臂式高空作業平臺動力總成懸置支架優化設計

張 義，王 政，程 婷

（徐工消防安全裝備有限公司，江蘇 徐州 221100）

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

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，對懸置支架優化設計，消除車內結構噪聲；何海濤等通過整車模態分析與試驗測試數據，對懸置支架結構優化設計，結構共振得到明顯改善。

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

1 懸置支架設計與模態分析

1.1 懸置支架方案

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

圖1 懸置系統布置方式

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，支架結構如圖2 所示。

圖2 低頻方案懸置支架結構

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構；前支架設置加強筋，后支架三顆螺栓連接，支架結構如圖3 所示。

圖3 高頻方案懸置支架結構

1.2 支架模態仿真分析與試驗

支架模態分析的約束條件為：支架與發動機連接端設置為固定約束，與懸置連接端設置為自由；考慮懸置質量對一階模態頻率的影響。通過懸置質量與支架一階模態質量間的經驗公式，計算支架裝車狀態的一階模態頻率。

式中，f1為不考慮懸置質量的支架一階模態頻率；m1為支架一階模態質量；?m 為30%～50%的懸置質量；f1′為考慮懸置質量后的支架一階模態頻率。

考慮50%的懸置質量，進行支架裝車狀態下的錘擊法模態試驗，驗證模態頻率仿真分析結果，如表1 所示。

表1 懸置支架一階模態頻率 （單位：Hz）

2 懸置系統振動測試分析

2.1 懸置系統振動測試布置

某臂式高空作業平臺的作業工況根據發動機的轉速分為低速工況和高速工況，低速工況設定為1 200r/min，高速工況設定為2 400r/min。懸置系統測點布置情況如表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

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

圖4 實車測試布置

表2 懸置系統測點布置

表3 高、低頻支架方案懸置系統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隔振性能的重要評價指標，對于懸置系統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。

根據試驗測試數據，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 懸置支架的設計原則

在對懸置支架優化設計及試驗驗證的基礎上，對支架設計提出如下設計原則。

1）懸置支架的一階模態頻率要大于500Hz。

2）懸置支架與發動機通過螺栓連接，螺栓數量和螺栓排布要保證二者剛性連接。

3）局部設置加強筋，增加支架整體剛度。

4 結論

在高空作業平臺發動機低速和高速兩種工作工況下，高頻支架和復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調至500Hz 以上，能有效隔離低頻振動傳遞，顯著改善高空作業平臺低速工況作業條件。

本文通過懸置支架結構的優化設計、支架與發動機連接剛度的調整，達到調整模態頻率的目的，為臂式高空作業平臺動力總成的懸置系統優化設計提供了分析方法。