基于Lms.Testlab的某客車風扇系統共振試驗優化分析

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，發動機作為激勵源，如果整車附件的固有頻率在發動機轉速的激勵范圍之內，會激起整車附件的共振，尤其是與發動機通過皮帶相連的附件，在客車行業，風扇系統一般安裝在車架兩側，發動機激勵有兩條路徑傳遞到風扇，一條為發動機—動力總成懸置—車架—風扇，一條為發動機—傳動皮帶-風扇。風扇本身軸系的運轉也會產生自激勵，造成系統產生共振。

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、振動數據采集分析，確定異響頻率及異響源，并通過采用一款風扇系統減振軟墊，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，在發動機轉速達到1400rpm時，整車出現劇烈抖動，嚴重影響駕乘舒適性。

圖1為此車風扇、發動機以及空調系統布置圖，發動機工作時，通過皮帶帶動風扇及空調系統工作。

圖1 整車發動機及附件布置圖

2.2 試驗分析

首先在駕駛員座椅導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據

如表1所示，故障工況出現在整車4、5、6檔加速過程中，共振頻率46Hz不隨檔位變化，且故障只發生在X向，共振時發動機轉速1400rpm左右，初步排除故障源來自傳動系統、輪胎激勵等，判斷故障源自整車或發動機某附件或結構在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、左側車架、右側車架、風扇過渡輪支架。

圖2為左右兩側車架振動Colormap圖對比，46Hz處異常振動，左側車架測點遠大于右側車架測點，左側車架振動幅值為48mm/s，右側為12 mm/s，因此重點排查整車左側附件，如風扇等。

圖2 車架處5檔加速工況Colormap圖

拆除風扇皮帶進行對比試驗，圖3為左側車架、駕駛員座椅處測點，拆掉風扇皮帶前后狀態振動數據對比，拆掉風扇皮帶后，46Hz處的異常振動消失，在整個升速段，左側車架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、駕駛員座椅拆除風扇皮帶前后Colormap對比圖

2.3 風扇系統優化

2.3.1 優化措施

根據上述試驗結果，可以判定故障原因為在整車加速行駛過程中，發動機激振力通過風扇皮帶傳遞到風扇過渡輪，再通過過渡輪皮帶傳遞到風扇旋轉系統，由于風扇旋轉系統總成存在46Hz的固有頻率，在整車加速過程中被發動機激勵，產生共振，此共振通過車架傳遞到車身內，造成整車在1400rpm左右劇烈抖動。

風扇系統由于結構布置原因，其固有頻率無法提高到發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扇系統的固有頻率，并衰減風扇系統傳遞到車架的振動。

在風扇系統與車架的連接處增加4個橡膠軟墊，圖4為布置圖。

圖4 風扇系統整改布置圖

2.3.2 優化驗證

根據上述更改的風扇系統結構進行實車驗證，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(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 風扇系統整改前后駕駛員處振動總級曲線

3 總結

本文針對某客車在加速過程中出現的抖動問題，提出了診斷此故障的方法，最終定位故障源為風扇系統，并通過安裝風扇系統減振軟墊，降低其系統固有頻率，避開發動機主激勵范圍，且衰減了風扇系統向車架的振動傳遞，通過試驗驗證，整車加速抖動現象完全消除。

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