黄夏旭等：基于多区域的油气悬架油液温度特性分析 951 上述研究在建立热力学模型时将不同腔的油液看 作是整体，计算所得结果不能体现内部油液的温度梯 度.由于油气悬架内部油液温度存在梯度，各个部分 油液的特性（如黏度）会不同，在计算阻尼力时会存在 偏差，进而导致对油气悬架特性的评估出现偏差 研究油液悬架系统的油液温度分布，为进一步准 10 11 12 13 确描述油气悬架系统响应特性奠定基础是本文研究的 1~7一温度传感器(1~7号)：8一气体（氮气）：9一活塞（杆）： 内容和目的.文中将油气悬架内部油液按区域分成多 10一单向阀（阻尼孔）：11一环形腔油液：12一工作腔油液： 个部分，考虑各个部分热容并引入油液流动传质，对油 13一缸简 图2油气悬架试验传感器安装位置及区域划分 气悬架油液温度分布进行研究 Fig.2 Sensor mounting location and region dividing of the hydro 1油气悬架试验平台 pneumatic suspension 为研究油气悬架内部油液温度分布规律，将油气 腔内油液所占容积划分为区域2~9，环形腔内油液所 悬架系统在台架上进行试验.试验台架为自行设 占容积划分为区域10.区域11、12为缸筒、活塞（活塞 计5，如图1所示.试验中将簧载质量和油气悬架构 杆)体积.上述区域中，区域1、2、10所占容积会随着 成一个振动系统，在油气悬架底部施加激励，使活塞和 油气悬架缸筒与活塞之间的相对运动发生变化，其他 缸筒（簧载质量）之间产生相对运动，进而引起悬架系 的区域容积为常量 统的温度发生变化，通过测量油液温度变化研究油气 依据油气悬架热量的交换途径及图2中划分的区 悬架系统内部油液温度分布的规律. 域，可得油气悬架的热量交换网络如图3所示.T,为 气体中心温度，T2~T,为缸筒工作腔区域2~9油液中 心温度，T。环形腔油液的中心温度，T,为缸筒的中心 0 温度，T2为活塞杆中心温度，T,为环境温度. 1一支架：2一油气悬架：3一传感器：4一电机，减速器：5一簧载质 13 量：6一采集系统 图1油气悬架试验台结构简图 Fig.I Structure of the test bench 图3油气悬架热传递网络 Fig.3 Heat transfer network of the hydro pneumatic suspension 试验中使用P100温度传感器测量工作腔油液温 度变化，量程为0~150℃，精度为0.1℃.由于油气悬 由于油液在工作腔和环形腔之间流动，故区域 2~11内的油液之间除了传热之外还应有传质效应. 架内部空间限制，传感器只安装在活塞杆内部.在油 气悬架活塞杆中心竖直方向上安装传感器，相邻两个 假设外界环境稳定，图中共有13个节点，油气悬架集 传感器之间垂直距离为80mm,传感器数量为7，从上 中参数热力学模型方程为 到下编号为1~7，如图2所示. (-T)=12..3. 2油气悬架多区域集中参数热力学模型 (1) 为保持油气悬架数学模型中的节点与试验中温度 式中：T:为节点温度，K;R为区域之间的热阻，KW: 测试点一致，依据温度传感器安装位置，尽量保证各个 心：为外界所做的功，W;m为单位时间内介质传质的 区域油液中心与传感器位置重合，将工作腔油液进行 量，kgs:h为单位介质的内能，Jkg:c:为各部分介 区域划分，如图2中1~12为所划分区域 质的热容，J·K.没有外界能量输入输出的节点，" 油气悬架内部氮气所占容积划分为区域1，工作 为零：油液流动速度为零的节点，m为零.黄夏旭等: 基于多区域的油气悬架油液温度特性分析 上述研究在建立热力学模型时将不同腔的油液看 作是整体，计算所得结果不能体现内部油液的温度梯 度． 由于油气悬架内部油液温度存在梯度，各个部分 油液的特性( 如黏度) 会不同，在计算阻尼力时会存在 偏差，进而导致对油气悬架特性的评估出现偏差． 研究油液悬架系统的油液温度分布，为进一步准 确描述油气悬架系统响应特性奠定基础是本文研究的 内容和目的． 文中将油气悬架内部油液按区域分成多 个部分，考虑各个部分热容并引入油液流动传质，对油 气悬架油液温度分布进行研究． 1 油气悬架试验平台 为研究油气悬架内部油液温度分布规律，将油气 悬架系 统 在 台 架 上 进 行 试 验． 试验台架为自行设 计［5--8］，如图 1 所示． 试验中将簧载质量和油气悬架构 成一个振动系统，在油气悬架底部施加激励，使活塞和 缸筒( 簧载质量) 之间产生相对运动，进而引起悬架系 统的温度发生变化，通过测量油液温度变化研究油气 悬架系统内部油液温度分布的规律． 1—支架; 2—油气悬架; 3—传感器; 4—电机，减速器; 5—簧载质 量; 6—采集系统 图 1 油气悬架试验台结构简图 Fig． 1 Structure of the test bench 试验中使用 Pt100 温度传感器测量工作腔油液温 度变化，量程为 0 ～ 150 ℃，精度为 0. 1 ℃ ． 由于油气悬 架内部空间限制，传感器只安装在活塞杆内部． 在油 气悬架活塞杆中心竖直方向上安装传感器，相邻两个 传感器之间垂直距离为 80 mm，传感器数量为 7，从上 到下编号为 1 ～ 7，如图 2 所示． 2 油气悬架多区域集中参数热力学模型 为保持油气悬架数学模型中的节点与试验中温度 测试点一致，依据温度传感器安装位置，尽量保证各个 区域油液中心与传感器位置重合，将工作腔油液进行 区域划分，如图 2 中 1 ～ 12 为所划分区域． 油气悬架内部氮气所占容积划分为区域 1，工作 1 ～ 7—温度传感器( 1 ～ 7 号) ; 8—气体( 氮气) ; 9—活塞( 杆) ; 10—单向 阀 ( 阻 尼 孔) ; 11—环 形 腔 油 液; 12—工 作 腔 油 液; 13—缸筒 图 2 油气悬架试验传感器安装位置及区域划分 Fig． 2 Sensor mounting location and region dividing of the hydro pneumatic suspension 腔内油液所占容积划分为区域 2 ～ 9，环形腔内油液所 占容积划分为区域 10． 区域 11、12 为缸筒、活塞( 活塞 杆) 体积． 上述区域中，区域 1、2、10 所占容积会随着 油气悬架缸筒与活塞之间的相对运动发生变化，其他 的区域容积为常量． 依据油气悬架热量的交换途径及图 2 中划分的区 域，可得油气悬架的热量交换网络如图 3 所示． T1为 气体中心温度，T2 ～ T9为缸筒工作腔区域 2 ～ 9 油液中 心温度，T10环形腔油液的中心温度，T11为缸筒的中心 温度，T12为活塞杆中心温度，T13为环境温度． 图 3 油气悬架热传递网络 Fig． 3 Heat transfer network of the hydro pneumatic suspension 由于油液在工作腔和环形腔之间流动，故 区 域 2 ～ 11内的油液之间除了传热之外还应有传质效应． 假设外界环境稳定，图中共有 13 个节点，油气悬架集 中参数热力学模型方程［9--11］为 ci dTi dt = 1 Ｒij ( Tj － Ti ) + wi + Σh m· i，i，j = 1，2，…，13． ( 1) 式中: Ti为节点温度，K; Ｒij为区域之间的热阻，K·W － 1 ; wi为外界所做的功，W; m · i 为单位时间内介质传质的 量，kg·s － 1 ; h 为单位介质的内能，J·kg － 1 ; ci为各部分介 质的热容，J·K － 1 ． 没有外界能量输入输出的节点，wi 为零; 油液流动速度为零的节点，m · i为零． · 159 ·