急救车担架台阻尼减振仿真分析与优化设计研究

　　引　言

　　急救车主要用于危重伤病员的紧急运送并在途中实施急救处置。为了能够顺利实现伤病员的安全快速转送,要求其具有良好的机动能力且能满足伤病员对舒适性的特殊需求。因此,针对提高担架台减振效率的研究就显得尤为重要。

　　根据急救车车厢的结构特点,担架台的减振采用单层减振系统。在文献[1]中,作者以多体动力学理论为基础,利用ADAMS软件对钢丝绳减振器方案下的垂向减振效果进行了仿真分析和优化设计研究,优化后的减振系统明显避开了人体比较敏感的频段,在4～8 Hz频段内能量衰减了82.6%。但是,用加速度均方根值评价的减振效率η却只有14.7%,没有达到η≥30%的工程设计要求;并且在冲击减振效果中,响应动位移较大,系统稳定性不足。

　　造成上述结果的原因主要是:钢丝绳减振器受结构特点的制约,仅靠丝与丝、丝与股、股与股之间的挤压和摩擦来提供阻尼,自身阻尼偏小(阻尼比一般在0.1～0.2之间),能够吸收并耗散的能量十分有限。另外,不能任意控制其实际阻尼大小,也使得它无法达到系统需求的刚度阻尼匹配关系。因此,在随机振动的隔离中钢丝绳减振器往往不能达到减振效率的设计要求。

　　事实上,从能量的角度来看,减振就是要把振源传递过来的能量衰减掉。但是减振器(各种弹簧)本身并不能有效吸收能量,只能改变振动输出的频谱结构(即共振频率和振动能量主要分布频段),也就是仅将集中能量分散开而已[2],系统能量的耗散主要应靠阻尼器来实现。

　　本文采用阻尼减振的方法(简称阻振),即用附加的液压阻尼器连接于需要减振的担架台与车厢地板之间以消耗振动能量,从而达到控制振动水平的目的。阻尼减振技术能降低系统在共振频率附近的动响应和宽带随机激励下响应的均方根值,以及消除由于自激振动而出现的动不稳定现象[3,4]。

　　1　阻尼减振方案的设计与优化研究

　　钢丝绳减振器阻尼过小,不能有效耗散车厢地板传递过来的振动能量,是减振效率较低的主要原因。因此,考虑在原减振系统的基础上,加装液压阻尼器,以弥补钢丝绳减振器阻尼过小的不足。

　　1.1　阻尼减振方案的结构设计

　　图1为担架台结构示意图。受其结构特点的制约,本方案中阻尼器的允许安放高度H≤0.3 m,结合车厢内的结构特点,在担架下支架和车厢地板之间对称布置了4个液压阻尼器(如图2所示),优点是可以在3个方向上同时增加系统的阻尼。

　　1.2　阻尼减振方案的仿真分析与优化设计研究

　　当减振器数目较多并且不对称布置时,系统动力学方程形式比较复杂[5];在限位器发生作用时,碰撞振动使减振系统成为非光滑非线性动力系统,甚至可能发生混沌运动[6],其数值求解将是非常困难的。故本文采用以计算多体系统动力学理论为基础的ADAMS软件进行可视化仿真分析与优化设计研究。钢丝绳减振器用轴套力Bushing来模拟[7],角刚度未做考虑[8],纵向、横向刚度分别取垂向的7/24和5/12,平均阻尼比取0.125。限位器用单点碰撞力Impact函数来计算[9]。加装了阻尼系统的车厢振动模型如图3所示。