礦用自卸車飛輪殼破裂測試分析

范騰飛

（陜西通力專用汽車有限責任公司，陜西 寶雞 722405）

礦用自卸車飛輪殼破裂測試分析

范騰飛

（陜西通力專用汽車有限責任公司，陜西 寶雞 722405）

針對某礦用自卸車發(fā)動機飛輪殼在運行一段時間后頻繁出現(xiàn)開裂這一問題，分別對整車進行NVH測試及發(fā)動機飛輪殼應力應變分析。根據(jù)測試結果，對提出的車輛傳動軸整改方案進行評判，并最終跟蹤實地運行結果后得出方案可行且與分析結果一致。

礦用自卸車；飛輪殼；應變；NVH測試；傳動軸

CLC NO.:U467.3 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2016)07-162-03

前言

某礦用自卸車匹配國產(chǎn)420PS發(fā)動機、進口液力自動變速箱、25噸級大速比驅(qū)動橋。在使用大半年（車輛每天22 小時作業(yè)，行駛里程約為24000 公里左右）后，批量出現(xiàn)飛輪殼開裂現(xiàn)象（如圖1），嚴重時導致發(fā)動機缸體破裂，且車速超過30Km/h時車輛抖動。為此通過對車輛NVH和飛輪殼應力應變測試來全面分析解決此問題。

1、飛輪殼破裂原因分析

整車布置中，變速箱前端離合器殼與發(fā)動機后端飛輪殼相連接。發(fā)動機前端、變速箱離合器殼分別通過橡膠墊與車架縱梁相連接。通過一系列的測試后排除發(fā)動機懸置設計、懸架共振、車輪動平衡超差等原因，初步確定引起車輛抖動及飛輪殼損壞的主要原因是傳動軸動不平衡量過大。因本批車輛為自動檔礦車，中、后橋速比高達16，而普通車輛速比為12左右。即在相同車速時傳動軸轉(zhuǎn)速較手動檔要高約33%，但車輛設計時只是對傳動軸長度作出了一定的限制沒有對精度提出更高的要求[1]。

圖1 飛輪殼破裂

根據(jù)現(xiàn)場資源情況，提出將中橋整體式傳動軸更換為帶中間支撐的兩節(jié)傳動軸，并對變速箱輔助支撐提出加裝要求的更改方案，之后對此進行科學的測量和對比分析。

2、車輛NVH測試分析

2.1 測點布置

在傳動系統(tǒng)上布置6個測點（如圖2）：

圖2 各測點位置

2.2 測試工況

頂起中、后橋（如圖3），原地模擬行駛工況，車輛在5檔上運行，保證時速30km/h。

2.3 測試結果如下表1

表1 測點振動數(shù)據(jù)

由測試數(shù)據(jù)可看出：

匹配原傳動軸時，30Km/h車速時最大振源在中橋傳動軸后端測點位置，主要是傳動軸的1階激振，由傳動軸的動不平衡及徑向跳動過大引起。 傳動軸的動不平衡及徑向跳動量過大，使其在工作中將產(chǎn)生較大的離心力，以致運轉(zhuǎn)不穩(wěn)和抖動，導致飛輪殼承受較大的交變應力，導致飛輪殼疲勞裂損[2]。因而傳動軸問題是飛輪殼裂損的主要可能原因之一。

更換新傳動軸后，傳動軸系統(tǒng)各測點的激振均明顯降低，特別是中橋傳動軸后端測點，其頻域峰值由1.56g降低到了0.89g。 通過安裝變速箱輔助支撐，傳動軸激振的邊頻帶激振消除，傳動系統(tǒng)激振進一步降低，中橋傳動軸后端測點的頻域峰值降低到了0.67g；但增加變速箱輔助支撐，致使變速箱測點的頻域峰值增大。

3、飛輪殼應力應變分析

3.1 測點布置

根據(jù)飛輪殼批量故障實際開裂位置，確定此次試驗用飛輪殼測點位置，布置應變花測點共7 個，測點位置見圖4 所示：

圖4 測點布置

圖5 空載動態(tài)應變

3.2 空載動態(tài)應變對比

由于礦區(qū)條件有限，無法對車輛載重進行測量，因此也無法保證每次裝載量的一致性，而載重量直接影響發(fā)動機扭矩輸出（尤其在滿載上坡工況）對飛輪殼的疲勞損傷影響較大。因此現(xiàn)場只在空載工況下對比統(tǒng)計整根傳動軸和雙節(jié)傳動軸飛輪殼應變狀態(tài)。應變數(shù)據(jù)如上圖5 所示。飛輪殼材料相關性能如下：

表2

由空載狀態(tài)下整體傳動軸與分節(jié)傳動軸（不加輔助支撐）飛輪殼動態(tài)應變結果對比可知，分節(jié)傳動軸對飛輪殼受力整體受力改善效果明顯，飛輪殼應力最大值（圖6）、平均值（圖7）、應力范圍（圖8）均有大幅度降低，對飛輪殼的可靠性改進效果明顯，見表2 所示。由前期振動結果，分節(jié)傳動軸相比整體傳動軸狀態(tài)對整車振動改善效果明顯。

圖6 應力最大值

圖7 應力均值

圖8 應力范圍值

整體傳動軸與分節(jié)傳動軸狀態(tài)下，飛輪殼受力有大幅度降低，見表3 所示：

表3 飛輪殼受力降低比例

3.3 滿載循環(huán)應力測試

更改為雙節(jié)傳動軸后，共進行裝載到卸載三個循環(huán)飛輪殼受力測試，以有效地考察載重量對飛輪殼應力和壽命的影響，并評價改進措施的可靠性，測試結果見圖9 所示：

表4 改進后飛輪殼受力情況

圖9 動態(tài)應變結果

統(tǒng)計飛輪殼應力最大值、均值、最小值和應力范圍見表3。由數(shù)據(jù)可知：1 號測點最危險，最大應力為76.6MPa。

3.4 壽命預測

對整段信號（0s-4079s）進行疲勞分析，不考慮應力集中測點1 位置預測壽命為1.91E5 小時，較為安全。測點1 位置的損傷-時域歷程圖如圖10。造成損傷較大的時刻點對應工況見表4：其中滿載上坡工況累積造成的損傷最大（發(fā)動機輸出扭矩較大），其次為空載下坡和空載平路工況，造成該工況下飛輪殼損傷較大的原因應為行駛速度較大，達到50Km/h。

表5 損傷工況

圖10 損傷時域歷程

對車輛傳動軸進行整改后，經(jīng)過長達2年的運行跟蹤，發(fā)動機飛輪殼再未出現(xiàn)過一起破裂現(xiàn)象，表明分析結果與實際運行狀況相吻合。

4、結論

傳動系統(tǒng)的1階激振是造成整車高速（30km/h以上）抖動大的主要原因，將中橋傳動軸更換為雙節(jié)傳動軸并增加輔助支撐后，傳動系統(tǒng)的1階激振幅值有較大幅度改善。

傳動系統(tǒng)激振降低，可以有效改善飛輪殼受力，避免飛輪殼破裂。

滿載上坡工況累積造成的飛輪殼損傷最大：坡度過大過長，整車長期超載使得發(fā)動機在超負荷、大扭矩狀態(tài)下運行,從而對飛輪殼產(chǎn)生較大損傷。

[1] 余志生.汽車理論.[M]第三版.機械工業(yè)出版社.2000.10.

[2] 單輝祖.材料力學（1）[M]第二版.高等教育出版社.2004.08.

Test and analysis of mining dump truck flywheel housing craking

Fan Tengfei
( Shaanxi Tongli Special Vehicle Co. Ltd, Shaanxi Baoji 722405 )

For this problem, engine flywheel housing on mining dump truck cracking frequently after operation for some time, NVH test on the vehicle and engine flywheel housing analysis of stress and strain were carried out. According to the test results, judge the vehicle drive shaft reform program and eventually track the actual operating results. Then draw the conclusion that the program is feasible and the result is consistent with the analysis result.

mining dump truck; flywheel housing; strain; NVH test; drive shaft

U467.3

A

1671-7988(2016)07-162-03

范騰飛，就職于陜西通力專用汽車有限責任公司，現(xiàn)從事特種車整車開發(fā)工作。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.07.051