劉香愛，賀娜，任斌

（陜西重型汽車有限公司，陜西 西安 710200）

關(guān)鍵字：牽引車；振動(dòng)疲勞試驗(yàn)；定頻試驗(yàn)；正弦掃頻試驗(yàn)；頻域加速振動(dòng)試驗(yàn)

引言

運(yùn)動(dòng)機(jī)械在運(yùn)行中會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)，某些強(qiáng)烈而持續(xù)的振動(dòng)和隨機(jī)振動(dòng)將導(dǎo)致動(dòng)態(tài)特性不佳的結(jié)構(gòu)總體性能下降，造成疲勞失效，據(jù)統(tǒng)計(jì)，結(jié)構(gòu)出現(xiàn)損壞80%是由振動(dòng)疲勞引起。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中僅對(duì)車輛的少數(shù)總成件、電氣件及電子零部件制定了振動(dòng)試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)方法，對(duì)于在車輛中起安裝固定作用的支架類結(jié)構(gòu)件缺少振動(dòng)臺(tái)架試驗(yàn)方法，而支架的振動(dòng)疲勞耐久性是保障各類總成零部件正常運(yùn)行的基礎(chǔ)。如何對(duì)支架類結(jié)構(gòu)件進(jìn)行臺(tái)架振動(dòng)試驗(yàn)，驗(yàn)證其滿足整車使用要求是十分重要的[1]。

本文將定頻、正弦掃頻和頻域加速振動(dòng)試驗(yàn)方法應(yīng)用于牽引車某支架振動(dòng)疲勞試驗(yàn)。通過試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比，分析該類異形非標(biāo)支架的不同振動(dòng)試驗(yàn)方法有效性和特點(diǎn)，為建立一套異形非標(biāo)支架的臺(tái)架試驗(yàn)驗(yàn)證規(guī)范提供依據(jù)，為新產(chǎn)品研發(fā)提供試驗(yàn)支持。

1 定頻試驗(yàn)

定頻振動(dòng)是指在規(guī)定的固定頻率點(diǎn)上進(jìn)行各種振動(dòng)參數(shù)不同量級(jí)的試驗(yàn)，屬簡(jiǎn)諧振動(dòng)。應(yīng)用于被試驗(yàn)的樣件空氣干燥器（參考QC/T 35-2015）的振動(dòng)條件，試驗(yàn)條件為試驗(yàn)頻率33.3Hz，加速度4.4g，試驗(yàn)時(shí)間為83h。

圖1 定頻試驗(yàn)曲線

將樣件按照實(shí)車安裝方式固定于振動(dòng)臺(tái)上，將以上定頻試驗(yàn)條件輸入振動(dòng)臺(tái)開始試驗(yàn)，并觀察樣件開裂情況。

2 正弦掃頻試驗(yàn)[2-4]

正弦掃頻試驗(yàn)是指在規(guī)定的頻率范圍內(nèi)，在一定的掃描速率下以規(guī)定的量值從低頻到高頻，再由高頻到低頻進(jìn)行掃描來激勵(lì)試驗(yàn)樣件，直到達(dá)到規(guī)定的試驗(yàn)循環(huán)次數(shù)為止。本文的正弦掃頻試驗(yàn)主要是在樣件的一階共振區(qū)頻率范圍內(nèi)進(jìn)行。

這里介紹的主要是以樣件的低階共振頻率為中心頻率的正弦掃頻試驗(yàn)方法。該方法利用共振原理，快速識(shí)別樣件的薄弱環(huán)節(jié)。

圖2 正弦掃頻試驗(yàn)曲線

本文正弦掃頻試驗(yàn)的試驗(yàn)條件為（18-26）Hz，加速度為1g。將樣件按照實(shí)車安裝方式固定于振動(dòng)臺(tái)上，將以上正弦掃頻試驗(yàn)條件輸入振動(dòng)臺(tái)開始試驗(yàn)，并觀察樣件開裂情況。

3 頻域加速試驗(yàn)

頻域加速試驗(yàn)是將道路載荷譜數(shù)據(jù)通過頻域加速理論等效為頻域PSD載荷譜對(duì)樣件進(jìn)行激勵(lì)，直至達(dá)到規(guī)定的試驗(yàn)時(shí)間[5]。

圖3 頻域加速試驗(yàn)曲線

為了準(zhǔn)確得到某支架目標(biāo)PSD譜，需要測(cè)量車輛在試驗(yàn)場(chǎng)道路上支架在車架安裝點(diǎn)附近的加速度信號(hào)。對(duì)采集到的加速度信號(hào)進(jìn)行去毛刺、濾波、消除趨勢(shì)項(xiàng)等預(yù)處理。

根據(jù)該支架設(shè)計(jì)任務(wù)書要求，對(duì)路段循環(huán)次數(shù)進(jìn)行定義。本文采用的載荷譜數(shù)據(jù)采集于某試驗(yàn)場(chǎng)，按照任務(wù)書給定目標(biāo)里程計(jì)算循環(huán)次數(shù)為1875次。

圖4 頻域加速計(jì)算過程1

圖5 頻域加速計(jì)算過程2

用NCODE軟件按照上圖計(jì)算該支架的PSD譜，詳見下表所示：

表1 PSD譜

將樣件按照實(shí)車安裝方式固定于振動(dòng)臺(tái)上，將以上頻域加速試驗(yàn)條件輸入振動(dòng)臺(tái)開始試驗(yàn)，并觀察樣件開裂情況。

4 試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比

應(yīng)用以上三種試驗(yàn)方法完成試驗(yàn)后，將試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)梳理：定頻振動(dòng)試驗(yàn)樣件開裂2處；正弦掃頻試驗(yàn)開裂1處；頻域加速試驗(yàn)開裂1處，結(jié)果詳見下表所示。

表2 試驗(yàn)結(jié)果

從上表可看出，應(yīng)用3種試驗(yàn)方法驗(yàn)證得到的故障基本一致，且與試驗(yàn)車及用戶車一致，說明這三種試驗(yàn)方法驗(yàn)證均可靠。掃頻振動(dòng)試驗(yàn)方法基于共振原理，與樣件自身的共振頻率相關(guān)，與實(shí)際使用工況關(guān)聯(lián)性差，不能夠反映支架在實(shí)際道路上的受載情況，但可快速找出樣件的薄弱位置，可應(yīng)用于支架設(shè)計(jì)早期的薄弱環(huán)節(jié)驗(yàn)證。定頻振動(dòng)試驗(yàn)方法引入了被安裝樣件典型振動(dòng)試驗(yàn)條件，與實(shí)際使用工況關(guān)聯(lián)性差，試驗(yàn)周期長(zhǎng)，頻域加速試驗(yàn)方法基于真實(shí)道路載荷譜，不受支架固有頻率影響，僅與支架安裝位置加速度相關(guān)，與實(shí)際工況關(guān)聯(lián)性強(qiáng)，試驗(yàn)周期短，推薦用于新設(shè)計(jì)及改進(jìn)支架驗(yàn)證。

5 結(jié)語

本文將定頻、正弦掃頻和頻域加速振動(dòng)三種試驗(yàn)方法應(yīng)用于牽引車某支架振動(dòng)疲勞試驗(yàn)。從試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比分析來看，三種振動(dòng)試驗(yàn)方法驗(yàn)證得到的支架開裂位置均與試驗(yàn)車及用戶車故障基本一致。但從試驗(yàn)時(shí)間、與實(shí)際工況的關(guān)聯(lián)性等方面考慮，推薦使用頻域加速振動(dòng)試驗(yàn)方法對(duì)新設(shè)計(jì)及改進(jìn)支架驗(yàn)證。本文得出的結(jié)論可用于指導(dǎo)該類非標(biāo)支架的試驗(yàn)驗(yàn)證，為設(shè)計(jì)提供試驗(yàn)支持。