0引言
长期以来资源和环境压力一直制约着我国工业可持续发展和战略转型,目前电力与煤炭依然承担着主要能源供给,节能减排已列为中国能源发展的一项基本国策。能量的回收利用成为需求侧的节能降耗的重要的解决之道。汽车减震器是汽车发动机输出能量的重要耗能元件,如果能将汽车减震器消耗的能量回收利用,能源利用率会得到大幅度提高,在汽车节能领域将实现重要突破。研究能量可再生汽车悬架和回收减震器消耗的能量,成为了汽车节能减排的重要研究方向。下面详细论述能量可再生汽车悬架的研究现状及其发展趋势。
1馈能式悬架主要结构形式
目前馈能式悬架按性能特点和结构形式,可分为以下三大类[1]。
1.1回转发电机式
回转发电机式馈能式悬架按照其传动形式可分为以下三种:齿轮齿条式、滚珠丝杠式、曲柄连杆式[1]。
图1是齿轮齿条式馈能悬架[2]结构和振动能量回收示意图。该悬架取消了减震器,用电机和齿轮齿条机构来代替。发电机通过连接机构被固定在簧载质量上,齿轮连接发电机转子,而齿条被固定在非簧载质量上。因为齿轮齿条机构的存在,啮合后通过齿轮齿条机构和发电机,完成能量的转化和传递,实现振
动能量的回收。啮合时振动能量(机械能)通过发电机转换成为电能,整流后可以给电池充电,实现电能的存储或为其它设备提供电能。发电机通过齿轮齿条机构,将输出的扭矩转变为阻尼力。
图2是滚珠丝杠式馈能悬架结构和振动能量回收示意图。该悬架同样取消了传统减震器,用滚珠丝杆机构来——————————————————————
—课题项目:2017年度山东工业职业学院教科研项目———汽车减
震器双向作用发电机理论研究及其原型机制作。最小值从0.0660变为0.0720。从图9的底部速度流场来看,第60步的速度流场的密集性弱于第20步的速度流场,且两个阶段的速度流场都在两孔处呈聚集态且流速明显强于其余地区。这与实际情形是相符的。
总体而言,甲模具挤压态下主体成型区的充型速度相比乙模具的要快,速度流场的密集性要高,但比较而言,甲模具挤压态下主体成型区的材料流速总体要低于乙模具一个量级,甲模具至充型完成后其材料流速即逐步衰减,而乙模具材料流速从第20步之后经历一个波峰至第60步回归至与第20步基本一致。
4结论
精密模具挤压加工不仅能很好的控制凸轮轴止推片
成型的厚度、平面度等在设定范围之内,而且其成型质量较高。从总体来看,挤压成型的应变场、速度流场是合理的,应力场应力跨度及最值较大的状况可以通过材料耗损率下凸轮轴止推片几何体积测算出单个毛坯最省用料来从一定程度缓解,保证模具充型质量,提高材料密实性,又避免其局部应力过大引起残余变形甚至裂纹。完全闭式模具挤压成型的成型速度、材料强化特性要优于非完全封闭式,且无材料浪费。但非完全封闭式的残余应力、弹性后效要优于完全封闭式。
在成型零件较为复杂之下,非完全封闭式挤压成型可以通过合理设置排料孔达到较好的充型效果,并使其内应力、应变处于较为合理的区间;相应的,完全闭式模具挤压成型要达较好效果,就要提高材料流速,可以通过合理选材、毛坯预热、降低换热系数等方式来实现。
参考文献:
[1]朱军.内燃机止推片失效模式与分析[J].内燃机,2015,4(2):60.
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[3]史慧楠,韩亭鹤,李月等.基于DEFORM-3D 的钢球热压成形工艺优化[J].轴承,2019,4(4):27.
[4]李忠,付成业,田戊辰,等.基于DEFORM 的挤压模具设计及优化[J].工程技术研究,2018,12(2
4):78.
图9乙模具挤压态毛坯成型的速度流场
分布-仰视(第20、60步
)
能量可再生汽车悬架研究概述
韩道刚;董颖
(山东工业职业学院,淄博256414)
摘要:在倡导绿发展理念的今天,汽车能耗标准越来越严格,节能减排、绿发展已经被列入基本
国策。汽车悬架振动能量的回
收再利用,成为节能环保型汽车研发的重要突破方向。从理论上研究能量回收汽车悬架,最终在商业上实现应用普及,是节能环保型汽车开发不得不面对的重要实践问题,因此,能量可再生汽车悬架的研究具有重要的实践意义。
关键词:汽车悬架;能量回收;减震器;馈能式悬架
Internal Combustion Engine&Parts
代替,将簧载质量与非簧载质量之间的直线运动转变成电机转子的转动[1]。因为滚珠丝杠机构的存在,可通过电机完成振动能量的回收和转化,整流后同样可以实现电能的存储或为其它设备供电。
曲柄连杆式馈能悬架与上述两种馈能悬架机构之间最大的区别在于,该机构没有取代传统减震器,仅添加了一组曲柄连杆机构,将汽车行驶过程中车轮上下的振动转变成电机的旋转运动[1]。因没有取消减震器,所以大部分振
动能量并没有得到回收,而是随着振动和摩擦耗散
了,能
量回收效率比较低。
图1
齿轮齿条式
图2滚珠丝杠式
1.2直线电机式
直线电机式馈能悬架取消了传统减震器,用直线电机来替代,可实现电能和直线运动机械能相互转化,而不需要借助任何中间转换机构。因此,直线电机式馈能悬架不仅可以抵消传统减震器运行过程中的振动,还可以实现能量回收。然而,由于其价格高,结构复杂易失效,制造成本远高于传统减震器。
1.3液压式
液压式馈能悬架利用液压泵的原理,对传统液压减震器悬架进行改造,从而实现将振动能量转换成液压能,存储在蓄能器中,可通过液压马达、发电机等机构转化为电能,供给汽车上的耗能元件使用。液压式馈能悬架对液压元件制造精度要求高,能量回收率低,成本较高。
2汽车振动能量回收国内外研究现状及发展趋势
早在20世纪90年代,国外已经开始了对馈能式汽车悬架的研究,并在理论上取得了一些进展。但只有
极少数研究成果试制出样机,开展了可行性试验,目前还没有一款产品在商业市场上真正推广使用,因此,距离汽车节能减排、绿发展的战略目标还有相当远的距离。日本Nissan公司开发了一款蓄能式减震器,这款液压式馈能悬架通过蓄能器和液压元件,实现汽车振动能量的回收和转化,但其性能尚待完善。美国曾在军用车上安装了电磁式阻尼器,并进行了实车试验,将振动能量回收、存储和再利用,但其实用性和节能效果均有待提高。
国内相关研究起步更晚,虽然对馈能式悬架理论研究已经比较详尽,但相关研究大部分还只是刚刚起步,初步进行仿真和试验,成熟性进展和实用性成果较少。西北工业大学方宗德教授首次提出能量可再生悬架系统[3]。传统的汽车减震器振动能量被阻尼器吸收耗散,但通过能量可再生半主动/主动悬架[3]可将振动能量回收储存,能量可再生再利用,提高了能量利用率,符合节能减排、绿发展的基本国策。上海交通大学喻凡等提出了一个能量可再生主动悬架设计方案,并试制出电机作动器功能样机[4],进行了被动响应特性试验,对其可行性和有效性进行了分析。吉林大学王伟华等对由齿轮齿条机构和直流电机相结合的馈能式悬架进行了理论和仿真研究,对其可行性进行了深入探讨。
按能量回收方式,能量可再生汽车悬架可分为液压式和电磁式两种。液压式汽车悬架对液压元件制造精度要求高,响应频率和速度均比较低,能量回收效率低。较之液压式汽车悬架,电磁式汽车悬架响应速度较高,能量转换、存储和利用方便,逐渐了吸引国内外专家学者,成为能量可再生汽车悬架领域具有良好发展前景的研究热点。
汽车减震器3结语
能源问题是世界各国不得不面对的问题,能源节约是绿发展必然要选择的道路。对于汽车工业的发展和节能转型来说,开发能量回收汽车悬架,降低悬架系统能耗,提高能量利用率,具有重要的实践意义。通过改造汽车悬架系统,实现汽车振动能量回收、存储和再利用,形成成熟性的理论,实践可行性的方案,最终在商业上推广使用,是一项任重道远的任务,也是未来汽车发展变革的重要方向和必然趋势。
参考文献院
[1]杨和利.汽车振动能量回收发电的悬架设计与控制技术研究[D].山东理工大学硕士学位论文,2011,4.
[2]张文丰,翁建生,胡海岩.时滞对车辆悬架“天棚”阻尼控制的影响[J].振动工程学报,1999,12(4):486-491.
[3]陈少君.能量可再生汽车悬架系统建模与控制研究[D].西北工业大学硕士学位论文,2007,3.
[4]徐琳.汽车液电馈能式减振器研究[D].武汉理工大学博士学位论文,2011,5.
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