矿用自卸车飞轮壳破裂测试分析

范腾飞

（陕西通力专用汽车有限责任公司，陕西 宝鸡 722405）

矿用自卸车飞轮壳破裂测试分析

范腾飞

（陕西通力专用汽车有限责任公司，陕西 宝鸡 722405）

针对某矿用自卸车发动机飞轮壳在运行一段时间后频繁出现开裂这一问题，分别对整车进行NVH测试及发动机飞轮壳应力应变分析。根据测试结果，对提出的车辆传动轴整改方案进行评判，并最终跟踪实地运行结果后得出方案可行且与分析结果一致。

矿用自卸车；飞轮壳；应变；NVH测试；传动轴

CLC NO.:U467.3 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2016)07-162-03

前言

某矿用自卸车匹配国产420PS发动机、进口液力自动变速箱、25吨级大速比驱动桥。在使用大半年（车辆每天22 小时作业，行驶里程约为24000 公里左右）后，批量出现飞轮壳开裂现象（如图1），严重时导致发动机缸体破裂，且车速超过30Km/h时车辆抖动。为此通过对车辆NVH和飞轮壳应力应变测试来全面分析解决此问题。

1、飞轮壳破裂原因分析

整车布置中，变速箱前端离合器壳与发动机后端飞轮壳相连接。发动机前端、变速箱离合器壳分别通过橡胶垫与车架纵梁相连接。通过一系列的测试后排除发动机悬置设计、悬架共振、车轮动平衡超差等原因，初步确定引起车辆抖动及飞轮壳损坏的主要原因是传动轴动不平衡量过大。因本批车辆为自动档矿车，中、后桥速比高达16，而普通车辆速比为12左右。即在相同车速时传动轴转速较手动档要高约33%，但车辆设计时只是对传动轴长度作出了一定的限制没有对精度提出更高的要求[1]。

图1 飞轮壳破裂

根据现场资源情况，提出将中桥整体式传动轴更换为带中间支撑的两节传动轴，并对变速箱辅助支撑提出加装要求的更改方案，之后对此进行科学的测量和对比分析。

2、车辆NVH测试分析

2.1 测点布置

在传动系统上布置6个测点（如图2）：

图2 各测点位置

2.2 测试工况

顶起中、后桥（如图3），原地模拟行驶工况，车辆在5档上运行，保证时速30km/h。

2.3 测试结果如下表1

表1 测点振动数据

由测试数据可看出：

匹配原传动轴时，30Km/h车速时最大振源在中桥传动轴后端测点位置，主要是传动轴的1阶激振，由传动轴的动不平衡及径向跳动过大引起。 传动轴的动不平衡及径向跳动量过大，使其在工作中将产生较大的离心力，以致运转不稳和抖动，导致飞轮壳承受较大的交变应力，导致飞轮壳疲劳裂损[2]。因而传动轴问题是飞轮壳裂损的主要可能原因之一。

更换新传动轴后，传动轴系统各测点的激振均明显降低，特别是中桥传动轴后端测点，其频域峰值由1.56g降低到了0.89g。 通过安装变速箱辅助支撑，传动轴激振的边频带激振消除，传动系统激振进一步降低，中桥传动轴后端测点的频域峰值降低到了0.67g；但增加变速箱辅助支撑，致使变速箱测点的频域峰值增大。

3、飞轮壳应力应变分析

3.1 测点布置

根据飞轮壳批量故障实际开裂位置，确定此次试验用飞轮壳测点位置，布置应变花测点共7 个，测点位置见图4 所示：

图4 测点布置

图5 空载动态应变

3.2 空载动态应变对比

由于矿区条件有限，无法对车辆载重进行测量，因此也无法保证每次装载量的一致性，而载重量直接影响发动机扭矩输出（尤其在满载上坡工况）对飞轮壳的疲劳损伤影响较大。因此现场只在空载工况下对比统计整根传动轴和双节传动轴飞轮壳应变状态。应变数据如上图5 所示。飞轮壳材料相关性能如下：

表2

由空载状态下整体传动轴与分节传动轴（不加辅助支撑）飞轮壳动态应变结果对比可知，分节传动轴对飞轮壳受力整体受力改善效果明显，飞轮壳应力最大值（图6）、平均值（图7）、应力范围（图8）均有大幅度降低，对飞轮壳的可靠性改进效果明显，见表2 所示。由前期振动结果，分节传动轴相比整体传动轴状态对整车振动改善效果明显。

图6 应力最大值

图7 应力均值

图8 应力范围值

整体传动轴与分节传动轴状态下，飞轮壳受力有大幅度降低，见表3 所示：

表3 飞轮壳受力降低比例

3.3 满载循环应力测试

更改为双节传动轴后，共进行装载到卸载三个循环飞轮壳受力测试，以有效地考察载重量对飞轮壳应力和寿命的影响，并评价改进措施的可靠性，测试结果见图9 所示：

表4 改进后飞轮壳受力情况

图9 动态应变结果

统计飞轮壳应力最大值、均值、最小值和应力范围见表3。由数据可知：1 号测点最危险，最大应力为76.6MPa。

3.4 寿命预测

对整段信号（0s-4079s）进行疲劳分析，不考虑应力集中测点1 位置预测寿命为1.91E5 小时，较为安全。测点1 位置的损伤-时域历程图如图10。造成损伤较大的时刻点对应工况见表4：其中满载上坡工况累积造成的损伤最大（发动机输出扭矩较大），其次为空载下坡和空载平路工况，造成该工况下飞轮壳损伤较大的原因应为行驶速度较大，达到50Km/h。

表5 损伤工况

图10 损伤时域历程

对车辆传动轴进行整改后，经过长达2年的运行跟踪，发动机飞轮壳再未出现过一起破裂现象，表明分析结果与实际运行状况相吻合。

4、结论

传动系统的1阶激振是造成整车高速（30km/h以上）抖动大的主要原因，将中桥传动轴更换为双节传动轴并增加辅助支撑后，传动系统的1阶激振幅值有较大幅度改善。

传动系统激振降低，可以有效改善飞轮壳受力，避免飞轮壳破裂。

满载上坡工况累积造成的飞轮壳损伤最大：坡度过大过长，整车长期超载使得发动机在超负荷、大扭矩状态下运行,从而对飞轮壳产生较大损伤。

[1] 余志生.汽车理论.[M]第三版.机械工业出版社.2000.10.

[2] 单辉祖.材料力学（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

范腾飞，就职于陕西通力专用汽车有限责任公司，现从事特种车整车开发工作。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.07.051