張遠(yuǎn)亮，張立民

（1 四川城市職業(yè)學(xué)院 智能制造與交通學(xué)院，成都610110；2 西南交通大學(xué)牽引動(dòng)力國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，成都610031）

利用彈性元件將車體與車下設(shè)備連接起來(lái)組成的單層隔振系統(tǒng)，對(duì)振動(dòng)、噪聲要求比較高的設(shè)備已經(jīng)無(wú)法滿足設(shè)計(jì)要求。目前，有關(guān)設(shè)計(jì)工作者開(kāi)始深入、系統(tǒng)的研究雙層隔振系統(tǒng)，已滿足設(shè)計(jì)要求[1?4]。

對(duì)車下隔框架、機(jī)組及動(dòng)力冷卻包建立動(dòng)力學(xué)平衡方程，同時(shí)滿足幾何協(xié)調(diào)平衡，在滿足一級(jí)、二級(jí)隔振器垂向變形量容許的條件下，篩選出框架和機(jī)組的轉(zhuǎn)動(dòng)角度絕對(duì)值不小于0.02 度且不大于0.04 度的剛度組合工況，同時(shí)結(jié)合實(shí)際情況，得到了滿足設(shè)計(jì)要求的各個(gè)隔振器靜剛度值；將設(shè)計(jì)值靜平衡驗(yàn)證，各項(xiàng)位移量及偏轉(zhuǎn)角均符合要求，設(shè)計(jì)結(jié)果可靠。為后續(xù)仿真及振動(dòng)性能等提供借鑒及依據(jù)，對(duì)工程中車下設(shè)備懸掛剛度設(shè)計(jì)具有指導(dǎo)意義[5?11]。

1 混合動(dòng)力總成系統(tǒng)簡(jiǎn)介

研究對(duì)象為某型混合動(dòng)力動(dòng)車組動(dòng)力包總成系統(tǒng)。動(dòng)力總成通過(guò)4 個(gè)隔振器安裝在車體下方，如圖1 所示。

動(dòng)力總成將柴油發(fā)電機(jī)組2、散熱器3 等集成在框架上，如圖2。

本系統(tǒng)中動(dòng)力總成是雙層隔振系統(tǒng)，柴油發(fā)電機(jī)組與框架之間連接的隔振器定義為一級(jí)隔振器組，框架與底部連接的隔振器定義為二級(jí)隔振器組。動(dòng)力包隔振系統(tǒng)的各個(gè)隔振器的位置和編號(hào)如圖3。

圖1 某混合動(dòng)力總成懸掛示意圖

圖2 動(dòng)力總成組成

圖3 隔振器位置和編號(hào)

2 靜剛度設(shè)計(jì)分析

2.1 動(dòng)力包靜平衡模型

根據(jù)動(dòng)力包實(shí)際模型，畫出動(dòng)力包框架、機(jī)組和冷卻裝置各隔振器位置示意圖如圖4 所示，其中以車體中心線與框架2 位端上端面的交點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)。

圖4 動(dòng)力包靜平衡模型簡(jiǎn)圖

2.2 基本參數(shù)

系統(tǒng)中質(zhì)量及質(zhì)心位置見(jiàn)表3 及表4。

2.3 設(shè)計(jì)過(guò)程

對(duì)模型進(jìn)行分析，分別對(duì)各部件建立方程組。

表1 動(dòng)力包模型各隔振器符號(hào)物理意義

表2 動(dòng)力包數(shù)學(xué)模型各參數(shù)符號(hào)物理意義

表3 動(dòng)力包模型質(zhì)量參數(shù)

對(duì)于框架:受力如圖5 所示。

根據(jù)力和力矩平衡列方程如式（1）.

力的平衡方程

表4 動(dòng)力包模型各標(biāo)注參數(shù)尺寸

圖5 動(dòng)力包框架受力圖

以F22和F23所在直線為轉(zhuǎn)動(dòng)軸列出力矩平衡方程式（2）

以F23和F24所在直線為轉(zhuǎn)動(dòng)軸列出力矩平衡方程式（3）

根據(jù)二級(jí)隔振器共面條件列出幾何協(xié)調(diào)方程式（4）

由于本系統(tǒng)采用兩路信號(hào)同時(shí)濾波，且為達(dá)到盡可能理想的濾波器及處理性能與FPGA邏輯資源之間的平衡。本系統(tǒng)利用FIR濾波系統(tǒng)在具備線性相位時(shí)的對(duì)稱特點(diǎn)，采用對(duì)稱結(jié)構(gòu)對(duì)此濾波器進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，以減少對(duì)乘法器資源的使用以及盡量增大濾波器的階數(shù)，使其更接近于理想濾波器[12-14]。

對(duì)于機(jī)組:受力如圖6 所示。

圖6 動(dòng)力包機(jī)組受力圖

根據(jù)力和力矩平衡列方程如下:

力的平衡方程式（5）

以F13和F14所在直線為轉(zhuǎn)動(dòng)軸列出力矩平衡方程式（6）

以F14和F15所在直線為轉(zhuǎn)動(dòng)軸列出力矩平衡方程式（7）

根據(jù)一級(jí)隔振器共面條件列出幾何協(xié)調(diào)方程式（8）～式（9）

對(duì)于冷卻裝置:受力如圖7 所示。

根據(jù)力和力矩平衡列方程如下:

力的平衡方程式（10）

圖7 動(dòng)力包冷卻裝置受力圖

以和所在直線為轉(zhuǎn)動(dòng)軸列出力矩平衡方程

在滿足二級(jí)隔振器垂向變形量5.0～6.5 mm 以及一級(jí)隔振器垂向變形量 4.0～5.0 mm 的條件下[11?13]，求解方程式（1）～式（11）。根據(jù)工程實(shí)際情況以及隔振器壓縮量（變形量）要求，在全部解集中篩選出框架和機(jī)組的轉(zhuǎn)動(dòng)角度絕對(duì)值不小于0.02°且不大于0.04°的剛度組合工況，結(jié)果如圖8～圖12 所示。

2.4 設(shè)計(jì)結(jié)果

由上述分析得符合靜平衡條件的垂向靜剛度工況如表5 所示。

在表5 的37 組剛度組合中，最終選取的靜剛度值見(jiàn)表6。

將選取的靜剛度值進(jìn)行靜平衡驗(yàn)證見(jiàn)表7。（取各剛體垂直向下為正位移方向）。

表5 符合靜平衡條件的垂向靜剛度工況 N/mm

表6 靜剛度設(shè)計(jì)選取的靜剛度值 N·mm-1

表7 靜平衡驗(yàn)證 (剛度比1.6)

圖8 框架繞X 軸轉(zhuǎn)動(dòng)角度與工況關(guān)系

3 結(jié) 論

通過(guò)以上分析得到如下結(jié)論或方法:

（1）車下隔框架、機(jī)組及動(dòng)力冷卻包除了滿足動(dòng)力學(xué)平衡外，還需要滿足幾何協(xié)調(diào)平衡，這是一個(gè)超靜定平衡問(wèn)題。

圖9 框架繞Y 軸轉(zhuǎn)動(dòng)角度與工況關(guān)系

（2）在滿足二級(jí)隔振器垂向變形量5.0～6.5 mm 以及一級(jí)隔振器垂向變形量4.0～5.0 mm 的條件下，篩選出框架和機(jī)組的轉(zhuǎn)動(dòng)角度絕對(duì)值不小于0.02°且不大于0.04°的剛度組合工況，同時(shí)結(jié)合實(shí)際情況，得到了滿足設(shè)計(jì)要求的各個(gè)隔振器靜剛度值。

（3）將設(shè)計(jì)值靜平衡驗(yàn)證，各項(xiàng)位移量及偏轉(zhuǎn)角均符合要求，設(shè)計(jì)結(jié)果可靠。

圖10 機(jī)組繞X 軸轉(zhuǎn)動(dòng)角度與工況關(guān)系

圖11 機(jī)組繞Y 軸轉(zhuǎn)動(dòng)角度與工況關(guān)系

圖12 冷卻繞Y 軸轉(zhuǎn)動(dòng)角度與工況關(guān)系