兩棲裝甲車輛發(fā)動機隔振技術(shù)的應(yīng)用研究

李春旭

摘 要： 本文主要對基于磁流變技術(shù)的兩棲裝甲車輛發(fā)動機整機隔振進行了分析和探討，主要從動力學(xué)模型的建立，MRF與MRE材料阻尼器懸置機構(gòu)的結(jié)合以及評價準(zhǔn)則三個方面進行了研究，結(jié)果表明，基于磁流變技術(shù)的發(fā)動機整機隔振能夠很好的解決傳統(tǒng)隔振設(shè)備寬頻適用性不強、剛度調(diào)節(jié)較低、技術(shù)應(yīng)用復(fù)雜的缺陷。

關(guān)鍵詞： 兩棲裝甲車輛；發(fā)動機；隔振；磁流變技術(shù)

【中圖分類號】 TQ562 【文獻標(biāo)識碼】 A【文章編號】 2236-1879（2017）20-0225-01

隨著信息化作戰(zhàn)裝備保障的不斷發(fā)展與進步，兩棲裝甲車輛的機動性能在不斷提高的同時，對于發(fā)動機的轉(zhuǎn)速和功率也提出了更高的要求。發(fā)動機工作時存在諸如汽缸內(nèi)的燃?xì)鈮毫Α⒒钊⑦B桿等不平衡質(zhì)量運動產(chǎn)生的不平衡慣性力和慣性力矩等，極易激發(fā)車輛整體或局部的強烈振動，嚴(yán)重可能損壞零部件、影響到駕駛?cè)藛T的駕駛舒適度和縮短發(fā)動機及相關(guān)零部件的壽命。因而，對兩棲裝甲車輛發(fā)動機采取完善的隔振技術(shù)，隔振系統(tǒng)，對于信息化條件下作戰(zhàn)裝備保障有著重要的作用。

一、發(fā)動機振動分析及對策

車輛的動力是依靠一個大功率的發(fā)動機設(shè)備提供，裝甲車輛在行使過程中，由于路況原因、發(fā)動機的慣性不平衡力、怠速燃?xì)鈮毫Φ鹊淖饔迷斐绍囕v主體發(fā)生振動，這種由車輛運行而形成的寬頻激振具備一定的周期性，并且，振動能量主要集中于振動頻率的低頻段，振動的形式主要分為垂直方向的振動以及水平方向上的搖擺振動。

通過研究表明，若對車輛發(fā)動機采取非線隔振技術(shù)能夠有效的控制發(fā)動機在寬頻條件下的振動，尤其是集中于低頻條件下的振動。只需要保證選用的材料適當(dāng)，參數(shù)合適，就能夠保證在車輛的結(jié)構(gòu)與發(fā)動機不發(fā)生任何變化的前提下達到對發(fā)動機的減振效果，并且具有體積小、結(jié)構(gòu)簡單、安全可靠的特點。但是，非線性系統(tǒng)存在著響應(yīng)頻率與激勵頻率間的不對稱性，這就使得非線性隔振系統(tǒng)很難在對發(fā)動機的運行情況進行全面的分析，而對非線性系統(tǒng)來講，其隔振效果與系統(tǒng)的動態(tài)性能相關(guān)，因此，非線性系統(tǒng)也存在著一定的局限性。

當(dāng)前應(yīng)用較為普遍的橡膠懸置隔振技術(shù)，也能夠在發(fā)動機振動的低頻段取得很好的減振效果，但是，相對于振動的高頻段，盡管其不會產(chǎn)生很大的振動能量，但對于機械設(shè)備的性能影響也有很大的作用，而橡膠懸置隔振技術(shù)在高頻段區(qū)會出現(xiàn)動態(tài)硬化現(xiàn)象，并不能達到很好的減振效果，因此，這就需要對其進行技術(shù)改造。

作為動力隔振技術(shù)的發(fā)展方向，可控流體的懸置采用電、磁流變液來作為隔振控制系統(tǒng)的阻尼控制載體，盡管相較于非線性隔振系統(tǒng)要優(yōu)異，但在實際應(yīng)用過程中需要很高的電壓，而這就使得該技術(shù)很難應(yīng)用與車輛發(fā)動機的隔振上。

MRF技術(shù)有效的避免了可控流體的懸置需要高電壓的條件[2]，其可以在較小電流的作用下就能實現(xiàn)對阻尼的有效調(diào)控，但是不能對發(fā)動機的剛度進行有效的調(diào)節(jié)，這就大大降低了對車輛發(fā)動機振動的保護作用。

而隨著近些年磁流變彈性體的出現(xiàn)，其同時具備了寬頻可控以及完美彈性的特點，并且與MRF阻尼器并聯(lián)構(gòu)成一個懸置發(fā)動機結(jié)構(gòu)，不僅避免了MRF單獨使用時對于剛度調(diào)節(jié)的問題，同時改善了橡膠懸置技術(shù)應(yīng)用中對寬頻調(diào)節(jié)的局限性，實現(xiàn)了對發(fā)動機整機隔振在寬頻條件下的控制作業(yè)。

二、 基于磁流變技術(shù)的發(fā)動機整機隔振

（一）基于發(fā)動機動力模型的建立 。

采用磁流變技術(shù)來實現(xiàn)對發(fā)動機的整機隔振，首先需建立以發(fā)動機為對象的動力學(xué)模型進行動力學(xué)分析，建立三維立體坐標(biāo)系，以O(shè)點位發(fā)動機的質(zhì)心，將其看做無窮大的基座缸體，X、Y分配平行于曲軸與基座平面，Z軸為右手定則確定的方向。當(dāng)發(fā)動機在均勻點火的方式下啟動時，發(fā)動機產(chǎn)生沿著Z軸方向的往復(fù)力以及沿著X軸方向上的轉(zhuǎn)矩，而此時其他方向只做微小的平動或轉(zhuǎn)動。這樣一來，發(fā)動機不同的運行工況都能夠在建立的動力學(xué)模型中得到體現(xiàn)，并將這種動力坐標(biāo)系中的變化在發(fā)動機懸置的振動位置上得到體現(xiàn)。

（二） MRF 和 MRE材料阻尼器的應(yīng)用 。

磁流變技術(shù)中基于MRF與MRE新型材料[3]的應(yīng)用而獲得的MRF阻尼器，通過通電線圈形成的磁場來實現(xiàn)對阻尼的控制作用，當(dāng)上述坐標(biāo)系中發(fā)生位移變化并在發(fā)動機懸置位置發(fā)生變化時，MRF阻尼器采用擠壓工作模式來實現(xiàn)對位移變化的感應(yīng)，并利用MRE與MRF器件能夠?qū)掝l控制的特點，進行發(fā)動機懸置系統(tǒng)的阻尼比以及固有頻率的變化，有效的降低發(fā)動機運行過程中對基座產(chǎn)生的傳遞力，抑制懸架上可能形成的橫向力矩，這樣能夠確保更好的隔振效果。

（三）變剛度變阻尼的整機隔振控制 。

當(dāng)MRF阻尼器實現(xiàn)了對發(fā)動機寬頻部分的控制后，采用發(fā)動機的基座力與激振力的比值來進行隔振效果的評價措施，因而，在進行發(fā)動機的整機隔振控制時，需要考慮該系統(tǒng)的阻尼與剛度、對各個不同方向的振動隔離作用以及抑制反力矩的作用進行評價，以期能夠更好的實現(xiàn)對發(fā)動機的隔振控制。

三、結(jié)語

隨著裝甲車輛工業(yè)的不斷發(fā)展，裝甲車輛發(fā)動機的振動對于裝甲車輛部件的損耗與使用壽命的影響作用日益受到技術(shù)人員的重視，而基于磁流變技術(shù)的發(fā)動機整機隔振擺脫了傳統(tǒng)橡膠懸置技術(shù)動態(tài)硬化、動力隔振技術(shù)高電壓的要求，極大的推動了車輛發(fā)動機隔振技術(shù)與設(shè)備的發(fā)展與應(yīng)用。

參考文獻

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