拖拉机方向盘振动异常的分析与改进

2022-04-07方增强史洪涛王贵雷

机械制造 2022年3期

□ 方增强 □ 李娜 □ 史洪涛 □ 王强 □ 王贵雷

河南中联重科智能农机有限责任公司河南开封 475000

1 分析背景

随着经济的发展,人们对农机设备舒适性的要求越来越高。拖拉机方向盘的振动问题备受关注,振动性能成为影响拖拉机销量的主要因素之一[1-2]。笔者以某四缸拖拉机方向盘为研究对象,针对拖拉机发动机升速过程中方向盘振动较大的问题,在样车上进行分析和结构优化,改善了方向盘振动性能,解决了方向盘振动异常的问题。

2 问题情况

根据用户反馈,某型号拖拉机方向盘在发动机怠速、升速和最高速时均存在明显的振动。对笔者采用试验方法对方向盘振动问题进行排查,试验设备采用LMS Test.Lab系统。由于篇幅有限,仅介绍升速工况测试情况。对升速工况下发动机测点进行摸底测试,发动机测点振动颜色图如图1所示。由图1可知,在升速过程中发动机的激励频率以二阶和四阶为主,其中二阶激励频率最为显著。升速过程中发动机二阶激励频率集中在30～80 Hz。

发动机和方向盘振动响应图如图2所示,方向盘振动颜色图如图3所示。由图2和图3可知,在发动机升速过程中,方向盘在X、Y、Z三个方向振动起伏均较大,并且振动问题主要是由于方向盘与发动机的二阶激励频率产生共振引起的。

3 悬置问题排查及改进

由激励源角度对方向盘振动问题进行排查,发现发动机的激励通过悬置向车身传递,所以首先对悬置隔振效果进行测试分析。通常情况下,隔振效果要求大于15 dB[3]。

▲图1 发动机测点振动颜色图

▲图2 发动机和方向盘振动响应图

通过测试发现前后悬置隔振效果有较大差异,左前悬置隔振效果基本在20 dB左右,右后悬置隔振效果小于15 dB,不能满足使用要求。通过实车检查,发现后悬置安装支架平面不符合要求。对实车后悬置安装支架平面度进行校正不仅成本高,而且操作难度较大,对此,可以从提高悬置性能的角度来解决[4]。

悬置的动刚度是影响隔振效果的主要因素[5],通过测试得到原悬置的轴向动刚度为387 N/mm,经对比分析,选择一款与原悬置结构、尺寸、价格相当的轴向动刚度为696 N/mm的悬置。

▲图3 方向盘振动颜色图

右后悬置更换前后隔振效果对比见表1,通过试验测试发现方向盘振动明显减小。悬置更换前后方向盘振动响应图如图4所示,方向盘整体振动加速度有效值约降低40%,主要表现为发动机转速为1 200 r/min及1 500～2 300 r/min时,X、Y、Z三个方向上的振动均明显降低。但是,方向盘的振动仍然偏大,需要进一步进行排查。

表1 右后悬置隔振效果对比

4 机身前端问题排查及改进

从传递路径上进行振动问题排查,发现拖拉机前机舱盖支架直接连接在车身前围上,原前机舱盖支架连接方案如图5所示。方向盘的转向管柱也直接连接在车身前围上,因此确认前机舱盖支架与车身前围之间的直接连接是导致方向盘振动过大的主要传递路径之一。

断开前机舱盖支架与车身前围之间的连接,发现方向盘振动整体降低约15%,转速在1 200 r/min及最高转速2 350 r/min附近的振动明显降低。这说明前机舱盖的振动对方向盘的振动有较大影响,有必要对前机舱盖与车身前围连接这一振动传递路径进行优化。对此,笔者设计了新结构的前机舱盖连接支架。新结构前机舱盖支架连接方案如图6所示。这一优化设计方案通过在发动机延伸出的前机舱盖支架实现连接,可以阻断前机舱盖支架与车身前围连接的这一振动传递路径。