基于磁力负刚度弹簧设计的低频三维隔振矿用自卸车座椅的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于汽车车用座椅领域，具体涉及一种应用于矿用自卸车的基于磁力负刚 度弹簧设计的低频三维隔振汽车座椅。
【背景技术】
[0002] 随着汽车产业的发展，对汽车乘坐舒适性提出更高要求，汽车座椅是影响驾驶员 重要因素之一，而矿用自卸车作为一种常见的采矿用车，其驾驶道路为崎岖的矿山道路，驾 驶条件十分的恶劣。矿用自卸车驾驶员由于长时间的工作条件恶劣，如果乘坐在一般没有 隔振效果的座椅上，脊柱以及肠胃等器官受到伤害的几率相对于其他车辆的驾驶员大大的 增加。由于矿用自卸车的人机系统及其复杂，因此提高驾驶员的舒适性是各个环节隔振性 能的综合调节，作为与驾驶员臀部以及腰部直接接触的座椅，其安全性和舒适度对于驾驶 员的健康是至关重要的。其座椅的隔振技术也是国内外研究的重要领域之一。
[0003] 目前，传统的矿用自卸车的座椅隔振方式为无源隔振以及半有源隔振。其制作方 法是在座椅的下部安装减振弹簧，该类座椅的隔振方法的缺点是弹簧刚度选择以及老化问 题使得座椅的隔振效果不尽令人满意，甚至有时候会起到放大振动的效果，还有便是该种 隔振方法主要针对的是竖直方向的隔振效果，对左右和前后方向是没有隔振效果的，而实 际矿用自卸车行驶过程中工况复杂，受到空间力的作用，不仅受到竖直方向的力的作用，而 且左右和前后方向的振动，其中左右和前后方向的振动不仅影响驾驶员的身体健康，而且 会影响驾驶员的操作稳定性。综上所述，为矿用自卸车开发一种多维、非线性隔振座椅是非 常必要的。
【发明内容】
[0004] 针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种基于磁力负刚度弹簧设 计的低频三维隔振汽车座椅，其目的在于克服普通汽车座椅不能隔离水平方向低频振动， 只能隔离竖直方向振动，不适用于多维振动环境的问题，同时整个系统结构简单，不需要精 密的设计和加工的部件就能到达好的隔振效果。
[0005] 为了实现上述目的，本发明采取的技术方案，结合附图：
[0006] 一种基于磁力负刚度弹簧设计的低频三维隔振汽车座椅，由竖直隔振部分和水平 隔振部分组成，水平隔振部分固定连接在竖直隔振部分上面;所述竖直隔振部分包括剪式 悬架和零刚度磁力阻尼器4,所述剪式悬架包括剪式悬架上部1和剪式悬架下部2,剪式悬架 包括剪式悬架上部1和剪式悬架下部2之间连接有铰接连杆机构，剪式悬架下部2上固定有 折板3,零刚度磁力阻尼器4两端分别与剪式悬架上部1和折板3铰接。
[0007] 所述的一种基于磁力负刚度弹簧设计的低频三维隔振汽车座椅，其中，铰接连杆 机构包括两组平行设置的交叉连杆、两根长绞制孔螺栓12和两根水平销轴10,两根长绞制 孔螺栓12分别固定安装在剪式悬架上部1和剪式悬架下部2,两根水平销轴10分别滑动连接 在剪式悬架上部1和剪式悬架下部2,每组交叉连杆由两根连接杆8交叉销接构成，每根连接 杆8均一端与长绞制孔螺栓12铰接，另外一端与横向水平销轴10铰接。
[0008] 所述的一种基于磁力负刚度弹簧设计的低频三维隔振汽车座椅，其中，零刚度磁 力阻尼器4包括工作缸筒、外永磁铁17、活塞杆13、空气弹簧20、浮动活塞19,活塞杆13插入 共作缸筒且可相对工作缸筒14进行轴向滑动，活塞杆13下部固定有内永磁铁22,工作缸筒 包括固定连接的上部工作缸筒14与下部工作缸筒15,上下部工作缸筒中间通过永磁铁固定 座23装配有外永磁铁17，永磁铁固定座23上设有伸张阀24及压缩阀16，空气弹簧20设置在 下工作缸筒15的下部，浮动活塞19设置在空气弹簧20上方，浮动活塞19与下工作缸筒15内 壁密封活动连接，浮动活塞19上方填充阻尼液21。竖直方向上的隔振原理为:零刚度电磁阻 尼器以及剪式悬架共同起作用隔振竖直方向的低频振动。当汽车通过凸路面或是走出凹路 面时，工作缸筒相对于活塞杆上移，空气弹簧进行压缩，活动塞上移，空气弹簧的弹力增加， 但由于电磁铁负刚度弹簧磁力作用，使活塞杆的受力依旧为平衡状态，因此活塞杆位置相 对于剪式悬架上部不变，相应的驾驶员在驾驶舱内竖直方向的位移接近为零，反之当汽车 通过凹路面或是走出凸路面时，空气弹簧和负刚度磁力弹簧的对活塞杆的作用力相反，使 活塞杆依旧处于平衡状态，从而衰减竖直方向上振动。
[0009] 所述的一种基于磁力负刚度弹簧设计的低频三维隔振汽车座椅，其中，水平隔振 部分包括上部板25、橡胶减振弹簧座26、主磁铁组27、外磁铁组28、座椅固定架29，上部板25 固定于所述剪式悬架上方，橡胶减振弹簧座26固定在上部板25上，座椅固定架29螺栓连接 在橡胶减振弹簧座26上，在上部板25上部中央设有凸台且凸台外围粘接主磁铁组27,座椅 固定架29下部设有凸台且凸台内侧与外磁铁组28粘接，主磁铁组27位于外磁铁组28的正中 央。水平方向隔振原理：当座椅受水平方向振动时，座盆连接板水平振动，使得橡胶减震弹 簧水平振动，同时底板上磁铁相对振动，橡胶弹簧和磁力负刚度弹簧对上部板的作用力使 上部板保持较小振动位移，从而隔离水平方向上振动。
[0010] 通过以上技术方案与现有技术相比，本发明隔振汽车座椅分为竖直隔振部分和水 平隔振部分，两部分之间固定连接。在竖直方向上采用电磁力负刚度弹簧和气体正刚度弹 簧并联的结构，可以通过调节电磁力的大小，来调节竖直方向上的电磁力负刚度弹簧的刚 度大小，在水平方向采用磁力弹簧提供负刚度和橡胶弹簧提供正刚度的形式达到水平方向 隔振的效果。
[0011] 总体而言，本发明为非线性隔振系统，增加了现有汽车座椅的隔振维数，具有竖 直，水平三维空间的隔振效果，提高驾驶员整体舒适性。本发明在现有汽车座椅的基础上， 改进了原有的竖直方向上的隔振效果，并增大了汽车其他零件的布置空间，增加了水平隔 振装置，减少了水平振动对驾驶员影响，新增加的部件具有结构简单，方便使用等优点。
【附图说明】：
[0012] 图1为本发明隔振汽车座椅三维整体结构示意图。
[0013] 图2为本发明竖直隔振部分三维结构示意图。
[0014] 图3为本发明竖直隔振部分零刚度磁力阻尼器的三维图。
[0015] 图4为本发明竖直隔振部分零刚度磁力阻尼器的内部结构剖面图。
[0016] 图5为本发明竖直隔振部分零刚度磁力阻尼器静平衡状态下局部放大受力图。 [0017]图6为本发明竖直隔振部分零刚度磁力阻尼器振动状态下局部放大受力图。
[0018]图7为本发明水平隔振部分第一实施三维示意图。
[0019]图8为本发明水平隔振部分第一实施三维局部剖视图。
[0020]图9为本发明水平隔振部分第一实施橡胶减振弹簧座三维示意图。
[0021 ]图10为本发明水平隔振部分第一实施上部板三维示意图。
[0022]图11为本发明水平隔振部分第一实施座椅固定架三维示意图。
[0023]图12为本发明水平隔振部分第一实施例剖面振动状态下受力图。
[0024]图13为本发明水平隔振部分第二实施例三维示意图。
[0025]图14为本发明水平隔振部分第二实施例三维局部剖视图。
【具体实施方式】
[0026]本发明提供的隔振器设计思想是:利用具有负刚度的磁力元件与具有正刚度的弹 性元件并联，从而降低水平方向和垂直方向振动。
[0027]下面结合附图对本发明的【具体实施方式】作进一步说明。在此需要说明的是，对于 这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。此外，下面所描述 的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
[0028] 如图1所示，基于磁力负刚度弹簧设计的低频三维隔振汽车座椅，由竖直隔振部分 和水平隔振部分组成，竖直隔振部分和水平隔振部分分别起到了竖直方向和水平平面各个 方向隔振作用，两部分之间通过螺栓固定或者直接焊接，本实例中，竖直方向隔振部分在 下，水平方向隔振部分在上。
[0029] 如图2所示为竖直隔振部分，竖直隔振部分是由剪式悬架、折板3、零刚度磁力阻尼 器4、第一阻尼器销轴6、第二阻尼器销轴7组成。剪式悬架结构:剪式悬架下部底座2与车身 固连，折板3焊接在剪式悬架下部2,剪式悬架下部2与剪式悬架上部1之间连接有铰接连杆 机构，铰接连杆机构包括两组平行设置的交叉连杆，每组交叉连杆由两根连接杆8中间通过 销11交叉连接构成，两根水平销轴10分别通过滚子球轴承与剪式悬架上部1及剪式悬架下 部2进行滑动连接，两根长绞制孔螺栓12分别与剪式悬架上部1及剪式悬架下部2通过螺母 进行固连，每根连接杆8均一端与长绞制孔螺栓12铰接，另外一端与横向水平销轴10铰接。 本例中以剪式悬架为基础，零刚度磁力阻尼器4上部通过第一阻尼器销轴6与上耳件9相连 接，零刚度磁力阻尼器4下部通过第二阻尼器销轴7与下耳件5连接，上耳件9则通过螺栓与 剪式悬架1上部固连，下耳件5通过螺栓与折板3固定连接。
[0030] 如图3为零刚度磁力阻尼器的三维图。零刚度磁力阻