板簧懸掛簧上共振問(wèn)題改進(jìn)

季敏 陳新雨

摘要：主要介紹了板簧客車(chē)中低速下的簧上共振問(wèn)題及其解決方案。

關(guān)鍵詞：板簧懸掛;客車(chē);路面激勵(lì)共振

一、問(wèn)題現(xiàn)象

板簧懸掛相對(duì)于空氣懸掛，其自身固有頻率較高，在板簧參數(shù)適用不合理或者板簧加工精度有偏差的情況下，在特定車(chē)速行駛工況中有車(chē)身簧上共振現(xiàn)象，且多發(fā)為低速共振，車(chē)身振幅較大，導(dǎo)致司乘人員體驗(yàn)較差。

下面以我公司11米板簧車(chē)型共振問(wèn)題事例來(lái)說(shuō)明簧上共振的改進(jìn)思路。接市場(chǎng)反饋，此車(chē)在良好平坦路面上，以35-55km/h車(chē)速直線行駛時(shí)，車(chē)輛共振明顯，呈現(xiàn)“騎馬”式的顛簸感，，即車(chē)身出現(xiàn)低頻、振幅較大的垂直振動(dòng)。車(chē)速低于或高于共振車(chē)速時(shí)，“騎馬”現(xiàn)象消失或明顯減弱;車(chē)輛以35-55km/h空擋滑行時(shí)，“騎馬”現(xiàn)象并未消失，共振時(shí)傳動(dòng)系統(tǒng)并無(wú)異響。因此基本可排除動(dòng)力系統(tǒng)引起的車(chē)身共振，而路面激勵(lì)屬于低頻激勵(lì)，通過(guò)輪胎徑向周期性波動(dòng)傳遞到車(chē)身上，其激勵(lì)頻率一般在2-10HZ范圍內(nèi)，解決此問(wèn)題主要還是要從板簧懸掛的固有頻率著手。

二、頻率測(cè)試

測(cè)試后，通過(guò)振動(dòng)瀑布圖可發(fā)現(xiàn)司機(jī)座椅、中部及后部座椅位置其振動(dòng)主要是上下方向，振動(dòng)頻率均為3Hz附近，且頻率不隨轉(zhuǎn)速改變。

車(chē)輛行駛在良好平坦路面上時(shí)，路面激振源是由車(chē)輪總成的動(dòng)不平衡、車(chē)輪失圓、旋轉(zhuǎn)件剛度變化等因素引起車(chē)輪垂直方向力的周期性變化簡(jiǎn)稱(chēng)為徑向波動(dòng)力。徑向波動(dòng)力激振頻率可由式（1）計(jì)算：

f為徑向波動(dòng)力激振頻率，Hz;

V為車(chē)輛實(shí)際行駛速度，mm/s;

r為輪胎滾動(dòng)半徑，mm。

由式（1）計(jì)算得到的各車(chē)速下徑向波動(dòng)力激振頻率見(jiàn)表1

35-50km/h時(shí)，路面的激振頻率在3.287-4.69Hz之間。把整車(chē)懸架質(zhì)量分配系數(shù)近似等于1，可近似認(rèn)為前、后懸架簧上質(zhì)量在垂直方向的振動(dòng)是相互獨(dú)立的。車(chē)輛垂向振動(dòng)分析可簡(jiǎn)化為二自由度振動(dòng)模型，在低頻振動(dòng)時(shí)輪胎變形較小，可以忽略輪胎變形及質(zhì)量。

11米板簧車(chē)型整車(chē)參數(shù)如下：

前、后板簧承載力數(shù)據(jù)如下：前板簧簧上重量（單簧）：滿載時(shí)18228N，空載時(shí)12593N。后板簧簧上重量（單簧）：滿載時(shí)48510N，空載時(shí)35035N

通過(guò)公式（2）計(jì)算得出：前板簧空、滿載固有頻率為：f空載=2.35HZ，f滿載=1.95HZ;后板簧空、滿載固有頻率為：f空載=1.88HZ，f滿載=1.59HZ。

偏頻是基于靜態(tài)剛度計(jì)算得出的，對(duì)于鋼板彈簧剛度的計(jì)算，傳統(tǒng)的方法有“共同曲率法”、“集中載荷法”等。這些方法計(jì)算時(shí)都沒(méi)考慮鋼板彈簧各片之間的摩擦和變形特性。實(shí)際上鋼板彈簧存在非線性和遲滯特性，車(chē)輛行駛時(shí)的懸架剛度明顯高于靜態(tài)剛度，此時(shí)懸架的剛度稱(chēng)為動(dòng)態(tài)剛度。鋼板彈簧片與片之間的摩擦系數(shù)對(duì)懸架的動(dòng)態(tài)剛度影響較大，動(dòng)態(tài)剛度隨鋼板彈簧片與片之間的摩擦系數(shù)增大而增大。令動(dòng)態(tài)剛度與靜剛度比值為d（一般經(jīng)驗(yàn)值取1.2-1.5），則懸架動(dòng)剛態(tài)偏頻f可由式（3）求得。

計(jì)算得：前板簧動(dòng)剛態(tài)偏頻為

（1.2-1.5）*（1.95-2.35）=2.34-3.525HZ

后板簧剛態(tài)偏頻為

（1.2-1.5）*（1.59-1.88）=1.91-2.8HZ

從上述計(jì)算結(jié)果可知，如鋼板彈簧各片之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)、摩擦系數(shù)達(dá)到一定程度時(shí)，必然會(huì)造成懸架的動(dòng)態(tài)偏頻與路面激振頻率相近或吻合，即發(fā)生共振。對(duì)于多片鋼板彈簧來(lái)說(shuō)，由于鋼板彈簧各片之間存在的相對(duì)運(yùn)動(dòng)劇烈摩擦，大幅提高了懸架動(dòng)剛度，造成簧上質(zhì)量共振是必然的，通常期望共振發(fā)生在較低車(chē)速下，以改善乘坐舒適性。

三、改進(jìn)方案

由上述分析可知，鋼板彈簧多片簧各片間的相互摩擦是引起板簧動(dòng)剛度增大的主要原因，最終導(dǎo)致了車(chē)身共振。在不改變現(xiàn)有懸架結(jié)構(gòu)的前提下，改變懸掛剛度有兩種方式：

方案1：減小板簧靜、動(dòng)態(tài)剛度，其中動(dòng)態(tài)剛度可通過(guò)在板簧片端增加減磨墊，以減小間摩擦，從而改善乘坐舒適性。

方案2：更換為少片簧懸掛，因少片簧的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，其運(yùn)動(dòng)過(guò)程中可保證動(dòng)剛度和靜剛度變化不大，從而可有效避開(kāi)路面激勵(lì)的共振頻率。

但是由于多片鋼板彈簧動(dòng)剛度計(jì)算、模擬過(guò)于復(fù)雜，動(dòng)態(tài)剛度引起的共振問(wèn)題往往只能在實(shí)車(chē)路試過(guò)程中被發(fā)現(xiàn)，整改比較被動(dòng)。動(dòng)態(tài)剛度是多片鋼板彈簧的一大弊端，考慮到現(xiàn)階段方案2調(diào)整更易調(diào)整，且片間摩擦異響易于控制，隨按照方案2予以實(shí)施更換，并對(duì)改進(jìn)后鋼板彈簧進(jìn)行裝車(chē)路試，其車(chē)身共振及異響噪音情況明顯得到改善，客戶滿意新?tīng)顟B(tài)使用效果。