張順順，周海民，宋志強(qiáng)

（徐州徐工汽車制造有限公司，江蘇 徐州 221000）

1 隔振理論

發(fā)動(dòng)機(jī)隔振是指在發(fā)動(dòng)機(jī)總成與車架之間裝配較柔軟的元件（即發(fā)動(dòng)機(jī)懸置），使二者之間的力的傳遞得到衰減。發(fā)動(dòng)機(jī)懸置的隔振作用主要有兩個(gè)方面：一是隔離來自路面的激勵(lì)，懸置系統(tǒng)可以減少路面不平產(chǎn)生的對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的沖擊；二是隔離發(fā)動(dòng)機(jī)自身的激振力對(duì)車架的沖擊。

根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)隔振原理，可以得到不同阻尼比下的傳遞率示意圖如圖1所示。

圖1 傳遞率示意圖

發(fā)動(dòng)機(jī)懸置系統(tǒng)隔振性能的好壞，主要取決于發(fā)動(dòng)機(jī)懸置系統(tǒng)固有頻率的選取，也就是說必須使激振頻率與懸置系統(tǒng)固有頻率之比大于21/2才能達(dá)到隔振要求。一般來說，發(fā)動(dòng)機(jī)自身和來自路面的激振頻率是客觀存在且不易改變的，能改變的只是懸置系統(tǒng)自身的固有特性。來自路面的激勵(lì)一般小于2.5Hz左右，所以整個(gè)懸置系統(tǒng)的固有頻率至少要滿足小于激振頻率的21/2且大于2.5/0.75≈3.5Hz。

2 仿真模型的建立

重型卡車的懸置系統(tǒng)是一個(gè)復(fù)雜的機(jī)械振動(dòng)系統(tǒng)，其振動(dòng)特性是由動(dòng)力總成的質(zhì)量、懸置元件的彈性和阻尼決定。

2.1 Matlab數(shù)學(xué)模型的建立

（1）懸置系統(tǒng)的固有頻率特性分析。在分析固有特性時(shí)，由于阻尼對(duì)系統(tǒng)的固有特性影響不大，阻尼的作用主要是降低共振峰值。因此可以將系統(tǒng)簡(jiǎn)化為一個(gè)無阻尼的自由振動(dòng)系統(tǒng)。略去阻尼的自由振動(dòng)方程為：

依據(jù)矩陣運(yùn)算法則，將式（1）展開，得到動(dòng)力總成在懸置上自由振動(dòng)的六個(gè)微分方程，振動(dòng)微分方程的解為：

把式（2）代入（1）可得：

將式（3）兩端同時(shí)左乘M-1得：

根據(jù)矩陣?yán)碚摽芍?，ωi2是矩陣M-1 K的特征值，即為該振動(dòng)系統(tǒng)的固有角頻率。{Qi}為該矩陣的特征向量，即固有陣型。

（2）懸置系統(tǒng)的振動(dòng)耦合特性分析。

振動(dòng)時(shí)，系統(tǒng)的動(dòng)能可以表示為：

懸置系統(tǒng)在第i階模態(tài)頻率下，各振動(dòng)方向的能量之和為該頻率下的總能量，用T（i）max表示：

展開式（6）得：

式（7）中，ωi是第i階固有頻率；{qi}為第i階頻率下的固有陣型向量；mmn為質(zhì)量矩陣M中的元素。

對(duì)于第i階固有模態(tài)，作用于第m個(gè)廣義坐標(biāo)上的能量T（i）m表示為：

因此，懸置系統(tǒng)在第i階固有模態(tài)頻率下，單個(gè)廣義坐標(biāo)上的能量與6個(gè)廣義坐標(biāo)總能量的比值，即是該階模態(tài)能量的解耦度，用η表示為：

解耦程度的大小，直接關(guān)系著隔振性能的好壞。

（3）Matlab優(yōu)化程序的編寫。本文以系統(tǒng)固有頻率的合理配置和動(dòng)力總成懸置系統(tǒng)各個(gè)方向振動(dòng)之間的解耦為目標(biāo)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，優(yōu)化設(shè)計(jì)流程圖如圖2所示。

圖2 優(yōu)化設(shè)計(jì)流程圖

（4）優(yōu)化后仿真數(shù)據(jù)分析。優(yōu)化后的發(fā)動(dòng)機(jī)懸置系統(tǒng)剛度如表1所列，仿真數(shù)據(jù)如表2所列。

表1

表2

根據(jù)表2可知，優(yōu)化后的Z方向的能量分布為94.7338，繞X軸方向的能量分布為96.9701，比優(yōu)化之前有了很大的提高，其他各階能量分布較優(yōu)化之前更加平均。在解耦過程中，主要關(guān)注Z軸和繞X軸方向的能量分布，因此優(yōu)化后的仿真數(shù)據(jù)是比較理想的。

3 隔振率測(cè)試

3.1 測(cè)試設(shè)備

在實(shí)際工程應(yīng)用中，對(duì)某重型卡車優(yōu)化前、后的發(fā)動(dòng)機(jī)懸置系統(tǒng)進(jìn)行了隔振率測(cè)試。測(cè)試設(shè)備：LMS多通道振動(dòng)噪聲數(shù)采，PCB三向加速度傳感器。工況要求：發(fā)動(dòng)機(jī)怠速600r/min。傳感器布置：傳感器布置在發(fā)動(dòng)機(jī)支架四個(gè)懸置處，其中發(fā)動(dòng)機(jī)支架上的傳感器定義為主動(dòng)側(cè)，承載懸置處車架上的傳感器定義為被動(dòng)側(cè)。方向：X、Y、Z向分別指車輛前進(jìn)方向、車輛向左方向和垂直向上方向。隔振率為衡量懸置軟墊隔振性能的指標(biāo)：（1－隔振后/隔振前）×100%；振動(dòng)烈度為三個(gè)方向的振動(dòng)速度平方和的開方。對(duì)本次測(cè)試進(jìn)行計(jì)算分析，見表3所列。

3.2 試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

根據(jù)表4可知，使用優(yōu)化后的發(fā)動(dòng)機(jī)懸置軟墊，左前懸置和左后懸置綜合隔振率較優(yōu)化前分別提高81%和233%左右，右前懸置和右后懸置綜合隔振率分別降低17%和10%左右。通過優(yōu)化前后怠速數(shù)據(jù)可以看出，優(yōu)化后發(fā)動(dòng)機(jī)懸置的綜合隔振率較優(yōu)化前的發(fā)動(dòng)機(jī)懸置的綜合隔振率更加平均。因此優(yōu)化后的發(fā)動(dòng)機(jī)懸置系統(tǒng)可以解決發(fā)動(dòng)機(jī)怠速隔振率差的問題。

4 結(jié)語

（1）根據(jù)問題描述建立了數(shù)學(xué)模型，編寫了Matlab計(jì)算程序和Matlab優(yōu)化程序。

（2）利用Adams軟件驗(yàn)證了Matlab模型的正確性。

（3）試驗(yàn)測(cè)得了優(yōu)化前后發(fā)動(dòng)機(jī)懸置系統(tǒng)的綜合隔振率。

優(yōu)化后的發(fā)動(dòng)機(jī)懸置軟墊較優(yōu)化之前發(fā)動(dòng)機(jī)懸置系統(tǒng)綜合隔振率有了一定的提升，通過試驗(yàn)證明，此優(yōu)化方法可以解決重卡發(fā)動(dòng)機(jī)怠速隔振性能差的問題。

表3 優(yōu)化前怠速數(shù)據(jù)（2～1024Hz）

表4 優(yōu)化后怠速數(shù)據(jù)（2-1024Hz）