推土机发动机橡胶减振垫硬度及静刚度的研究

于学花，张明东，郝学贵

（山推工程机械股份有限公司，山东 济宁 272073）

橡胶减振垫是发动机与车架之间的弹性连接件，除了对发动机起到支撑和限位的作用，还能够降低发动机和车架之间的振动传递，减小路面激励对动力总成的振动破坏，保证动力总成的工作安全性，同时，还可降低整车的噪声，满足车辆行驶平顺性和乘坐舒适性的要求。

目前国产某系列推土机普遍存在振动较大的现象，影响了推土机产品的可靠性及舒适性，要解决此类问题，可从发动机减振垫方面进行改进及优化。发动机减振垫的性能与橡胶硬度和刚度的大小有直接联系，其硬度值及刚度值的选择变得尤为重要。目前多数企业选用静刚度来评价橡胶减振垫静态性能，静刚度的变化对橡胶减振垫的振动传递率也有着至关重要的影响[1]，本文将从橡胶静刚度和硬度大小方面考虑，进一步研究其对橡胶减振垫的影响。

1 试 验

1.1 试验设备

试验设备采用WDW-200E电子式万能试验机、TH200邵尔硬度计以及LMS采集器。推土机发动机减振器安装结构总图如图1所示，试验制品为4种硬度不同的推土机发动机橡胶减振垫，其结构如图2所示。国产某型号推土机发动机减振器采用的是水平轴套式，这种结构能提供360°的压缩支承，可以消除车架变形对发动机的影响，克服轴向外力及惯性力，能吸收水平方向的力偶，与斜置式相比，其制造精度和装配精度要求相对要低。

图1 推土机发动机减振器安装结构图

图2 本文研究的推土机发动机减振垫结构图

1.2 试验方法

1）硬度测试 试件平置，将其擦拭干净后，用调试后的邵尔硬度计进行打点测试，测试3次，记录试验数据。

2）静刚度测试 试件平置，先进行预压，以2mm/min的速度垂直加载至40kN，进行卸载，如此加卸载2次后，进行正式试验，每次试验间隔5～10min，记录试验结果。

3）装车测试 将橡胶减振垫试样装车后，将加速度传感器分别布置于发动机减振前后，在不同发动机转速下测得加速度值，通过计算得出不同转速下减振前后的加速度均方根值和传递率。

2 试验结果与分析

2.1 硬度试验结果及分析

试样1为国产某型号推土机发动机现装减振垫，试样2和试样3是其产品参数调整后的减振垫，对标试样是某国外进口推土机发动机的减振垫，其进口推土机的发动机与本文所研究的国产推土机的发动机型号一致，经测试进口推土机的减振垫减振性能优越，因此，特以进口推土机发动机减振垫的静刚度和硬度为参考进行优化。

对4种减振垫进行硬度试验，硬度值见表1，从表1中可以看出，试样1的硬度为63.3Hs，与试样1相比，试样2和试样3的硬度分别为54.1 Hs和49.0Hs，对标试样硬度为57.9Hs，从数值上可知，试样2的硬度更为接近对标试样的硬度。

表1 橡胶减振垫硬度值 （Hs）

2.2 静刚度计算及试验结果分析

静刚度按国标GB/T 15168-94计算，具体方法如下

式中P0——减振垫额定静载荷，N；

ΔP——静载荷增量，N；

ΔX——静变形增量，mm；

X1.1—— 在1.1倍额定载荷时减振垫的静变形值，mm；

X0.9—— 在0.9倍额定载荷时减振垫的静变形值，mm。

静刚度是反映减振垫的支撑能力，同时其和动刚度的比值，即动静比，也是决定减振频率特性的重要指标。静刚度曲线多数为非线性曲线，减振器在做载荷-位移曲线试验时，加载过程和卸载过程得出的曲线不会完全重合，而是形成一条滞后回线[2]，如图3所示，该滞后回线所包含的面积，就是橡胶垫内部阻尼损耗的功。

图3 橡胶减振垫载荷-位移曲线

对4组减振垫进行静刚度计算，其静刚度值见表2，从表中可以看出，国产某型号推土机发动机原装减振垫试样1垂向静刚度为9.28kN/mm，减振垫试样2和试样3垂向静刚度分别为6.1kN/mm和4.47kN/mm，对标试样垂向静刚度为6.9kN/mm，与对标试样相比，试样2的静刚度值更为接近。另外，4组减振垫轴向静刚度与垂向静刚度数据变化趋势相同，因此，结合硬度、静刚度测试结果，可选择试样2进行装车验证试验。

表2 橡胶减振垫静刚度试验结果 (kN/mm)

2.3 验证结果分析

在实际应用中，通常用加速度均方根值表征振动加速度信号的统计规律，因其统计信息中含有振动能量的特征信息，又常用来衡量结构振动水平。其定义为：设振动加速度在t=iΔt（t=1，2，3，…，n，Δt为采样时间）下加速度测量值为αi，则加速度均方根值为

将减振垫试样1和试样2分别装车进行了测试，测试结果如图4和图5所示。减振垫试样1更换为试样2，在发动机转速1 500r/min及1 900r/min的情况下，发动机4个点上测试的加速度均方根值均有不同程度的下降，当发动机转速为1 500r/min时，减振后的加速度均方根值平均降低43%；当发动机转速为1 900r/min时，减振后的加速度均方根值平均降低35%，由此看出，发动机减振垫由试样1换为试样2后，改善效果较明显。

图4 减振垫试样1和试样2加速度均方根值曲线图（1500r/min）

图5 减振垫试样1和试样2加速度均方根值曲线图（1900r/min）

3 结 论

利用WDW-200E电子式万能试验机、TH200邵尔硬度计可以很方便地测试出发动机减振垫的静刚度及硬度，通过试验的完成，总结出一套简单实用的测试方法。

从实验测试结果来看，橡胶减振垫的静刚度和硬度成正比关系。

减振垫试样2与对标试样的静刚度及硬度值相近，将试样2装车测试后，测试结果表明发动机减振后的加速度均方根值大幅下降，改善效果明显。

[1]韩广文.橡胶减振器动静态性能及寿命预测研究[D].青岛:青岛科技大学，2016.

[2]任俊卿，王贵一.用微机控制电子万能试验机测试橡胶减振器的静态刚度[J].特种橡胶制品，2008，29(3):57-60.

[3]宋祥献，许跃雷.挖掘机发动机橡胶减震器的匹配设计[J].建筑机械化，2011，（3），48-50.