轻客冷藏车前端轮系双压缩机支架开发及发动机强刚度分析

曾华玉　陈欣　李强等

中图分类号：U469.6+6 文献标识码：A 文章编号：1004-0226（2021）12-0108-06

轻客冷藏车采用底盘原厂设计双空调系统，在发动机前端轮系仍然保留原车空调及方向助力等实用配置，新开发冷机压缩机专用支架并安装独立的制冷机组，带动上装快速实现制冷。

某品牌冷藏车采用了江铃493系发动机动力系统，动力成熟可靠、经济性好、省油。随着国民生活水平的提高，冷藏车已经广泛应用于餐饮、速冻食品、禽肉、水产、果蔬、乳制品、动物血液和疫苗等行业，由于是客车底盘，可在城市内通行，非常适合城市冷链配送。

1发动机前端结构设计

1.1初始设计方案

因为轻客发动机舱在车辆前端，布置空间非常紧凑。为了减少发动机变动，经过布置分析，直接在现有的发动机右支撑上增加双压缩机支架，将数据输入CAE做刚度分析，如图1所示。

1.2输入相关边界条件给CAE

输入相关边界条件给CAE的过程见表1。

1.3计算双压机支架系统刚度

根据初始方案计算轮系和支架受力，分析轮系支架刚度，判断其是否满足刚度设计要求（见图2），转化为对该系统的低阶模态分析。刚度设计校核要求为一阶模态频率大于发动机一阶固有频率标准：F_固=4100/60×2×1.2=164 Hz。

由计算可得，应变能密度最大为止即为结構较薄弱区域，一阶模态频率为134.71 Hz<164 Hz，应变能密度显示次结构发动机支撑相对薄弱，易变形。

2改进设计

为了提升压缩机支架的刚性，考虑到发动机悬置左支撑的刚性大，巧妙地修改设计，将原车用压缩机集成固定位置在发动机左支撑上的点下移，发动机左支撑支架用六个螺栓固定，双压缩机小支架新增三个固定点。将冷藏的压缩机三个点固定在发动机左支撑和缸体本体上，不仅大大提高刚性，且缩短了偏心力臂。经过调整后的结构如图3所示。

2.3前端轮系对比

基型单压缩机和改进后冷藏车双压缩机的前端轮系方案对比如图4所示。

2.4改进前后双压缩机支架结构对比

改进前后双压缩机支架结构对比如图5所示。

2.5悬置左支撑改进前/后作为压缩机支架的开发关键件结构对比

黄色方框中是关键改进设计，改进后的结构刚性和强度明显增强。改进前/后的双压缩机结构和发动机悬置左支撑零件变化如图6所示。

3改进后轮系受力、皮带长度校核分析

3.1轮系布局分析和动静态计算分析

接下来输入前端轮系信息进行轮系布局分析和动静态计算分析：

a.输入轮系布局坐标&带轮尺寸。

b.输入空压机和冷机功率&转动惯量&曲轴角振动以及常规发动机循环工况。

然后计算皮带静态受力分析、皮带包角、皮带长度尺寸校核，还需要计算在发动机循环工况下的皮带动态曲线和动态张力、打滑率、抖动量。

3.2输入轮系布局和带轮尺寸

输入轮系布局和带轮尺寸，输入的内容如表2所示，轮系示意图见图7。

3.3输入空压机功率和转动惯量

输入空压机功率、性能曲线和转动惯量，输入内容如图8所示。

3.4输入新增冷藏压缩机的功率和转动惯量曲线

输入新增冷藏压缩机的功率和转动惯量曲线，输入内容如图9所示。

3.5输入发动机曲轴角振动曲线

输入发动机曲轴角振动曲线，输入内容如图10所示。

4缸柴油机最高转速3500r/min，怠速760r/min对应曲轴角振动曲线。

3.6结果计算

经计算，采用盖茨6 PK多楔带的轮系包角、带轮长度静态校核结果满足要求，如图11所示。

各皮带驱动长度、轮系包角和速比见表3轮系对齐度。按照张紧惰轮安装，垂直度0.3°评估可接受。

3.7计算输出曲线

采用6PK1290聚酯皮带动态计算输出曲线，如图12所示。

3.8皮带张力和打滑率动态计算结果

皮带张力和打滑率动态计算结果。满足皮带张力、打滑率、带轮最大载荷车辆要求，如表4所示。

表4皮带和带轮设计满足皮带张力、打滑率和带轮最大载荷要求

3.9皮带和带轮分析结论

经计算，建议采用6PK多楔带，带动曲轴皮带轮、空压机和冷藏机组及张紧轮，多楔带的有效长度为6 PK=1290mm，由于张紧轮采用定张紧装置，建议初始安装张力为700～750N。

根据静态和动态计算结果，其相关性能均可接受。参考动态计算的带轮最大和平均径向载荷结果，评估对应带轮和轴承的性能均满足要求。

4改进后前端轮系刚性分析

4.1重新分析相关参数

重新分析改进结构的相关参数，主要是轮系结构件变化，其余未变，如表5所示。

4.2重新画出改进结构的零件网格

重新画出改进结构的零件网格，并进行一阶模态分析。得出结论：一阶模态频率220.6 Hz，远大于CAE评价标准164 Hz，完全满足刚度设计要求。支架最大应力为104.4MPa，小于材料屈服强度320 MPa，满足强度设计要求。具体如图13所示。

改进后的一阶模态频率220.6 Hz>CAE评价标准164Hz，远离系统固有频率，满足刚度要求。

5结语

该车型整车经过5万km耐久试验结果合格，目前已投入批量使用，且销售了920台/年，改装厂和客户反馈前端轮系正常，省油且噪声小，上装冷藏压缩机使用效果良好，能为今后同类型车型的设计提供借鉴意义。