液压挖掘机动力总成悬置系统隔振性能分析与优化

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动力总成的振动控制是液压挖掘机振动控制的主要内容,设计合理的悬置系统能有效隔离动力总成工作时产生的振动,避免产生过高的振动噪声,提高驾驶员的操控舒适度,避免车身连接件的早期疲劳损坏。因此悬置系统的优化分析是降低挖掘机振动噪声水平的关键措施。文中以国产某型挖掘机的动力总成悬置系统为研究对象,建立其六自由度理论模型和ADAMS仿真模型,在模型验证的基础上开展时域、频域仿真分析。分析结果表明,系统存在严重的耦合现象,固有频率分布不合理,且怠速时悬置垂向支撑合力的稳态幅值较大,需进行优化设计。利用优化软件ISIGHT,以悬置刚度为设计变量,系统能量解耦率为目标函数,考虑固有频率的合理分配及刚度比值为约束条件,建立了基于能量解耦法的确定性优化模型。优化后系统的解耦程度得到明显改善,固有频率均满足了隔振要求。同时,分析了能量解耦法的局限性,综合考虑解耦率与振动传递率为目标函数,开展确定性优化分析,优化后系统耦合现象有了明显改善,且悬置垂向支撑合力的稳态幅值得到大幅降低,系统的振动传递率指标也得到降低。为了得到更为可靠的优化结果,综合考虑了悬置元件刚度、安装位置、安装角度与系统惯性参数的不确定性因素的影响,利用6σ质量设计法,对基于能量解耦法的确定性优化方案进行稳健性分析。分析结果表明:确定性优化方案在不确定误差的干扰下极易跳出约束范围,达不到预期优化效果。因此,建立了基于能量解耦法的稳健性优化模型,稳健性优化后的解耦率、系统固有频率均约束在合理范围内,且固有频率、能量解耦率、频率间隔及刚度比值的稳健性较之确定性优化方案得到大幅提升,确保了系统性能在不确定性的误差干扰下仍能达到预期的优化指标。最后,利用蒙特卡洛法对稳健性优化结果进行进一步地验证。同时,为了更全面地分析悬置系统的隔振性能,通过对车架进行柔性处理,建立了整车刚柔耦合模型。在模型验证的基础上仿真得到悬置元件的隔振传递率指标。结果表明:悬置系统在中、高速工作转速下满足了隔振要求,但怠速下的隔振传递率还有待提高。将不同优化方案所得到的悬置刚度代入整车模型进行分析,分析结果表明,优化后各悬置垂向隔振传递率均处于合理范围之内,系统固有频率约束更为合理,且系统耦合程度有明显改善。同时,进行了工况条件下的仿真分析,结果表明优化后悬置系统的隔振性能得到改善,进一步验证了优化方案的有效性。文中建立的整车模型对悬置系统的隔振研究具有一定的参考价值。
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