王子穩(wěn) 黃貴東 高巧明 黃東輝

摘? 要：某牽引車（6×2）在河南新鄉(xiāng)等地的使用過程中出現(xiàn)了電瓶內(nèi)部極板斷裂故障，但另一款同類型的車型（6×4）沒有出現(xiàn)該故障.針對此故障進(jìn)行了試驗(yàn)測試研究，通過采集不同路面激勵(lì)作用下兩款牽引車電瓶的振動(dòng)數(shù)據(jù)，進(jìn)行了兩款牽引車的對比分析，以及在空載與裝載15 t兩種工況下，牽引車（6×2）改裝前后的對比分析，最終發(fā)現(xiàn)6×2牽引車空載工況的惡劣振動(dòng)導(dǎo)致電瓶損壞.通過添加膠墊，解決了電瓶損壞故障，延長了電池使用壽命.

關(guān)鍵詞：鉛酸蓄電池;振動(dòng)測試;頻譜分析

中圖分類號：TM912? ? ? ? ?DOI：10.16375/j.cnki.cn45-1395/t.2021.01.0010

0? ? 引言

汽車上的各種電器和發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)都離不開汽車蓄電池，電池在車上的安裝方案尤為重要.電池的壽命一般與溫度、充放電和機(jī)械性損壞等有關(guān)[1-3].因?yàn)闋恳嚨墓ぷ髀窙r復(fù)雜，所以路面激勵(lì)給予電池的影響很大.一般路基受到的荷載以交通動(dòng)載為主[4].對于低路堤，交通荷載經(jīng)過低路堤擴(kuò)散作用，傳到土基的應(yīng)力比高路堤更大，從而引發(fā)路面不均勻沉降的增大[5]，因此，路面會(huì)凹凸不平，當(dāng)牽引車工作在類似的路況下時(shí)，振動(dòng)將會(huì)給電瓶造成很大影響.蓄電池有耐振性能指標(biāo)，通過天津藍(lán)天電源公司關(guān)于密封鉛酸蓄電池耐振性能的研究可知，振動(dòng)會(huì)使鉛合金產(chǎn)生塑性應(yīng)變導(dǎo)致低周疲勞，造成斷裂[6].另外還有抗振試驗(yàn)， 振動(dòng)后電氣性能試驗(yàn)， 振動(dòng)溢流試驗(yàn)， 都要求不能漏酸， 甚至蓄電池周圍不能出現(xiàn)氣泡[7].本文結(jié)合某牽引車車型（6×4）作為對比，探究振動(dòng)對電瓶的影響，找出牽引車（6×2）的電池?fù)p壞原因，以及如何改進(jìn)電池安裝方案，提升電池壽命.

1? ? 振動(dòng)試驗(yàn)

試驗(yàn)設(shè)備有數(shù)據(jù)采集儀、筆記本電腦、傳感器連接線、電瓶、加速度傳感器.數(shù)據(jù)采集儀的主要功能有：振動(dòng)數(shù)據(jù)采集、沖擊分析、聲學(xué)分析、模態(tài)測試、動(dòng)平衡測試等，型號為MI7016.加速度傳感器包括單向傳感器和三向傳感器.傳感器的安裝位置如圖1所示.

試驗(yàn)測量的循環(huán)路況包括大卵石路、凹凸路、大搓衣板路、扭曲路、石板路、沙灘路、大石塊路、柏油路、小卵石路、魚鱗坑路、波形路、小石塊路、小搓衣板路.在一個(gè)循環(huán)路況中，進(jìn)行了空載和裝載15 t兩種情況下，電瓶分別加膠墊與不加膠墊的測試.

2? ? 數(shù)據(jù)處理

2.1? ?數(shù)據(jù)采集與處理方法

為了探究路面激振的影響，采集該車型電瓶上的振動(dòng)加速度數(shù)據(jù)（本文所涉及的振動(dòng)數(shù)據(jù)均來自于電瓶上蓋的測試點(diǎn)），把生成的.dar格式文件導(dǎo)入離線分析軟件，生成相應(yīng)的時(shí)域信號圖.再依據(jù)中低頻段的加速度占比和加速度頻數(shù)占比的統(tǒng)計(jì)規(guī)律，找出造成結(jié)構(gòu)損壞的敏感頻點(diǎn).

高于100 Hz的信號可能來自發(fā)動(dòng)機(jī)或者其他高頻振動(dòng)，本試驗(yàn)只針對低于100 Hz的中低頻信號，將100 Hz以上的信號濾波處理.針對生成的時(shí)域信號圖，分別提取各個(gè)通道、各個(gè)路況的截?cái)鄶?shù)據(jù)進(jìn)行頻譜分析.處理每個(gè)通道、每個(gè)路況振動(dòng)數(shù)據(jù)時(shí)，取1.3 s每幀的時(shí)域數(shù)據(jù)進(jìn)行頻譜分析后，對每個(gè)路況的所有波峰進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析.由于數(shù)據(jù)采集儀的離線數(shù)據(jù)處理軟件本身沒有統(tǒng)計(jì)功能，需手工導(dǎo)出每幀頻譜數(shù)據(jù)，生成.xlsx格式數(shù)據(jù)，通過matlab編程處理數(shù)據(jù)，找出每幀的前10個(gè)頻率波峰值，輸入到電子表格并且畫出每個(gè)單循環(huán)路況的散點(diǎn)圖.

在得到表格數(shù)據(jù)后，利用表格進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，計(jì)算出每個(gè)頻點(diǎn)的頻數(shù)占比和加速度占比.在作圖軟件OriginPro 8.5作出各個(gè)頻點(diǎn)的頻數(shù)-加速度占比曲線.

2.2? ?車架模態(tài)計(jì)算

由于車架剛度很大，所以在車架模態(tài)有限元計(jì)算時(shí)，車架的自由模態(tài)和約束模態(tài)幾乎相同.在試驗(yàn)路況時(shí)，由地面激勵(lì)引起的車架振動(dòng)主要是一階扭轉(zhuǎn)和一階彎曲.車架在自由模態(tài)下，模態(tài)計(jì)算結(jié)果見表1，各階振型如圖2—圖5所示.

3? ? 對比分析

蓄電池安裝在車架中部，路面激勵(lì)通過懸架傳給車架再影響電瓶.選取同類型的兩款車（6×2和6×4）作對比，找出電瓶振動(dòng)頻率異常點(diǎn).兩款牽引車的車架有一定的不同.以對比兩款牽引車低頻區(qū)間和高頻區(qū)間下的振動(dòng)數(shù)據(jù)為例進(jìn)行分析，數(shù)據(jù)對比如圖6—圖9和表2—表4所示.其中，表2對應(yīng)圖6;表3對應(yīng)圖7;表4對應(yīng)圖8.

通過數(shù)據(jù)對比可以看出，在高頻區(qū)間內(nèi)，該問題牽引車（6×2）各個(gè)頻點(diǎn)的頻數(shù)占比和加速度占比明顯高于另一款牽引車（6×4），并且出現(xiàn)敏感頻點(diǎn)30.76 Hz，該頻點(diǎn)接近于車架的一階彎曲模態(tài)（25 Hz），因此，電瓶的損壞與車輛在惡劣路況行駛時(shí)，車架發(fā)生一階彎曲模態(tài)振動(dòng)，電瓶隨車架一起高頻振動(dòng)有關(guān).

4? ? 6×2車型改進(jìn)方案對比分析

試驗(yàn)將通過牽引車在空載和15 t裝載兩種工況下，電瓶上點(diǎn)的振動(dòng)對比進(jìn)行原因分析.

4.1? ?空載下的電瓶加膠墊和不加膠墊對比

數(shù)據(jù)來源：選擇壞路循環(huán)中9個(gè)相對惡劣路況（凹凸路、大搓衣板路、大卵石路、石板路、大石塊路、魚鱗坑路、小搓衣板路、小卵石路、小石塊路）下是否加膠墊的振動(dòng)數(shù)據(jù)進(jìn)行整合.數(shù)據(jù)處理結(jié)果如圖10所示.

4.2? ?15 t裝載電瓶加膠墊和不加膠墊對比

數(shù)據(jù)來源：選擇壞路循環(huán)中9個(gè)相對惡劣路況（凹凸路、大搓衣板路、大卵石路、石板路、大石塊路、魚鱗坑路、小搓衣板路、小卵石路、小石塊路）下是否加膠墊的振動(dòng)數(shù)據(jù)進(jìn)行整合.數(shù)據(jù)處理結(jié)果如圖11所示.

通過圖11可以看出，在15 t裝載時(shí)的低頻和高頻兩個(gè)區(qū)間內(nèi)，電瓶在加膠墊和不加膠墊的兩種不同條件下，頻數(shù)占比和加速度占比沒有明顯差異.

4.3? ?小結(jié)

通過空載與15 t裝載的數(shù)據(jù)對比可以看出，15 t裝載振動(dòng)測試數(shù)據(jù)無明顯差異;空載振動(dòng)測試，電瓶加膠墊對高頻的振動(dòng)有明顯的過濾與衰減作用，這可能是在空載高頻的工作狀況下導(dǎo)致了電瓶極板的斷裂.

5? ? 總結(jié)

1）車架發(fā)生一階彎曲模態(tài)振動(dòng)對應(yīng)的電瓶高頻振動(dòng).

2）空載高頻的工作狀況下，此時(shí)電瓶加膠墊對電瓶的高頻振動(dòng)有明顯過濾和衰減作用，最終解決了電瓶因?yàn)檎駝?dòng)而造成的損壞的問題.

汽車蓄電池是汽車動(dòng)力的基礎(chǔ)，是用電設(shè)備的能源.在做好電瓶的維護(hù)保養(yǎng)情況下，也要避免電瓶的機(jī)械性損傷，因?yàn)檫@種傷害會(huì)極大地減少電池使用壽命.本文通過對車架模態(tài)的有限元計(jì)算，與同類車的振動(dòng)加速度比較，并對該牽引車空載和15 t裝載工況的對比分析，找出了電瓶損壞的原因;通過加裝膠墊的方法，以較小程度的改動(dòng)，解決了電瓶損壞的問題.通過本次振動(dòng)試驗(yàn)，為解決同類問題提供了參考方法.

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