雙向作用筒式液力減振器的性能研究

孔慶奎

減振器是汽車懸架的重要組成部分，在壓縮和伸張兩個行程內(nèi)均能起作用的減振器，稱為雙向作用式減振器；若僅能在伸張行程內(nèi)起作用則稱為單向作用式減振器。目前，在汽車上被廣泛使用的是雙向作用筒式液力減振器。

1.對雙向作用筒式液力減振器的性能要求

減振器的阻尼力越大，振動消除得越快，但同時它會制約或削弱彈性元件的作用，如果阻尼力無窮大，那么車架與車橋（或承載式車身與車輪）之間的連接其實質(zhì)就是剛性連接，懸架將失去緩沖和減振的作用；另外，阻尼力過大還可能導(dǎo)致減振器連接的零部件或車架的損壞。相反，如果減振器阻尼力偏小，將不能很好的消除彈性元件產(chǎn)生的振動，不能看出，彈性元件與減振器是一對矛盾，為合理解決這一對矛盾，取得車輛最佳的行駛平順性和駕乘的舒適性，對減振器的性能要求是：

1.1.在懸架壓縮行程（車架與車橋相互移近的行程）內(nèi)，減振器的阻尼力應(yīng)相對較小，以便讓彈性元件充分發(fā)揮其彈性從而達(dá)到緩和沖擊的目的。

1.2.在懸架伸張行程（車架與車橋相互遠(yuǎn)離的行程）內(nèi)，減振器的阻尼力應(yīng)相對較大，以求迅速減振。

1.3.當(dāng)車架與車橋（或承載式車身與車輪）的相對速度過大時，減振器應(yīng)當(dāng)能自動加大液流通道截面積，防止阻尼力因此而急劇變大，使其始終保持在一定限度內(nèi)，以避免承受過大的沖擊載荷。

2.雙向作用筒式液力減振器的結(jié)構(gòu)及工作原理

雙向作用筒式液力減振器如圖所示，一般都有活塞桿1、工作缸筒2、活塞3、伸張閥4、儲油缸筒5、壓縮閥6、補(bǔ)償閥7、流通閥8、導(dǎo)向座9、防塵罩10和油封11組成。流通閥和補(bǔ)償閥是一般的單向閥，其彈簧彈力很小，當(dāng)閥上的油壓作用力與彈簧力同向時，閥處于關(guān)閉狀態(tài)，完全不通油液；而當(dāng)油壓作用力與彈簧反向時，只需很小的油壓壓力，閥便能開啟。伸張閥和壓縮閥是卸載閥，其彈簧較強(qiáng)，預(yù)緊力較大，只有當(dāng)油壓升高到一定程度時，閥才能開啟；而當(dāng)油壓降低到一定程度時，閥即自行關(guān)閉。

其工作過程包含壓縮和伸張兩個行程。

2.1.壓縮行程

當(dāng)汽車車輪駛離凹坑或滾上凸起時，車輪移近車架（或車身），減振器受壓縮，活塞下移。活塞下面的腔室（本文簡稱下腔）容積減小，油壓升高，流通閥隨即打開，油液經(jīng)過流通閥流到活塞上面的腔室（本文簡稱上腔）。活塞桿始終處于上腔當(dāng)中，必定占去一部分空間，因此，上腔增加的容積小于下腔減小的容積，隨著活塞的下行，下腔內(nèi)油液的液力逐漸增大，當(dāng)壓力能夠克服壓縮閥彈簧的預(yù)緊力時，壓縮閥開啟，部分油液流經(jīng)壓縮閥流回儲油缸筒內(nèi)。這些閥對油液的節(jié)流便形成對懸架運動的阻尼力。

2.2.伸張行程

當(dāng)車輪駛進(jìn)凹坑或滾離凸起時，車輪相對車身移開，減振器受拉伸。減震器活塞上移，上腔油壓升高，因流通閥彈簧較弱，流通閥先行關(guān)閉，伴隨著活塞的上行，上腔油壓進(jìn)一步升高，當(dāng)上腔油壓能夠克服伸張閥彈簧的預(yù)緊力時，壓縮閥開啟，油液流經(jīng)伸張閥進(jìn)入下腔，由于活塞桿的存在，上腔流來的油液不足以填充下腔增大的容積，因此，下腔會產(chǎn)生一定的真空度，因補(bǔ)償閥彈簧較弱，真空度不需很大儲油缸筒內(nèi)的油液便可推開補(bǔ)償閥流入下腔進(jìn)行補(bǔ)充。在此過程中，這些閥的節(jié)流作用即形成對懸架伸張運動的阻尼力。

圖 1 雙向作用筒式減振器

3.雙向作用筒式液力減振器的性能分析及優(yōu)化設(shè)計

為滿足前述對減振器性能的要求，在設(shè)計時應(yīng)考慮如下幾種因素對減震器性能的影響并采取相應(yīng)技術(shù)措施。

3.1.閥開啟截面積對阻尼力的影響

在其他因素一定的情況下，在懸架的壓縮行程，流通閥全部開啟時油液流通截面積越大其阻尼力越小，因此，為使彈性元件能充分發(fā)揮其彈性從而達(dá)到緩和沖擊的目的，減振器的阻尼力應(yīng)相對較小，所以流通閥開啟截面積較大，以使油液能以較小的阻力從下腔流入上腔；另外，壓縮閥截面積也適當(dāng)大于伸張閥的截面積，由活塞桿導(dǎo)致的上下腔變化容積不等而多出的部分油液能較順利地通過壓縮閥進(jìn)入到儲油缸筒。

在懸架的伸張行程，對油液起節(jié)流作用的伸張閥截面積取值要小于壓縮閥，從而取得較大的阻尼力，以便能迅速減振。

3.2.彈簧剛度及預(yù)緊力

為使減振器能取得最佳的使用性能，在懸架壓縮行程先行打開的流通閥彈簧剛度較小，油壓稍有變大即可將其頂開；在懸架伸張行程，補(bǔ)償閥需要依靠下腔油液真空度打開，為了取得比壓縮行程更大的阻尼力，補(bǔ)償閥彈簧剛度應(yīng)大于流通閥彈簧剛度。

無論是流通閥還是補(bǔ)償閥，其彈簧剛度相對于壓縮閥和伸張閥而言還是非常弱的，產(chǎn)生阻尼力最重要的因素在于壓縮閥和伸張閥具有較強(qiáng)的彈簧剛度和較大的預(yù)緊力。

壓縮閥彈簧剛度越強(qiáng)，預(yù)緊力越大，懸架在壓縮行程的阻尼力越大，伸張閥彈簧剛度越強(qiáng)，預(yù)緊力越大，懸架在伸張行程的阻尼力越大。為了使伸張行程減振器阻尼力大于壓縮行程的阻尼力，應(yīng)適當(dāng)加大伸張閥的彈簧剛度和預(yù)緊力。

3.3.常通縫隙的設(shè)計

如前所述，阻尼力的大小隨車架和車橋（或車身和車輪）相對速度的增減而增減，因此，壓縮閥和伸張閥的節(jié)流阻力也應(yīng)隨著減振器活塞的運動速度而變化。例如，當(dāng)車架或車身振動緩慢（即活塞向下的運動速度較低）時，油壓不足以克服壓縮閥彈簧的預(yù)緊力而推開閥門，此時，即便是流通閥輕易被打開，但由于活塞桿的存在，上下腔有效容積的變化不等，若壓縮閥遲遲不能被打開，多余的油液就無法流入儲液缸筒，壓縮行程阻尼力將持續(xù)增大，地面作用于車輪的沖擊會直接傳遞到車架或車身，減弱或妨礙了彈性元件的緩沖功能，因此，即便是活塞向下的運動速度較低時，壓縮閥也應(yīng)打開一定開度，即壓縮閥應(yīng)該留有一定開度的常通縫隙，以便使得多余油液能夠在一定的節(jié)流調(diào)控下流回到儲液缸筒。當(dāng)車身劇烈振動，即活塞向下運動的速度較高時，活塞下腔油壓驟增，達(dá)到能夠克服壓縮閥彈簧的預(yù)緊力時，便推開壓縮閥，使油液能在很短的時間內(nèi)通過較大的通道流回儲油缸筒。這樣，油壓和阻尼力都不致超過一定限度，從而保證壓縮行程中彈性元件的緩沖作用得到充分發(fā)揮。

同樣，伸張閥也應(yīng)留出一定開度的常通縫隙，當(dāng)車輪向下運動速度不大（即活塞向上的運動速度不大）時，油液經(jīng)過伸張閥的常通縫隙流入下腔，由于通道截面積很小，便產(chǎn)生較大的阻尼力，從而消耗了振動能量，使振動迅速衰減。當(dāng)車身振動劇烈時，活塞上移的速度增大到使油壓足以克服伸張閥彈簧的預(yù)緊力時，伸張閥開啟，通道截面積增大，使油壓和阻尼力保持在一定限度內(nèi)。這樣，可使減振器及懸架系統(tǒng)的零部件不會因超載而損壞。