油氣懸架是全地面起重機底盤設(shè)計的關(guān)鍵技術(shù)之一，在國外已經(jīng)廣泛應(yīng)用于多類特種車輛設(shè)備中，但是國內(nèi)對油氣懸架的設(shè)計還處于研究階段，對結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計才剛剛開始。油氣懸架的優(yōu)化包括兩個方面，一是油氣懸架動力學(xué)性能優(yōu)化，目標(biāo)函數(shù)是油氣懸架的動力學(xué)性能，如車身加速度、懸架動撓度等指標(biāo)；二是油氣懸架輕量參數(shù)的優(yōu)化，目標(biāo)函數(shù)是油氣懸架的重量。ADAMS提供了強大的參數(shù)化建模功能，通過使用設(shè)計變量，可以方便地修改模型中已被設(shè)置為設(shè)計變量的對象，而不用考慮內(nèi)部之間的關(guān)聯(lián)變動，達到對模型優(yōu)化的目的。
　　1、單橋油氣懸架建模
　　1.1機械系統(tǒng)建模
　　油氣懸架實際上是比較復(fù)雜的機械結(jié)構(gòu)和液壓系統(tǒng)的組合體，建模如考慮得過于細(xì)致，勢必造成在ADAMS中添加大量約束，使整個系統(tǒng)進行仿真分析所需的時間大大增加，仿真的成功率降低。所以用ADAMS建模時，應(yīng)省略或簡化對結(jié)果影響很小或與制造工藝有關(guān)的將要因素等，只需添加相應(yīng)約束和定義摩擦來實現(xiàn)相關(guān)功能，避免仿真失敗。
　　圖1是按500t全地面起重機油氣懸架實際尺寸建立的單橋懸掛模型，主要尺寸參數(shù)見表1。由于仿真過程不涉及轉(zhuǎn)向，因此模型的約束條件可簡化如下：


　?。?）缸筒與下鉸點用旋轉(zhuǎn)副鉸接；
　?。?）活塞桿與車架用旋轉(zhuǎn)副鉸接；
　?。?）輪胎中心點與車橋用旋轉(zhuǎn)副鉸接；
　?。?）車架與地面用上下移動副約束，主要防止在仿真過程中由于系統(tǒng)的側(cè)向干擾而導(dǎo)致車架偏向側(cè)面；
　?。?）輪胎與輸入激勵的平臺用代表輪胎剛度的彈簧連接，按文獻，剛度取3×106N/m；平臺與大地采用上下移動副連接。
　　1.2液壓系統(tǒng)建模
　　ADAMS液壓系統(tǒng)模塊提供了標(biāo)準(zhǔn)液壓元器件的零件庫，而油氣懸掛缸是非標(biāo)油缸，因此必須把標(biāo)準(zhǔn)的液壓元器件組合使用來模擬懸架缸的功能。圖2是在ADAMS中所建的單橋懸架液壓原理圖。

　　油氣懸架液壓系統(tǒng)的基本工作原理是：懸架缸在壓縮過程中蓄能器的液壓油大部分通過單向閥進入有桿腔，系統(tǒng)阻尼??；懸架缸拉伸過程中有桿腔中液壓油只通過阻尼孔進入蓄能器保壓，系統(tǒng)阻尼大，從而通過懸架缸反復(fù)上下運動來適應(yīng)路面狀況，實現(xiàn)減振和支承。
　　在液壓原理圖中用阻尼節(jié)流閥8和單向閥9模擬實際懸架缸中阻尼孔和單向閥。從原理圖分析可以得到：
　?。?）懸架缸壓縮過程：油液從蓄能器4分兩路進入油缸，一路為節(jié)流孔，另一路為單向閥。將單向閥的開啟壓力設(shè)置為0，則油缸壓縮時從蓄能器4進入油缸的油液基本就只經(jīng)過單向閥。
　　（2）油缸拉伸過程：單向閥關(guān)閉，油液經(jīng)節(jié)流閥。
　　這個運動過程與油氣懸架缸的工作過程完全吻合，因此滿足油氣懸架有液壓原理設(shè)計。
　　2、基于ADAMS的油氣懸架動力學(xué)優(yōu)化設(shè)計分析算例
　　2.1試驗變量的選取和優(yōu)化目標(biāo)的確定
　　汽車安全性的一般評價方法是用其車輪相對動載和懸架動撓度來表征，而舒適性則用車身振動加速來表示。就主觀愿望而言，這3個量應(yīng)盡可能小。試驗變量是從單橋油氣懸架動力學(xué)仿真模型的參數(shù)變量中選取的，從油氣懸架的工作原理和組成部分來分析，影響油氣懸架性能指標(biāo)的重要參數(shù)可分為4類，見表2。

　　本文在車體結(jié)構(gòu)條件和外部條件不變的基礎(chǔ)上，著重提取前2類最重要的參數(shù)進行分析，受液壓系統(tǒng)和機械系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)的限制和參照樣機資料，可選定6個試驗變量及其原始數(shù)值和取值范圍，見表3。

　　油氣懸架優(yōu)化的目的是使全地面起重機在道路行駛過程中盡量滿足行駛平順性和操縱穩(wěn)定性要求，體現(xiàn)在車身加速度、車輪動載荷和懸架動撓度要小等特點。本文選取車身加速度α和懸架動撓度Φ的加權(quán)組合作為目標(biāo)函數(shù)，而車身加速度α和懸架動撓度Φ的量綱是不統(tǒng)一的，處理的方法是將車身加速度α除以仿真時間內(nèi)的平均值a，動撓度Φ除以仿真時間內(nèi)的平均值b，這樣都變成一個無量綱的系數(shù)進行規(guī)范化處理，見式(1)，在仿真時間內(nèi)取積分值，再取平均值。

　　式中λ1――車身加速度加權(quán)系數(shù)，取0.6；
　　　　λ2――動撓度加權(quán)系數(shù)，取0.4；
　　　　T――仿真總時間；
　　　　a――車身加速度在仿真時間內(nèi)平均值；
　　　　b――動撓度在仿真時間內(nèi)平均值。
　　2.2傳感器確定和靈敏度分析
　　創(chuàng)建傳感器的目的是在懸架仿真過程中，懸架的各部件應(yīng)滿足一定的約束條件。將仿真模型進行分析，可建立如下傳感器，并設(shè)定參數(shù)。
　　（1）建立懸架缸長度傳感器，并設(shè)定當(dāng)仿真參數(shù)超出設(shè)定的最大長度時仿真結(jié)束；
　?。?）建立蓄能器壓力傳感器，并設(shè)定當(dāng)仿真超出最大的壓力時仿真結(jié)束，數(shù)值按照材料應(yīng)力計算和對照樣本數(shù)據(jù)，設(shè)置為32MPa；
　　（3）建立油缸兩腔壓力傳感器，設(shè)定當(dāng)仿真超出最大的壓力時仿真結(jié)束，數(shù)值按照材料應(yīng)力計算和對照樣本數(shù)據(jù)，設(shè)置為32MPa。
　　傳感器建立之后，分別對所選的試驗變量進行靈敏度分析，找出對懸架動特性影響較大的幾個試驗變量。全地面起重機的行駛條件相對轎車來說比較差，車速不高（不超過70km/h），因此在對油氣懸架進行分