CN113536477A - 一种装载机隔振装置的参数设计和隔振性能分析评估方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种装载机隔振装置的参数设计和隔振性能分析评估方法，包括：（1）测量动力总成的质量、质心和转动惯量，并建立动力总成的质量矩阵。（2）统计悬置装置的安装方式、安装角度以及发动机参数。（3）建立悬置系统的振动微分方程，通过求解振动微分方程求解解耦率、悬置支撑力和动反力之和，将传递到悬置支撑的力与动力总成激励力作比值即得传递率。（4）建立多目标优化函数：选取解耦率、悬置装置的传递率、悬置的支反力为优化目标。（5）以提升解耦率和隔振效果为目标，应用NsgaII多目标遗传算法进行优化设计。本发明的方法能够有效提高悬置选型的成功率，简化装载机NVH性能分析流程。
Description
技术领域
本发明涉及装载机隔振装置技术领域，尤其涉及一种装载机隔振装置的参数设计和隔振性能分析评估方法。
背景技术
本发明背景技术中公开的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
发动机的不平衡惯性力和输出转矩周期性波动的特点，既会引起动力总成零部件的共振，又会引起车架的振动，再传递至驾驶室，从而增大驾驶室的振动水平。而悬置系统作为动力总成、车架、驾驶室三者之间传递振动的隔振装置，隔振性能越好，NVH(噪声、振动与声振粗糙度)性能越舒适。在低频工作低频阶段为了避开路面激励要求悬置在低频激励下具有大刚度、大阻尼的特性；在高频工作阶段需要具有较小的动刚度和阻尼。由此可知悬置刚度的选取存在一定的矛盾关系，所以在动力总成悬置系统优化设计时需要兼顾这两个方面，因此悬置系统合理刚度参数尤为重要。
目前，隔振装置参数设计往往根据标杆车评估或者依据经验进行确定，项目研发初期隔振装置的坐标位置关系往往根据整机布置空间确定，而没有根据最佳隔振性能进行正向合理的空间设计布置。在隔振装置选型上只考虑总成的质量而没有充分考虑转动惯量对隔振装置性能的影响。前期隔振装置研发的盲目性，严重影响隔振性能的发挥和产品周期的开发。进而缩小了悬置参数的选型范围和借用的概率，增加悬置装置重新开模的成本，造成资源浪费。因此，亟需建立系统的参数评估方法，建立正向设计开发流程，拟定经济合理的结构优化措施。
目前，解决工程机械的振动问题往往是采用更换悬置的方法进行，而且机械振动噪声的发生机理、传递路径辨识、控制对策等方面尚未形成系统的工作方法。解决原目标NVH问题的同时带来其它一些新的问题。此外，解决相关NVH问题有时以牺牲较大成本代价为前提，设计冗余、“事倍功半”现象较为常见，因此，亟需一种隔振性能系统的参数设计和分析方法。
发明内容
本发明的目的是解决以下方面的问题：(1)隔振装置设计初期正向设计开发流程不够系统全面，参数设计考虑不充分，参数设计不够合理。(2)在解决NVH问题时缺少机械振动噪声的发生机理，传递路径辨识、控制对策等不够系统全面。为此，本发明提供一种装载机隔振装置的参数设计和隔振性能分析评估方法，该方法能够有效提高悬置选型的成功率，简化装载机NVH性能分析流程。为实现上述目的，本发明技术方案如下。
在本发明第一方面，公开一种装载机隔振装置的参数设计方法，包括步骤：
(1)测量动力总成的质量、质心和转动惯量，并建立动力总成的质量矩阵。
(2)统计悬置装置的安装方式、安装角度以及发动机参数，该参数用于计算用动力总成在全局坐标系下的刚度矩阵。
(3)建立悬置系统的振动微分方程，通过求解振动微分方程求解解耦率、动反力之和、传递率。
(4)建立多目标优化函数：选取解耦率、传递率、悬置的支反力为优化目标。
(5)以提升解耦率和隔振效果为目标，应用NsgaII多目标遗传算法，分别从解耦率以及传递率、悬置装置支反力等优化目标出发，对动力总成悬置装置的刚度进行优化设计，对悬置件动刚度、阻尼参数等进行优化设计。
进一步地，步骤(1)中，利用三线摆式动力总成惯性特性测试台架测量所述动力总成的质量、质心和转动惯量，然后建立动力总成的质量矩阵M。
进一步地，所述矩阵M为：
其中，所述m为动力总成质量，Jx、Jy、Jz分别为动力总成绕X轴、Y轴、Z轴的转动惯量，Jxy、Jyz、Jzx分别为动力总成对X轴和Y轴的惯性积、对Y轴和Z轴的惯性积、对Z轴和X轴的惯性积。
进一步地，步骤(2)中，所述悬置装置的安装方式采用平置式。
进一步地，步骤(2)中，所述发动机参数包括：发动机转速、发动单缸往复运动质量、发动机曲柄半径、发动机连杆长度比、固定工况下发动机输出扭矩平均值和悬置角度，其中，所述悬置角度为动力总成坐标系与悬置元件对应坐标轴夹角。
其中，所述发动相关参数用于计算动力总成激振力F0。
确定的所述悬置刚度、悬置安装位置和安装角度用于计算动力总成的动刚度矩阵K，通过刚度矩阵、质量矩阵代入动微分方程计算解耦率。
模态解耦率计算是观察6个方向能量分布，6个方向分别为x、y、z三个方向的移动(即纵向、横向、垂向)和绕x、y、z轴的转角侧倾、俯仰、横摆。以第i阶固有频率振动时，第k个广义坐标所分配到的能量在总能量中的百分比digki为：
其中：
表示当系统以第i阶模态振动时的最大动能，且
的计算公式为：
其中，所述
为第i阶固有频率；φik、φil分别为第i阶主振型φi的第k个元素和第l个元素；所述Mkl为所述动力总成的质量矩阵M的第k行、第l列元素。
所述
表示第i阶主振动下分配于第k个广义坐标上的能量，计算公式为：
计算动力总成的传递率时，本发明将其简化成一个单自由度模型:
其中，所述M为动力总成的质量矩阵，C为粘性阻尼系数，K为弹簧刚度，因此，所述KX为弹簧力，所述
为阻尼力，ω为激振力的频率，F0为动力总成激励力。
动力总成激振力经过悬置传递到悬置支撑的力(即传递力FT)为弹簧力
其中，所述λ为频率比，λ＝ω/ωn，ωn为系统无阻尼固有频率，
ζ为阻尼比，
在动力总成激励力的作用下，系统的稳态响应为：
将所述传递力FT与动力总成激励力F0作比值，得到传递率TD：
悬置动反力计算时，不考虑阻尼时动力用下面的方程描述：
其中，所述X＝[x y z α β γ]为动力总成的位移矢量，F0是简谐激励力矢量，M为动力总成的质量矩阵，KX为弹簧力，ω为激振力的频率，F0为动力总成激励力。
系统受迫振动的稳态解：Udyn＝[K-ω2M]-1*F0。
到稳态响应后，从第i个悬置传递到车身的动态力为：fi＝[-ki,kiri]Udyn。
目标函数为不同激励情况，所有悬置动反力之和如下式：
进一步地，步骤(4)中，优化时的约束条件包括悬置系统的固有频率约束、悬置刚度约束、Z向解耦率与X向解耦率约束等，计算约束固有频率的约束与z向、θx向解耦率，使用下公式：
进一步地，步骤(4)中，所述目标优化的方法包括：
首先，建立解耦率的目标函数：选取动力总成某个振动方向上的解耦率作为第一目标函数minf(d1)，优化的目标是：通过改变悬置装置的刚度和位置参数，使digki在满足约束条件的情况下尽可能接近1。选取动反力之和最小幅值作为第二目标函数minf(d2)，以悬置装置传递率值作为第三目标函数minj(d3)，建立目标函数f0(d)模型如下：
minf0(d)＝{f1(d)，f2(d)，f3(d)}
minf1(d)＝1-digki
minf2(d)＝F(xi)
minf3(d)＝1-TD
确定多目标优化设计变量参数为4个悬置三个平动方向动刚度以及在动力总成质心坐标下悬置的安装坐标。
设置相关约束条件：各阶固有频率的约束等、动力总成质心坐标下悬置坐标约束、动刚度约束、解耦率约束关注两个方向z向、θx向解耦率等。
进一步地，步骤(5)中，解决多目标优化问题的主要目标包括：找到尽可能多的Pareto前沿解，使计算出的Pareto前沿更接近真实Pareto前沿，得到更均衡分布的解。
在本发明第二方面，公开基于所述装载机隔振装置的参数设计方法获得的隔振性能的分析评估方法，包括：
S1、进行悬置刚度评估，根据动反力、解耦率和传递率的计算结果进行评估，选出最优的一组悬置刚度。
S2、进行悬置总成装配设计，应用有限元软件进行四个悬置中心的支反力计算，应用支反力与静刚度比值算出悬置装配后的压缩量，总体压缩量等于预压缩量加上装配后的压缩量。
S3、计算悬置隔振性能，即装载机动力总成与驾驶室声振测试。
S4、使用自功率谱、相干函数、频响函数对步骤S3得到的测试数据分析处理，利用处理后的实验数据辨识振动传递路径。
通过动力总成与驾驶室司机耳旁噪声、驾驶室导轨频响与相干函数分辨驾驶室司机耳旁噪声、驾驶室导轨与各悬置的关联程度，即确定噪声、导轨振动的主要贡献对象。具体的是相干数值大于0.6时，频响数值可信，频响数值越大，说明关联程度越高，对振动和噪声的贡献越大同时根据激励频域与响应点的频率是否相同或接近明确其噪声及振动的来源。
噪值参考《GB16710-2010土方机械噪声限值》给出的司机位置处声压级限制，装载机在各个工况下，司机位置处噪声须均不大于86dB，符合上述国家标准要求。
传递率作为评价悬置隔振性能的重要指标，比较固定工况下噪声和导轨自功率谱峰值最大频率下的驾驶室悬置和动力总成悬置的隔振性能，从而判定悬置参数的合理性。
进一步地，步骤S1中，具体的评价目标是动反力值越小越好，Z方向解耦率的目标值80％以上，传递率目标值为85％以上。
进一步地，步骤S2中，首先确定实验工况；然后确定装载机传递路径测点；再进行实车测点的传感器布置，数据线的走线布置，按照试验大纲测试相关工况下的声振测情况。
优选地，所述装载机传递路径测点包括：发动机总成悬置、驾驶室悬置、脚踏板中的座椅导轨处、耳旁。
进一步地，步骤S3中，通过动力总成与驾驶室司机耳旁噪声、驾驶室导轨频响与相干函数分辨驾驶室司机耳旁噪声、驾驶室导轨与各悬置的关联程度，即确定噪声、导轨振动的主要贡献对象。相干数值大于0.6时，频响数值可信，频响数值越大，说明关联程度越高。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明的方法通过多目标遗传算法以悬置的解耦率、传递率和动反力为目标函数进行优化，对刚度、坐标位置进行匹配选型，为正向空间布置和刚度选型，能够有效缩短产品的开发周期。
(2)本发明采用CAE技术进行四个悬置中心的支反力计算，应用支反力与优化计算后的比值，并校核悬置系统在装配后的压缩量，使其满足机械结构的设计要求和橡胶寿命的设计要求，为装配工艺提供准确的参考数值。
(3)本发明采用机械振动噪声的发生机理、传递路径辨识进行振动控制试验研究，利用试验数据进行自功率谱、相干函数、频响函数等相关参数分析，根据相关参数进行振动贡献识别和隔振率评估，为振动控制和悬置性能分析提供了系统全面的分析方法和流程，缩短了产品开发周期。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1为本发明实施例中悬置装置参数设计及隔振性能分析流程图。
图2为本发明实施例中发动机的相关参数设计图。
图3为本发明实施例中解耦率的计算流程图。
图4为本发明实施例中悬置装置参数设计的优化结果图。
图5为图4中传递率曲线的放大图。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本发明使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
为了方便叙述，本发明中如果出现“上”、“下”、“左”“右”字样，仅表示与附图本身的上、下、左、右方向一致，并不对结构起限定作用，仅仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件需要具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。现结合说明书附图和具体实施例进一步说明。
正如前文所述，目前解决工程机械的振动问题的方法存在：隔振装置设计初期正向设计开发流程不够系统全面、参数设计考虑不充分、参数设计不够合理，以及在解决NVH问题时缺少机械振动噪声的发生机理、传递路径辨识、控制对策等方面的问题。因此，本发明提出了一种装载机隔振装置的参数设计方法及基于该方法得到的隔振性能的分析评估方法，现结合说明书附图和具体实施方式对该技术方案进一步说明。
第一实施例
一种装载机隔振装置的参数设计方法，包括步骤：
(1)测量动力总成(包括发动机总成、变速箱总成和变矩器总成)的质量、质心和转动惯量，并建立动力总成的质量矩阵：
首先，利用三线摆式动力总成惯性特性测试台架测量所述动力总成的质量、质心和转动惯量。
然后，建立动力总成的质量矩阵M：
(i)测出动力总成质量m，动力总成质心位置O。
(ii)以O为原点建立固定坐标系O-XYZ，X正向指向发动机飞轮的约束段，Z轴正向竖直向上，Y轴以右手定则确定。
(iii)测出动力总成绕X轴的转动惯量Jx、绕Y轴的转动惯量Jy、绕Z轴的转动惯量Jz、动力总成对X轴和Y轴的惯性积Jxy、对Y轴和Z轴的惯性积Jyz、对Z轴和X轴的惯性积Jzx。
(iv)建立动力总成的质量矩阵M如下所示：
(2)统计悬置装置的安装方式、安装角度以及发动机参数；确定的悬置刚度、悬置安装位置和安装角度用于计算动力总成的动刚度矩阵K，通过刚度矩阵、质量矩阵代入动微分方程计算解耦率。
所述发动机参数包括(如图2所示)：发动机转速(rpm)、发动单缸往复运动质量(kg)、发动机曲柄半径(m)、发动机连杆长度比、固定工况下发动机输出扭矩平均值(N·m)和悬置角度，其中，所述悬置角度为动力总成坐标系与悬置元件对应坐标轴夹角，动力总成坐标系(x-y-z)与悬置元件坐标系(u-v-w)。悬置参数的角度数值为动力总成坐标系(x-y-z)与悬置元件坐标系(u-v-w)对应的坐标轴夹角。悬置参数x、y、z分别为悬置中心在动力总成坐标系下的坐标值。悬置参数Kx、Ky、Kz分别为在悬置坐标轴方向的刚度数值。悬置参数x、y、z分别为悬置中心在动力总成坐标系下的坐标值。
确定的悬置刚度、悬置安装位置和安装角度用于计算动力总成的动刚度矩阵K，通过刚度矩阵、质量矩阵代入动微分方程计算解耦率，具体的计算程序如图3所示。
进一步地，步骤(3)中解耦率的计算流程图3具体计算如下：
由势能公式得到所述悬置系统的势能：
设静平衡点位势能原点，不计动力总成重力的势能变化，则系统的势能即为支承元件由于弹性变形而产生的势能，于是，系统对橡胶支承弹性主轴u、v、w的势能为：
其中，Di为第i个悬置的主刚度矩阵，如下：
式中，所述Δui，Δvi，Δwi分别为第i个支承在其弹性主轴ui，vi，wi方向上的变形量；kui，kvi，kwi分别为第i个支承在其弹性主轴ui，vi，wi方向上的动刚度；
第i个弹性主轴ui，vi，wi与动力总成坐标系的变换关系为：
其中Δx，Δy，Δz分别为橡胶支承沿X,Y,Z方向的微变形量；αi，βi，γi(i＝1，2，3)分别ui，vi，wi与X，Y，Z轴的夹角；写成矩阵形式为：
Δsi＝BiΔRi
ΔRi＝(Δx Δy Δz)T；
第i个悬置在定坐标系中的位移为：
ΔRi＝EiQ
其中，称Ei为单位位移转换矩阵，
式中，Xi、yi、Zi为第i个悬置在动力总成坐标系中的坐标：
把上述表达式代入式势能表达式中，则可以得到
刚度矩阵为：
根据计算流程图3中，可将求得M和K质量矩阵代入无阻
尼振动微分方程：
假设方程的通解为X＝φejωt代入振动微分方程中，主振型方程为：。
将特征值
代入上式都可以得到主振型φ。
(3)建立多目标优化函数：选取解耦率、传递率、悬置的支反力为优化目标。
由于系统在各向耦合程度与其隔振性能相关，故对动力总成悬置系统进行耦合分析。若在广义坐标下，某方向激励只使得系统在该方向上的能量产生变化，则称在该方向上系统实现完全解耦。为了对动力总成悬置系统解耦程度进行量化，引入系统解耦率的概念。系统在各自由度上的能量耦合程度，可用矩阵中的具体数值直观反映。具体地：
根据势能公式推导出6个方向能量分布，6个方向分别为x、y、z三个方向的移动(纵向、横向、垂向)和绕x、y、z轴的转角侧倾、俯仰、横摆。以第i阶固有频率振动时，第k个广义坐标所分配到的能量在总能量中的百分比digki为：
其中：
表示当系统以第i阶模态振动时的最大动能，其计算公式为：
其中：
φik、φil——别为第i阶主振型φi的第k个元素和第l个元素；
Mkl——动力总成的质量矩阵M的第k行l列元素。
计算动力总成的传递率时，我们将其简化成一个单自由度模型:
其中，M为动力总成的质量矩阵，KX为弹簧力，所述
为阻尼力，ω为激振力的频率，F0为动力总成激励力。
动力总成激振力经过悬置系统传递到悬置支撑上的力(即传递力FT)为弹
其中，所述λ为频率比，λ＝ω/ωn，ωn为系统无阻尼固有频率，
ζ为阻尼比，
在动力总成激励力的作用下，系统的稳态响应为：
将所述传递力FT与动力总成激励力F0作比值，得到传递率TD：
悬置动反力计算时，不考虑阻尼时用下面的方程描述：
其中，所述X＝[x y z α β γ]为动力总成的位移矢量，F0是简谐激励力矢量，M为动力总成的质量矩阵，K为系统的刚度矩阵。
系统受迫振动的稳态解：Udyn＝[K-ω2M]-1*F0。
到稳态响应后，从第i个悬置传递到车身的动态力为：fi＝[-ki,kiri]Udyn。
目标函数为不同激励情况，所有悬置动反力之和如下式：
(4)建立多目标优化函数，并选取解耦率、悬置装置的传递率、悬置的支反力为优化目标。这是因为发动机的激振力在装载机使用过程中作为主要的激励源，其系统解耦率对其影响很大，而悬置支反力、传递率是衡量悬置隔振性能的关键指标。优化时的约束条件包括悬置系统的固有频率的约束、悬置刚度的约束、Z向解耦率与X向解耦率的约束。
具体地，所述目标优化的方法包括：
首先，建立解耦率的目标函数：
选取动力总成某个振动方向上的解耦率作为第一目标函数minf(d1)，优化的目标是：通过改变悬置装置的刚度和位置参数，使digki在满足约束条件的情况下尽可能接近1。
选取动反力之和最小幅值作为第二目标函数minf(d2)。
以悬置装置的传递率最大值作为第三目标函数minf(d3)。
建立目标函数f0(d)模型如下：
minf0(d)＝{f1(d)，f2(d)，f3(d)}
minf1(d)＝1-digki
minf2(d)＝F(xi)
minf3(d)＝1-TD
确定多目标优化设计变量参数为4个悬置三个平动方向动刚度以及在动力总成质心坐标下悬置的安装坐标。
设置相关约束条件：各阶固有频率的约束、动力总成质心坐标下悬置坐标约束、动刚度约束、解耦率约束关注两个方向z向、θx向解耦率，其计算公式为：
(5)以提升解耦率和传递率效果为目标，应用NsgaII多目标遗传算法，分别从固有频率配置、解耦率以及传递率、悬置装置动反力等优化目标出发，对动力总成悬置装置的动刚度、等目标变量进行优化设计。
本步骤中：解决多目标优化问题的主要目的包括：找到尽可能多的Pareto前沿解，使计算出的Pareto前沿更接近真实Pareto前沿，得到更均衡分布的解。
将三个目标变量作为适应度计算函数代入NsgaII算法当中，计算可得到Pareto前沿和对应的解耦率、传递率和动反力。NsgaII算法的不同输入参数组合，将影响计算结果的解的数量及总计算时长。
第二实施例
进一步地，在第一实施例的基础上，对基于其采用的装载机隔振装置的参数设计方法获得的隔振性能的评价方法，包括：
S1、进行悬置刚度评估，根据动反力、解耦率和传递率的计算结果进行评估，选出最优的一组悬置刚度，6组计算结果如图4所示，图5为每个结果对应频率与传递率曲线。具体的评价目标是：动反力值越小越好，Z方向解耦率的目标值80％以上，悬置系统各个方向上的解耦率越大说明其各个方向振动耦合程度越低，越不容易产生共振，NVH性能越出色，传递率目标值为85％以上。
S2、进行悬置总成装配设计，应用CAE技术进行四个悬置中心的支反力计算，应用支反力与预估静刚度计算并校核悬置系统在装配后的压缩量，使其满足机械结构的设计要求和橡胶寿命的设计要求。
S3、计算悬置隔振性能，即装载机动力总成与驾驶室声振测试，具体地：首先确定实验工况(具体如表2所示)；
表2试验测试工况
然后确定装载机传递路径测点，所述装载机传递路径测点包括：发动机总成悬置、驾驶室悬置、脚踏板中的座椅导轨处、耳旁。
再进行实车测点的传感器布置，数据线的走线布置，按照试验大纲测试相关工况下的声振测情况。
S4、使用自功率谱、相干函数、频响函数对步骤S3得到的测试数据分析处理，利用处理后的实验数据辨识振动传递路径。具体地：通过动力总成与驾驶室司机耳旁噪声、驾驶室导轨频响与相干函数分辨驾驶室司机耳旁噪声、驾驶室导轨与各悬置的关联程度，即确定噪声、导轨振动的主要贡献对象。相干数值大于0.6时，频响数值可信，频响数值越大，说明关联程度越高。噪声值参考《GB16710-2010土方机械噪声限值》给出的司机位置处声压级限制，装载机在各个工况下，司机位置处噪声须均不大于86dB，符合上述国家标准要求。传递率作为评价悬置隔振性能的重要指标，比较固定工况下噪声和导轨自功率谱峰值最大频率下的驾驶室悬置和动力总成悬置的隔振性能，从而判定悬置参数的合理性。
最后，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。
Claims (10)
1.一种装载机隔振装置的参数设计方法，包括步骤：
(1)测量动力总成的质量、质心和转动惯量，并建立动力总成的质量矩阵；
(2)统计悬置装置的安装方式、安装角度以及发动机参数，该参数用于计算用动力总成在全局坐标系下的刚度矩阵；
(3)建立悬置系统的振动微分方程，通过求解振动微分方程求解解耦率、动反力之和、传递率；
(4)建立多目标优化函数：选取解耦率、传递率、悬置的支反力为优化目标；
(5)以提升解耦率和隔振效果为目标，应用NsgaII多目标遗传算法，分别从固有频率配置、解耦率以及传递率、悬置装置支反力为优化目标，对动力总成悬置装置的刚度进行优化设计，对悬置件动刚度、阻尼参数进行优化设计。
2.根据权利要求1所述的装载机隔振装置的参数设计方法，其特征在于，步骤(1)中，利用三线摆式动力总成惯性特性测试台架测量所述动力总成的质量、质心和转动惯量，然后建立动力总成的质量矩阵M；
优选地，所述矩阵M为：
其中，所述m为动力总成质量，Jx、Jy、Jz分别为动力总成绕X轴、Y轴、Z轴的转动惯量，Jxy、Jyz、Jzx分别为动力总成对主轴的惯性积。
3.根据权利要求1所述的装载机隔振装置的参数设计方法，其特征在于，步骤(2)中，所述悬置装置的安装方式采用平置式，优选地，所述发动机参数包括：发动机转速、发动单缸往复运动质量、发动机曲柄半径、发动机连杆长度比、固定工况下发动机输出扭矩平均值和悬置角度，其中，所述悬置角度为动力总成坐标系与悬置元件对应坐标轴夹角。
4.根据权利要求2所述的装载机隔振装置的参数设计方法，其特征在于，步骤(3)中，所述悬置系统的振动微分方程的建立方法如下：
其中，所述发动相关参数用于计算动力总成激振力F0；
确定的所述悬置刚度、悬置安装位置和安装角度用于计算动力总成的动刚度矩阵K，将刚度矩阵、质量矩阵代入动微分方程计算解耦率；
根据势能公式推导出6个方向能量分布，6个方向分别为x、y、z三个方向的移动和绕x、y、z轴的转角侧倾、俯仰、横摆，以第i阶固有频率振动时，第k个广义坐标所分配到的能量在总能量中的百分比digki为：
其中：
表示当系统以第i阶模态振动时的最大动能，且
的计算公式为：
其中，所述
为第i阶固有频率；φik、φil分别为第i阶主振型φi的第k个元素和第l个元素；所述Mkl为所述动力总成的质量矩阵M的第k行、第l列元素；
所述
表示第i阶主振动下分配于第k个广义坐标上的能量，计算公式为：
计算动力总成时，本发明将其简化成一个单自由度模型：
其中，所述M为动力总成的质量矩阵，C为粘性阻尼系数，K为弹簧刚度，KX即为弹簧力，所述
为阻尼力，ω为激振力的频率，F0为动力总成激励力；
动力总成激振力经过悬置传递到悬置支撑的力，即传递力FT，为弹簧力KX和阻尼力
的合力，所述FT的计算公式为：
其中，所述λ为频率比，λ＝ω/ωn，ωn为系统无阻尼固有频率，
ζ为阻尼比，
在动力总成激励力的作用下，系统的稳态响应为：
将所述传递力FT与动力总成激励力F0作比值，得到传递率TD：
悬置动反力计算时，不考虑阻尼时用下面的方程描述：
其中，所述X＝[x y z α β γ]为动力总成的位移矢量，F0是简谐激励力矢量，M为动力总成的质量矩阵，KX为弹簧力，ω为激振力的频率，F0为动力总成激励力；
系统受迫振动的稳态解：Udyn＝[K-ω2M]-1*F0；
到稳态响应后，从第i个悬置传递到车身的动态力为：fi＝[-ki，kiri]Udyn；
目标函数为不同激励情况，所有悬置动反力之和如下式：
5.根据权利要求2所述的装载机隔振装置的参数设计方法，其特征在于，步骤(4)中，优化时的约束条件包括悬置系统的固有频率的约束、悬置刚度的约束、Z向解耦率与X向解耦率的约束；计算约束固有频率的约束与z向、θx向解耦率，使用下公式：
6.根据权利要求5所述的装载机隔振装置的参数设计方法，其特征在于，步骤(4)中，所述目标优化的方法包括：
首先，建立解耦率的目标函数：选取动力总成某个振动方向上的解耦率作为第一目标函数minf(d1)，优化的目标是：通过改变悬置装置的刚度和位置参数，使digki在满足约束条件的情况下尽可能接近1；选取动反力之和最小幅值作为第二目标函数minf(d2)，以悬置装置的传递率最大值作为第三目标函数minf(d3)，建立目标函数f0(d)模型如下：
minf0(d)＝{f1(d)，f2(d)，f3(d)}
minf1(d)＝1-digki
minf2(d)＝F(xi)
minf3(d)＝1-TD；
确定多目标优化设计变量参数为4个悬置三个平动方向动刚度以及在动力总成质心坐标下悬置的安装坐标；
设置相关约束条件：各阶固有频率的约束等、动力总成质心坐标下悬置坐标约束、动刚度约束、解耦率约束关注两个方向z向、θx向解耦率。
7.根据权利要求6所述的装载机隔振装置的参数设计方法，其特征在于，步骤(5)中，解决多目标优化问题的主要目标包括：找到尽可能多的Pareto前沿解，使计算出的Pareto前沿更接近真实Pareto前沿。
8.基于权利要求1-7任一项所述的装载机隔振装置的参数设计方法获得的隔振性能的分析评估方法，其特征在于，包括：
S1、进行悬置刚度评估，根据动反力、解耦率和传递率的计算结果进行评估，选出最优的一组悬置刚度；
S2、进行悬置总成装配设计，应用有限元软件进行四个悬置中心的支反力，应用支反力与静刚度比值算出悬置装配后的压缩量，总体压缩量等于预压缩量加上装配后的压缩量；
S3、计算悬置隔振性能，即装载机动力总成与驾驶室声振测试；
S4、使用自功率谱、相干函数、频响函数对步骤S3得到的测试数据分析处理，利用处理后的实验数据辨识振动传递路径。
9.根据权利要求8所述的隔振性能的分析评估方法，其特征在于，步骤S1中，具体的评价目标是动反力值越小越好，Z方向解耦率的目标值80％以上，传递率目标值为85％以上；
或者，步骤S2中，首先确定实验工况；然后确定装载机传递路径测点；再进行实车测点的传感器布置，数据线的走线布置，按照试验大纲测试相关工况下的声振测情况；优选地，所述装载机传递路径测点包括：发动机总成悬置、驾驶室悬置、脚踏板中的座椅导轨处、耳旁。
10.根据权利要求8或9所述的隔振性能的分析评估方法，其特征在于，步骤S3中，通过动力总成与驾驶室司机耳旁噪声、驾驶室导轨频响与相干函数分辨驾驶室司机耳旁噪声、驾驶室导轨与各悬置的关联程度；优选地，相干数值大于0.6时，频响数值可信，频响数值越大，关联程度越高。
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|---|---|---|---|
| CN202110737244.8A CN113536477A (zh) | 2021-06-30 | 2021-06-30 | 一种装载机隔振装置的参数设计和隔振性能分析评估方法 |
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|---|---|
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