輕客冷藏車前端輪系雙壓縮機支架開發及發動機強剛度分析

曾華玉　陳欣　李強等

中圖分類號：U469.6+6 文獻標識碼：A 文章編號：1004-0226（2021）12-0108-06

輕客冷藏車采用底盤原廠設計雙空調系統，在發動機前端輪系仍然保留原車空調及方向助力等實用配置，新開發冷機壓縮機專用支架并安裝獨立的制冷機組，帶動上裝快速實現制冷。

某品牌冷藏車采用了江鈴493系發動機動力系統，動力成熟可靠、經濟性好、省油。隨著國民生活水平的提高，冷藏車已經廣泛應用于餐飲、速凍食品、禽肉、水產、果蔬、乳制品、動物血液和疫苗等行業，由于是客車底盤，可在城市內通行，非常適合城市冷鏈配送。

1發動機前端結構設計

1.1初始設計方案

因為輕客發動機艙在車輛前端，布置空間非常緊湊。為了減少發動機變動，經過布置分析，直接在現有的發動機右支撐上增加雙壓縮機支架，將數據輸入CAE做剛度分析，如圖1所示。

1.2輸入相關邊界條件給CAE

輸入相關邊界條件給CAE的過程見表1。

1.3計算雙壓機支架系統剛度

根據初始方案計算輪系和支架受力，分析輪系支架剛度，判斷其是否滿足剛度設計要求（見圖2），轉化為對該系統的低階模態分析。剛度設計校核要求為一階模態頻率大于發動機一階固有頻率標準：F_固=4100/60×2×1.2=164 Hz。

由計算可得，應變能密度最大為止即為結構較薄弱區域，一階模態頻率為134.71 Hz<164 Hz，應變能密度顯示次結構發動機支撐相對薄弱，易變形。

2改進設計

為了提升壓縮機支架的剛性，考慮到發動機懸置左支撐的剛性大，巧妙地修改設計，將原車用壓縮機集成固定位置在發動機左支撐上的點下移，發動機左支撐支架用六個螺栓固定，雙壓縮機小支架新增三個固定點。將冷藏的壓縮機三個點固定在發動機左支撐和缸體本體上，不僅大大提高剛性，且縮短了偏心力臂。經過調整后的結構如圖3所示。

2.3前端輪系對比

基型單壓縮機和改進后冷藏車雙壓縮機的前端輪系方案對比如圖4所示。

2.4改進前后雙壓縮機支架結構對比

改進前后雙壓縮機支架結構對比如圖5所示。

2.5懸置左支撐改進前/后作為壓縮機支架的開發關鍵件結構對比

黃色方框中是關鍵改進設計，改進后的結構剛性和強度明顯增強。改進前/后的雙壓縮機結構和發動機懸置左支撐零件變化如圖6所示。

3改進后輪系受力、皮帶長度校核分析

3.1輪系布局分析和動靜態計算分析

接下來輸入前端輪系信息進行輪系布局分析和動靜態計算分析：

a.輸入輪系布局坐標&帶輪尺寸。

b.輸入空壓機和冷機功率&轉動慣量&曲軸角振動以及常規發動機循環工況。

然后計算皮帶靜態受力分析、皮帶包角、皮帶長度尺寸校核，還需要計算在發動機循環工況下的皮帶動態曲線和動態張力、打滑率、抖動量。

3.2輸入輪系布局和帶輪尺寸

輸入輪系布局和帶輪尺寸，輸入的內容如表2所示，輪系示意圖見圖7。

3.3輸入空壓機功率和轉動慣量

輸入空壓機功率、性能曲線和轉動慣量，輸入內容如圖8所示。

3.4輸入新增冷藏壓縮機的功率和轉動慣量曲線

輸入新增冷藏壓縮機的功率和轉動慣量曲線，輸入內容如圖9所示。

3.5輸入發動機曲軸角振動曲線

輸入發動機曲軸角振動曲線，輸入內容如圖10所示。

4缸柴油機最高轉速3500r/min，怠速760r/min對應曲軸角振動曲線。

3.6結果計算

經計算，采用蓋茨6 PK多楔帶的輪系包角、帶輪長度靜態校核結果滿足要求，如圖11所示。

各皮帶驅動長度、輪系包角和速比見表3輪系對齊度。按照張緊惰輪安裝，垂直度0.3°評估可接受。

3.7計算輸出曲線

采用6PK1290聚酯皮帶動態計算輸出曲線，如圖12所示。

3.8皮帶張力和打滑率動態計算結果

皮帶張力和打滑率動態計算結果。滿足皮帶張力、打滑率、帶輪最大載荷車輛要求，如表4所示。

表4皮帶和帶輪設計滿足皮帶張力、打滑率和帶輪最大載荷要求

3.9皮帶和帶輪分析結論

經計算，建議采用6PK多楔帶，帶動曲軸皮帶輪、空壓機和冷藏機組及張緊輪，多楔帶的有效長度為6 PK=1290mm，由于張緊輪采用定張緊裝置，建議初始安裝張力為700～750N。

根據靜態和動態計算結果，其相關性能均可接受。參考動態計算的帶輪最大和平均徑向載荷結果，評估對應帶輪和軸承的性能均滿足要求。

4改進后前端輪系剛性分析

4.1重新分析相關參數

重新分析改進結構的相關參數，主要是輪系結構件變化，其余未變，如表5所示。

4.2重新畫出改進結構的零件網格

重新畫出改進結構的零件網格，并進行一階模態分析。得出結論：一階模態頻率220.6 Hz，遠大于CAE評價標準164 Hz，完全滿足剛度設計要求。支架最大應力為104.4MPa，小于材料屈服強度320 MPa，滿足強度設計要求。具體如圖13所示。

改進后的一階模態頻率220.6 Hz>CAE評價標準164Hz，遠離系統固有頻率，滿足剛度要求。

5結語

該車型整車經過5萬km耐久試驗結果合格，目前已投入批量使用，且銷售了920臺/年，改裝廠和客戶反饋前端輪系正常，省油且噪聲小，上裝冷藏壓縮機使用效果良好，能為今后同類型車型的設計提供借鑒意義。