寬體自卸車發(fā)動機異常振動原因及試驗分析

吳冬濤、晏航

（陜西同力重工股份有限公司 712000）

0 前言

汽車行駛時，由路面不平以及發(fā)動機、傳動系統(tǒng)和車輪等旋轉部件激發(fā)汽車振動，通常，路面不平是汽車振動的基本輸入[1]。發(fā)動機燃燒激勵、機械激勵是發(fā)動機產生振動和噪聲的主要原因，車輪、制動鼓、傳動軸動不平衡，傳動軸扭轉激勵也是汽車振動的常見激勵[2]。

本文針對某寬體自卸車發(fā)動機異常振動導致發(fā)動機風扇及護風罩損壞問題，進行了礦區(qū)測試，通過對發(fā)動機、發(fā)動機托架、變速器和主車架的振動加速度信號進行時域分析和頻域分析，找出了導致該車重載上坡工況下發(fā)動機及傳動系統(tǒng)異常振動的原因，為消除寬體自卸車異常振動提供參考依據(jù)。

1 試驗過程

1.1 試驗前分析

寬體自卸車在重載上坡工況下，變速器位于1 擋，發(fā)動機轉速 2 000～2 200 r/min 之間出現(xiàn)發(fā)動機異常振動問題，其他擋位及工況下，振動不明顯或無振動。發(fā)動機異常振動車輛傳動軸為雙根布置，同一車型采用單根傳動軸無明顯振動。初步分析，發(fā)動機異常振動與路面激勵無關，與發(fā)動機本身及傳動系統(tǒng)有關。

本次試驗為礦區(qū)實地測試，試驗用車為某6×4 寬體自卸車，試驗狀態(tài)：原地升速，測量發(fā)動機懸置隔振率；1 擋重載上坡，發(fā)動機轉速穩(wěn)定在 2 000～2 200 r/min。

1.2 測量系統(tǒng)建立

試驗所用數(shù)據(jù)采集工具為DEWESoft 公司推出的基于USB 總線的數(shù)據(jù)采集產品，傳感器為IPC 型加速度傳感器。主要設備參數(shù)和測試參數(shù)見表1。

在初步確定發(fā)動機異常振動原因的基礎上，本次測試主要對寬體自卸車發(fā)動機、發(fā)動機托架、變速器、主車架四個測試點3 個方向上（X、Y、Z）的振動加速度進行測量，占用數(shù)采儀12 個通道。使用的傳感器為三軸傳感器，通過磁座分別吸附于發(fā)動機、發(fā)動機托架、變速器、主車架特定位置，吸附表面要求平整，安裝必須牢靠，3 軸加速度傳感器X 向前，Y 向左，Z 向上。加速度傳感器布置見圖1。

表1 主要設備參數(shù)和測試參數(shù)

圖1 加速度傳感器布置示意圖

2 試驗結果分析

2.1 原地升速試驗分析

在設備連接工作完成后，將車輛停至平整路段，駐車制動，均勻加大油門再逐漸減小，對發(fā)動機懸置隔振率進行測量，計算發(fā)動機隔振率。

圖2 發(fā)動機Z 向時域圖

圖3 變速器Z 向時域圖

圖4 車架Z 向時域圖

由表2可知，發(fā)動機綜合隔振率達到70%左右，基本符合發(fā)動機懸置的隔振要求，可判斷出發(fā)動機異常振動原因并非發(fā)動機懸置設計不合理。

2.2 重載上坡試驗分析

將寬體自卸車滿載行駛至上坡路段進行試驗，擋位置于1 擋，車速4.5 km/h，發(fā)動機轉速控制在 2 000～2 200 r/min 之間，對試驗測試數(shù)據(jù)進行時域和頻域分析。

先進行時域分析，考慮到Z 向振動一般最大，以發(fā)動機、變速器及車架Z 向振動加速度為例，3 個測試點Z 向時域圖如圖2～圖4所示。

通過對比3 個測試點的Z 向加速度，變速器＞發(fā)動機＞車架，可判斷出，引起發(fā)動機及傳動系統(tǒng)異常振動的原因并非來自于發(fā)動機本身，而是來源于變速器或變速器后端的傳動系統(tǒng)。

為進一步確定發(fā)動機異常振動原因，將時域信號進行FFT變換在頻域下進行分析。發(fā)動機、變速器Z 向頻譜圖如圖5、圖6所示。

通過FFT 得到振動加速度頻譜峰值對應的頻率，發(fā)動機、變速器Z 向振動在8.85 Hz 存在明顯峰值，此時發(fā)動機轉速為2 164 r/min，1 擋速比8.15，經過計算該頻率剛好對應傳動軸2 倍轉頻，確定發(fā)動機及傳動系統(tǒng)異常振動原因來自于傳動軸。

圖5 變速器Z 向頻譜圖

圖6 發(fā)動機Z 向頻譜圖

圖7 三萬向節(jié)傳動布置示意圖

表3 改進前后加速度均方根值對比

3 改進及效果分析

在平整路面上對重載狀態(tài)下的車輛傳動軸夾角進行了測量，傳動軸夾角α1=0，α2=2.9°，α3=1.6°，明顯不符合圖7所示 的設計要求，對傳動軸夾角進行調整，考慮到傳動軸與變速器夾角不宜過大，改進后傳動軸夾角α1=1°，α2=1.4°，α3=1.1°，保證輸出軸與輸出軸等速旋轉。

改進后在同樣條件下進行試驗，對改進后試驗采集的振動信號進行時域和頻域分析[3]。改進前后發(fā)動機和變速器上的加速度均方根值如表3所示。

在調整傳動軸夾角之后，由傳動軸扭轉激勵引起的振動仍然存在，但相比于改進前，傳動軸二倍轉頻頻率下的幅值明顯減小。由表2可知，改進后發(fā)動機及變速器上的振動加速度均方根值明顯減小，改進后車輛未出現(xiàn)發(fā)動機異常振動導致發(fā)動機風扇和護風罩損壞問題。

4 結論

通過礦區(qū)試驗，找出了寬體自卸車發(fā)動機異常振動的原因，在重載上坡工況下，發(fā)動機轉速 2 000～2 200 r/min，變速器位于1 擋時，傳動軸扭轉激勵引起整個傳動軸系統(tǒng)異常振動，導致發(fā)動機風扇和護風罩損壞。為消除該寬體車異常振動問題，應合理設計傳動軸夾角，保證輸出軸與輸出軸等速旋轉，減小傳動軸扭轉激勵。