工程机械驾驶室隔振系统优化设计

　　引　　言

　　本文以Z15型装载机驾驶室为例,从以下几方面,讨论工程机械驾驶室减振问题:

　　(1)在装载机驾驶室与机体(即车架)之间安放驾驶室隔振装置,运用机械振动隔振原理,达到减振目的。

　　(2)从两个角度[①将驾驶室整体视为一个刚性体。②驾驶室隔振装置(包括地板)]来分析驾驶室振动情况,计算出低阶固有频率和主振型,避开发动机(振源)的振动频率,使其低阶固有频率和激振力频率(指发动机)满足:

　　(3)实测驾驶室隔振系统减振性能,并与计算结果进行分析比较。

　　1　隔振设计基础

　　1.1　振动控制简述

　　人体存在着一些共振频率,内脏为5~8Hz,声带为13~16Hz,眼球为25~30Hz。在整体振动标准中,人最敏感的频率,对于垂直振动是4~8Hz,对于水平振动是1~2Hz。

　　振动控制可从振源入手,也可设计动力吸振器,而振动传递途径的控制将是装载机驾驶室振动控制的主要措施。

　　实际振动问题一般都相当复杂,但其最简单而有实用意义的基本模型是一个单自由度系统;图中,M为驾驶室的质量,K为弹性元件的总刚度,C为阻尼系数,Z为驾驶室的振动位移,Zr为装载机机体的振动位移,其隔振系统的振动传递率TA为:

式中,ξ为阻尼比,λ=ω/ωo,ω为激振力频率,ωo为驾驶室固有频率。

　　1.2　隔振类型及隔振器的选择:

　　隔振分为积极隔振和消极隔振。不论哪种隔振其TA均为上式所示,隔振设计时最关心TA,因为它反映了隔振效果。分析后可知,λ在2.5~4.5之间,且选择较小阻尼时,TA数值最为合理。Z15装载机驾驶室隔振类型选用消极隔振形式,发动机是固定在机架上的,在驾驶室与机架间安装隔振装置,见图2。当系统所需的固有频率fn=6~13Hz时,由隔振器选择的一般原则,宜选用防振橡胶。通过对隔振器布置形式的分析,根据实际空间各部件位置,驾驶室减振装置所用的隔振器布置形式为四点支承。从隔振理论看此时四点支承方案虽然不太理想,但具有实施方便的优点。

　　(各隔振器所受荷载P1、P2、P3、P4推导略)

　　2　驾驶室整体系统固有频率计算

　　本节将驾驶室系统看作是弹性支承(隔振器)上的刚性体,将机架(装载机底盘)看作是一质量远大于驾驶室的刚性体,从而计算驾驶室系统的固有频率。

　　2.1　系统力学模型

　　Z15型装载机驾驶室不是一个形状规则的六面体,质量分布也不均匀,按图3所示多自由度(六自由度)振动力学模型考虑驾驶室的振动情况。此时,隔振器的布置相对于xoy、yoz、zox三个平面均不对称,物体将产生垂向、纵向、横向振动,以及平摇、纵摇、横摇振动这六种振动。