工况传递路径分析技术在某叉车振动分析中的应用

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1、工况传递路径分析技术在某叉车振动分析中的应用传统的传递路径分析（TPA）方法已成为当前解决NVH问题的主要手段之一，但是受试验的复杂性、耗时长等缺点限制，其工程应用一直很难被推广，因此需要开发另一种简单、快速且有效的方法，其中工况传递路径分析（OPA）在NVH领域很受重视。OPA的整个分析过程只需测量路径参考点（一般为悬置被动端）和目标响应点的运行工况试验数据，而不需要花大量时间测试传递函数，路径参考点和目标响应点之间的传导函数矩阵则可以从不同测试工况下（通常是匀加速或匀减速工况）的运行工况试验数据中估计得到，此方法简

2、易、高效。本文主要通过OPA方法研究某叉车悬浮式护顶架结构的振动传递路径，为后续的叉车振动分析提供了一些有价值的指导意见，同时也验证了OPA方法实用有效。一、概述7复杂的振动噪声现象一般是多个激励源通过不同的传递路径抵达目标后矢量叠加形成的，为了从多源和多路径的综合角度，分析、诊断和优化目标的振动噪声响应值，人们基于“源―路径―接受者”模型的传递路径分析方法展开了深入的研究，并取得很大进展，传动路径分析分为时域TPA和频域TPA，通常我们研究和应用的是频域TPA，目前已经发展出多种频域TPA方法，包括传统TPA、OPA

3、X、快速TPA、多级TPA、混合TPA和OPA等方法，每种方法都有各自的应用范围和优缺点，本文着重讨论OPA方法，其较之传统TPA方法来说，更加简便、快捷，只需要采集运行工况数据，不需要进行传递函数测试，因此极大地减少了测试与分析时间，同时也不需要力锤等试验设备，进而也降低了试验投入成本，不过在遗漏某些路径、路径交叉耦合严重等情况下，OPA方法就会存在相当大的分析误差。文中研究的叉车悬浮式护顶架结构包括叉车方向盘、前板和护顶架总成，总成通过四个橡胶减振垫装配到叉车车架上，从而实现把车架与悬浮式护顶架隔离起来达到隔振目的

4、，假设每个减振垫有3个方向（上下、左右和前后）均构成振动传递路径，那么总共有12条路径可以传递振动到目标响应点，这里通过OPA方法可以分析出主要的传递路径，以及每条传递路径在不同工况下的贡献量，为后续选配悬置、修改悬浮式护顶架结构提出指导意见。二、工况传递路径分析的方法原理7OPA模型中的目标点响应表达式也可以写成类似于TPA模型的形式，如下公式（1）所示，OPA模型不需要进行传统TPA的载荷识别过程，直接使用被动端激励点响应值代替激励力实现建模，另外OPA分析过程中采用被动端响应到目标点的传递率矩阵代替测试得到传递函

5、数矩阵，因此传递率矩阵的估计准确性在整个过程中尤其关键，大多数文献中采用最小二乘法来计算传递率矩阵，其原理与试验模态中的MIMO（多输入多输出）方法非常类似，并且为了降低噪声对于信号的影响，奇异值分解（SVD）技术被引入到计算过程中，下面本文将着重介绍传递率矩阵的识别过程。（1）式中，yk表示为目标点的响应值；ai表示被动端激励处的加速度值；pj表示声源处声压值；Tik和Tjk分别表示被动端激励处加速度和声源处声压到目标响应点的传递率。假设进行r次工况测试（一般是匀加速或匀减速工况），被动激励端与目标点之间的关系如公式

6、（2）所示，也可以简写成公式（3）的形式。（2）XT=Y（3）式中，m和n分别表示被动端激励数量（或路径数量）和目标点数量；x和y分别表示为被动端激励和目标响应，它们的物理量类型没有限制，可以是力、加速度和声压等。运行工况测试过程中一般要求工况数量r大于路径数量m，这样求解传递率矩阵T的过程就会变成一个最小二乘优化的问题。将公式（3）左乘转置矩阵7XT得到公式（4）的形式，其中，X+=（XTX）-1XT为X的广义逆矩阵，XTX相当于被动端激励的自功率谱矩阵Gxx，XTY相当于被动端激励与目标响应之间的互功率谱矩阵Gxy

7、，其实Gxx和Gxy为r次工况得到的自功率谱矩阵和互功率谱矩阵的平均值，直接求解公式（4）将会导致错误的估计结果，因为测试噪声会在求解Gxx-1时被放大，因此可以在OPA方法中会采用奇异值分解技术来避免这种情况发生。三、叉车振动测试试验本次试验共使用了15个加速度通道和1个转速通道，12个加速度通道做为被动端激励处（悬置上端）的振动测试，3个加速度通道做为目标点（护顶架顶端）的振动测试，最后1个转速通道测试跟踪发动机转速。通道的命名规则为：部件_方位_坐标轴，例如悬置前左布置的三向加速度传感器，其三个通道分别命名为：C

8、ab_FL_X、Cab_FL_Y和Cab_FL_Z，具体的传感器布置位置如图1所示。试验采集设备为HBM公司的SoMat采集器，采样频率设置为2500Hz，试验工况为叉车静置发动机从700rpm匀加速到2700rpm，同时记录加速度和发动机转速信号，试验数据在nCodeGlyphWorks软件中经过去除趋势项和毛刺等处理。图2给出