的橡胶缓冲件 。牵引和压缩方向均具有能量吸收功能，目前在城轨车辆车钩系统中普遍采用 。时结合胶泥缓冲器或压溃管还可以满足较高速度下列车碰撞的能量吸收要求 。这种缓冲器可以根据容量的需要设计成有两组橡胶环的有三组橡胶环的 冲器属于可复原的能量吸收部件，其结构如图 1 所示 。1枢轴； 2轴承座； 3上壳体； 4橡胶环； 5芯轴； 6下壳体；7枢轴 。图 1 为 胶缓冲器的特性曲线，从图中可看出，作用力的大小与冲击速度有关，冲击速度越高，作用城轨车辆车钩缓冲器的配置与能量吸收帅纲要1，常 明2，何 华2（ 1. 南车株洲电力机车有限公司，湖南 株洲 412001； 2. 福伊特驱动技术（上海）有限公司，上海 201108）摘 要： 介绍了城轨车辆车钩缓冲器的形式，通过对缓冲器的结构 、性能和特性的分析，阐述了缓冲器的配置与能量吸收的关系，为城轨车辆车钩缓冲器的设计选型提供了依据 。关键词： 城轨车辆；缓冲器；配置；能量吸收中图分类号： 献标识码： A 文章编号： 16722009） 051. o., 12001, . 01108, it 2 卷 第 5 期2009 年 9 月 20 日32 5202009收稿日期： 2009- 03- 30作者简介：帅纲要，工程师， 1987 年毕业于株洲工学院机械制造专业，从事城轨车辆部件设计工作 。 大 。以下为目前国内 大压缩行程： 55大拉伸行程： 40量（压缩）： 量（拉伸）： 大静态压缩力： 680大静态拉伸力： 390量吸收率： 3040。图 2 泥缓冲器弹性胶泥缓冲器的工作原理和结构如图 3 所示 。图 3 胶泥缓冲器将弹性胶泥材料装进一个能够承受一定压力的缓冲器活塞缸体内，根据实际运用的需要增加一定的预压缩力，当活塞杆受到一定的压力（静压力或冲击力）时，活塞利用活塞缸内的节流孔或节流间隙以及弹性材料本身体积被压缩产生的反作用力产生一定的阻抗力 。当活塞杆外力撤销后，弹性胶泥的体积会自行膨胀，将活塞推回到原始位置 。弹性胶泥缓冲器一般具有较高的初始动作力，所以经常与 胶缓冲器配合使用，拉伸方向的冲击和压缩方向较小的冲击（例如车辆正常联挂时的冲击）由胶泥缓冲器吸收压缩方向较大的冲击 。胶泥缓冲器的容量较大，例如， 150 行程的胶泥缓冲器的容量约为 142 量吸收率一般为 55%65%。胶泥缓冲器的特性以及与 胶缓冲器配合的特性如图 4 所示，作用力随行程增加而上升，同时作用力随冲击速度上升而上升，但是不敏感 。所以这种缓冲器能在各种冲击速度下很好地发挥吸能作用，同时作用力不至于超过车体强度 。图 4 胶泥缓冲器结合 液缓冲器气液缓冲器是将气体和液压油作为介质，利用气体和液压油的特性组合成具有吸能特性的可恢复式缓冲器，气体的可压缩性可满足较低速度初始能量吸收，液体的阻尼可满足较高速度的能量吸收 。如图 5 所示，气液缓冲器一端由一个带增压阀的活塞与充满液压油的油缸组成，另一端由充满氮气的气缸及带密封的活塞组成，活塞一边充满氮气而另一边充满液压油 。一般的气液缓冲器，气体和液压油均承受压缩方向负荷，在拉伸方向需要设置环弹簧实现缓冲；采用双行程（ 理的气液缓冲器在拉伸方向也具有缓冲作用，无需另外配置环弹簧 。气液缓冲器结构较复杂，密封性要求高，维修成本高，一般在大修时需要返回到缓冲器供货商处进行维修 。气液缓冲器的特性如图 6 所示，初始动作力较小，能量吸收后可自行恢复，吸能性能对冲击速度敏感，因此，这种缓冲器一般与球铰和摩擦环弹簧配合使用 。球铰里面只有很薄的一层橡胶，变形能力和吸能容量很小，压缩方向的较小冲击（例如车辆正常连联挂时的冲击）也由气液缓冲器吸收，摩擦环弹簧吸收拉伸方向的冲击 。气液缓冲器的吸能特性对冲击速度敏感，当列车冲击速度很高时，缓冲器会在短时间内产生很大的力，甚至超过车体强度 。例如：装有这种缓冲器的车钩安装在列车最前端，当考虑车体前端吸能区参与吸能提高最高允许冲击速度时，这种缓冲器会在很短时间很短行程内产生很大的力，随后造成过载保护装置动作，车钩缓冲器不再发挥吸能作用，这样列车剩余能量较大，需要车体前端吸能区设计有很大的吸能容量，对设计造成一定难度 。气液缓冲器的能量吸收率较高，一般为 80%85。以下为某气液缓冲图 5 气液缓冲器电力机车与城轨车辆 2009 年第 5 期术参数：最大行程： 150量： 145大阻抗力：1100量吸收率： 80%85。图 6 溃管压溃管是一种破坏性的能量吸收元件，通过特制的可压溃变形管安装于车钩杆上，在管子的管口安装一涨块，通过对管子的扩口变形来吸收能量，其结构如图 7 所示 。该缓冲器要求压溃管材料的强度被准确地控制在一个较小的范围内，压溃力理论上在全行程保持一恒定值 。该缓冲器结构简单，免维护，能量吸收率为 100%。由于存在初始动作力，压溃管一般配合 胶缓冲器使用，列车正常联挂时的冲击能量由 收，较高速度的冲击通过压溃管变形吸收能量，对车体进行保护 。1涨块； 2锁紧螺母； 3压溃管； 4销； 5标记销； 6拉杆；7中间牵引杆 。图 7 压溃管以下为深圳项目车钩用压溃管技术参数：最大行程：150 量： 150 大阻抗力： 1 000 量吸收率：约 100。表面上看，压溃管在受到较大冲击后即损坏，必须更换，使用成本较高 。但是由于压溃管在没有发生变形时基本是免维护的，它的运用成本比胶泥缓冲器和气液缓冲器低很多 。图 8 显示了三种缓冲器配置的寿命周期成本比较，胶泥缓冲器和气液缓冲器初次购买成本就比较高，运用中由于要返回缓冲器供应商处进行维修，其成本会远高于压溃管 。所以，只要列车撞击事故能被限制在较低的频次，压溃管是最经济的缓冲器配置 。图 8 载保护装置过载保护装置安装在车钩与车体的连接部位，其中包含有强度控制在很小公差范围内的连接元件，当车钩内发生的冲击作用力超过过载保护装置的强度时，过载保护装置动作，使车钩与车体分离，然后车辆前端防爬器接触，继续发挥吸能保护作用 。过载保护装置一般只在列车前端的车钩上使用 。一种典型的过载保护装置结构如图 9 所示，变形套在受到过大的力时会发生塑性变形，直径变小，这样车钩尾座会从变形套上通过，车钩与车体分离 。过载保护装置的作用仅仅是分离车钩和车体，它能吸收的能量比较小 。图 9 变形套过载保护装置另一种过载保护装置的结构如图 10 所示，剪切元件布置在 承座通过普通连接螺栓与车体连接，当发生大的冲击时，剪切元件被剪断，整个车钩向后移动，穿过轴承座上的开孔，不再发挥缓冲吸能作用 。使用这种过载保护装置的车钩与车体的接口比较简单 。帅纲要 等 城轨车辆车钩缓冲器的配置与能量吸收 2009 年第 5 期图 10 置于 钩缓冲器系统的配置列车中的不同部位会根据需要配置不同的车钩，这些车钩及缓冲器会作为一个系统发挥缓冲和吸能作用，而不是孤立地起作用 。在设计列车的车钩缓冲器系统时，要根据车辆的技术数据 、缓冲吸能性能要求，综合考虑列车各个部位的缓冲器配置（必要时包括车体前端吸能区的特性），才能准确地找出满足要求的车钩缓冲器系统方案 。影响车钩缓冲器系统配置的列车数据和要求主要有：1）列车编组型式：确定车辆数量，列车各个部位的车钩型式 。2）列车各个车辆的质量：质量越大，运动的动能越大，对缓冲吸能性能要求越高 。一般使用 态的数据进行分析即可，虽然载有乘客的列车也有发生撞击的可能，但是乘客的质量与车体质量的连接是松散的，在撞击情况下乘客质量的表现和对缓冲吸能过程的影响很难把握，所以计算载有乘客状态下的列车的缓冲吸能性能并没有太多的实际意义 。3）车体强度：直接限制车钩缓冲器系统允许发生的最大作用力 。在配置车钩缓冲器时，缓冲器的作用力应低于过载保护装置的强度，过载保护装置的强度应低于车体强度，同时还需要考虑各部件强度的公差带，所以车体强度较低时，车钩缓冲器的允许作用力也会很低 。同时如果缓冲器的行程受到车辆总体布局和结构设计的限制不能相应增加，车钩缓冲器系统就很难获得高的吸能容量和允许冲击速度 。4）不导致车体损坏的最大冲击速度：速度越高，动能越大，对吸能容量要求越高 。不导致车钩损坏的最大冲击速度值还直接影响缓冲器的选型，如果该速度要求较高，就只能选用可恢复型的缓冲器 。5）车钩前端面允许突出车体前端的距离：直接限制列车前端车钩缓冲器的最大允许行程，该距离越小，车钩缓冲器系统设计难度越大 。6）如果被撞击列车是施加了停放制动的静止列车，停放制动的摩擦系数也有影响，摩擦系数越高，车钩缓冲器系统设计难度越大 。上述基本上都是在车辆设计早期就确定的车辆重要参数，所以车钩缓冲器系统的缓冲吸能性能要在项目早期就与车辆一起考虑 。图 11 是一种典型的列车前端车钩缓冲器配置方案，包括了 胶泥缓冲器 、过载保护装置 、车体两侧防爬器，这些缓冲吸能部件的初始动作力和强度是依次增加的，在列车发生较高速度的冲击时依次开始发挥缓冲吸能作用，整个缓冲吸能过程可以分为 4 个阶段：1） ）作用力上升达到胶泥缓冲器的初始动作力时，胶泥缓冲器开始变形，吸收冲击能量；3）胶泥缓冲器内的作用力随缓冲器行程增加而上升，当超过过载保护装置的强度时，过载保护装置将动作，使车钩与车体分离；4）车体两侧的防爬器以及车体前端吸能区接触，继续吸收冲击能量 。图 11 列车前端车钩缓冲器配置为了实现上述的列车前端车钩缓冲装置和车体吸能区的功能，列车前端的车钩等部件必须合理布置，如图 12所示 。图 12 列车前端的布局车钩前端面与车体吸能区前端面之间的距离必须大于过载保护装置动作之前车钩可能发生的压缩行程（如并留有一定的制造公差，否则车钩行程用尽之前会出现两车前端吸能区接触，两者叠加的强度高于车体强度，可能导致车体损坏 。车体上的车钩安装座后方也必须留有足够的空间，保证车钩过载保护装置动作后车钩能充分向后移动，避免在车体吸能区行程用尽之前再次承受纵向力并与车体吸能区叠加形成高强度导致车体损坏 。在配置车钩缓冲器系统时，有时也会为列车前端的车钩和内部的车钩设定不同的参数，例如，为列车前端车钩的缓冲器设定比内部车钩高的初始动作力 。当发生冲击时，作用力会很快传递到列车内部，使内部车钩的缓冲器先动作，当作用力持续上升达到前端车钩缓冲器的初始动作力时，前端车钩缓冲器开始动作发挥缓冲吸能作用，这样列车内部的车钩也能充分发挥吸能作用 。但是这电力机车与城轨车辆 2009 年第 5 期强度为 1 200 车前端自动车钩的过载保护装置强度确定为 1 100 位置车钩缓冲器配置见表 1：表 1 各位置车钩缓冲器配置通过计算机仿真计算，可以得到在发生 15 km/h 冲击时各个车钩处的力 - 行程曲线，如图 14 所示（移动列车的车钩作用力） 。图 14 移动列车的车钩力 - 行程曲线计算结果表明，各个车钩产生的作用已经超过胶泥缓冲器的初始动作力，胶泥缓冲器发生了较大的变形，但是作用力最大值都不超过过载保护装置的强度，也就是说在 15 km/h 的冲击下，过载保护装置不动作，车钩不与车体分离，车体不损坏 。由于胶泥缓冲器是可恢复的缓冲器，在发生较大位移后可以恢复至初始状态，所以车钩也不发生损坏 。由于各个车钩处的位移速度不同，而胶泥缓冲器的初始动作力是与速度有关的，前端车钩位移速度高，缓冲器动作力高，内部车钩位移速度低，缓冲器动作力低，所以各个位置的缓冲器都能比较充分地发挥吸能作用 。多个 胶缓冲器与胶泥缓冲器的组合可以满足 15 km/h 冲击不损坏车体和车钩的要求 。5 结束语车钩缓冲器系统的缓冲吸能性能是列车的一项总体性能，列车的很多总体参数都影响车钩缓冲器系统的吸能性，特别是车体强度，几乎可以说对列车的允许冲击速度有决定性的影响，所以对车钩缓冲器系统的吸能性能要求应与列车的总体参数一起考虑 。多个地铁项目的选型和运用经验表明， 胶缓冲器配合压溃管的设计可以满足列车正常联挂对吸能保护的要求，运用的寿命周期成本较低； 达 15 km/h）的可恢复冲击吸能要求，但是胶泥缓冲器和气液缓冲器的维护成本较高，而气液缓冲器的特性对冲击速度敏感，在发生更高速度（例如 20 km/h）的冲击时会过早动作过载保护装置，为车体前端吸能区的设计带来难度 。参考文献 ：1 严隽耄 . 车辆工程 M. 北京：中国铁道出版社， 1999.2 邹稳根 . 国内外机车车辆用车钩缓冲器发展综述 J. 国外机车车辆工艺， 2006（ 2） 胶缓冲器 + 150 过载保护装置半永久车钩， 胶缓冲器 + 150 胶缓冲器半自动车钩， 胶缓冲器 + 100 胶缓冲器帅纲要 等 城轨车辆车钩缓冲器的配置与能量吸收 2009 年第 5 期样配置时，前端车辆因为没有得到很好的缓冲保护，在冲击发生时的加速度会比较大，一般在列车前端车钩和缓冲器的行程受限制时会采用这种方案 。4 列车冲击吸能计算在为列车配置车钩缓冲器系统时，需要进行冲击计算，冲击计算选取的最典型的工况是：在平直道上，一列运动的列车撞击另一列施加了停放制动的停留列车 。冲击计算的目的是：在列车编组型式 、质量 、冲击速度等设计输入给定的情况下，通过计算合理选择缓冲器的型式和参数，控制车钩缓冲器系统内产生的作用力，满足冲击吸能性能的要求 。下面以使用 胶缓冲器和胶泥缓冲器的车钩冲击吸能计算为例 。某 3。 3 4 5 6（ 35.8 t） （ 38.8 t） （ 38.8 t） （ （ 38.8 t） （ 35.8 t）图 13 某 大连理工大学硕士学位论文液气缓冲器的动态特性分析及优化姓名：林玮申请学位级别：硕士专业：机械制造及其自动化指导教师：苗明20061201大连理工大学硕士学位论文摘 要作为机械设备的安全装置之，缓冲器被广泛应用于交通、电力、建筑及动力机械等工程领域的抗震缓冲。随着机械设备向高速化、大型化发展，缓冲性能良好的液压缓冲器有着越来越重要的地位。在传统的缓冲器设计中，多是按照经验值估算主要参数值，再根据实际工作性能进行改进。这样的设计方法不仅增加了设计成本，效果也并不理想。针对这一问题，本文以行了深入的分析。该液气缓冲器具有新型的阻尼结构，并利用了氮气的无疲劳、体积模量小的特点，使其容量及吸能性能优越，回弹时间短，缓冲力上升快，缓冲特性较为理想。文中应用流体液压知识和运动学方程建立液气缓冲器的物理模型，以液气缓冲器系统进行动态仿真，得到几组重要的缓冲特性仿真曲线。通过与试验曲线的对比，验证了仿真程序的正确性。应用该仿真模型，详细分析了几类参数对缓冲性能的影响，液气缓冲器阻尼阀芯的设计参数对缓冲性能影响重大。为了进一步提高缓冲性能，选择阻尼孔径、阻尼长度、弹簧刚度和阀芯的开启压力为主要设计变量，以实际缓冲效率与理想值的差作为目标函数，并应用改进的遗传算法，实现了阻尼阀参数的优化。优化后的阻尼阀能有效提高缓冲器的动态性能，使缓冲过程更加平稳，吸能效率更高。本文还应用简洁友好的界面将结果显示出来。并通过具体实例介绍了软件使用方法，验证了软件的实用价值。关键词：液气缓冲器；动态仿真；阻尼阀；卧；遗传算法液气缓冲器的动态特性分析与优化a in as an on on t is to to o he aS no t in a of is in to is by s of to a is or a of of of of as an uGA as an a of he of 、：硕士学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写的研究成果，也不包含为获得大连理工大学或者其他单位的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。大连理工大学硕士研究生学位论文大连理工大学学位论文版权使用授权书本学位论文作者及指导教师完全了解“大连理工大学硕士、博士学位论文版权使用规定”，同意大连理工大学保留并向国家有关部门或机构送交学位论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权大连理工大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，也可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编学位论文。作者签名：导师签名：箪2丛。过年上月立日大连理工大学硕：前广泛应用于各种起重机械、港口机械和铁道车辆机械等设备，以防止机械设备在运行过程发生刚性碰撞【”。传统的隔震缓冲产品，由于受到材料、工艺等方面诸多因素的限制，能保证综合指标完善，使用性能理想的产品并不多见。本文的设计研究对象源于一个已经投入生产的科研专利项目一型号缓冲器使用了一种新型的阻尼结构，并利用氮气无疲劳、体积模量小的特点，可以达到吸能性能优越，回弹时间短，缓冲力上升快，是目前较为理想的缓冲设备之一。可广泛用于交通、电力、建筑及其动力机械等工程领域的抗震缓冲图11缓冲器在工业上的应用 n 缓冲器的发展历史缓冲器的发展已有近百年的历史。最早的缓冲器是采用悬架弹簧来消除路面带来的冲击。弹簧虽然具有性能可靠的优点，但它不能吸收振动能量，而且容易出现共振现象。后来人们采用橡胶块和弹簧一起来吸收车辆产生的振动能量，抑制车身振动，但它只能起到单向作用。直到1908年，法国的M。期的液压缓冲器是在传统的橡胶减震器的基础上改进而成的。它利用液体通过阻尼孔产生的阻尼力随流动速度的增减而增减的特性。即将橡胶制成带有阻尼通道的中空结构，用隔板将内腔分为上下两部分，其中充满部分或全部油液，通过油液的流动所产生的阻尼达到衰减振动的目的。到了六十年代，出现了具有工艺性好、成本低、寿命长、质量轻等优点的筒式缓冲器。其中双筒式结构的缓冲器仍是目前悬架缓冲器中最常见的形式。其优点是工艺简单、成本低廉。缺点是散热困难，安装角度受限。双筒式缓冲器发展初始没有在补偿室内设置背压，而是依靠油液自身的重力和压缩负压在拉伸行程由补偿室流入压缩液气缓冲器的动态特性分析与优化室。这类缓冲器的显著缺点是在高速工况下会出现补偿室向压缩室充油不及时的问题，从而导致缓冲器工作特性发生畸变。影响缓冲效果的同时更会导致冲击和噪声的产生。为了克服上述缺点，七十年代后期出现了充气式缓冲器。如在双筒式缓冲器的补偿室内充入低压气体(04以提高补偿室的补偿能力，同时缓冲器的临界工作速度也相应提高。进入80年代，计算机技术在汽车工程领域得到了广泛的应用，光电传感器和超声波传感器的发展在高级轿车的智能化过程中发挥了巨大的作用，随激励高频和振幅调节阻尼的缓冲器出现，实现了缓冲器特性只能化可调和实时可调。90年代，外特性可变的电流变液体减振器(磁流变液体减振器(汽车工业上出现并发展。此种技术尚在深入研究中【31。目前，国内外广泛使用的、成本较低、制造工艺比较成熟完善的缓冲器仍是液压缓冲器。各个制造商通过改良阻尼结构和储能方式来改进产品的缓冲性能，如芯轴式、多孔式的阻尼结构，弹簧、低压气体储能等见图12(a)、(b)。1撞头2活塞杆3弹簧撞头2弹簧3活塞杆4心棒5括塞6缸套7缸体8底板 5弹簧6缸体7阻尼孔8储油室(a)多孔阻尼式液压缓冲器(b)环形阻尼式液压缓冲器(a)m 改良的液压缓冲器结构简图 缓冲器的分类缓冲器的类型是多种多样的。按结构形式分，主要有：全橡胶类、橡胶金属组合类、金属弹簧类等按缓冲器采用的减振材料来分，可分为橡胶缓冲器、弹簧缓冲器、空气缓冲器、油液缓冲器等嗍(1)弹簧缓冲器】童能稳定、承载能力高、耐久性好和计算可靠等优点。弹簧缓冲器(如图13)结构简单、维修方便、吸收能量大，几乎不受温度影响。当其发生碰撞后，内部的弹簧被压缩，并将动能的大部分转变成压缩势能，继而获得缓冲效果。但在使用中发现，由于势能释放作用，将会产生强烈的回弹力。而其缓冲行程与阻抗力又呈线性规律，这就决定了弹簧缓冲器不适用于运行速度大于2m金属弹簧的阻尼小，须另加阻尼较大的材料配合使用，才能达到较好的效果。闰13弹簧缓冲器样图 )橡胶缓冲器橡胶缓冲器(图14)结构简单，制造方便，成本较低。它可以制成各种形状和各种不同硬度的制品。并具有良好的弹性，足够的强度；无论在拉、压、剪切和扭转等应力状态下，变形都很大；在交交应力下不易出现疲劳现象；可使隔振系统的自振频率做的很低。因弹性变形小，所以吸收动能有限。缓冲器允许的环境温度为一30+55，橡胶体不应与酸、碱性及其他有害化学物品接触。橡胶缓冲器适用于运动速度不超过083m】。(b)弹性胶泥缓冲器(”橡胶缓冲嚣(b)b)橡胶缓冲器样图 )液压缓冲器液气缓冲器的动态特性分析与优化液压缓冲器主要由撞头、复位弹簧、活塞杆、活塞、缸套及缸体等构成，通过缝隙或阻尼小孔的液阻作用将冲击动能转化为热能耗散于空气中，从而达到缓冲和减速作用。其显著特点是抗力均衡、缓冲能量大。在压缩量和最大作用力都相同时，液压缓冲器比弹簧缓冲器几乎能多吸收以在高速运行的起重机上，一般都采用液压缓冲器。按阻尼方式不同，液压缓冲器可分为芯棒式、阀式、多孔式等；按储能方式不同，液压缓冲器又可分为气体储能、弹簧储能、橡胶储能等。图15列出了几种常见液压缓冲器。(a)皮囊式液压缓冲器旧(a)头 2一嚣螂 34氲一 5l再 7一雠式液气缓冲器(b)c)多孔式液压缓冲罂(c)几种常见的液压缓冲器结构简图5 缓冲器的现代设计方法传统的缓冲器设计方法主要为反设计方法。即主要根据经验确定设计参数，然后进行试验修正。通常采用结构参数不同的样机装备要匹配的小车，在冲击平台上进行实际碰撞试验评价，往往需要对缓冲器内部结构参数进行反复多次的调整和多次的开发、试验，才能获得较满意的缓冲特性。这种完全依赖于样机试验的设计开发方法不但周期长，消耗大，而且较难获得最优的缓冲特性。随着计算机技术在工程上的应用日趋成熟，硬件速度的不断提升，应用软件的智能化水平逐渐提高，越来越多的工程动态仿真得以在数字模拟平台上实现。复杂的优化方法也得以通过计算机程序快速准确的实现。这些发展使得机械设计领域中产生了一场深刻的革新，如用理论设计代替经验设计，用精确设计代替近似设计，用优化设计代替一般设计，用动态分析代替静态分析等等，所有这一切都可以使用高速、高精度、大存储量的计算机来完成。正是在这种情况下，计算机辅助设计(aD)迅速地发展起来。括大量的数值计算、参数查找和绘图繁琐工作，也包括创造性思维、经验运用和判断评价等智能行为。计算机的应用，能充分发挥其强大逻辑运算功能和大容量信息存储与快速信息查找能力，完成信息管理。数值计算、分析模拟、优化设计和绘图等多项任务，而设计人员则可对计算、处理的中间结果做出判断、修改，集中精力进行有效的创造性思维。设计人员与计算机紧密结合，发挥各自特长，将人的创造能力和计算机的高速运算能力、巨大存储能力和逻辑判断能力很好地结合起来，更好地完成从设计方案的提出、评价、分析模拟与修改到具体设计实现的设计全过程。液气缓冲器的动态特性分析与优化利用计算机对液气缓冲器系统进行数字仿真和动态性能分析的步骤如下：(1)建立描述现有系统或拟用系统动态特性的数学模型；(2)将数学模型转化为适合计算机仿真的仿真模型(一阶微分方程组或差分方程)；(3)选用适当的算法编制仿真程序或采用他人现有的程序；(4)通过计算机仿真，获得系统动态过程参数变化和响应特性的数据或曲线；(5)通过分析系统动态性能的仿真结果或进行变参数仿真，得到提高现有系统或拟用系统动态性能的改进设计上述步骤可用图16所示的结构框图表示。图16液压系统数字仿真流程图 是建立描述系统动态性能的数学模型，二是选择适当的算法编制仿真程序。其中建立一个准确、大连理工大学硕士学位论文适用、便于仿真的数学模型又是保证数字仿真周期短、费用低、结果准确可信的前提和关键。近20年来，有关液压系统动态性能分析的建模方法和仿真程序得到了迅速发展，并有一些商用软件问世，在建模方法方面形成了传递函数法、状态空间法和功率建图法等方法，在仿真软件开发方面，除了引进国外一些商用软件外，我国有些单位和科研人员也开发了用于液压元件和系统数字仿真的通用软件包。这些通用仿真程序和软件的问世为工程技术人员提供了很大方便，它甚至不要求研究人员非常熟悉程序结构和计算机语言，只要输人数学模型或按菜单的提示输人数据就可得到仿真结果。然而对于研究人员来说最大的困难在于如何获得系统和元件的准确参数数据以及如何迅速、方便地建立能准确描述系统的动态性能的数学模型。通常的建模方法如解析法、功率键图法和传递函数法等，只要方程的系数确定了，模型便确定了，这就要求对所研究的系统的结构、尺寸和性能等要全面了解，即将系统视为“自箱”，才能准确地确定出其数学模型。这要求工程技术人员不但要熟悉计算机技术和数字仿真技术，而且要有丰富的液压技术方面的基础知识和专业知识。事先不仅要知道所研究的液压系统和元件的结构特征参数如质量，容积弹簧刚度、阀口面积和各种尺寸，还要知道系统和元件的性能参数如摩擦、阻尼系数、阀口流量系数、瞬态及稳态液动力系数和摩擦阻力等。但实际上，液压系统中有些参数如元件或系统的结构参数容易获得，而有些性能参数如阀口流量系数、弹性阻尼系数、瞬态液动力系数和摩擦阻力等是难以用理论方法确定的。而且随着工况的不同和压力流量等主参数的变化，这些参数的值也会发生变化。在用上述建模方法建立液压系统数学模型和对液压系统进行动态特性分析时，通常是查阅有关手册或文献，或根据经验来选取这些参数值。因此很难获得这些参数的准确数值，也无法考虑到它们随工况和主参数不同而发生的变化。这样所建的数学模型就不能准确地反应系统实际情况，也就不是一个准确的数学模型了。另一方面，用解析法等方法建立液压系统动态数学模型时，通常对液压系统中每个液压元件都要进行分析。利用阀心力学平衡方程、运动动力学方程、流体连续性方程和其他物理、力学定律来建立每个元件的数学模型(高阶微分方程组)。这就带来了两个问题：其一是对于液压大系统来说，一般是由多个液压元件和管道等组成，每个液压元件的模型阶数都较高，如溢流阀的数学模型可达6阶，这样组成的液压大系统的数学模型阶次会很高，给仿真带来非常大的困难；其二是不同元件间的响应特性(即响应速度)和质量相差很大，如阀类元件和液压缸等执行元件的质量和响应速液气缓冲器的动态特性分析与优化度就相差非常大。这样就产生了数学模型的刚性(也称“病态”)问题，会造成仿真结果失真或使仿真无法进行。灰箱”建模法是一种理论分析和实验辨识相结合的一种建模方法它将液压系统视为“灰箱”，其中有些参数如元件和系统的结构参数是已知的，而有些性能参数如阀口流量系数等是待定的。在建立大系统模型时，首先利用数学分析方法根据元件在系统中的功能和作用建立元件(或子系统)的数学模型，然后根据系统拓扑结构分析、节点特征和元件的作用、节点拓扑约束条件和边界约束条件将子模型组成液压大系统模型。子模型或液压大系统模型中待定的性能参数通过对元件或相关系统辨识获得。构成的大系统模型采用状态变量模型的形式。这种方法充分利用有关液压系统和元件的已知信息和现有参数，利用较少的实验数据通过参数辨识获得待定的性能参数及用理论方法难以确定的参数，所建立的模型不仅适合于计算机仿真，而且更能准确地描述系统动态性能17J。14缓冲器设计的国内外发展情况在缓冲器设计方面，20世纪70年代开始，国外学者就已经开展了筒式液压缓冲器工作特性的模拟分析研究，比较有成就的是建立了悬架缓冲器的参数模型用于研究其外特性高频畸变现象。现在，国外已有制造厂商开发了缓冲器统中含有面向用户的缓冲器选型及性能仿真软件，通过这些软件，设计师可从制造厂商的产品目录中选到满足工况的某一型号缓冲器，并对该型缓冲器的冲击过程进行动态仿真。图17所示为德国中国，随着制造业的不断发展，对缓冲器的需求日益增多，但国内缓冲器的专门制造厂商及可提供的产品还极少，在缓冲器的设计上大多数仍停留在传统设计阶段。虽然最近几年，许多高校和研究机构开始致力于将计算机仿真技术应用于缓冲器的设计中，在理论研究方面也取得了很多成果，但这些研究成果如何与生产实际结合，并在缓冲器的生产企业中得到应用和推广，仍是有待解决的重要问题。-。大连理工大学硕士学位论文图17 7 e 课题的提出和主要研究内容由于缓冲器多是作为不可拆整体出厂销售的，一旦其中某个单元出了问题，将会引发事故，而且整个缓冲器都将报废。因此缓冲器技术的发展和研究应该成为我国汽车、起重机行业发展和水平提高的一个重要课题。为了克服传统设计方法的缺点，减少缓冲器样机试验费用，并缩短开发周期，利用基本过程为：根据缓冲器的结构及其工作原理建立物理模型：将物理模型转化成数字模型，进行计算机仿真；应用仿真结果分析动态特性；对缓冲器的特性和结构进行优化设计。这种方法可以使设计者从被动的实物测绘、安全校核阶段摆脱出来，转变到能够自主设计、优化的阶段。缓冲器设计过程的关键问题在于，如何建立符合缓冲器实际结构、流体性质参数的分析模型，以保证缓冲器工作特性数值模拟的结果准确，优化结果可行。主要问题液气缓冲器的动态特性分析与优化包括如何在设计初期正确预测缓冲器工作特性，如何选择数字建模方法，选用何种优化理论。本课题正是在这样的背景下提出来的，本文以液气缓冲器为研究对象，对其进行仿真，得到缓冲特性曲线，进而得出各主要参数对系统动态特性的影响规律。以此为依据对液气缓冲器的关键性部件一阻尼阀进行结构优化文中针对液气缓冲器的系统建模与阻尼阀优化工作对于液气缓冲器的自主研发，自动开发具有十分重要的意义。本文的主要研究内容包括：(1)应用液压流体力学和运动学基本原理，建立液压缓冲器的工作仿真模型。(2)应用仿真曲线分析各结构参数对缓冲性能的影响。(3)根据参数对缓冲特性的影响规律即缓冲性能的评价确定优化参数及优化目标。采用遗传算法作为优化理论，对阻尼阀芯进行参数优化。通过逐代进化，找到合适的阻尼阀参数组合，使缓冲性能达到预期的效果。(4)为了更好的展示研究成果，使用于模型仿真与参数优化的实现。大连理工大学硕士学位论文2液气缓冲器的系统建模与仿真液气缓冲器在传统单筒式液压缓冲器的基础上改进阻尼结构和储能方式，所适应的工况和缓冲性能等都与一般液压缓冲器有较大改进。为了能够分析清楚影响该型缓冲器性能的各个因素，需要根据其工作原理和过程建立分析模型。21模拟计算中的数学模型1)撞头2)柱塞杆3)液气隔离活塞4)阻尼阀5)缸筒6)底座图21 1 所示为中1为撞头，即缓冲器与冲击物体相碰撞的部位。与之相连的是柱塞杆2，柱塞杆内腔采用隔离活塞3将其分为两个腔，气腔和油腔。油腔与油缸通过阻尼阀4来控制流量，阻尼阀芯上设有泄流孔。使用碟形弹簧组将阀芯固定在柱塞杆2上，弹簧带有初始预紧力，作为开阀压力。底座6是固定端。出于安全考虑，选用了惰性气体氮气，所以该缓冲器又称为液氮缓冲器。这种设计，利用了气体介质的可压缩性做复位弹簧，由于气体弹簧的非线性，使得该缓冲器回弹平稳。由于其单位体积存储能量的能力比机械弹簧大得多，故其结构尺寸较金属弹簧小。改交气体韵初始状态，可改交缓冲器的动态刚度，调节阻尼孔的大小则可调节缓冲器的阻尼特性，因此缓冲器的动态特性可根据实际工作需要加以调整。连续变化的阻尼孔断面，克服了小孔式液压缓冲器缓冲力不平稳，波动明显的缺点。冲击过程中，当缓冲器的撞头受到突然撞击力时，活塞杆向油腔内运动，这时油缸内的油压在柱塞杆外力的作用下急剧升高，高压油通过阻尼阀芯进入柱塞杆内腔。液气缓冲器的动态特性分析与优化如果阻尼阀两端的压差大过弹簧力，油压不再升高。液压油经过阻尼孔进入柱塞杆内腔，较大的油压推动气液隔离活塞，使气体被压缩，这时气体也起到吸收冲击能量的作用。冲击物在缓冲力的作用下速度很快地降低下来，由于阀芯的阻尼作用，冲击物的动能绝大部分转变为油液的热能，并由空气散发掉回弹过程中，由于整个冲击过程，有小部分动能转化为气体弹簧的势能。缓冲结束后，氮气弹簧储蓄的势能开始释放，气液隔离活塞反方向移动，柱塞杆油腔中的液压油通过阻尼阀的泄流孔返回到油缸，使缓冲器恢复到冲击前的状态，准备接受下一次冲击根据上述对工作原理的分析，建立液气缓冲器的物理模型。211阀芯的计算分析(1)阻尼孔流量方程根据液压流体力学理论，假设流体不可压缩性，流动是一维的，流体的质量力和运动的惯性力忽略不计，将小孔流量公式应用于阻尼阀的流量分析御圆柱形阻尼孔的压力一流量特性为：Q= 眨3s；：幻一一阻尼孔两端的压差，pa；阻尼孔的通流长度，o5)时，2063。当小孔的通流长度1与孔径o5与4)时，2。当小孔的通流长度1与孔径时，层流起始段的长度不可忽略，流量公式修正为：Q=盖印 (22)间隙沿流动变化的轴向流量公式为：Q=嚣蔫肇 旺s，大连理工大学硕士学位论文式中，n。所以液气缓冲器阻尼阀的流量表达式为：Q= 叫再印弓籍印 卸巩式中：彳一一泄流孔的阻尼面积，。一一弹簧预紧力，N；乃o=一一压差作用在阻尼阀芯上的面积，2)阻尼阎芯的运动学方程阀芯的受力情况如图22所示，相应的运动学方程描述为A+F*2 F1 一一作用在阀芯上的稳态液动力，N；易=k(，)一一弹簧的预压缩量，册。m，一一阀芯质量，堙；z，一一阀芯位移，聊。图22阀芯受力计算图2 4)(25)(2。6)(27)液气缓冲器的动态特性分析与优化212柱塞杆的计算分析柱塞杆上的计算主要分为柱塞的运动学分析与柱塞杆气腔的状态分析。(1)柱塞杆的运动学分析为化简计算，假设撞击物与柱塞杆共同运动，将其视为一个整体，其受力如图22所示。运动力平衡方程为：(M+m)d。v=p，4+28)讲 。 。劢，吨 蓁，瑚舅嵫一“图23液气缓冲器柱塞缸受力计算图 ；m。一一冲击质量，姆；ms；s：p口；一一气腔压力，阳；4一一油缸横截面积，坍2；一一柱塞杆油腔横截面积，一一气腔横截面积，一一冲击动力，N；凡一一摩擦阻力，N；。大连理工大学硕士学位论文(2)柱塞杆气腔的状态分析当油腔2内的油压大于气腔3内的气压时，油压推动气液隔离活塞，使气体压缩。理想气体状态方程为：譬：学：础=常数 (29)I 在上式中，我们没有去考虑气体是怎样从状态1变到状态2的，而状态的变化必须通过一定的过程才能实现。当气体自一个状态按照某一个过程变至令一个状态，例如从状态1压缩到状态2，其参数间还存在着这样的关系，即210)式中n()” (211)压缩过程中没有热量交换时，称为绝热过程，n=k，计算时，可近似的取单原子气体的k=166167，双原子气体的k=140141，三原子和多原子气体的k=11133。如果在压缩过程中，气体传给外界热量，以致使被压缩气体的温度始终保持不变，该过程称为等温过程，其指数n=1。若压缩过程中，有热量传出，但没有达到等温过程，则指数l：1nk (212)在蓄能器中，充油和放油的时间在3分钟以上认为是等温过程。充油和放油的时间在1分钟下可认为绝热过程嗍。而该液气缓冲器的缓冲过程一般不超过以为绝热过程。又因为氮气为双原子气体，所以取k=140。所以气腔的压强计算公式为p3=p。( (213)风气体初始压强o气体初始体积气体工作中压强匕气体工作中体积液气缓冲器的动态特性分析与优化(3)液压缸的流量连续性方程在时间缸的流体体积变化主要来自以下二部分，自阻尼孔流出的油液体积(忽略活塞与缸筒之间的泄漏)：一gf (214)油液被压缩的体积：一三i：箬 (215)而油腔4缸，则工作腔流量连续性方程如下：g&+拿笋 (216)液压油体积弹性模量x活塞杆的行程K压缩过程中高压腔油液的体积，K=善422建模过程中其它因素的分析计算221阻尼面积与位置的直观分析与简化计算为了便于对液气缓冲器动态特性进行直观的分析，从能量分析角度对缓冲器进行模型的简化：(1)碰撞过程中，由于液气缓冲器阻尼孔在吸收能量方面起到核心作用，因此忽略液压油的压缩性，漏油，偏心环缝隙流等情况。(2)碰撞过程的缓冲力很大，与此相比，各部件间的摩擦力可被忽略。(3)碰撞开始瞬间，油缸中油液压力迅速升到几十兆帕，则活塞杆腔内一个大气压左右的油压可被忽略。从能量角度计算阻尼面积如下：肺云=p出 (217)二；式中：一碰撞初速度，一一缓冲力p凼=丢嘲一吾胁： (218)大连理工大学硕士学位论文S j 占=IF(x)F(x)出 (219)O 0 17)、(218)式代入(219)式中，整理可得V=对活塞杆化简的力平衡方程为，)=P1(x)式中4(功一一阻尼面积曲线；C。一一流量系数；(220)、(221)式代入(222)式中整理得阻尼曲线面积为：彳。(力：争20)(221)把乏厚删一一下一C。相应的阻尼阀口面积与缓冲力有关，为变量。假设理想的缓冲力为矩形波，则有：，(z)=出=，(24)、(225)代入式(2，23)可得删=毒履两(224)(225)(226)液气缓冲器的动态特性分析与优化通过以上对可变阻尼面积的分析计算，可知阻尼面积变化应该是位移的连续函数关系，阻尼面积随位移的增加而减小。液气缓冲器设计中采用的阻尼方式是通过楔形阀芯的移动来改变通流面积的，很好的改善了因阻尼面积突变产生的冲击和振动。液气缓冲器阻尼阀的压力一流量特性如图24所示，具有三段特性，第一段为阻尼阀芯关闭时常流通道的阻尼特性；第二段为阻尼阀芯部分开启后的阻尼特性；第三段为阻尼阀芯完全开启后的阻尼特性，如果预载阀没有最大开度的限制，则没有明显的第三段特性。阻尼阔的流量一压力特性曲线川外如果考虑泄漏，将对这一段特性产生较大影响。第二段特性由阻尼阀芯的结构参数决定。阻尼阀芯的预载(即加在阀芯底部的弹簧预紧力)和最大开度限制决定了三段特性分界点的位置。第三段特性由阻尼阀芯完全开启后的特性和阻尼通道的特性共同决定，与阻尼阀芯串联的阻尼通道此时起到较大的分压作用。阻尼通道一般在较高压力和流量时对阻尼阀的特性产生影响。因此，在对阻尼阀进行设计计算时，要充分考虑到他们之间的相互影响。222弹簧的设计和计算阀芯弹簧的作用有两个，其一是作为阀芯开启后的复位力，其二是阀芯关闭时弹簧预紧力可作为密封力的一部分，保证阀的特性。因此，安装在阻尼阀芯底部的弹簧要求大的刚度，这样有利于提高阀的启闭特性，又可以保证阀开启过程中的压力稳定性。另外，阀芯上所加的预紧力要适中，以保证阀芯可被顺利开启，同时保证缓冲力的上升过程较短。大连理工大学硕士学位论文在液气缓冲器中的阀芯结构设计中，注意到轴向的空间较小，需要所选用的弹簧能以小变形承受大载荷，选用对合的碟形弹簧组能很好的满足这一设计要求。对合碟簧简图及特性示意图嗍 s,=Fz=一一单片弹簧载荷一单片碟簧变形量正一一总变形量7)(228)(229)日一一单片弹簧的自由高度且，一一组合碟片的自由高度在计算组合碟簧时，要考虑摩擦力影响，弹簧载荷丁百 (230)“ 1厶(厶 、 式中：刀一一叠合片数丘一一碟簧锥面间的摩擦系数厶一一承载边缘处的摩擦系数上式用于加载时取负号，卸载时取正号。由多组叠合弹簧对合组成的复合弹簧，可以仅考虑叠合表面的摩擦。详细的设计计算与校核参见机械设计手册。液气缓冲器的动态特性分析与优化223假设条件为方便计算，并在对计算精度影响不大的前提下，对缓冲器数学分析作以下假设：(1)假定缓冲器工作过程为绝热过程。在液压动力学中，充油和放油的时间在3分钟以上认为是等温过程。充油和放油的时间在1分钟下可认为绝热过程嘲。而该液气缓冲器的缓冲过程一般不超过以为绝热过程。(2)因减振器内工作油的重力势能远小于其动能及压力势能，故不计工作油的重力。(3)假定活塞与缸筒、活寒杆与气液隔离活塞之间泄漏为零。(4)因为活塞杆的质量较冲击物体质量小很多，认为活塞杆的初速度与冲击物体初速度相同。(5)由于液气隔离活塞可活动，所以假定2室油压与3室气体压强相同。23数学模型的微分方程及数值实现方式综合以上分析得出缓冲器基本的状态方程组：古丽(一见4+E)誓叱砉均南在数字仿真研究过程中，当所研究对象的数学模型确定之后，就要以相应的数值计算方法对数学模型进行求解计算，以获取系统的动态响应通常仿真求解是通过计算机程序的运行来实现的，即将数字模型转化为计算机能够处理解仿真模型，再选择合适的算法来求解。上述状态方程组是以常微分方程组形式存在的，目前用于求解微分方程的数值方法主要有：欧拉法和改进欧拉法、阿达姆斯法、预报一校正法、龙格一库塔法等，其中以四阶龙格一库塔法应用最广泛。因此，本文采用四阶龙格一库塔方法作为仿真计算方法，利用其公式转化后的仿真模型如下：p。+l；p+譬(t3+ku)(p。，V。，x。)=石(p。+等k，V+等k。+等七3。)毛，=石(以+等，V+等k。，h+等岛：)(232)(233)4)(235)大连理工大学硕士学位论文k,4=，1【P+爿七13，1，+冬如l+2k+2k=+k) (以，V。，J。)k=五(n+芋毛】，v+孚k。，矗+芋)k=正p。+警：，v+詈k。，靠+警)0k+月岛，+月凳23。，码3)善。+l=并。+譬(_j31+2_|32+2七33+i34) O 。1，“k：v。+要k。：v+2 v。+式中：磊一一当t=的压力；一一当t=计算时，选择合适的积分步长日是一项十分重要的步骤，因为四阶龙格一库塔法是一种近似的计算方法，如果日取得过大，则会使计算精度降低，严重时甚至会使结论相反，计算值不收敛；但若会使计算时间成倍增加，影响仿真的效率。根据以上算法，在计算机上使用以得出液气缓冲器的位移(时间)一缓冲力曲线、位移(时间)一速度曲线、位移(时间)一油压曲线、位移(时间)一加速度等各种仿真特性曲线。24仿真软件简介本文使用进行数值仿真。一个功能强大的、广泛应用于科学和工程计算的计算机软件系统。20世纪七十年代后期，时任美国新墨西哥大学计算机科学系主任的D”Q”舶御瑚舯加亿亿亿液气缓冲器的动
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