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

郭 彬 曹 原 鄔忠永 丁保安

濰柴動力股份有限公司

1 引言

整車在運行過程中，發(fā)動機作為激勵源，如果整車附件的固有頻率在發(fā)動機轉(zhuǎn)速的激勵范圍之內(nèi)，會激起整車附件的共振，尤其是與發(fā)動機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)動機激勵有兩條路徑傳遞到風(fēng)扇，一條為發(fā)動機—動力總成懸置—車架—風(fēng)扇，一條為發(fā)動機—傳動皮帶-風(fēng)扇。風(fēng)扇本身軸系的運轉(zhuǎn)也會產(chǎn)生自激勵，造成系統(tǒng)產(chǎn)生共振。

某客車在運行過程中加速到1400rpm左右時整車振動變大，伴有異響，超過1600rpm后異常情況消失。

本文針對上述問題，通過LMS Test.lab軟件進行噪聲、振動數(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 異常振動源識別

2.1 問題描述

某搭載6缸柴油機的客車在整車運行過程中，所有檔位，在發(fā)動機轉(zhuǎn)速達到1400rpm時，整車出現(xiàn)劇烈抖動，嚴(yán)重影響駕乘舒適性。

圖1為此車風(fēng)扇、發(fā)動機以及空調(diào)系統(tǒng)布置圖，發(fā)動機工作時，通過皮帶帶動風(fēng)扇及空調(diào)系統(tǒng)工作。

圖1 整車發(fā)動機及附件布置圖

2.2 試驗分析

首先在駕駛員座椅導(dǎo)軌處布置三向加速度傳感器，并進行3到6檔下整車加速試驗，試驗結(jié)果如表1所示，定義整車前進方向為X向，上下方向為Z向，符合右手定則。

表1 駕駛員座椅處振動試驗數(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，共振時發(fā)動機轉(zhuǎn)速1400rpm左右，初步排除故障源來自傳動系統(tǒng)、輪胎激勵等，判斷故障源自整車或發(fā)動機某附件或結(jié)構(gòu)在46Hz處共振。

5檔時加速試驗時，故障特征最明顯，且5檔為直接檔，因此以下試驗取5檔進行分析。

進一步在變速箱5檔檔位下進行整車加速振動試驗，試驗測點包括駕駛員座椅、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Colormap圖對比，46Hz處異常振動，左側(cè)車架測點遠(yuǎn)大于右側(cè)車架測點，左側(cè)車架振動幅值為48mm/s，右側(cè)為12 mm/s，因此重點排查整車左側(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)扇皮帶進行對比試驗，圖3為左側(cè)車架、駕駛員座椅處測點，拆掉風(fēng)扇皮帶前后狀態(tài)振動數(shù)據(jù)對比，拆掉風(fēng)扇皮帶后，46Hz處的異常振動消失，在整個升速段，左側(cè)車架Z向振動幅值由48mm/s下降到8mm/s，駕駛員座椅測點X向振動幅值由8.4mm/s下降到2.7mm/s，振動水平正常。

圖3 車架、駕駛員座椅拆除風(fēng)扇皮帶前后Colormap對比圖

2.3 風(fēng)扇系統(tǒng)優(yōu)化

2.3.1 優(yōu)化措施

根據(jù)上述試驗結(jié)果，可以判定故障原因為在整車加速行駛過程中，發(fā)動機激振力通過風(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)動機激勵，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。

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)動機主激勵范圍以上，因此本文采用增加橡膠軟墊衰減振動的方式降低風(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。

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

圖4 風(fēng)扇系統(tǒng)整改布置圖

2.3.2 優(yōu)化驗證

根據(jù)上述更改的風(fēng)扇系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進行實車驗證，振動對比測點為駕駛員座椅處，工況為5檔整車加速。

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

圖5 風(fēng)扇系統(tǒng)整改前后駕駛員處振動總級曲線

3 總結(jié)

本文針對某客車在加速過程中出現(xiàn)的抖動問題，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)動機主激勵范圍，且衰減了風(fēng)扇系統(tǒng)向車架的振動傳遞，通過試驗驗證，整車加速抖動現(xiàn)象完全消除。

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內(nèi)燃機可靠性國家重點實驗室