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关于发动机振动激励对物料车车架动力特性的影响研究

作者:计算机学科
出处:www.lunrr.com
时间:2019-11-09

物料架的共振是影响车辆行驶舒适性和驾驶舒适性的关键。因此,有必要研究满足刚度和强度要求的框架的动力特性,并探索防止框架共振的措施。为了研究框架的动态特性,即通常使用模态分析,测试方法和分析方法。

该测试方法测量结构上某些点的动态输入和输出响应,并根据测得的频率响应函数估算模态参数。该测试方法具有很高的准确性,但是需要建立一个模型,成本高昂且效率低下。该分析方法是建立一个数值模型来求解系统的特征方程,从而获得结构的模态参数。该分析方法计算效率高,成本低,也是设计阶段常用的方法。在获得框架的动态特性之后,结合发动机的振动特性,可以研究发动机励磁对框架动态特性的影响。

本文以材料车架结构为研究对象,建立了精细的有限元模型。使用块Lanczos向量迭代法分析模型的动态特性,计算框架的固有频率和相应的振动模式。通过对发动机振动的分析,研究了发动机励磁对车架动态特性的影响,为卡车的设计提供了理论依据。

1有限元模态分析理论

对于物质车辆的多自由度弹性结构,求解系统的固有振动模态和固有频率是下式的广义特征值问题。

2建立有限元模型

材料框架由两个纵梁,七个梁和三个左右分开的倾斜梁组成,属于侧梁框架。框架长约21. 54 m,宽2.74 m。框架纵梁为箱型,横梁和斜梁为槽型。实际的材料框架结构复杂,结合结构动力分析的特点。建立数值模型后,简化了材料框架而不影响振动分析结果。简化原理是: 1焊接和螺栓连接零件被认为是刚性的。连接; 2简化几何形状,而忽略框架上的小圆孔和倒角。

材料框架的主要结构是Q345D钢板,其弹性模量为210 GPa,泊松比为0.27,密度为7850 kg/m3。使用三维绘图软件SolidEdge建立了材料框架结构的CAD模型。介绍了ANSYS软件,并使用4节点Shell63单元进行有限元网格划分。将框架结构的材料属性和壁厚分配给相应的单元。框架有限元模型共有30 879个节点和30 258个单位。考虑到框架柱轴连接至悬架,框架上的载荷被传递至悬架,从而框架轴端面被完全约束。

3帧模态计算结果与分析

块Lanczos向量迭代方法是向量正交化方法,它对于解决大型稀疏矩阵的特征值问题最有效且计算效率最高。使用此方法,可以获得材料框架的前20个模式和相应的固有频率。

4发动机振动对车辆实际振动的影响

框架是一个多自由度的弹性振动系统。作用在该系统上的各种激励力(即动态负载)是导致物料运输工具产生复杂振动的动力源。当发动机运转时,由燃烧破裂压力和活塞组的往复惯性力等引起的简单谐波激励是材料框架的各种干扰力之一。

物料车采用六缸四冲程柴油内燃机。气缸中气体产生的爆破压力,运动部件产生的惯性力和惯性矩通过发动机和车架之间的连接支撑传递到车架。由曲轴质量不平衡,连杆和活塞运动引起的往复惯性力和力矩容易引起车架共振,对物料车的振动影响很大,对其余零件的影响很小。因此,为减少振动,机架的模态频率应尽量避免发动机爆炸压力和惯性力的激励频率范围。

发动机的励磁主要包括由爆炸压力产生的励磁,由运动部件产生的励磁和由运动部件的重力产生的励磁。 5,1。 0,1。 5,2。 0,2。 5,3。 0,3。 5,4。 0,对于四冲程机器,频率为0。5,1。 0,1。 5,2。 0,2。 5,3。 0,3。 5,4。 0,次,最大值为一阶,其他逐次减少。每种型号的内燃机有所不同。往复惯性力具有切向力(一阶系数0.25,二阶0. 50,三阶0. 75,四阶0. 25,)和径向力(一阶系数0. 25,二阶0) 50、3阶0. 75、4阶0. 25,),最后将合力施加到基座上。发动机励磁频率f0与爆炸压力f1和往复惯性力产生的励磁频率f2相关,如f0=f1 + f2=f1 + Af1=(1 + A)f1=(1 + A)×2nZ60τ(4 ),其中: Z是引擎的汽缸数; τ是发动机的冲程数; n是发动机的转速;并且A的值为0.5到1。0。物料车发动机是六缸四冲程柴油发动机,转速为1 000至2 300 r/min。如表2所示,根据公式(4)计算发动机的励磁频率。表2在不同发动机转速下的励磁频率n /(r/min)f0/Hz f * 0/Hz n /(r/min )f0/Hz f * 0/Hz1 000 75 100 2 100 157. 5 2101 400 105 140 2 200 165. 0 2202 000 150 200 2 300 172. 5230注意: f0是A=0.5。对应的频率值f * 0是对应于A=1.0的频率值。

与1000至2 300 r/min的发动机常用转速相对应的发动机励磁频率为75至230 Hz。与20mm的钢板厚度相比,物料车的前12个频率值小于不同发动机转速下的励磁频率。发动机活塞的往复运动产生的激励频率接近材料框架的高阶模态,但通常,高频模态对结构振动的贡献较小。因此,发动机的振动过程对物料车的振动影响很小,物料车的动态特性设计是合理可行的。

5个结论

本文以材料车架为研究对象。利用三维制图软件SolidEdge和大型有限元软件,建立了某种材料车架的精细有限元模型。基于有限元理论,对模型进行了模态分析,获得了框架的固有频率和相应的振动模式。通过分析材料运输车辆发动机的频率响应,研究了发动机励磁对车架动态特性的影响。研究结果表明,发动机的励磁对物料架的振动影响很小,物料车动力特性的设计是合理可行的。

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