電源車穩定性研究
2020-11-20 23:23:56李起華張利軍衛中戴建軍成丁雨
裝備維修技術 2020年3期
李起華 張利軍 衛中 戴建軍 成丁雨
摘要：研究以某電源車為例，通過其部件布局，對其質心位置、輪荷分配進行計算，探究其電源車橫向與縱向穩定性，構建了數學模型，對其穩態與制動轉向條件下瞬態響應情況進行分析。
關鍵詞：電源車;穩定性;質心位置;輪荷分配;穩態轉向
近年來，電源車以其操作簡單、移動速度、噪聲低等優越性在電力通信維護、野外勘測以及搶險救災等領域得到了廣泛地應用[1]。電源車行駛穩定性以及轉向性能直接影響著車輛整體性能，此次研究構建了基于橫擺運動與側向運動轉向模型，對其質心參數、輪載等影響穩態轉向機順態相應作用機理進行分析。
1. 質心位置及輪荷計算
圖1為某電源車簡圖，選擇底盤位置安裝放艙，會改變車輛原有的質量及質心位置，考慮到質心位置會影響到轉向性能，首先要明確加裝艙體后質心的位置。在計算質心位置及軸荷時，需建立一個坐標系，原點為過雙前軸中心垂線與地面的交點，X軸代表的是行駛方向，為正，Y軸代表的是寬度方向，Z軸表示的是垂直方向，其主要參數見表1：
電源車底盤為二類底盤，，總質量最大為16500kg，最大設計軸荷為7000/7000/11000，輪距為1876mm，接近角/離去角為20/11。總質量采用M= 表示，整裝質心為： ，后軸荷載 。質心距離坐標原點的距離采用l表示，橫向穩定性計算公式為 ，縱向穩定性計算公式為 ，車輛底盤輪距采用B表示，C表示的是方艙整裝質心與后橋距離[2]。將數據代入公式計算可以質心位置Xg=2889mm，Yg=-6mm，Zg=1170mm，橫向與縱向穩定性分別為1.65、0.67，均>0.6;前軸車輪負載為4029kg，后軸為4460kg。通過對其負荷參數分析，與負荷分布要求相符。
2. 電源車轉向運動數學建模
研究綜合以往文獻，在汽車理論與車輛操縱力學基礎上針對電源車建立了關于轉向運動的數學模型，經過簡化處理后的轉向運動數學模型描述如下：假設汽車順X軸前進速度不變，側向加速度<0.4g，保持輪胎側偏特性在線性范圍，此時側偏力與偏角呈現出明顯正相關[4]，研究不考慮轉向時輪胎荷載以及懸架運動學的作用。將車輛質心作為坐標原點，正方向即為電源車行駛方向，為X軸，與路面垂直向下為Z軸，采用右手法則確定Y軸正向。將電源車順X軸前進速度作為定值，其運動為Z軸橫擺運動與Y軸側向運動。二自由度微分方程計算公式如下：
其中質心側偏角、電源車橫擺狀態下角速度分別采用β、 r表示，第i軸輪胎側偏剛度采用ki表示，電源車圍繞Z軸進行旋轉產生的轉動慣量采用Iz表示。電源車整體質量表示方法為M，計量單位為kg。
3. 運動特性及仿真分析
3.1穩態轉向分析
穩定性因數用字母K表示，假設K值為0，那么其穩態轉向呈現出中性轉向;假設K值>0，穩態轉向表現為不足轉向。隨著K值的增加，橫擺角速度增益曲線會呈現出降低趨勢，由不足逐漸向增大轉換。當K值<0時，表現為過度轉向，通常，轉向特性穩定性因數k>0表示達到理想轉向[4]。基于Li有正負值之分，需確保其分母<0，布置大型輪式起重機時，為確保其處于不足轉向特性，需要對軸間距、輪胎側偏剛度關系進行控制，使其滿足 ，根據該公式可以得出，若穩態轉向穩定性為0，那么 =0;假設電源車前輪胎側偏剛度與后輪胎相同，那么 。
從圖2可以看出，若電源車后輪輪胎側偏剛度大于前輪，即k1，k2
3.2順態分析
研究針對電源車在高速階躍小轉角狀態下以及急剎車轉向狀態下進行仿真分析，結果發現當質心位置靠前時，會在一定程度上提升橫擺角速度相應敏感性;當處于急剎車狀態下，質心靠前時，會導致車輛橫擺角速度超調量增加，該結果提示執行指令會出現較大的誤差。如圖3所示，當質心靠前時，可以獲得更為平穩的質心側偏角響應。
結束語
通過本研究可以發現電源車穩態轉向特性會受到輪胎側偏剛度以及整裝質心位置的影響，為提升電源車縱向穩定性與不足轉向特性，可以在確保軸荷載滿足要求的基礎上，對艙內布置結構做出相應的調整，適當將質心進行前移。保持前輪胎側偏剛度小于后輪胎能夠有效改善車輛不足轉向特性。除此之外，電源車設計要充分考慮質心位置、輪胎側偏剛度，明確多種因素對轉向性能的影響，以確保軸荷滿足需求。
參考文獻
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