純電動(dòng)客車板簧懸架異響分析及改進(jìn)

陳毅超，張 鹍，陳青生，張海濤

(南京金龍客車制造有限公司，南京 211215)

由少片簧、減振器和橫向穩(wěn)定桿等部件組成的板簧懸架具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠、高性價(jià)比和零能耗等優(yōu)點(diǎn)，是目前客車領(lǐng)域廣泛使用的懸架系統(tǒng)之一[1-2]。隨著人們對(duì)純電動(dòng)客車乘坐舒適性需求的提高，少片簧結(jié)構(gòu)的板簧懸架普遍存在的懸架異響問(wèn)題受到關(guān)注[3-6]。公司將改善純電動(dòng)客車少片簧板簧懸架異響作為年度重大質(zhì)量改進(jìn)項(xiàng)目，要求在優(yōu)化結(jié)構(gòu)與選材基礎(chǔ)上消除板簧懸架異響。

1 異響成因及分析

某型純電動(dòng)客車采用少片簧板簧懸架，一部分車輛在道路試驗(yàn)行駛5 000 km后前后懸架出現(xiàn)“咯吱咯吱”的尖銳金屬摩擦聲和“咕咚咕咚”的沉悶金屬撞擊聲的異響現(xiàn)象。

1.1 “咯吱咯吱”的尖銳金屬摩擦聲

此類異響聲主要產(chǎn)生在兩相對(duì)旋轉(zhuǎn)或相對(duì)移動(dòng)的部件，由于潤(rùn)滑不到位或兩金屬件沒(méi)有緩沖層隔離而形成“干磨”現(xiàn)象，由此推斷該類異響源可能產(chǎn)生的主要部位有：板簧銷與板簧襯套連接部位；卷耳與板簧支座接觸部位；彈簧片間；板簧卡箍部位[7]。

依據(jù)上述推斷，拆解前后懸架發(fā)現(xiàn)：①板簧銷表面有明顯的磨蝕痕跡，表面干燥，且痕跡呈非矩形狀；②板簧支座及板簧相應(yīng)部位有磨損痕跡；③板簧與吊耳接觸的部位有明顯磨痕；④穩(wěn)定桿與支架及吊桿接觸部位無(wú)磨痕。根據(jù)上述現(xiàn)象分析可知，該前后懸架異響主要產(chǎn)生于板簧銷與板簧襯套連接部位及板簧與板簧支座和吊耳的接觸部位，異響成因如下：

1) 板簧銷與板簧襯套連接部位。此處因潤(rùn)滑油缺失或板簧銷表面耐磨層破壞而產(chǎn)生金屬摩擦噪聲。問(wèn)卷調(diào)查結(jié)果顯示，客戶實(shí)際加油周期為7天/次，排除客戶使用原因。再次查看板簧銷發(fā)現(xiàn)油槽內(nèi)部有殘留潤(rùn)滑油，油槽結(jié)構(gòu)如圖1(a)所示,圖中h1為板簧銷外緣到油槽平口距離，h2為凹型油槽底部到油槽平口距離。此結(jié)構(gòu)油槽的截面積Q為：

式中：R1為凹型油槽底部半徑；L為油槽開(kāi)口寬度；R2為板簧銷外徑。

(a)優(yōu)化前結(jié)構(gòu) (b) 優(yōu)化后結(jié)構(gòu)

假設(shè)油槽平口以上的潤(rùn)滑油全部用于潤(rùn)滑，可利用的油槽截面積Q1為：

使用的板簧銷R1為10 mm,R2為15 mm,L為7 mm,油槽內(nèi)潤(rùn)滑油的利用率η為：

η=Q1/Q×100%=2/4.3×100%=46%

即采用此結(jié)構(gòu)的油槽不能使所儲(chǔ)潤(rùn)滑油充分利用。

2) 卷耳與板簧支座接觸部位。純電動(dòng)客車采用全承載車架，與大梁式車架相比，板簧支座定位誤差偏大。此誤差不但降低了板簧支座銷孔與板簧襯套的同軸度，也降低了板簧支座襠部中心線與板簧簧片中心線的重合度，造成板簧支座形位與板簧形位不重合，板簧卷耳與板簧支座之間產(chǎn)生較大的摩擦噪聲。

這些誤差主要體現(xiàn)在如圖2所示的板簧支座中的前懸架隨動(dòng)端支座間距L3與后懸架導(dǎo)向端支座間距L4的差值，及兩者支座對(duì)角線間距L1與L2的差值。通常|L3-L4|≤2 mm，|L1-L2|≤3 mm。

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量，該車的|L3-L4|=4 mm，|L1-L2|=5 mm。兩者差值較大，導(dǎo)致前懸隨動(dòng)端支座與后懸導(dǎo)向端支座呈對(duì)角線長(zhǎng)不相等的梯形，而板簧在形位上呈長(zhǎng)方形。從而造成因板簧支座形位與板簧形位不重合產(chǎn)生噪聲。

圖2 板簧支座形位誤差測(cè)量示意圖

1.2 “咕咚咕咚”的沉悶撞擊聲

此類異響聲主要由沖擊或撞擊產(chǎn)生，根源在于零部件的設(shè)計(jì)公差不合理及存在裝配間隙[8]。由此推斷該類異響可能來(lái)源于：減振器銷與減振器襯套配合部位；減振器銷與支架配合部位；穩(wěn)定桿銷與穩(wěn)定桿配合部位。

依據(jù)上述推斷對(duì)前后懸架相關(guān)部件進(jìn)行拆解，發(fā)現(xiàn)：①減振器銷與支架接觸部位有輕微的撞擊印跡；②減振器銷與減振器襯套裝配后，可沿徑向晃動(dòng)。該前后懸架此類異響產(chǎn)生成因如下：

1) 減振器銷與支架配合部位。減振器銷與支架一般采用間隙配合，在緊固方式上采用單點(diǎn)固定時(shí)受懸架跳動(dòng)影響，減振器帶動(dòng)減振器銷對(duì)支架連續(xù)撞擊而產(chǎn)生“咕咚咕咚”的異響。

2) 減振器銷與減振器襯套配合部位。因加工精度限制及裝配需要，減振器銷與減振器襯套普遍采用間隙配合。懸架跳動(dòng)過(guò)程中，由于配合間隙存在，減振器銷對(duì)減振器襯套不斷沖擊，從而產(chǎn)生“咕咚咕咚”的異響。

2 改進(jìn)方案及驗(yàn)證

2.1 油槽結(jié)構(gòu)改進(jìn)

為提高板簧銷油槽內(nèi)潤(rùn)滑油的利用率，將油槽底部由凹型改為平底型，并在不影響板簧銷使用強(qiáng)度的情況下于板簧銷外表面開(kāi)設(shè)環(huán)形油槽，結(jié)構(gòu)如圖1(b)所示。改進(jìn)后的板簧銷油槽潤(rùn)滑油的利用率約為100%。

2.2 裝配間隙優(yōu)化措施

1)板簧與板簧支座連接系統(tǒng)。如專利2019 1065 8285.0[9]所述，在此結(jié)構(gòu)中，用板簧螺栓代替板簧銷承載車身載荷，不同的是板簧螺栓與板簧支座采用螺紋連接，形成“板簧螺栓-止推襯套-板簧復(fù)合襯套-板簧支座”連接系統(tǒng)，如圖3(a)所示。止推襯套置于板簧螺栓與板簧之間，嵌在板簧支座一側(cè)的懸臂內(nèi)，并可沿板簧螺栓軸向滑動(dòng)。擰緊板簧螺栓推動(dòng)止推襯套軸向滑動(dòng)，以消除支座的板簧安裝襠距與板簧復(fù)合襯套之間的間隙。

該結(jié)構(gòu)主要適用于復(fù)合結(jié)構(gòu)的板簧襯套，板簧復(fù)合襯套的結(jié)構(gòu)由3部分構(gòu)成，即與板簧卷耳接連的外襯套，與板簧螺栓連接的內(nèi)襯套，內(nèi)外襯套之間的天然橡膠。內(nèi)襯套軸向長(zhǎng)度大于外襯套，在板簧螺栓推動(dòng)止推襯套完全消除板簧復(fù)合襯套與板簧支座的板簧安裝襠距之間的間隙后，板簧卷耳與板簧支座不接觸。板簧與板簧支座的相對(duì)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為板簧復(fù)合襯套的內(nèi)襯套與外襯套的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，最終由天然橡膠吸收。

(a)板簧與支座連接系統(tǒng) (b)減振器銷與襯套限位系統(tǒng)

1—板簧螺栓； 2—止推襯套； 3—板簧復(fù)合襯套； 4—板簧支座；
5—螺栓； 6—擋圈； 7—襯套內(nèi)管； 8—橡膠襯套；
9—減振器吊環(huán)； 10—減振器銷。

圖3 結(jié)構(gòu)間隙優(yōu)化剖面圖

2) 減振器銷與減振器襯套限位系統(tǒng)。一般情況下兩者之間采用間隙配合，公差累積主要表現(xiàn)在減振器銷的外徑公差與減振器襯套內(nèi)管的內(nèi)徑公差。如圖3(b)所示，減振器銷與減振器襯套內(nèi)管采用錐度配合，消除徑向公差[10]。此外，減振器襯套采用分體式橡膠襯套，在左右兩擋圈擠壓下橡膠體填滿減振器吊環(huán)與襯套內(nèi)管間的間隙，車輪跳動(dòng)的沖擊由橡膠吸收傳遞給減振器，弱化了沖擊對(duì)車身的影響。在減振器銷至減振器缸體之間的尺寸鏈上，規(guī)避了設(shè)計(jì)公差，消除了由于間隙引起的懸架異響。

2.3 材料應(yīng)用改進(jìn)

懸架系統(tǒng)中存在相對(duì)運(yùn)動(dòng)的部位，材料材質(zhì)的軟硬是決定懸架異響與否的關(guān)鍵因素，這些部位包括鋼板彈簧襯套、彈簧片之間及板簧卡箍等。對(duì)應(yīng)于1.1節(jié)的分析，在這些部位采用由天然橡膠組成的復(fù)合材料，盡量避免金屬與金屬的相互摩擦，減輕異響。

2.4 裝車驗(yàn)證

選取一輛板簧懸架系統(tǒng)異響嚴(yán)重的8 m級(jí)純電動(dòng)客車進(jìn)行以上懸架優(yōu)化方案。優(yōu)化方案完成后的整車在水泥路、柏油路、卵石路、比利時(shí)路、扭曲路和搓板路等路面進(jìn)行路試，原先出現(xiàn)的懸架異響現(xiàn)象消失。投放市場(chǎng)運(yùn)行3個(gè)月10 000 km后，組織相關(guān)人員再次評(píng)價(jià)，異響消除，各部件運(yùn)行良好。

3 結(jié)束語(yǔ)

針對(duì)純電動(dòng)客車少片簧板簧懸架異響的問(wèn)題，分析了懸架系統(tǒng)異響的成因并采取了相應(yīng)改進(jìn)措施。結(jié)果表明，改進(jìn)后的懸架系統(tǒng)從根本上解決了異響問(wèn)題，大幅提高了少片簧板簧懸架車型的乘坐舒適性。