摘 要

全地面起重机是一种聚集越野起重机和汽车起重机优点的极具发展前景的起重机。全路面起重机底盘的油气悬架系统是全路面起重机的核心技术之一。本文介绍了全地面起重机的发展历史并对全地面起重机油气悬架构造，运动机理，工作机理以及发展趋势进行了分析研究。以某公司一款全地面起重机为设计对象，设计了其油气悬架系统。参考相关文献，设计了其油气悬架相关参数，建立了油气悬架数学模型及其刚度，阻尼模型，并分析了建立模型的正确性。利用matlab软件，对设计的数学模型进行了仿真，证明了设计参数的合理性。研究了相关设计参数对油气悬架性能的影响，为油气悬架优化设计奠定了基础。

关键词：全路面起重机；油气悬架；数学模型；仿真

Abstract

The all-terrain crane is a very promising crane that integrates the advantages of off-road crane and truck crane. The hydro-pneumatic suspension system of all-terrain crane chassis is one of the key technologies of all-terrain cranes. In this paper is introduced the development history of the all-terrain crane.Besides, the construction, movement mechanism, working mechanism and development trend of the hydro-pneumatic suspension of all-terrain crane are analysed.Taking a company's all-terrain crane as the design object, its hydro-pneumatic suspension system was designed. With reference to the relevant literatures, the relevant parameters of the hydro-pneumatic suspension are designed, the mathematical model of the hydro-pneumatic suspension and its stiffness and damping model are established, and the correctness of the established model is validated. Using matlab software, the mathematical model of the design was simulated and the rationality of the design parameters was proved. The influence of the relevant design parameters on the performance of the hydro-pneumatic suspension was studied, which laid the foundation for the optimal design of the hydro-pneumatic suspension.

Key Words：All-terrain crane; Hydro-pneumatic suspension; Mathematical model; Simulation

目 录

第1章 绪论 1

1.1 研究背景与选题意义 1

1.2 全地面起重机综述 1

1.2.1 国内全地面起重机发展概述 2

1.2.2 国外全地面起重机发展概述 2

1.3 油气悬架概述 2

1.3.1 油气悬架在国内的发展概况 3

1.3.2 油气悬架在国外的发展概况 3

1.4 研究主要内容 4

第2章 油气悬架系统技术研究 5

2.1 油气弹簧的分类 5

2.2 双气室油气悬架结构与工作原理 6

2.3 油气悬架特点分析 7

2.4 本章小结 8

第3章 全地面起重机油气悬架系统设计研究 9

3.1 220吨全地面起重机简介及总体布置 9

3.2 油气悬架系统设计要求 10

3.3 油气悬架系统布置 10

3.3 本章小结 11

第4章 油气弹簧建模与有关参数设计 12

4.1 油气弹簧数学模型 12

4.1.1 油气弹簧物理模型 12

4.1.2 油气弹簧数学模型 12

4.2 油气弹簧刚度特性模型 16

4.3 油气弹簧阻尼特性模型 17

4.4 有关参数设计 17

4.5 本章小结 22

第5章 油气悬架仿真与分析 23

5.1 仿真的目的及仿真参数的选定 23

5.1.1 仿真的目的 23

5.1.2 仿真参数的选定 23

5.2 油气悬架系统输出特性仿真与影响因素研究 23

5.2.1 油气悬架系统输出特性曲线 23

5.2.2 油气悬架输出特性影响因素研究 24

5.3油气悬架刚度特性仿真与影响因素研究 28

5.3.1 油气悬架刚度特性仿真 28

5.3.2 油气悬架刚度特性影响因素研究 29

5.4 油气悬架阻尼特性仿真与影响因素研究 30

5.4.1 油气悬架阻尼特性仿真 30

5.4.2 油气悬架阻尼特性影响因素研究 32

5.5 整车侧倾角的确定 35

5.6 本章小结 36

第6章 结论 37

6.1 总结 37

6.2 展望 37

参考文献 39

附 录 41

致 谢 47

第1章 绪论

1.1 研究背景与选题意义

自上世纪改革开放以来，我国经济建设取得了举世瞩目的成绩。经济建设对起重机的需求与日俱增。然而，我国汽车工业起步较晚，各项技术落后于一些欧美的发达国家。上世纪七十年代末期世界上第一台全地面起重机在德国诞生^[1]。在全世界众多起重机制造企业中，德国利勃海尔公司的全地面起重机制造技术是最为成熟先进的。上世纪八十年代，中国一些重型汽车企业主要通过仿制国外的成熟车型进行生产研究。如今，徐工、三一和中联重科等企业虽具备制造大吨位起重机的能力，但全地面起重机起重性能，产品可靠性以及前沿科技与国外还有一定的差距。油气悬架系统是全地面起重机底盘设计关键技术之一。油气悬架系统不仅能起到多轴平衡的作用，而且还能增加整车侧倾刚度。配置有有油气悬架系统的全地面起重机还能实现调节车架高度和锁死悬架等功能。油气悬架系统在军事特种车辆以及工程车辆上得到普遍使用^[2]。装有油气悬架的全地面起重机能使其适应崎岖不平等恶劣工作场所，更符合用户对平顺性和操作稳定性的要求，改善操作人员的工作环境以及提高作业的安全性。

本文选取某公司的一款全地面起重机为设计车型，对全地面起重机油气悬架系统进行研究和有关参数的设计。通过对油气悬架系统的结构以及工作运动机理进行分析，忽略一些次要因素，简化构造，建立了双气室油气悬架的简化物理模型和数学模型以及刚度、阻尼模型。通过参考相关文献，参考前人设计参数以及结合实际车型，合理的设计了油气悬架参数。利用建立的整车的油气悬挂动态特性仿真模型，研究设计参数对悬架动态性能的影响，为实现油气悬架与整车的匹配研究以及优化设计实现车辆操纵稳定性和行驶平顺性奠定基础。