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叉车是具有货物转运功能的工业车辆,随着现代工业和物流业的快速发展,叉车在国民经济增长中起到了越来越重要的作用。当前多数叉车采用内燃机提供动力,内燃机的振动会通过驱动桥和车架等刚性连接部件传递到方向盘。方向盘的振动会影响驾驶员的操作手感,进一步影响叉车的操作精度和作业安全。因此,缓解叉车方向盘的振动问题,提高叉车操纵性能乃至整车质量,具有重要的现实意义。
本文针对某型号叉车在怠速工况下的振动问题,提出了一种基于计算机仿真和实验分析相结合的方法对叉车方向盘总成进行优化。首先在Pro/E平台上对叉车方向盘总成进行三维建模,随后采用有限元分析的方法对方向盘总成进行数值分析,得到各阶固有频率和振动模态。
在叉车方向盘、转向油泵、前板上布置4个三轴加速度传感器,对叉车怠速情况的振动进行测量,利用快速傅里叶分析、希尔伯特包络、倒频谱、频谱瀑布图等多种信号处理方法分析所测数据。分析得出叉车方向盘振动的主要原因是方向盘总成的二阶固有频率落于发动机怠速振动的频段内,引起共振,振动经过发动机、驱动桥、车架、前板,最后传递到达方向盘。
解决方向盘总成共振问题,应合理设计,使方向盘的固有频率偏离发动机的振动频率带,即调整方向盘总成不同部件的尺寸和形状,使总成的刚度和质量发生变化,最终导致固有频率变化。这一参数调整过程主要通过DOE实验设计的方法来实现。为提高参数优化的效率,本文采用了田口实验法分析确定需要调整的因素及其调整水平,再根据结果优劣的判别原则,设计正交实验。正交实验能够在保证试验合理性和完整性的情况下,减少试验次数,提高试验效率。
根据正交实验的安排,利用模拟分析的方法对方向盘的前板和安装板进行替换试验,得到最优的结构尺寸。针对优化方案,安排整车实验,系统响应曲线显示,调整后叉车方向盘总成的固有频率已经偏离了发动机的振动频段,共振现象得到了抑制,达到预期的优化目标,验证了优化方案的正确性。