具有彈跳和俯仰調諧液壓互連懸架的采礦車輛的振動性能分析
采礦車輛是運輸礦物和人員的重要地下裝置。最近，對其隔離振動性能提出了更高的要求。然而，由于惡劣的工作條件，車身經常經曆持續和過度的振動。這會導緻不适并嚴重影響員工的身心健康。
此外，礦用車輛軸間縱向距離長、荷載變化大，在礦井連續上坡和下坡路面下，車體俯仰運動會加劇。劇烈的俯仰運動是在車身重心,以上點處經曆縱向振動的主要來源。
同時，它加劇了前後輪之間的負載傳遞，導緻安全事故。為了提高承載能力，降低維護成本，闆簧懸架一直被用作礦用車輛的典型懸架系統，但不能有效抑制車身振動。
模态分析過程在框圖中簡要總結，表示頻域中完全耦合系統的運動的一般方程。通過耦合系統的頻率動态模型可以推導出頻率響應函數（FRF）和功率譜密度（PSD）響應，以評估車輛性能。
同時，對特征值和特征向量進行識别，得到耦合系統的固有頻率和振型。采用由識别的特征值和特征向量推導出的運動模式能量法來分析頻域中的車輛動态特性。
方程中的系統模态特性矩陣A（s）與頻率有關，該矩陣随輸入頻率s而變化。基于特征值的定義，方程 |det（A（s） − sI）| 的解= 0 是 A（s） 的特征值。由于某些參數的數值較大，很難通過數值手段獲得A（s）的确切特征值。
是以，如果函數 J（s） = |det（A（s） − sI）|接近 S 附近的局部最小值。為了獲得模态參數，使用Matlab優化庫函數fminsearh根據局部最小值識别真實特征值和特征向量。
其中 s = j2πf 和 W（s） 是道路輸入向量 w 的拉普拉斯變換，β（s） 是 7 × 7 輸入系數矩陣，為 β（s） = diag[0 0 0 kTFL kTFR kTRL kTRR].FRF矩陣用于描述系統位移對頻域中任何諧波道路激勵的響應。
采礦車輛與CS和HIS系統的性能比較。對于采用CS系統的礦用車輛，機械懸架的剛度kPSJ (j = fr， fl， rr， rl） 設計為剛性以增加俯仰模式剛度。但是，僵硬的懸架會導緻乘坐舒适性差。是以，CS系統不能很好地協調采礦車輛的俯仰振動的反彈。
對于配備HIS系統的礦用車輛，機械懸架的剛度kBSJ可以設計成柔軟的，小于kPSJ，液壓子系統可以提供額外的變槳模式剛度。為了簡化起見，具有CS 和 HIS 分别被定義為 VCS-EP 和 VHIS。
VCS-EP和VHIS的固有頻率、阻尼比和相應的振型。車身-車輪運動模式是指車身和車輪之間的相對運動，根據模态形狀可以分為七種模式。狀态向量的歸一化因子用于區分七種模式。對應于每個模态形狀中歸一化因子的最大絕對值的運動表示車身-車輪運動的一種模式。
黑色粗體中的值顯示，前三種振型稱為身體主導運動模式，即簧載品質的滾動（第1）、彈跳（第2）和俯仰（第3）運動，以下四種振型稱為輪主導運動模式，即非簧載品質的俯仰（第4）、反彈（第5）、橫滾（第6）和翹曲（第7）運動。
對于 VCS-EP，等效剛度 kPSJ (j = fl， fr， rl， rr） 是 265 N/mm。對于自願醫保系統，等效剛度kBSI (i = fl， fr） 和 kBSJ (j = rl， rr） 分别為 129.2 N/mm 和 167.4 N/mm。
在表5中，HIS系統可以有效提高彈簧品質振動的俯仰模式頻率，降低反彈模式頻率。
提出了一種新的HIS系統，以改善采礦車輛的彈跳和俯仰運動性能。利用阻抗傳遞矩陣和自由體圖方法推導了機械-液壓耦合系統的積分動力學方程。基于推導方程，采用模态分析方法得到不同道路激勵下的自由振動傳遞率和力振動響應。
通過VCS-EP與自願醫保的動态特性對比，驗證了HIS系統的顯著優勢。結果表明，所提出的HIS系統能夠解耦彈跳和俯仰模式，并加強車輪彈跳和俯仰模式的耦合，以平衡輪胎動力的分布。
此外，HIS系統可以提供額外的俯仰剛度來控制車輛俯仰運動，降低彈跳剛度以提高乘坐舒适性，并增加相應的模式阻尼以消除較低頻率範圍内的瞬态振蕩。
參考文獻
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