基于Lms.Testlab的某客車風(fēng)扇系統(tǒng)共振試驗(yàn)優(yōu)化分析

郭 彬 曹 原 鄔忠永 丁保安

濰柴動(dòng)力股份有限公司

1 引言

整車在運(yùn)行過程中，發(fā)動(dòng)機(jī)作為激勵(lì)源，如果整車附件的固有頻率在發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的激勵(lì)范圍之內(nèi)，會(huì)激起整車附件的共振，尤其是與發(fā)動(dòng)機(jī)通過皮帶相連的附件，在客車行業(yè)，風(fēng)扇系統(tǒng)一般安裝在車架兩側(cè)，發(fā)動(dòng)機(jī)激勵(lì)有兩條路徑傳遞到風(fēng)扇，一條為發(fā)動(dòng)機(jī)—?jiǎng)恿偝蓱抑谩嚰堋L(fēng)扇，一條為發(fā)動(dòng)機(jī)—傳動(dòng)皮帶-風(fēng)扇。風(fēng)扇本身軸系的運(yùn)轉(zhuǎn)也會(huì)產(chǎn)生自激勵(lì)，造成系統(tǒng)產(chǎn)生共振。

某客車在運(yùn)行過程中加速到1400rpm左右時(shí)整車振動(dòng)變大，伴有異響，超過1600rpm后異常情況消失。

本文針對(duì)上述問題，通過LMS Test.lab軟件進(jìn)行噪聲、振動(dòng)數(shù)據(jù)采集分析，確定異響頻率及異響源，并通過采用一款風(fēng)扇系統(tǒng)減振軟墊，有效的解決了此車型異常振動(dòng)及噪聲問題。為解決同類問題提供了可借鑒的方法。

2 異常振動(dòng)源識(shí)別

2.1 問題描述

某搭載6缸柴油機(jī)的客車在整車運(yùn)行過程中，所有檔位，在發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到1400rpm時(shí)，整車出現(xiàn)劇烈抖動(dòng)，嚴(yán)重影響駕乘舒適性。

圖1為此車風(fēng)扇、發(fā)動(dòng)機(jī)以及空調(diào)系統(tǒng)布置圖，發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，通過皮帶帶動(dòng)風(fēng)扇及空調(diào)系統(tǒng)工作。

圖1 整車發(fā)動(dòng)機(jī)及附件布置圖

2.2 試驗(yàn)分析

首先在駕駛員座椅導(dǎo)軌處布置三向加速度傳感器，并進(jìn)行3到6檔下整車加速試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如表1所示，定義整車前進(jìn)方向?yàn)閄向，上下方向?yàn)閆向，符合右手定則。

表1 駕駛員座椅處振動(dòng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)

如表1所示，故障工況出現(xiàn)在整車4、5、6檔加速過程中，共振頻率46Hz不隨檔位變化，且故障只發(fā)生在X向，共振時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速1400rpm左右，初步排除故障源來自傳動(dòng)系統(tǒng)、輪胎激勵(lì)等，判斷故障源自整車或發(fā)動(dòng)機(jī)某附件或結(jié)構(gòu)在46Hz處共振。

5檔時(shí)加速試驗(yàn)時(shí)，故障特征最明顯，且5檔為直接檔，因此以下試驗(yàn)取5檔進(jìn)行分析。

進(jìn)一步在變速箱5檔檔位下進(jìn)行整車加速振動(dòng)試驗(yàn)，試驗(yàn)測(cè)點(diǎn)包括駕駛員座椅、變速箱、后橋、左側(cè)車架、右側(cè)車架、風(fēng)扇過渡輪支架。

圖2為左右兩側(cè)車架振動(dòng)Colormap圖對(duì)比，46Hz處異常振動(dòng)，左側(cè)車架測(cè)點(diǎn)遠(yuǎn)大于右側(cè)車架測(cè)點(diǎn)，左側(cè)車架振動(dòng)幅值為48mm/s，右側(cè)為12 mm/s，因此重點(diǎn)排查整車左側(cè)附件，如風(fēng)扇等。

圖2 車架處5檔加速工況Colormap圖

拆除風(fēng)扇皮帶進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)，圖3為左側(cè)車架、駕駛員座椅處測(cè)點(diǎn)，拆掉風(fēng)扇皮帶前后狀態(tài)振動(dòng)數(shù)據(jù)對(duì)比，拆掉風(fēng)扇皮帶后，46Hz處的異常振動(dòng)消失，在整個(gè)升速段，左側(cè)車架Z向振動(dòng)幅值由48mm/s下降到8mm/s，駕駛員座椅測(cè)點(diǎn)X向振動(dòng)幅值由8.4mm/s下降到2.7mm/s，振動(dòng)水平正常。

圖3 車架、駕駛員座椅拆除風(fēng)扇皮帶前后Colormap對(duì)比圖

2.3 風(fēng)扇系統(tǒng)優(yōu)化

2.3.1 優(yōu)化措施

根據(jù)上述試驗(yàn)結(jié)果，可以判定故障原因?yàn)樵谡嚰铀傩旭傔^程中，發(fā)動(dòng)機(jī)激振力通過風(fēng)扇皮帶傳遞到風(fēng)扇過渡輪，再通過過渡輪皮帶傳遞到風(fēng)扇旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)，由于風(fēng)扇旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)總成存在46Hz的固有頻率，在整車加速過程中被發(fā)動(dòng)機(jī)激勵(lì)，產(chǎn)生共振，此共振通過車架傳遞到車身內(nèi)，造成整車在1400rpm左右劇烈抖動(dòng)。

風(fēng)扇系統(tǒng)由于結(jié)構(gòu)布置原因，其固有頻率無法提高到發(fā)動(dòng)機(jī)主激勵(lì)范圍以上，因此本文采用增加橡膠軟墊衰減振動(dòng)的方式降低風(fēng)扇系統(tǒng)的固有頻率，并衰減風(fēng)扇系統(tǒng)傳遞到車架的振動(dòng)。

在風(fēng)扇系統(tǒng)與車架的連接處增加4個(gè)橡膠軟墊，圖4為布置圖。

圖4 風(fēng)扇系統(tǒng)整改布置圖

2.3.2 優(yōu)化驗(yàn)證

根據(jù)上述更改的風(fēng)扇系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行實(shí)車驗(yàn)證，振動(dòng)對(duì)比測(cè)點(diǎn)為駕駛員座椅處，工況為5檔整車加速。

圖5為原狀態(tài)(紅色)與更改后(綠色)駕駛員座椅處振動(dòng)總級(jí)曲線，整改后，1400rpm左右共振消失，振動(dòng)幅值由8.88mm/s下降到1.82mm/s，通過主觀驗(yàn)收。

圖5 風(fēng)扇系統(tǒng)整改前后駕駛員處振動(dòng)總級(jí)曲線

3 總結(jié)

本文針對(duì)某客車在加速過程中出現(xiàn)的抖動(dòng)問題，提出了診斷此故障的方法，最終定位故障源為風(fēng)扇系統(tǒng)，并通過安裝風(fēng)扇系統(tǒng)減振軟墊，降低其系統(tǒng)固有頻率，避開發(fā)動(dòng)機(jī)主激勵(lì)范圍，且衰減了風(fēng)扇系統(tǒng)向車架的振動(dòng)傳遞，通過試驗(yàn)驗(yàn)證，整車加速抖動(dòng)現(xiàn)象完全消除。

[1]龐劍，諶剛，何華.汽車噪聲與振動(dòng)—理論與應(yīng)用.北京理工大學(xué)出版社.

[2]周海亭.汽車風(fēng)扇減振器振動(dòng)特性設(shè)計(jì).噪聲與振動(dòng)控制，1997

[3]李華山.某風(fēng)扇振動(dòng)破壞的有限元模態(tài)分析及試驗(yàn)驗(yàn)證.壓縮機(jī)技術(shù)，2016.

[4]高亞麗.發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻風(fēng)扇對(duì)車內(nèi)振動(dòng)噪聲影響分析.內(nèi)燃機(jī)工程，2015.

內(nèi)燃機(jī)可靠性國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室