推土機發動機橡膠減振墊硬度及靜剛度的研究

于學花，張明東，郝學貴

（山推工程機械股份有限公司，山東 濟寧 272073）

橡膠減振墊是發動機與車架之間的彈性連接件，除了對發動機起到支撐和限位的作用，還能夠降低發動機和車架之間的振動傳遞，減小路面激勵對動力總成的振動破壞，保證動力總成的工作安全性，同時，還可降低整車的噪聲，滿足車輛行駛平順性和乘坐舒適性的要求。

目前國產某系列推土機普遍存在振動較大的現象，影響了推土機產品的可靠性及舒適性，要解決此類問題，可從發動機減振墊方面進行改進及優化。發動機減振墊的性能與橡膠硬度和剛度的大小有直接聯系，其硬度值及剛度值的選擇變得尤為重要。目前多數企業選用靜剛度來評價橡膠減振墊靜態性能，靜剛度的變化對橡膠減振墊的振動傳遞率也有著至關重要的影響[1]，本文將從橡膠靜剛度和硬度大小方面考慮，進一步研究其對橡膠減振墊的影響。

1 試 驗

1.1 試驗設備

試驗設備采用WDW-200E電子式萬能試驗機、TH200邵爾硬度計以及LMS采集器。推土機發動機減振器安裝結構總圖如圖1所示，試驗制品為4種硬度不同的推土機發動機橡膠減振墊，其結構如圖2所示。國產某型號推土機發動機減振器采用的是水平軸套式，這種結構能提供360°的壓縮支承，可以消除車架變形對發動機的影響，克服軸向外力及慣性力，能吸收水平方向的力偶，與斜置式相比，其制造精度和裝配精度要求相對要低。

圖1 推土機發動機減振器安裝結構圖

圖2 本文研究的推土機發動機減振墊結構圖

1.2 試驗方法

1）硬度測試 試件平置，將其擦拭干凈后，用調試后的邵爾硬度計進行打點測試，測試3次，記錄試驗數據。

2）靜剛度測試 試件平置，先進行預壓，以2mm/min的速度垂直加載至40kN，進行卸載，如此加卸載2次后，進行正式試驗，每次試驗間隔5～10min，記錄試驗結果。

3）裝車測試 將橡膠減振墊試樣裝車后，將加速度傳感器分別布置于發動機減振前后，在不同發動機轉速下測得加速度值，通過計算得出不同轉速下減振前后的加速度均方根值和傳遞率。

2 試驗結果與分析

2.1 硬度試驗結果及分析

試樣1為國產某型號推土機發動機現裝減振墊，試樣2和試樣3是其產品參數調整后的減振墊，對標試樣是某國外進口推土機發動機的減振墊，其進口推土機的發動機與本文所研究的國產推土機的發動機型號一致，經測試進口推土機的減振墊減振性能優越，因此，特以進口推土機發動機減振墊的靜剛度和硬度為參考進行優化。

對4種減振墊進行硬度試驗，硬度值見表1，從表1中可以看出，試樣1的硬度為63.3Hs，與試樣1相比，試樣2和試樣3的硬度分別為54.1 Hs和49.0Hs，對標試樣硬度為57.9Hs，從數值上可知，試樣2的硬度更為接近對標試樣的硬度。

表1 橡膠減振墊硬度值 （Hs）

2.2 靜剛度計算及試驗結果分析

靜剛度按國標GB/T 15168-94計算，具體方法如下

式中P0——減振墊額定靜載荷，N；

ΔP——靜載荷增量，N；

ΔX——靜變形增量，mm；

X1.1—— 在1.1倍額定載荷時減振墊的靜變形值，mm；

X0.9—— 在0.9倍額定載荷時減振墊的靜變形值，mm。

靜剛度是反映減振墊的支撐能力，同時其和動剛度的比值，即動靜比，也是決定減振頻率特性的重要指標。靜剛度曲線多數為非線性曲線，減振器在做載荷-位移曲線試驗時，加載過程和卸載過程得出的曲線不會完全重合，而是形成一條滯后回線[2]，如圖3所示，該滯后回線所包含的面積，就是橡膠墊內部阻尼損耗的功。

圖3 橡膠減振墊載荷-位移曲線

對4組減振墊進行靜剛度計算，其靜剛度值見表2，從表中可以看出，國產某型號推土機發動機原裝減振墊試樣1垂向靜剛度為9.28kN/mm，減振墊試樣2和試樣3垂向靜剛度分別為6.1kN/mm和4.47kN/mm，對標試樣垂向靜剛度為6.9kN/mm，與對標試樣相比，試樣2的靜剛度值更為接近。另外，4組減振墊軸向靜剛度與垂向靜剛度數據變化趨勢相同，因此，結合硬度、靜剛度測試結果，可選擇試樣2進行裝車驗證試驗。

表2 橡膠減振墊靜剛度試驗結果 (kN/mm)

2.3 驗證結果分析

在實際應用中，通常用加速度均方根值表征振動加速度信號的統計規律，因其統計信息中含有振動能量的特征信息，又常用來衡量結構振動水平。其定義為：設振動加速度在t=iΔt（t=1，2，3，…，n，Δt為采樣時間）下加速度測量值為αi，則加速度均方根值為

將減振墊試樣1和試樣2分別裝車進行了測試，測試結果如圖4和圖5所示。減振墊試樣1更換為試樣2，在發動機轉速1 500r/min及1 900r/min的情況下，發動機4個點上測試的加速度均方根值均有不同程度的下降，當發動機轉速為1 500r/min時，減振后的加速度均方根值平均降低43%；當發動機轉速為1 900r/min時，減振后的加速度均方根值平均降低35%，由此看出，發動機減振墊由試樣1換為試樣2后，改善效果較明顯。

圖4 減振墊試樣1和試樣2加速度均方根值曲線圖（1500r/min）

圖5 減振墊試樣1和試樣2加速度均方根值曲線圖（1900r/min）

3 結 論

利用WDW-200E電子式萬能試驗機、TH200邵爾硬度計可以很方便地測試出發動機減振墊的靜剛度及硬度，通過試驗的完成，總結出一套簡單實用的測試方法。

從實驗測試結果來看，橡膠減振墊的靜剛度和硬度成正比關系。

減振墊試樣2與對標試樣的靜剛度及硬度值相近，將試樣2裝車測試后，測試結果表明發動機減振后的加速度均方根值大幅下降，改善效果明顯。

[1]韓廣文.橡膠減振器動靜態性能及壽命預測研究[D].青島:青島科技大學，2016.

[2]任俊卿，王貴一.用微機控制電子萬能試驗機測試橡膠減振器的靜態剛度[J].特種橡膠制品，2008，29(3):57-60.

[3]宋祥獻，許躍雷.挖掘機發動機橡膠減震器的匹配設計[J].建筑機械化，2011，（3），48-50.