某型混凝土泵車異響故障診斷

劉永紅，盧立秀，鄧習(xí)樹

（三一集團(tuán)有限公司，長沙410100）

某型混凝土泵車異響故障診斷

劉永紅，盧立秀，鄧習(xí)樹

（三一集團(tuán)有限公司，長沙410100）

為找到某型混凝土泵車底盤出現(xiàn)異響的原因，首先對異常車進(jìn)行振動和噪聲測試，判斷底盤異響來源于分動箱。其次，對分動箱振動時域及頻域信號進(jìn)行分析并結(jié)合軸承缺陷的特征頻率，判定異響原因為支承分動箱輸出軸的NJ1028軸承內(nèi)滾道缺陷。最后，對軸承內(nèi)滾道缺陷形態(tài)及分動箱裝配流程進(jìn)行分析，找出軸承出現(xiàn)缺陷的原因，提出并實施相應(yīng)的改進(jìn)措施后至今一年多來未再接到類似的故障反饋。

振動與波；混凝土泵車；異響；故障診斷；分動箱

汽車底盤異響是指汽車在行駛時傳動系、行駛系、轉(zhuǎn)向系和制動系各總成部件或者機(jī)械中發(fā)出的不正常噪聲、響聲及振動[1]。底盤異響是車輛即將或者已經(jīng)發(fā)生某種故障的先兆，重型車輛底盤系統(tǒng)一旦發(fā)生故障往往會造成經(jīng)濟(jì)上的損失甚至造成嚴(yán)重的人身傷害，因此，若能及時診斷故障的原因并提前排除故障，則可以確保人身安全和減少用戶的財產(chǎn)損失。然而，由于汽車底盤可能導(dǎo)致異響的零部件眾多，加上某些故障出現(xiàn)時無法用肉眼觀察，因此，客戶或者技術(shù)人員往往無法判斷異響來自哪些部件，這就給故障的診斷帶來了很大的困難，有時需要反復(fù)試錯才能找出問題的原因，甚至找不到原因。

隨著計算機(jī)及測試技術(shù)的發(fā)展，各種故障診斷技術(shù)和信號特征提取方法不斷被提出以診斷和解決機(jī)械系統(tǒng)的異常問題。在故障診斷技術(shù)方面，以振動診斷、聲診斷、溫度診斷及綜合診斷等為代表的診斷方法已得到廣泛應(yīng)用[2]；在信號特征提取方面，以傅里葉變換為核心的經(jīng)典信號處理方法在機(jī)械系統(tǒng)故障診斷中也發(fā)揮了巨大的作用，這些方法包括時域分析、頻譜分析、相關(guān)分析、細(xì)化普分析、倒頻譜分析、包絡(luò)分析和全息譜分析等[3—7]。

本文針對某型號混凝土泵車底盤發(fā)出“咔咔”的聲音，對一臺有異響的車（以下簡稱異常車）和同型號無異響的車（簡稱正常車）進(jìn)行振動和噪聲的對比測試與分析。

1 底盤異響源識別

本次異響源測試的平臺為LMS數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，主要包括LMS SCR05數(shù)據(jù)采集器、PCB三向加速度傳感器、GRAS傳聲器及HT 5500轉(zhuǎn)速傳感器。正式試驗前對該泵車進(jìn)行了簡單調(diào)試，在調(diào)試過程中發(fā)現(xiàn)該泵車在打泵工況無論怎么調(diào)整均沒有異響，而行駛工況當(dāng)車速超過60 km/h以上無論輪胎是否著地,均能聽到整個底盤下面有明顯異響。為減少路面的干擾，試驗時將泵車的支腿支起使輪胎懸空，變速器置7檔，控制油門踏板使車速保持在60 km/h左右。由于整個底盤下面均能聽到明顯異響而又難以判斷異響大致來源于哪些部位，因此，試驗時在容易產(chǎn)生異響的子系統(tǒng)，包括變速器、分動箱及后橋主減速器上均布置了麥克風(fēng)和三向加速度傳感器。正常車還增加了發(fā)動機(jī)的噪聲測點，部分測點如圖1所示。

圖1 部分測點示意圖

為查看各點聲壓的分布情況，將異常車和正常車同一工況各點的聲壓級匯總?cè)鐖D2所示。

圖2 正常車和異常車聲壓級對比

由圖2可知，異常車底盤各點的聲壓級遠(yuǎn)高于正常車，說明異響的聲壓級比較高，這與試驗時整個底盤下部均能聽到異響的現(xiàn)象相符；此外，正常車各點的聲壓級隨著測點遠(yuǎn)離發(fā)動機(jī)呈逐漸下降趨勢，這說明發(fā)動機(jī)是底盤噪聲的最主要來源；與正常車相比，異常車各點聲壓級的分布完全不一樣，分動箱最高，其次是后橋，變速器最低。由此，可初步判斷異響來源于泵車的分動箱。

為進(jìn)一步確認(rèn)以上判斷，圖3對正常車和異常車分動箱測點的橫向加速度時域曲線進(jìn)行對比分析。

對比圖3可以看出，正常車分動箱測點的振動時域曲線基本呈正弦波的形態(tài)，這是由于傳動軸轉(zhuǎn)動引起的；異常車分動箱的振動時域曲線則存在很多沖擊，由此可知異響源確實來源于分動箱，需更進(jìn)一步分析分動箱內(nèi)部的結(jié)構(gòu)和運行機(jī)理。

2 泵車分動箱原理與結(jié)構(gòu)

泵車分動箱的大體結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖3 正常車與異常車分動箱加速度對比

圖4 分動箱結(jié)構(gòu)示意圖

當(dāng)泵車需要泵送位時，操作員將翹板開關(guān)扳到泵送狀態(tài)，氣缸動作，帶動撥叉向左移動，離合套在撥叉的作用下向左移動，連通輸入軸和空套齒輪；空套齒輪帶動二軸齒輪，二軸齒輪帶動三軸齒輪，三軸齒輪通過花鍵帶動三軸，三軸同時帶動左、右兩邊的臂架泵和主油泵工作，使混凝土泵車處于泵送狀態(tài)；當(dāng)需要正常行駛時，撥叉向右移動進(jìn)入離合套，發(fā)動機(jī)傳入分動箱輸入端的扭矩通過離合套傳遞至輸出軸和后橋，混凝土泵車處于行駛狀態(tài)。

3 分動箱故障原因分析

根據(jù)異常車泵送狀態(tài)無異響的現(xiàn)象，可將泵送工況下參與工作及行駛工況不轉(zhuǎn)動的零部件排除，僅剩下輸入軸軸承和輸出軸軸承是可能存在問題的零部件。由于滾動軸承是機(jī)器中最容易損壞的元件之一[8]，而滾動軸承常見缺陷的特征頻率可以通過公式(1)至公式（3）計算[9]，如表1所示

式中ft、fc、fb分別為軸承內(nèi)圈、外圈及滾動體存在缺陷時的特征頻率；z為滾子數(shù)量、α為接觸角；D和d分別為軸承節(jié)圓直徑和滾子直徑。

表1 軸承缺陷特征頻率

為找到異常頻率，圖5及圖6列出了異常車和正常車分動箱測點的振動頻譜圖：

根據(jù)混凝土泵車動力傳動系統(tǒng)的傳動比可以換算出泵車7檔60 km/h行駛時傳動軸的轉(zhuǎn)動頻率約為32.4 Hz，可見分動箱振動頻譜圖中對應(yīng)的33.5 Hz即為傳動軸的轉(zhuǎn)動頻率。對比圖5及圖6可知，異常泵車分動箱在437 Hz處存在很大的加速度峰值且在該頻率附近出現(xiàn)了大量邊頻帶，而正常泵車僅在33.5 Hz處存在較大的峰值。對比表1軸承缺陷特征頻率計算結(jié)果可知，NJ 1028軸承內(nèi)滾道缺陷的特征頻率441.1與437 Hz相吻合，因此，將異響的原因診斷為NJ 1028軸承內(nèi)滾道缺陷。為驗證診斷的結(jié)果，現(xiàn)場將分動箱解體，并逐個對分動箱內(nèi)部的零件進(jìn)行檢查，確實發(fā)現(xiàn)NJ 1028軸承內(nèi)滾道上有明顯壓痕（圖7）。

圖5 異常車分動箱測點振動功率譜密度

圖6 正常泵車分動箱振動功率譜密度

圖7 NJ 1028軸承內(nèi)圈缺陷

對故障件的分析可知，NJ 1028軸承內(nèi)圈軌道面的傷痕呈等間距性，且存在于無擋邊的一側(cè)。結(jié)合分動箱現(xiàn)場裝配流程可以判斷，該劃痕應(yīng)是壓入6309軸承內(nèi)圈時輸入軸的垂直度無法保證而導(dǎo)致NJ 1028軸承的內(nèi)圈和滾子發(fā)生碰撞形成的。在工廠內(nèi)更換該軸承并重新裝配分動箱后該泵車底盤異響現(xiàn)象消失。改進(jìn)裝配工藝流程，在NJ 1028軸承下面加裝一個帶錐度的導(dǎo)套后至今一年多來未再接到類似的故障反饋。

4 結(jié)語

針對某型號混凝土泵車在使用過程中底盤出現(xiàn)異響的情況，進(jìn)行了一系列對比試驗及分析，得出以下結(jié)論：

（1）通過對正常車和異常車振動、噪聲數(shù)據(jù)的對比分析確定異響來源于分動箱；結(jié)合分動箱的振動頻譜及軸承故障特征頻率確定分動箱異響的原因為支承分動箱輸出軸的NJ 1028軸承內(nèi)圈故障；

（2）結(jié)合NJ 1028軸承內(nèi)圈故障的形式及現(xiàn)場裝配流程，分析NJ 1028軸承過早出現(xiàn)故障的原因并提出了更合理的裝配工藝；

（3）綜合診斷技術(shù)的使用、合理的試驗設(shè)計及對試驗對象結(jié)構(gòu)的深刻理解有助于提高故障診斷的準(zhǔn)確性及降低診斷的難度。

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Abnormal Noise Fault Diagnosis of a Concrete Pump Truck

LIU Yong-hong,LU Li-xiu,DENG Xi-shu

(Sany Group Co.Ltd.,Changsha 410100,China)

∶In order to find the cause of the abnormal noise from the chassis of a concrete pump truck,the vibration and noise of the abnormal concrete pump truck were tested firstly.It was estimated that the abnormal noise came from the transfer case of the truck.Secondly,the vibration signals in time domain and frequency domain from the transfer case were analyzed.According to the frequency characteristics of the defected bearings,the fault in the inner track of NJ 1028 bearing, which supports the export axes,was identified.Then,the configuration of the fault in the inner track and the assembly process of the transfer case were analyzed,and the reason which induces this kind of fault was found.Finally,relevant improvement was proposed and carried out,and its effectiveness was verified.

∶vibration and wave;concrete pump;abnormal noise;fault diagnosis;transfer case

TB53< class="emphasis_bold">文獻(xiàn)標(biāo)識碼：ADOI編碼：

10.3969/j.issn.1006-1335.2014.06.035

1006-1355(2014)06-0157-04

2014-02-18

國家科技支撐計劃資助項目（2012BAF02B01）

劉永紅（1972-），男，安徽碭山人，博士，高級工程師，研究方向：內(nèi)燃機(jī)虛擬試驗與工程機(jī)械振動噪聲控制研究。

盧立秀，男，工程師。

E-mail∶waterbabyi@163.com。