某礦用挖掘機(jī)異響排查及改進(jìn)措施

摘要：針對某型礦用挖掘機(jī)在緩慢升擋過程中，駕駛室外左側(cè)發(fā)出一種尖銳異響，通過對駕駛室左側(cè)部件進(jìn)行振動加速度試驗和數(shù)據(jù)分析，發(fā)現(xiàn)支架總成在特定工況時存在共振現(xiàn)象。通過在支架總成底部加裝減振墊，使得異響得以消除。

關(guān)鍵詞：礦用挖掘機(jī);振動加速度;異響;共振;故障排查

1" "故障現(xiàn)象

某款礦用挖掘機(jī)在緩慢升擋過程中，駕駛室外左側(cè)會發(fā)出一種尖銳的異響，但超過6擋擋位后異響就會消失。

2" "故障分析

首先對駕駛室外左側(cè)引起異響的部件進(jìn)行分析。該礦用挖掘機(jī)駕駛室平臺上主要配備一個駕駛室、兩個冷凝器、兩個馬達(dá)和支架總成。如圖1所示。

馬達(dá)1和馬達(dá)2采用獨立液壓驅(qū)動方式驅(qū)動兩臺冷凝器工作，冷凝器和馬達(dá)緊貼駕駛室左外壁，馬達(dá)位于兩個冷凝器中間，冷凝器和馬達(dá)固定于支架總成上，支架總成固定于駕駛室平臺上。

根據(jù)經(jīng)驗，異響是由于劇烈的振動產(chǎn)生的，所以我們又分析了振動傳遞路線，振動傳遞路線如圖2所示。發(fā)動機(jī)振動引起結(jié)構(gòu)件的振動，之后振動傳遞到駕駛室平臺上，駕駛室平臺振動引起駕駛室和支架總成的振動。支架總成將振動傳遞給馬達(dá)，馬達(dá)驅(qū)動冷凝器，引起冷凝器振動，冷凝器又將振動傳遞給駕駛室和支架總成。

3" "故障排查

根據(jù)產(chǎn)生的異響現(xiàn)象，首先判定是某個部件與發(fā)動機(jī)6擋的工作頻率可能產(chǎn)生共振，引起某部件產(chǎn)生較大振幅，從而產(chǎn)生尖銳異響。

3.1" "搭建測試系統(tǒng)

本次測試系統(tǒng)主要采集兩種信號：轉(zhuǎn)速信號和振動加速度信號。轉(zhuǎn)速信號包括馬達(dá)轉(zhuǎn)速和發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速;振動加速度信號包括冷凝器振動加速度、支架總成振動加速度和駕駛室左側(cè)壁加速度。采集的轉(zhuǎn)速信號可以利用特定公式計算出發(fā)動機(jī)和馬達(dá)的工作頻率。通過FFT變換可計算出各部件振動加速度的主要激勵頻率，通過分析各部件產(chǎn)生的工作頻率，可判斷出各部件之間是否存在共振現(xiàn)象。

分別在冷凝器上框架、駕駛室左側(cè)外壁和支架總成上安裝了三個振動加速度傳感器，安裝位置如圖4所示。發(fā)動機(jī)和馬達(dá)的轉(zhuǎn)速，通過綜合采集設(shè)備直接從挖掘機(jī)控制器中讀取。

3.2" "故障數(shù)據(jù)分析

先從時域?qū)用鎸π盘栠M(jìn)行分析，試圖通過振動加速度幅值來判斷哪個部件振動比較劇烈。不同擋位下各部件加速度曲線如圖5所示。

從圖5上可以很明顯看出，支架總成振動加速度幅值在6擋時出現(xiàn)急劇上升，駕駛室左外壁和冷凝器振動加速度幅值對升擋敏感度不高。故判斷該異響不是由駕駛室和冷凝器引起的，而是由支架總成造成的。從總體上看，支架總成在6擋的振動加速度幅值急劇上升，超過6擋后加速度幅值出現(xiàn)急劇下降現(xiàn)象。

接下來從頻域進(jìn)行分析，將采集到的支架總成振動加速度進(jìn)行FFT變化。支架總成FFT瀑布圖如圖6所示。

從圖6中可以發(fā)現(xiàn)，隨著擋位提高，支架總成處主激振頻率不斷增大，1至5擋時主激振頻率引起的振動加速度幅值很小，6擋時支架總成處振動加速度幅值急劇上升，導(dǎo)致支架總成處產(chǎn)生較大振動的加速度。此時主激勵頻率為360Hz，繼續(xù)升擋后主激勵頻率增大，但振動加速度幅值急劇下降。

仔細(xì)檢查可知：減速時異響就會消失;異響出現(xiàn)在某一轉(zhuǎn)速，不會隨著擋位的變化而變化;異響出現(xiàn)在某一轉(zhuǎn)速區(qū)域，高于或低于該區(qū)域，異響均消失。

再結(jié)合上述的時頻分析，可斷定該異響由于共振產(chǎn)生，具體出現(xiàn)原因如下：在6擋時，支架總成處產(chǎn)生共振現(xiàn)象，共振頻率為360Hz。由于共振頻率較高，振動加速度幅值較大，故在6擋時產(chǎn)生尖銳異響。

4" "改進(jìn)措施

共振危害巨大，極易破壞結(jié)構(gòu)件，需及時解決。支架總成處受到360Hz的主激勵頻率時，振動加速度幅值急劇上升，表明支架總成的高階固有頻率處于360Hz左右，所以需要找出能產(chǎn)生360Hz左右頻率的激勵源。分析認(rèn)為，有兩個部件能產(chǎn)生主動激勵頻率，分別是發(fā)動機(jī)和馬達(dá)。

6擋對應(yīng)的各部件工作頻率如表1所示。馬達(dá)在6擋轉(zhuǎn)速為1900r/min，工作頻率為31.7Hz。發(fā)動機(jī)6擋轉(zhuǎn)速為1200 r/min，工作頻率為20Hz。分析認(rèn)為，該擋位下對應(yīng)的13階階頻恰好是360Hz，與支架總成的固有頻率接近，從而引起共振現(xiàn)象。振動幅度急劇加強(qiáng)，引發(fā)支架總成處在6擋時發(fā)出尖銳異響。

解決共振常用有如下3種方法：一是降低激振源，減少設(shè)備傳遞的激振力;二是錯開物體的固有頻率，通過改變物體的固有屬性來解決共振問題;三是附加平衡質(zhì)量和吸振器，降低系統(tǒng)的響應(yīng)。我們通過商議最終選擇了第3種方法。由于支架總成是通過螺栓連接在駕駛室平臺之上的，發(fā)動機(jī)引起的振動會直接通過剛性體傳遞到支架總成上來，故我們通過在支架總成下面加裝4個減振墊，來取代之前的螺栓連接，以降低支架總成的響應(yīng)。按上述方案改進(jìn)后試機(jī)，將該機(jī)重新緩慢升至6擋，尖銳的異響消失，由此證明改進(jìn)成功。