轻型电动商用车打气泵的振动优化研究

引言

随着轻型电动商用车在城市物流和短途运输领域的广泛应用，其性能表现愈发受到关注。打气泵作为车辆制动系统、空气悬架等关键部件的动力源，其振动问题直接影响车辆的舒适性、零部件寿命及行驶安全性。

一、打气泵振动传递路径与仿真建模

1.1 振动传递路径分析

振动传递路径分析是探究打气泵振动如何作用于轻型电动商用车整体的关键环节。打气泵工作时产生的振动并非孤立存在，而是通过多种途径向车身及其他部件传递。首先需明确打气泵与车辆连接的物理结构，包括刚性连接点、管路接口等，这些部位是振动传递的主要通道。从力学角度看，振动传递遵循力的传递规律。为准确识别关键传递路径，需对各潜在路径进行排查与评估。可通过拆解分析打气泵的安装结构，确定所有可能的振动传递节点，再结合振动特性判断各节点的传递贡献度。通常，刚性连接部位由于能量损失较小，往往是振动传递的主要路径；而柔性连接部位则可能因自身的缓冲作用，对振动传递有一定抑制效果。

1.2 有限元仿真模型构建

有限元仿真模型构建是对打气泵振动进行数字化分析的重要手段。首先需建立打气泵的三维几何模型，涵盖其核心部件如电机、缸体、传动机构、壳体等，确保模型的几何参数与实际结构一致，为后续的仿真分析奠定基础。在几何模型基础上，进行网格划分，将模型离散为众多小单元，以便进行力学计算。随后，定义材料属性，包括各部件的密度、弹性模量、泊松比等，这些参数直接影响结构的力学响应。设置边界条件，模拟打气泵的实际安装状态，如固定约束安装支架的连接点，定义各部件之间的接触关系。

1.3 仿真与试验数据对比验证

仿真模型构建完成后，需通过与试验数据的对比验证来确保模型的准确性和可靠性。试验数据可通过台架试验获取，在打气泵运行时，使用传感器采集其关键部位的振动参数，如振动加速度、位移等，并记录不同工况下的数据。将仿真结果与试验数据进行对比，主要从振动频率、振幅等方面进行分析。当仿真结果与试验数据存在偏差时，需对模型进行修正。通过仿真与试验数据的对比验证，不仅能确认模型的有效性，还能进一步理解打气泵的振动机理，为后续的振动优化设计提供可靠的分析工具。

二、打气泵振动优化设计方案

2.1 结构优化设计

结构优化设计是从打气泵自身结构出发减少振动产生的根本措施。针对仿真分析和试验中发现的振动敏感部位，对其结构进行改进。传动机构是振动的重要来源之一，对其进行优化可有效降低振动。壳体作为打气泵的外部结构，其振动会直接向外传递，对壳体进行结构优化也十分必要。可通过改变壳体的壁厚分布，在薄弱部位增加厚度以提高刚度，或采用镂空、肋条等结构设计，调整壳体的固有频率，避免与内部激励产生共振。

2.2 隔振系统设计

隔振系统设计是阻断振动传递路径的有效手段。根据打气泵的振动特性和传递路径，选择合适的隔振元件，如橡胶隔振垫、弹簧阻尼器等。合理布置隔振元件，在打气泵与安装支架之间设置多个隔振点，使振动载荷均匀分布，提高隔振效果。隔振点的位置应避开振动传递的敏感方向，尽量使隔振系统在各个方向上都能发挥良好的隔振作用。隔振系统设计还需考虑打气泵的重量和工作时的受力情况，确保隔振元件具有足够的承载能力和耐久性，在长期使用过程中保持稳定的隔振性能。

2.3 气流脉动抑制

气流脉动是打气泵振动的重要诱因之一，抑制气流脉动可有效减少振动。在进气和排气系统中设置缓冲装置，如缓冲罐，利用其容积效应来稳定气流压力，减少压力波动。优化进气和排气管路的结构，如采用光滑的内壁设计，减少气流在管路中的阻力和扰动；合理设计管路的直径和长度，避免因管路尺寸不当引起的气流共振。在排气口设置消声器，不仅可以降低噪声，还能对气流脉动起到抑制作用。消声器内部的声学结构可通过反射、吸收等方式衰减气流脉动的能量，减少振动激励。

三、优化方案的试验验证

3.1 台架试验验证

台架试验是验证优化方案效果的基础环节。将优化后的打气泵安装在专用的试验台架上，模拟其在车辆上的安装状态和工作环境。试验台架应具备加载和测量功能，可模拟不同的工作载荷和工况。在试验过程中，使用振动传感器、噪声测试仪等设备，采集打气泵在不同转速、不同气压下的振动参数和噪声数据。与优化前的试验数据进行对比，分析振动幅值、频率特性等指标的变化，评估结构优化、隔振系统设计和气流脉动抑制措施的实际效果。

3.2 实车测试验证

实车测试是在实际使用环境中验证优化方案的最终环节。将优化后的打气泵安装到轻型电动商用车上，进行道路行驶测试。选择不同的路况，如城市道路、乡村土路、高速公路等，模拟车辆的实际使用场景。在实车测试中，通过安装在车身、车架及打气泵附近的传感器，采集振动数据和相关性能参数。分析车辆在行驶过程中的振动舒适性，如驾驶员座椅处的振动加速度；检查其他相关部件的工作状态，评估优化后的打气泵振动对其的影响。对比优化前后车辆的整体振动水平和性能表现，判断优化方案是否达到预期目标。实车测试能更真实地反映打气泵在实际工作中的振动情况，以及优化措施对车辆整体性能的影响，是验证优化方案实用性的关键步骤。

3.3 经济性与可行性分析

在验证优化方案效果的同时，还需进行经济性与可行性分析。经济性分析主要考虑优化方案的成本增加情况，包括设计成本、材料成本、制造成本等。对比优化前后的成本差异，评估优化方案的经济性，判断其是否在可接受的成本范围内。可行性分析则从技术和生产角度出发，评估优化方案是否易于实现。例如，结构优化设计是否需要特殊的制造工艺，隔振系统的安装是否复杂，气流脉动抑制装置是否便于集成到现有打气泵结构中。考虑优化方案对打气泵原有性能的影响，如是否会降低打气效率、增加能耗等。综合经济性和可行性分析结果，判断优化方案是否具有实际应用价值。若优化效果显著且成本合理、易于实施，则该方案具备推广应用的条件；若存在成本过高或技术难以实现等问题，则需对方案进行进一步调整和优化。

轻型电动商用车打气泵的振动优化是提升车辆性能的重要举措。通过对振动传递路径的分析和有限元仿真模型的构建，为振动优化提供了理论依据和分析工具；结构优化、隔振系统设计和气流脉动抑制等方案的提出，从不同角度针对性地解决了振动问题；台架试验和实车测试验证了优化方案的有效性，经济性与可行性分析则确保了方案的实际应用价值。

参考文献

[1]张嘉睿,李浩亮,于友明,等.某轻型电动商用车打气泵的振动优化研究[J].专用汽车,2021,(11):66-69.

[2] 李 志 刚 , 冉 威 , 张 健 .TC4 轻 型 电 动 商 用 车 车 架 特 性 分 析 [J]. 机 械 设计,2021,38(S1):91-94.