范騰飛

（陜西通力專用汽車有限責(zé)任公司，陜西 寶雞 722405）

礦用自卸車飛輪殼破裂測(cè)試分析

范騰飛

（陜西通力專用汽車有限責(zé)任公司，陜西 寶雞 722405）

針對(duì)某礦用自卸車發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪殼在運(yùn)行一段時(shí)間后頻繁出現(xiàn)開裂這一問題，分別對(duì)整車進(jìn)行NVH測(cè)試及發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪殼應(yīng)力應(yīng)變分析。根據(jù)測(cè)試結(jié)果，對(duì)提出的車輛傳動(dòng)軸整改方案進(jìn)行評(píng)判，并最終跟蹤實(shí)地運(yùn)行結(jié)果后得出方案可行且與分析結(jié)果一致。

礦用自卸車；飛輪殼；應(yīng)變；NVH測(cè)試；傳動(dòng)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(guó)產(chǎn)420PS發(fā)動(dòng)機(jī)、進(jìn)口液力自動(dòng)變速箱、25噸級(jí)大速比驅(qū)動(dòng)橋。在使用大半年（車輛每天22 小時(shí)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(yán)重時(shí)導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)缸體破裂，且車速超過30Km/h時(shí)車輛抖動(dòng)。為此通過對(duì)車輛NVH和飛輪殼應(yīng)力應(yīng)變測(cè)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(dòng)機(jī)后端飛輪殼相連接。發(fā)動(dòng)機(jī)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(cè)試后排除發(fā)動(dòng)機(jī)懸置設(shè)計(jì)、懸架共振、車輪動(dòng)平衡超差等原因，初步確定引起車輛抖動(dòng)及飛輪殼損壞的主要原因是傳動(dòng)軸動(dòng)不平衡量過大。因本批車輛為自動(dòng)檔礦車，中、后橋速比高達(dá)16，而普通車輛速比為12左右。即在相同車速時(shí)傳動(dòng)軸轉(zhuǎn)速較手動(dòng)檔要高約33%，但車輛設(shè)計(jì)時(shí)只是對(duì)傳動(dòng)軸長(zhǎng)度作出了一定的限制沒有對(duì)精度提出更高的要求[1]。

圖1 飛輪殼破裂

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)資源情況，提出將中橋整體式傳動(dòng)軸更換為帶中間支撐的兩節(jié)傳動(dòng)軸，并對(duì)變速箱輔助支撐提出加裝要求的更改方案，之后對(duì)此進(jìn)行科學(xué)的測(cè)量和對(duì)比分析。

2、車輛NVH測(cè)試分析

2.1 測(cè)點(diǎn)布置

在傳動(dòng)系統(tǒng)上布置6個(gè)測(cè)點(diǎn)（如圖2）：

圖2 各測(cè)點(diǎn)位置

2.2 測(cè)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(yùn)行，保證時(shí)速30km/h。

2.3 測(cè)試結(jié)果如下表1

表1 測(cè)點(diǎn)振動(dòng)數(shù)據(jù)

由測(cè)試數(shù)據(jù)可看出：

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

更換新傳動(dòng)軸后，傳動(dòng)軸系統(tǒng)各測(cè)點(diǎn)的激振均明顯降低，特別是中橋傳動(dòng)軸后端測(cè)點(diǎn)，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(dòng)軸激振的邊頻帶激振消除，傳動(dòng)系統(tǒng)激振進(jìn)一步降低，中橋傳動(dòng)軸后端測(cè)點(diǎn)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(cè)點(diǎn)的頻域峰值增大。

3、飛輪殼應(yīng)力應(yīng)變分析

3.1 測(cè)點(diǎn)布置

根據(jù)飛輪殼批量故障實(shí)際開裂位置，確定此次試驗(yàn)用飛輪殼測(cè)點(diǎn)位置，布置應(yīng)變花測(cè)點(diǎn)共7 個(gè)，測(cè)點(diǎn)位置見圖4 所示：

圖4 測(cè)點(diǎn)布置

圖5 空載動(dòng)態(tài)應(yīng)變

3.2 空載動(dòng)態(tài)應(yīng)變對(duì)比

由于礦區(qū)條件有限，無法對(duì)車輛載重進(jìn)行測(cè)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(dòng)機(jī)扭矩輸出（尤其在滿載上坡工況）對(duì)飛輪殼的疲勞損傷影響較大。因此現(xiàn)場(chǎng)只在空載工況下對(duì)比統(tǒng)計(jì)整根傳動(dòng)軸和雙節(jié)傳動(dòng)軸飛輪殼應(yīng)變狀態(tài)。應(yīng)變數(shù)據(jù)如上圖5 所示。飛輪殼材料相關(guān)性能如下：

表2

由空載狀態(tài)下整體傳動(dòng)軸與分節(jié)傳動(dòng)軸（不加輔助支撐）飛輪殼動(dòng)態(tài)應(yīng)變結(jié)果對(duì)比可知，分節(jié)傳動(dòng)軸對(duì)飛輪殼受力整體受力改善效果明顯，飛輪殼應(yīng)力最大值（圖6）、平均值（圖7）、應(yīng)力范圍（圖8）均有大幅度降低，對(duì)飛輪殼的可靠性改進(jìn)效果明顯，見表2 所示。由前期振動(dòng)結(jié)果，分節(jié)傳動(dòng)軸相比整體傳動(dòng)軸狀態(tài)對(duì)整車振動(dòng)改善效果明顯。

圖6 應(yīng)力最大值

圖7 應(yīng)力均值

圖8 應(yīng)力范圍值

整體傳動(dòng)軸與分節(jié)傳動(dòng)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(yīng)力測(cè)試

更改為雙節(jié)傳動(dòng)軸后，共進(jìn)行裝載到卸載三個(gè)循環(huán)飛輪殼受力測(cè)試，以有效地考察載重量對(duì)飛輪殼應(yīng)力和壽命的影響，并評(píng)價(jià)改進(jìn)措施的可靠性，測(cè)試結(jié)果見圖9 所示：

表4 改進(jìn)后飛輪殼受力情況

圖9 動(dòng)態(tài)應(yīng)變結(jié)果

統(tǒng)計(jì)飛輪殼應(yīng)力最大值、均值、最小值和應(yīng)力范圍見表3。由數(shù)據(jù)可知：1 號(hào)測(cè)點(diǎn)最危險(xiǎn)，最大應(yīng)力為76.6MPa。

3.4 壽命預(yù)測(cè)

對(duì)整段信號(hào)（0s-4079s）進(jìn)行疲勞分析，不考慮應(yīng)力集中測(cè)點(diǎn)1 位置預(yù)測(cè)壽命為1.91E5 小時(shí)，較為安全。測(cè)點(diǎn)1 位置的損傷-時(shí)域歷程圖如圖10。造成損傷較大的時(shí)刻點(diǎn)對(duì)應(yīng)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(dòng)機(jī)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(yīng)為行駛速度較大，達(dá)到50Km/h。

表5 損傷工況

圖10 損傷時(shí)域歷程

對(duì)車輛傳動(dòng)軸進(jìn)行整改后，經(jīng)過長(zhǎng)達(dá)2年的運(yùn)行跟蹤，發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪殼再未出現(xiàn)過一起破裂現(xiàn)象，表明分析結(jié)果與實(shí)際運(yùn)行狀況相吻合。

4、結(jié)論

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

傳動(dòng)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(zhǎng)，整車長(zhǎng)期超載使得發(fā)動(dòng)機(jī)在超負(fù)荷、大扭矩狀態(tài)下運(yùn)行,從而對(duì)飛輪殼產(chǎn)生較大損傷。

[1] 余志生.汽車?yán)碚?[M]第三版.機(jī)械工業(yè)出版社.2000.10.

[2] 單輝祖.材料力學(xué)（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(zé)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