臂式高空作业平台动力总成悬置支架优化设计

张 义，王 政，程 婷

（徐工消防安全装备有限公司，江苏 徐州 221100）

动力总成悬置系统是典型的刚体弹性支承振动系统，悬置系统由悬置元件和支架组成。由于发动机工况的复杂性，悬置支架本身的刚度、强度和模态须满足一定的要求。

研究悬置支架对动力总成振动性能的影响，杨武森等从悬置支架一阶固有频率着手分析，对悬置支架优化设计，消除车内结构噪声；何海涛等通过整车模态分析与试验测试数据，对悬置支架结构优化设计，结构共振得到明显改善。

本文以某臂式高空作业平台为试验研究对象，在选定匹配好的复合型橡胶减振器的基础上，设计并试制高频、低频两套不同一阶模态频率的悬置支架方案，系统研究悬置及支架的匹配对振动传递的影响，探讨悬置支架的设计原则。

1 悬置支架设计与模态分析

1.1 悬置支架方案

该臂式高空作业平台搭载4.4L 直列四缸柴油发动机，采用常用的四点支承悬置系统，如图1所示。通过设置加强筋、连接螺栓排列方式、支架流线型设计等途径调整结构的模态频率，得到高低两套一阶模态频率不同的悬置支架方案。

图1 悬置系统布置方式

1）低频方案（200～300Hz） 支架材料为Q345，支架形状均为钢板折弯件，厚度8mm；后支架两颗螺栓连接，支架结构如图2 所示。

图2 低频方案悬置支架结构

2）高频方案（＞500Hz） 支架材料为Q345，厚度12mm，采用平滑过渡的变截面结构；前支架设置加强筋，后支架三颗螺栓连接，支架结构如图3 所示。

图3 高频方案悬置支架结构

1.2 支架模态仿真分析与试验

支架模态分析的约束条件为：支架与发动机连接端设置为固定约束，与悬置连接端设置为自由；考虑悬置质量对一阶模态频率的影响。通过悬置质量与支架一阶模态质量间的经验公式，计算支架装车状态的一阶模态频率。

式中，f1为不考虑悬置质量的支架一阶模态频率；m1为支架一阶模态质量；∆m 为30%～50%的悬置质量；f1′为考虑悬置质量后的支架一阶模态频率。

考虑50%的悬置质量，进行支架装车状态下的锤击法模态试验，验证模态频率仿真分析结果，如表1 所示。

表1 悬置支架一阶模态频率 （单位：Hz）

2 悬置系统振动测试分析

2.1 悬置系统振动测试布置

某臂式高空作业平台的作业工况根据发动机的转速分为低速工况和高速工况，低速工况设定为1 200r/min，高速工况设定为2 400r/min。悬置系统测点布置情况如表2 所示，实车测试布置如图4 所示。

2.2 高、低频支架方案振动测试

在某臂式高空作业平台低速和高速两种工况下，各测点XYZ 三轴振动平稳段的加速度信号为分析对象，得到高、低频支架方案数据如表3 所示。

图4 实车测试布置

表2 悬置系统测点布置

表3 高、低频支架方案悬置系统振动加速度均方根值

2.3 高、低频支架方案隔振率计算

隔振率是动力总成悬置系统隔振性能的重要评价指标，对于悬置系统在各个方向的隔振率，计算公式如下

式中，V 为隔振率；a1为减振前的加速度均方根值；a2为减振后的加速度均方根值。

根据试验测试数据，计算高、低频支架方案隔振率如图5、图6 所示。

图5 低频支架方案隔振率

图6 高频支架方案隔振率

3 悬置支架的设计原则

在对悬置支架优化设计及试验验证的基础上，对支架设计提出如下设计原则。

1）悬置支架的一阶模态频率要大于500Hz。

2）悬置支架与发动机通过螺栓连接，螺栓数量和螺栓排布要保证二者刚性连接。

3）局部设置加强筋，增加支架整体刚度。

4 结论

在高空作业平台发动机低速和高速两种工作工况下，高频支架和复合型橡胶悬置的组合方案，在X、Y 方向总体隔振率达到90%以上，在Z 方向隔振率总体达到80%，隔振效果得到显著提高。将悬置支架一阶模态调至500Hz 以上，能有效隔离低频振动传递，显著改善高空作业平台低速工况作业条件。

本文通过悬置支架结构的优化设计、支架与发动机连接刚度的调整，达到调整模态频率的目的，为臂式高空作业平台动力总成的悬置系统优化设计提供了分析方法。