CN102582718B - 一种用于工程机械的动力总成五点悬置系统的匹配方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于工程机械的动力总成五点悬置系统的匹配方法，动力总成(1)包括发动机(11)和变速箱(12)，悬置系统(2)包括设于发动机(11)两侧的两个前悬置(21)、设于变速箱(12)两侧的两个后悬置(22)和设于变速箱(12)上方的辅助悬置(23)；该方法包括步骤：1)检测动力总成(1)的激振信号、拾振信号后通过软件分析获取动力总成(1)的动力总成参数；2)根据动力总成参数确定五点悬置系统(2)的安装位置；3)根据动力总成参数和悬置系统(2)的安装位置确定悬置系统(2)的刚度。这种匹配方法能提高匹配速度，获得较高精度的动力总成参数，提高动力总成的隔振效果和工作稳定性。

Description

一种用于工程机械的动力总成五点悬置系统的匹配方法

技术领域

本发明涉及工程机械技术领域，尤其涉及一种用于工程机械的动力总成五点悬置系统的匹配方法。

背景技术

目前，重型动力总成匹配工程机械时，考虑到悬置系统承载重量大，重点保证动力总成的稳定性，所以普遍采用了六点支撑的动力总成悬置系统。而4L以下的轻型动力总成匹配工程机械过程中，考虑到悬置系统隔振效果的因素，普遍采用三点支撑进行悬置系统的匹配。但是对于中型动力总成匹配工程机械的悬置系统来说，采用五点支撑的匹配方式既能够保证动力总成的稳定性，又能使悬置系统具有较好的隔振效果。

现有技术中，动力总成悬置系统的五点支撑方式通常首先采用传统的三线摆法获取动力总成的转动惯量。然后根据动力总成的转动惯量确定五个悬置的具体安装位置，从而保证动力总成隔振效果和工作稳定性。

然而，采用三线摆法获取动力总成的转动惯量的实验方法需要沉重、巨大的设备支持，实验过程相当复杂，需要花费较长的时间，并且获得的转动惯量参数的精度不高，导致后续悬置系统的安装位置误差较大，影响了动力总成的隔振效果和工作稳定性。

有鉴于此，亟待针对上述技术问题，对现有的动力总成悬置系统的的匹配方法进行进一步的优化设计，使得动力总成五点悬置系统的匹配速度较快，并且能够提高获得动力总成的动力总成参数的精度，提高动力总成的隔振效果和工作稳定性。

发明内容

本发明要解决的技术问题为提供一种用于工程机械的动力总悬置系统的匹配方法，这种匹配方法的匹配速度较快，并且能够获得较高精度的动力总成参数，提高动力总成的隔振效果和工作稳定性。

为解决上述技术问题，本发明提供一种用于工程机械的动力总成五点悬置系统的匹配方法，所述动力总成包括发动机和变速箱，所述悬置系统包括设于所述发动机两侧的两个前悬置、设于所述变速箱两侧的两个后悬置和设于所述变速箱上方的辅助悬置；所述匹配方法包括如下步骤：

1)检测所述动力总成的激振信号、拾振信号后通过软件分析获取所述动力总成的动力总成参数；

2)根据所述动力总成参数确定所述五点悬置系统的安装位置；

3)根据所述动力总成参数和所述悬置系统的安装位置确定所述悬置系统的刚度。

优选地，所述步骤1)具体包括：

11)通过力锤敲击、加速度传感器检测所述动力总成的激振信号、拾振信号，通过LMS分析软件对所述激振信号和所述拾振信号进行分析，建立所述动力总成的分析模型；

12)在CAE软件中导入所述分析模型，并输入预设的自由约束边界条件、预设的激励点和预设的响应测点，获取所述动力总成的激励信号和响应信号；

13)根据所述激励信号和所述响应信号获取所述动力总成的传递函数，并根据所述传递函数计算出所述动力总成参数。

优选地，所述步骤2)具体通过如下方式确定所述前悬置的位置：

获取所述动力总成的激振载荷特性曲线，根据所述激振载荷特性曲线确定所述前悬置的高度；

根据所述动力总成参数中的对称主惯性轴线的位置确定所述前悬置的安装角度，使所述前悬置在前后方向的竖直中心面与所述对称主惯性轴线的交点到两个所述前悬置的顶面中心的连线垂直于所述前悬置的顶面。

优选地，所述步骤2)具体通过如下方式确定所述后悬置的位置：

对所述动力总成进行模态分析，确定所述动力总成的弯曲振动节点，将所述后悬置设于所述弯曲振动节点处；

将所述后悬置的安装角度设置在45°～60°范围内；

根据所述对称主惯性轴线的位置确定所述后悬置的安装高度，使所述后悬置在前后方向的竖直中心面与所述对称主惯性轴线的交点到两个所述后悬置的顶面中心的连线分别垂直于两个所述后悬置的顶面。

优选地，所述步骤2)中，还提供第一外包梁，并将两个所述后悬置固定于所述第一外包梁上。

优选地，所述步骤2)中：将所述辅助悬置设于所述对称主惯性轴的正上方。

优选地，所述步骤2)中，还提供第二外包梁，并将所述辅助悬置固定于所述第二外包梁上。

优选地，所述步骤3)后还包括步骤：

4)判断所述悬置系统是否达到基本隔振要求，若是，进入步骤6)；若不是，返回步骤3)；

6)保持所述悬置系统的当前刚度。

优选地，所述步骤4)和步骤6)之间还包括步骤：

5)判断所述悬置系统的隔振率是否大于80％，若是，进入步骤6)；若不是，返回步骤3)。

本发明提供一种用于工程机械的动力总成五点悬置系统的匹配方法，包括如下步骤：首先，检测动力总成的激振信号、拾振信号，然后通过软件分析获取动力总成的动力总成参数；其次，根据动力总成参数确定五点悬置系统的安装位置；最后，根据动力总成参数和悬置系统的安装位置确定悬置系统的刚度。

采用上述匹配方法，步骤1)检测出动力总成的激振信号和拾振信号后通过软件分析获取动力总成的动力总成参数。步骤2)根据动力总成参数确定两个前悬置、两个后悬置和辅助悬置的具体安装位置，最后步骤3)根据前两个步骤的结果确定悬置系统的刚度。相比较现有技术中通过传统的三线摆法获取转动惯量等动力总成参数的方法，无需沉重、巨大的实验设备和复杂的实验过程，能够实现动力总成与工程机械的快速匹配；此外，由于软件分析的计算过程较为精确，因此能够获得较为准确的转动惯量等动力总成参数，从而提高了动力总成的隔振效果和工作稳定性。

附图说明

图1为本发明所提供动力总成和悬置系统的结构示意图；

图2为本发明所提供用于工程机械的动力总成悬置系统的匹配方法的一种具体实施方式的流程框图；

图3为本发明所提供用于工程机械的动力总成悬置系统的匹配方法的另一种具体实施方式的流程框图；

图4为通过软件分析获取的动力总成的激振载荷特性曲线；

图5为图1所示的悬置系统的前悬置的安装位置图；

图6为通过软件分析获取的动力总成的纵向弯曲模态振型图；

图7为图1所示的悬置系统的后悬置的安装位置图；

图8为图1所示的悬置系统的辅助悬置的安装位置图。

其中，图1-图8中的附图标记与部件名称之间的对应关系为：动力总成1；发动机11；主轴孔111；变速箱12；对称主惯性轴线13；悬置系统2；前悬置21；后悬置22；辅助悬置23；第一外包梁24；第二外包梁25。

具体实施方式

本发明的核心为提供一种用于工程机械的动力总成悬置系统的匹配方法，该匹配方法的匹配速度较快，获得的动力总成参数的精度较高，能够提高动力总成的隔振效果和工作稳定性。

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

请参考图1和图2，图1为本发明所提供动力总成和悬置系统的结构示意图；图2为本发明所提供用于工程机械的动力总成悬置系统的匹配方法的一种具体实施方式的流程框图。

在一种具体实施方式中，本发明提供一种用于工程机械的动力总成五点悬置系统的匹配方法，如图1所示，动力总成1包括发动机11和变速箱12，变速箱12可以具体包括离合器和变速器，悬置系统2包括设于发动机11两侧的两个前悬置21、设于变速箱12两侧的两个后悬置22和设于变速箱12上方的辅助悬置23；上述匹配方法包括如下步骤：

S1：检测动力总成1的激振信号、拾振信号，然后通过软件分析获取动力总成1的动力总成参数；

S2：根据动力总成参数确定五点悬置系统2的安装位置；

S3：根据动力总成参数和悬置系统2的安装位置确定悬置系统2的刚度。

采用上述匹配方法，步骤S1可以通过简单的实验方法检测出动力总成1的激振信号和拾振信号，然后通过软件分析获取动力总成1的动力总成参数(动力总成参数具体包括动力总成1的质心、转动惯量、对称主惯性轴线13等参数)。步骤S2根据动力总成参数确定两个前悬置21、两个后悬置22和辅助悬置23的具体安装位置，最后步骤S3根据前两个步骤的结果确定悬置系统2的刚度。相比较现有技术中通过传统的三线摆法获取转动惯量等动力总成参数的方法，无需沉重、巨大的实验设备和复杂的实验过程，能够实现动力总成1与工程机械的快速匹配；此外，由于软件分析的计算过程较为精确，因此能够获得较为准确的转动惯量等动力总成参数，从而提高了动力总成1的隔振效果和工作稳定性。

还可以进一步设置上述匹配方法中通过软件分析获取刚体模态参数的具体步骤。

请参考图3，图3为本发明所提供用于工程机械的动力总成悬置系统的匹配方法的另一种具体实施方式的流程框图。

在另一种具体实施方式中，如图3所示，上述用于工程机械的动力总成五点悬置系统的匹配方法的步骤S1可以具体包括：

S11：通过力锤敲击、加速度传感器检测动力总成1的激振信号、拾振信号，通过LMS分析软件对激振信号和拾振信号进行分析，建立动力总成1的分析模型。

具体地，上述力锤和加速度传感器可以均采用LMS公司生产的与LMS分析软件配套的工具。首先，先将加速度传感器设置于动力总成1上，通过力锤敲击动力总成1检测出动力总成1的激振信号，同时加速度传感器检测出动力总成1在力锤敲击作用下的拾振信号；将激振信号和拾振信号进行整形、调理和频谱分析，将分析后的结果输入LMS分析软件，通过LMS分析软件的预定程序的计算和分析获取动力总成1的刚体模态参数，即建立动力总成1的分析模型。

S12：在CAE软件中导入上述分析模型，并输入预设的自由约束边界条件、预设的激励点和预设的响应测点，获取动力总成1的激励信号和响应信号。

S13：根据激励信号和响应信号获取动力总成1的传递函数，并根据传递函数计算出动力总成参数。

采用上述具体方法，步骤S11通过简单实验步骤和软件LMS获取动力总成1的分析模型，步骤S12和步骤S13通过CAE软件对分析模型和预设条件的分析，最终获取了动力总成参数，为后续悬置位置的确定奠定了基础。由此可见，采用简单实验过程和LMS软件、CAE软件的应用能够快速、准确地地获取动力总成参数。

上述步骤中采用LMS公司生产的力锤、加速度传感器与LMS分析软件的匹配性较好，保证数据传输的速度和精度。当然，上述力锤和加速度传感还可以采用其他厂家单独生产的产品。

还可以进一步设置上述方法中根据动力总成参数确定悬置系统2的五个悬置的具体安装位置的具体步骤。

请参考图4和图5，图4为通过软件分析获取的动力总成1的激振载荷特性曲线；图5为图1所示的悬置系统2的前悬置21的安装位置图。

在另一种具体实施方式中，如图3所示，上述步骤S21具体通过如下方式确定前悬置21的位置：

S211：获取动力总成1的激振载荷特性曲线，如图4和图5所示，根据激振载荷特性曲线确定前悬置21的高度。具体地，获取激振载荷特性曲线后，通过对发动机11的传递路径的分析可知，由于发动机11的主轴承座图中未示出设于图5中的主轴孔111中，从发动机11主轴承座传递出来的振动是主要的传递路径，在此传递路径的基础上发现发动机11在Y方向(即发动机的横向)的力占据重要比例。为了抑制发动机11横向力产生的侧倾力矩造成的振动影响，将发动机11前悬置21设置在与主轴承座的高度相同的位置，能够有效地抑制发动机11侧倾力矩的激振。

S212：根据动力总成参数中的对称主惯性轴线13的位置确定前悬置21的安装角度，如图5所示，使前悬置21在前后方向的竖直中心面与对称主惯性轴线13的交点到两个前悬置21的顶面中心的连线垂直于前悬置21的顶面。这样，能够保证悬置系统2具有较大的横向刚度，以减小动力总成1的横向振动，保证动力总成1具有足够的横向稳定性。

请参考图6和图7，图6为通过软件分析获取的动力总成1的纵向弯曲模态振型图；图7为图1所示的悬置系统2的后悬置22的安装位置图。

具体的方案中，如图3所示，上述步骤S22可以具体通过如下方式确定后悬置22的位置：

S221：首先对动力总成1进行模态分析，如图6所示，该图中，A、B、C分别代表发动机11、离合器和变速器，图中虚线表示动力总成1的弯曲振动节点，确定动力总成1的弯曲振动节点后，然后将后悬置22设于弯曲振动节点处。这样，能够有针对性地避免动力总成1的发生强烈振动，增强动力总成1的隔振效果和工作稳定性。

S222：确定后悬置22的安装位置之后，再继续确定后悬置22的安装角度。根据以往的经验值，可以将后悬置22的安装角度设置在45°～60°范围内，以保证工程机械的车架和车身的横向刚度，抑制低频下的振动幅度。

S223：最后确定后悬置22的安装高度。具体可以根据对称主惯性轴线13的位置确定后悬置22的安装高度，如图7所示，使后悬置22在前后方向的竖直中心面与对称主惯性轴线13的交点到两个后悬置22的顶面中心的连线分别垂直于两个后悬置22的顶面。这样，能够保证悬置系统2具有较大的横向刚度，以减小动力总成1的横向振动，保证动力总成1具有足够的横向稳定性。

请参考图8，图8为图1所示的悬置系统2的辅助悬置23的安装位置图。

在更具体的方案中，上述步骤S23中可以具体为：将辅助悬置23设于对称主惯性轴的正上方。

采用这种布置方法，能够避免变速箱12和发动机11的传动轴产生突出的悬臂梁效应，限制变速箱12产生较大位移和承受过大动载荷。此外，这种设计还有利于动力总成五点悬置系统的振动解耦，使得两个前悬置21、两个后悬置22和辅助悬置23的作用力相互不干涉，更进一步增强五点悬置系统的工作稳定性。

还可以进一步设置上述后悬置22和辅助悬置23的具体安装形式。

上述匹配方法的步骤S2中还可以提供第一外包梁24和第二外包梁25，并将两个后悬置22固定于第一外包梁24上；将辅助悬置23固定于第二外包梁25上。

采用这种结构形式，能够提高后悬置22、辅助悬置23对动力总成1的飞轮处的承载刚度，进一步提高后悬置22、辅助悬置23的支撑稳定性。需要说明的是，本文中出现的方位词“前”指的是图1中从右至左的方向，方位词“后”指的是图1中从左至右的方向，“横向”指的是图5中左右延伸的方向；应当理解，这些方位词的出现是以说明书附图为基准而设立的，它们的出现不应当影响本发明的保护范围。

还可以进一步设置上述匹配方法中的其他步骤。

在另一种具体实施方式中，如图3所示，上述步骤S3后可以还包括步骤：

S4：判断悬置系统2是否达到基本隔振要求。具体地，可以判断悬置系统2的固有频率是否小于发动机11怠速振动频率的

倍，若满足，则进入步骤S6：保持悬置系统2的当前刚度；若不满足，则返回步骤S3：重新调整悬置系统2的刚度，使悬置系统2的固有频率小于发动机11怠速振动频率的

倍，从而是悬置系统2达到基本隔振要求。采用这种反馈控制方法，能够保证动力总成1的基本隔振效果和工作稳定性。当然，还可以通过具体实验等其他方式判断悬置系统2是否达到基本隔振要求。

在上述反馈控制的基础上，上述步骤S4和步骤S6之间还可以包括步骤：

S5：判断悬置系统2的隔振率是否大于80％，若满足，则进入步骤S6：保持悬置系统2的当前刚度，若不满足，则返回步骤S3：重新调整悬置系统2的刚度，使悬置系统2的隔振率大于80％。

这使得上述动力总成五点悬置系统在保证基本隔振效果的基础上，进一步使隔振效果达到优化，这种检测-反馈-控制的微调整方法能够进一步保证动力总成悬置系统的隔振性和工作稳定性。

以上对本发明所提供的一种用于工程机械的动力总成五点悬置系统的匹配方法进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (9)

1.一种用于工程机械的动力总成五点悬置系统的匹配方法，所述动力总成(1)包括发动机(11)和变速箱(12)，所述悬置系统(2)包括设于所述发动机(11)两侧的两个前悬置(21)、设于所述变速箱(12)两侧的两个后悬置(22)和设于所述变速箱(12)上方的辅助悬置(23)；其特征在于，所述匹配方法包括如下步骤：

1)检测所述动力总成(1)的激振信号、拾振信号后，通过软件分析获取所述动力总成(1)的动力总成参数；

2)根据所述动力总成参数确定所述五点悬置系统(2)的安装位置；

3)根据所述动力总成参数和所述悬置系统(2)的安装位置确定所述悬置系统(2)的刚度。

2.根据权利要求1所述的用于工程机械的动力总成五点悬置系统的匹配方法，其特征在于，所述步骤1)具体包括：

11)通过力锤敲击、加速度传感器检测所述动力总成(1)的激振信号、拾振信号，通过LMS分析软件对所述激振信号和所述拾振信号进行分析，建立所述动力总成(1)的分析模型；

12)在CAE软件中导入所述分析模型，并输入预设的自由约束边界条件、预设的激励点和预设的响应测点，获取所述动力总成(1)的激励信号和响应信号；

13)根据所述激励信号和所述响应信号获取所述动力总成(1)的传递函数，并根据所述传递函数计算出所述动力总成参数。

3.根据权利要求1所述的用于工程机械的动力总成五点悬置系统的匹配方法，其特征在于，所述步骤2)具体通过如下方式确定所述前悬置(21)的位置：

获取所述动力总成(1)的激振载荷特性曲线，根据所述激振载荷特性曲线确定所述前悬置(21)的高度；

根据所述动力总成参数中的对称主惯性轴线(13)的位置确定所述前悬置(21)的安装角度，使所述前悬置(21)在前后方向的竖直中心面与所述对称主惯性轴线(13)的交点到两个所述前悬置(21)的顶面中心的连线垂直于所述前悬置(21)的顶面。

4.根据权利要求1所述的用于工程机械的动力总成五点悬置系统的匹配方法，其特征在于，所述步骤2)具体通过如下方式确定所述后悬置(22)的位置：

对所述动力总成(1)进行模态分析，确定所述动力总成(1)的弯曲振动节点，将所述后悬置(22)设于所述弯曲振动节点处；

将所述后悬置(22)的安装角度设置在45°～60°范围内；

根据所述对称主惯性轴线(13)的位置确定所述后悬置(22)的安装高度，使所述后悬置(22)在前后方向的竖直中心面与所述对称主惯性轴线(13)的交点到两个所述后悬置(22)的顶面中心的连线分别垂直于两个所述后悬置(22)的顶面。

5.根据权利要求4所述的用于工程机械的动力总成五点悬置系统的匹配方法，其特征在于，所述步骤2)中，还提供第一外包梁(24)，并将两个所述后悬置(22)固定于所述第一外包梁(24)上。

6.根据权利要求3所述的用于工程机械的动力总成五点悬置系统的匹配方法，其特征在于，所述步骤2)中：将所述辅助悬置(23)设于所述对称主惯性轴线(13)的正上方。

7.根据权利要求6所述的用于工程机械的动力总成五点悬置系统的匹配方法，其特征在于，所述步骤2)中，还提供第二外包梁(25)，并将所述辅助悬置(23)固定于所述第二外包梁(25)上。

8.根据权利要求1-7任一项所述的用于工程机械的动力总成五点悬置系统的匹配方法，其特征在于，所述步骤3)后还包括步骤：

4)判断所述悬置系统(2)是否达到基本隔振要求，若是，进入步骤6)；若不是，返回步骤3)；

6)保持所述悬置系统(2)的当前刚度。

9.根据权利要求8所述的用于工程机械的动力总成五点悬置系统的匹配方法，其特征在于，在所述步骤4)判断出结果为是之后、进入步骤6)之前，还包括步骤：

5)判断所述悬置系统(2)的隔振率是否大于80％，若是，进入步骤6)；若不是，返回步骤3)。

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