臂式高空作業(yè)平臺動力總成懸置支架優(yōu)化設(shè)計

張 義，王 政，程 婷

（徐工消防安全裝備有限公司，江蘇 徐州 221100）

動力總成懸置系統(tǒng)是典型的剛體彈性支承振動系統(tǒng)，懸置系統(tǒng)由懸置元件和支架組成。由于發(fā)動機工況的復(fù)雜性，懸置支架本身的剛度、強度和模態(tài)須滿足一定的要求。

研究懸置支架對動力總成振動性能的影響，楊武森等從懸置支架一階固有頻率著手分析，對懸置支架優(yōu)化設(shè)計，消除車內(nèi)結(jié)構(gòu)噪聲；何海濤等通過整車模態(tài)分析與試驗測試數(shù)據(jù)，對懸置支架結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計，結(jié)構(gòu)共振得到明顯改善。

本文以某臂式高空作業(yè)平臺為試驗研究對象，在選定匹配好的復(fù)合型橡膠減振器的基礎(chǔ)上，設(shè)計并試制高頻、低頻兩套不同一階模態(tài)頻率的懸置支架方案，系統(tǒng)研究懸置及支架的匹配對振動傳遞的影響，探討懸置支架的設(shè)計原則。

1 懸置支架設(shè)計與模態(tài)分析

1.1 懸置支架方案

該臂式高空作業(yè)平臺搭載4.4L 直列四缸柴油發(fā)動機，采用常用的四點支承懸置系統(tǒng)，如圖1所示。通過設(shè)置加強筋、連接螺栓排列方式、支架流線型設(shè)計等途徑調(diào)整結(jié)構(gòu)的模態(tài)頻率，得到高低兩套一階模態(tài)頻率不同的懸置支架方案。

圖1 懸置系統(tǒng)布置方式

1）低頻方案（200～300Hz） 支架材料為Q345，支架形狀均為鋼板折彎件，厚度8mm；后支架兩顆螺栓連接，支架結(jié)構(gòu)如圖2 所示。

圖2 低頻方案懸置支架結(jié)構(gòu)

2）高頻方案（＞500Hz） 支架材料為Q345，厚度12mm，采用平滑過渡的變截面結(jié)構(gòu)；前支架設(shè)置加強筋，后支架三顆螺栓連接，支架結(jié)構(gòu)如圖3 所示。

圖3 高頻方案懸置支架結(jié)構(gòu)

1.2 支架模態(tài)仿真分析與試驗

支架模態(tài)分析的約束條件為：支架與發(fā)動機連接端設(shè)置為固定約束，與懸置連接端設(shè)置為自由；考慮懸置質(zhì)量對一階模態(tài)頻率的影響。通過懸置質(zhì)量與支架一階模態(tài)質(zhì)量間的經(jīng)驗公式，計算支架裝車狀態(tài)的一階模態(tài)頻率。

式中，f1為不考慮懸置質(zhì)量的支架一階模態(tài)頻率；m1為支架一階模態(tài)質(zhì)量；?m 為30%～50%的懸置質(zhì)量；f1′為考慮懸置質(zhì)量后的支架一階模態(tài)頻率。

考慮50%的懸置質(zhì)量，進行支架裝車狀態(tài)下的錘擊法模態(tài)試驗，驗證模態(tài)頻率仿真分析結(jié)果，如表1 所示。

表1 懸置支架一階模態(tài)頻率 （單位：Hz）

2 懸置系統(tǒng)振動測試分析

2.1 懸置系統(tǒng)振動測試布置

某臂式高空作業(yè)平臺的作業(yè)工況根據(jù)發(fā)動機的轉(zhuǎn)速分為低速工況和高速工況，低速工況設(shè)定為1 200r/min，高速工況設(shè)定為2 400r/min。懸置系統(tǒng)測點布置情況如表2 所示，實車測試布置如圖4 所示。

2.2 高、低頻支架方案振動測試

在某臂式高空作業(yè)平臺低速和高速兩種工況下，各測點XYZ 三軸振動平穩(wěn)段的加速度信號為分析對象，得到高、低頻支架方案數(shù)據(jù)如表3 所示。

圖4 實車測試布置

表2 懸置系統(tǒng)測點布置

表3 高、低頻支架方案懸置系統(tǒng)振動加速度均方根值

2.3 高、低頻支架方案隔振率計算

隔振率是動力總成懸置系統(tǒng)隔振性能的重要評價指標(biāo)，對于懸置系統(tǒng)在各個方向的隔振率，計算公式如下

式中，V 為隔振率；a1為減振前的加速度均方根值；a2為減振后的加速度均方根值。

根據(jù)試驗測試數(shù)據(jù)，計算高、低頻支架方案隔振率如圖5、圖6 所示。

圖5 低頻支架方案隔振率

圖6 高頻支架方案隔振率

3 懸置支架的設(shè)計原則

在對懸置支架優(yōu)化設(shè)計及試驗驗證的基礎(chǔ)上，對支架設(shè)計提出如下設(shè)計原則。

1）懸置支架的一階模態(tài)頻率要大于500Hz。

2）懸置支架與發(fā)動機通過螺栓連接，螺栓數(shù)量和螺栓排布要保證二者剛性連接。

3）局部設(shè)置加強筋，增加支架整體剛度。

4 結(jié)論

在高空作業(yè)平臺發(fā)動機低速和高速兩種工作工況下，高頻支架和復(fù)合型橡膠懸置的組合方案，在X、Y 方向總體隔振率達到90%以上，在Z 方向隔振率總體達到80%，隔振效果得到顯著提高。將懸置支架一階模態(tài)調(diào)至500Hz 以上，能有效隔離低頻振動傳遞，顯著改善高空作業(yè)平臺低速工況作業(yè)條件。

本文通過懸置支架結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計、支架與發(fā)動機連接剛度的調(diào)整，達到調(diào)整模態(tài)頻率的目的，為臂式高空作業(yè)平臺動力總成的懸置系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計提供了分析方法。