液压挖掘机动力系统振动分析与控制
V ol 37No.2
Apr.2017
噪
声与振动控制NOISE AND VIBRATION CONTROL 第37卷第2期2017年4月
文章编号：1006-1355(2017)02-0203-04+220
液压挖掘机动力系统振动分析与控制
俞松松，张
影，刘兴鑫
(广西柳工机械股份有限公司，广西柳州545007)
摘要：针对某挖掘机主泵剧烈振动问题，应用拉格朗日方程建立动力系统的动力学模型，得到动力系统的刚体模态频率，通过分析排除刚体模态共振的可能。利用有限元方法，对比分析法兰厚度、主泵重心至法兰距离对动力系统结构模态频率的影响，对关键参数进行识别和优化。对优化前后主泵振动进行对比测试，发现振动有效值降幅达75.7%，验证了理论建模、分析及测试方法的正确性。
关键词：振动与波；动力系统；共振；模态分析；固有频率；法兰
中图分类号：TH122
文献标识码：A
DOI 编码：10.3969/j.issn.1006-1355.2017.02.041
Vibration Analysis and Control of the Hydraulic Excavator ’s
Power System
YU Song-song ,ZHANG
Ying ,LIU Xing-xin
(Guangxi Liugong Machinery Co.Ltd.,Liuzhou 545007,Guangxi China )
Abstract :In view of the acute vibration of the excavator ’s pump,the dynamic model of the power system of the excavator is established using Lagrange equation.The rigid modal frequency of the power system is obtained.The resonance possibility resulted from the rigid modal frequency is obviated.Based on finite element method,the influence of the flange thickness and the distance from the mass center of the pump to the flange on the structural modal frequency is analyzed.The key parameters are recognized and optimized.The vibration of the pump is tested before and after the optimization and the results are compared.It is found that the vibration RMS of the pump is reduced by 65.6%,which verifies the correctness of the modeling,analysis and test.
Key words :vibration and wave;power system;resonance;modal analysis;natural frequency;flange
挖掘机作为工程机械之王，在采石、铁路、建筑及市政等领域发挥着越来越大的作用。近年来，工程机械领域对挖掘机的可靠性与寿命提出了更苛刻的要求，对舒适性与操作性的要求也在不断提高[1]。而挖掘机动力系统的设计优良程度直接影响整机及零部件的寿命。因此，动力系统减震器的刚度、位置及角度等参数应进行合理设计，保证动力系统的刚体模态频率在发动机工作频率之外，以避免系统共振[2]。以此同时，也应保证其附属部件（如安装支架、连接装置等）的结构模态频率在发动机工作频率范围内，以避免局部共振。动力系统的模态计算、减震器的参数设计与优化等方法，在汽车行业已较成熟，在此不作累述[3–4]。而在工程机械行业，国内开展NVH （Noise Vibration Harshness ）研究起步较
收稿日期：2016-09-05基金项目：国家863计划资助项目（2014AA041502）作者简介：俞松松(1987－)，男，南昌市人，硕士，主要研究方
向为挖掘机的振动与噪声控制、振动舒适性分析。E-mail:yuss0417@https://www.docsj.com/doc/0514715026.html,
晚，由于技术水平与工程经验的欠缺，导致出现的NVH 故障，因缺少相应的测试、诊断手段与规范，无法有效地得到解决与控制。
针对挖掘机的主泵振动剧烈问题，对动力系统进行理论建模，结合仿真技术，分析并识别共振源头与关键参数，对比分析结构参数对动力系统结构模态频率的影响。对结构参数进行优化，并对优化前、后主泵振动进行了对比测试，发现振动RMS 值降幅达75.7%。该减振分析与改进的方法可为工程应用提供理论与试验依据。
1动力学模型
挖掘机的动力系统主要由风扇、发动机及减震器支座、消声器及支架、法兰及主泵等几大部件组成。为了稳定性及制造方便，一般采用四个减震器平置安装方式，动力系统的动力学模型如图1所示。
挖掘机动力系统的减震器一般采用橡胶元件，由于其阻尼不大，且对刚体模态频率无影响。应用拉格朗日方程，动力系统的自由振动方程可表示为
万方数据