客車空調壓縮機支架模態分析的應用

鄭燦

摘 要：根據發動機出現的缸體裂紋情況，應用模態測試方法和有限元方法，通過對空調壓縮機支架的模態分析，找出缸體裂紋的根本原因。

關鍵詞：空調壓縮機支架；模態測試；發動機激勵；共振

中圖分類號：U467 文獻標識碼：B 文章編號：1671-7988（2018）12-07-03

Abstract： According to the crack condition of the engine cylinder， the modal test method and the finite element method areapplied to find out the root cause of the crack in the cylinder.

Keywords： Air-condition compressor bracket； Modal testing； Engine excitations； resonance

CLC NO.： U467 Document Code： B Article ID： 1671-7988（2018）12-07-03

引言

壓縮機是大客車空調系統的核心部件，可通過安裝支架固定在發動機上，或者固定在車架上，空調壓縮機支架的可靠性直接影響空調及發動機的正常工作。若是空調壓縮機固定在發動機上，空調壓縮機安裝支架在空調關閉時，主要受到發動機振動影響，在空調開啟時，還附加有空調壓縮機帶來的振動。這些震源產生的振動與空調壓縮機安裝支架的系統頻率（固有頻率）是否會產生共振，必須對空調壓縮機支架結構進行有限元分析[1]，避免支架與發動機固有頻率發生共振，造成發動機缸體的損壞。

1 售后市場問題

售后市場反饋發現個別發動機的曲軸箱出現裂紋（第二檔曲軸箱出現橫向裂紋），如下圖所示：

產生裂紋的發動機均為空調壓縮機搭載在發動機上，如下圖所示：

經對空調壓縮機及支架稱重：壓縮機重量為46kg，支架為28kg。

2 空調壓縮機及支架系統模態測試

2.1 空調壓縮機及支架系統振動分析

使用LMS TEST.LAB測試系統，對空調壓縮機及支架系統進行原地加速工況測試，測試結果見下圖：

同時在原地加速測試中，開關閉空調壓縮機情況下測試支架Y向振動加速度，測試結果如下圖：

測試結論：原地加速工況測試中，空調壓縮機支架系統存在明顯共振現象（48Hz），在關閉空調下空調壓縮機Y向振動加速度達到98mm/s，開空調狀態下Y向振動加速度達到108mm/s，為劇烈振動水平。

2.2 空調壓縮機支架系統DOS分析

從ODS分析可知，空調壓縮機支架系統48HZ工作變形主要是空調壓縮機支架左右擺動。

3 空調壓縮機及支架系統CAE分析

根據空調壓縮機支架的3D模型，通過有限元仿真軟件HYPERMESH對該支架進行有限元模態分析，并與實際的振動測試進行對比[2]。

支架材料特征如表1所示

由于該空調壓縮機支架為拼焊結構，采用SHELL單元進行模擬，按圖11所示進行約束模態分析，一段約束六個自由度（模擬安裝在發動機上），支架上用均布質量單元CONM2加載在支架安裝孔上。

計算的前六階模態結果為表2所示：

由CAE模態分析可知，該支架剛度較低，發動機在全轉速范圍內650RPM-1900RPM，都會激起空調壓縮機支架的二三階模態，產生共振，損壞發動機缸體[3]。根據經驗，空調壓縮機支架系統的一階模態頻率應大于發動機最高轉速產生頻率的1.2倍，即114HZ。

此CAE分析所得到的最大能量二階頻率及振型與LMS設備錘擊法獲得的數據接近，認為該建模及分析方法是可行的。

4 結束語

本文針對售后市場出現的發動機缸體裂紋，運用LMS的模態測試及CAE分析的手段，得出了空調壓縮機搭載支撐結構不合理，存在共振，振動大導致缸體的疲勞裂紋[4]。若采用搭載結構，空調壓縮機支架系統的一階模態頻率應大于114HZ。

參考文獻

[1] 管迪華.模態分析技術.北京：清華大學出版社.1995.

[2] 李自強，王會.空調壓縮機支架有限元分析[J] 汽車零部件.2016（08）.

[3] 仲冰冰，張龍，唐燕輝.汽車空氣壓縮機支架的模態分析[J].機械制造與自動化，2013，42（3）：94-96.

[4] 曹樹謙，張文德，蕭龍翔.振動結構模態分析[M].天津：天津大學出版社，2001：33-46.