基于油气悬架系统的可视化动态仿真

　　1胶轮车油气悬架液压系统及工作原理

　　某型井下胶轮车采用液压油缸和皮囊式蓄能器作为油气悬架系统的主体部分，蓄能器安装于前车架上，依靠氮气的弹性变形来缓和或抑制不平路面对车体带来的冲击。

　　图1 为某型井下胶轮车油气悬架液压系统原理图，该系统主要由悬架缸、蓄能器、单向阀、换向阀组、截止阀、主蓄能器等组成，采用并联回路，左右油气悬架装置独立，通过换向阀组控制悬架缸活塞腔的进排油，调节车身高度，从而改变车身的最小离地间隙，提高车辆的通过性能。

　　2悬架缸-蓄能器数值模拟

　　数值模拟是根据计算流体动力学，应用计算机对微分方程进行时间和空间离散，并作一定数量的迭代计算来逼近一个近似解。FLUENT 流体仿真软件用来模拟从不可压缩到高度可压缩范围内的复杂流动。 它具有丰富的物理模型、先进的数值方法以及强大的前后处理功能，从而高效率地解决各个领域的复杂流动计算问题。它的自由表面模型VOF是一种在固定的欧拉网格下的表面跟踪方法，该模型可以精确追踪互不相溶的流体之间的自由表面，通过求解一组动量方程和追踪计算域中每一流体的体积分数来模拟2 种或2 种以上互不相溶的流体。

　　2.1模型的建立

　　由于煤矿井下巷道狭窄以及车体空间限制，悬架缸的活塞、活塞杆直径分别取准100 mm 和准56 mm，最大行程100 mm;蓄能器为内径准140 mm， 高度162 mm，总容积2.5 L 的腔体;悬架缸活塞腔与蓄能器用2 层 C5/8×350 mm 的钢丝编织管连接。建立油气悬架缸-蓄能器模型时考虑如下因素：

　　(1)调节悬架系统高度，将悬架缸的活塞初始位置调整到缸体中间位置，即50 mm 处;

　　(2)假定皮囊位置处于蓄能器中间位置 ，即油气分界面处于蓄能器中部,即81mm 处;

　　(3)油气悬架缸-蓄能器模型采用轴对称分布结构，三维模型占用计算机大量内存，且不易收敛，因此本文取二维模型模拟可视化气体体积压缩与膨胀过程。

　　悬架缸-蓄能器仿真模型如图2 所示。 其中，d_air为蓄能器内径，取d_air=140 mm，d_oil为油气悬架缸活塞直径，取d_oil=100 mm。

　　2.2理论分析

　　蓄能器的充气压力和额定充气容积影响油气悬架的刚度，充气压力和充气容积越大，油气悬架的刚度越小。 蓄能器通常选用的充气压力为 2～6 MPa，用于油气悬架的皮囊式蓄能器公称容积为 1～10 L。经常通过改变蓄能器的充气压力来改变油气悬架的刚度，以便适应不同的路况。

　　悬架缸油液初始压力