随着国民经济发展对能源和矿产需求的加大,对矿用自卸车的需求不断增加。国务院将矿用自卸车列为十六大重大技术装备关键领域,对矿用自卸车的性能也提出了较高的要求。动力学性能作为自卸车主要的性能,对车辆行驶安全性、车辆结构寿命以及人员的乘坐舒适性均有很大的影响。因此,对矿用自卸车动力学性能的研究符合国家政策要求,能够提升重大装备制造水平,同时能保证国家能源和矿产的正常开采,具有重要的经济效益和工程应用价值。针对矿用自卸车特殊的结构形式和工作环境,本文旨在研究矿用自卸车悬架的非线性特性、横向稳定杆的动力学特性、操纵稳定性和平顺性这几个方面的工作。为此,首次对国产某矿用自卸车的油气悬架进行了基于油气两相流的三维流场动态分析,获得了较精确的刚度和阻尼特性;首次建立了大型矿用自卸车刚柔耦合动力学模型,提高了分析精度;提出了长度可变、刚度非线性的新型横向稳定杆;开展了平顺性试验,并进行了平顺性评分方法的研究;针对操纵稳定性和平顺性对悬架系统具有不同要求的特点,建立了自卸车平顺性和操纵稳定性协同优化模型,采用遗传算法对协同优化模型进行了优化。本文的研究内容如下:1.基于两相流和动网格的油气悬架非线性特性分析。矿用自卸车采用的是单气室油气悬架,其主要特点是刚度和阻尼均为非线性特性;但是,悬架结构尺寸和悬架动态载荷非常大,以目前国内的试验设备,不能对其特性进行精确的试验分析。本文根据油气悬架氮气和液压动力油的耦合特点,首次采用动网格技术和VOF模型联合分析的方法,对自卸车油气悬架进行三维动态仿真分析,从而悬架内部流场清晰可见,并由此获得精确的悬架刚度和阻尼特性曲线,为操纵稳定性和平顺性仿真分析与优化奠定了基础。2.首次建立了某国产矿用自卸车整车刚柔耦合动力学模型。矿用自卸车车架结构尺寸和质量非常大,其模态特性对整车动力学性能的影响不容忽视。为了对车辆性能进行准确的分析和优化,本文在Hypermesh软件中建立了自卸车车架的有限元模型,并设置了车架铰接点的相关约束,在进行了模态分析后,导入整车多体动力学模型中,建立了整车刚柔耦合动力学模型。3.提出了一种新型横向稳定杆并进行了操纵稳定性分析。针对大吨位矿用自卸车特殊的使用环境,分析了其前、后桥的运动学特性和侧倾性能,认为目前的结构将使车辆运动不协调将导致轮胎异常磨损和横摆侧倾。为解决此问题,提出了一种长度和刚度均可变的横向稳定杆,该横向稳定杆能够解决运动不协调问题,并且具有非线性刚度特性,其刚度随着车辆侧倾角的增大而增大,能够提高自卸车侧倾性能。并在整车多体系统动力学模型中对使用新型横向稳定杆的矿用自卸车操纵稳定性进行了分析和评价。4.基于矿山行驶试验和新型横向稳定杆的自卸车平顺性分析。矿用自卸车行驶路面条件非常恶劣、车辆载重量大、驾驶员连续工作时间长,因此,车辆的行驶平顺性对车辆结构的可靠性、行驶安全性有重要影响。本文参照IS02631标准、国家标准GB/T4970-1996《汽车平顺性随机输入行驶试验方法》和QC/T76.8-1993《矿用自卸车试验方法行驶平顺性试验》,在国内某矿山对国产某矿用自卸车平顺性进行了平顺性试验。根据矿山路面环境,建立了符合ISO标准中规定的E级路面谱,进行了基于新型横向稳定杆的平顺性仿真分析,并设计了适合于矿用自卸车的脉冲试验块。5.对该矿用自卸车进行了操纵稳定性和平顺性的协同优化。根据汽车设计经验,要获得较好的平顺性,汽车悬架刚度应该较小;而要获得较好的操纵稳定性,悬架刚度应该较大。本文根据自卸车的特点,以悬架刚度、阻尼,横向稳定杆刚度以及悬架的安装位置为设计变量,以操纵稳定性和平顺性评分为综合目标,将协同优化方法引入车辆动力学分析,对矿用自卸车操纵稳定性和平顺性进行了协同优化,使这两方面性能同时得到了提高。综上所述,本文系统深入的研究了矿用自卸车油气悬架、操纵稳定性和平顺性,并提出了适用于自卸车的新型横向稳定杆,为矿用自卸车性能分析和优化研究提供了新思路和方法。