摘要：随着社会经济的不断发展进步，对于挖掘机的需求也逐渐提高，但是也出现了一些问题，就比如挖掘机噪声太大，而且目前挖掘机市场反馈消声器支架开裂故障多，平均故障时间大约800h，市场相对较大的隐患，本文主要通过对挖掘机结构应力分析和模态的分析，来最大程度上优化下支架的设计，从而在一定程度上提高其使用寿命，也能够达到期望的目标。
关键词：发动机；消音器支架；开裂；应力；振动；固有频率
1.挖掘机消音器支架开裂问题描述
挖掘机的消声器一般都安装在发动机上，这个支架主要的作用就是固定和装配发动机的消声器。支架和发动机主要是靠4个固定螺栓进行链接，消声器一般是通过2个u形卡钩进行固定。经过近期的市场调查结果来看，有一种型号的挖掘机大概在工作800个小时左右就会出现消声器支架开裂的现象。开裂的地方一般都是在消声器支架立板与底板焊接的位置处，还有就是可能出现在立板中间加劲肋的位置处，就比如图1所示的样子。因为挖掘机发动机的
振动是很大的，如果出现消声器支架开裂在一定程度上影响还是很大的，主要是会影响驾驶员的感觉舒适程度。
图1消音器支架开裂位置
2挖掘机消音器支架开裂原因分析
以上主要对挖掘机的消声器的故障现象和消声器支架的加工工艺、装配方法及位置、综合人员操、原材料质量问题、环境因素、设计方法等因素，采用鱼骨图分析法分析了消声器支架开裂的原因。通过对以下原因逐一分析，确定消声器支架开裂的主要原因有：(1)消声器支架的设计强度不够，筋和焊缝位置不正确；(2)消声器支架的固有频率和发动机的激振频率太接近，这样就会在很大程度上引起共振。
3.挖掘机消音器支架开裂的改进方案
经过对挖掘机消声器支架开裂原因的分析，针对具体问题提出相应的解决措施，主要就从优化结构设计和提升支架的固有频率这两方面进行改进。通过比较应力分析、模态分析和分析软件这三种方式，选择更加适合的方式，在最大程度上减低设计理论的风险。
3.1支架结构设计优化
底板和加强板变成了整体弯曲结构，这在一定程度上就延长了焊接的范围和左右垂直板的接触面积，在最大程度上提高焊缝的应力集中点，应力的的安装点一般在底板的四角，这样做的母的就是防止底板开裂，并将整体弯曲板延伸至与上支撑板焊接，增大间隙，改善上支撑板焊接位置的应力集中。如下面的图2和图3所示。
图2改进前支架结构
图3改进后支架结构
3.2共振频率改善
发动机激振频率计算：f=nz/60τ
式中：n—发动机转速，r/min；
z—发动机汽缸数，本例发动机为六缸发动机z=6；
τ—发动机冲程系数，四冲程发动机τ=2。
一般就可以根据挖掘机发动机的怠速转速和额定工作转速，就可以计算出发动机的激励频率分别为50Hz和100Hz，通过模态分析对消声器支架进行改进，一阶固有频率提高到103.5Hz。改进后的固有频率250.9hz，在最大程度上避免发动机达到最大激励频率，这样就
不会发生共振现象。
3.3应力分析对比
消声器支架按3mm划分为S4R壳单元，抱箍按2mm划分为C3D8R实心单元。该模型处理无关紧要的几何特征，如圆角和倒角。根据挖掘机的实际工作条件，有向上和向下的力，左派和右派力量，前后力工况下转向和碰撞，并参考整个机器的测试结果在早期阶段，确定了消声器支架的工作条件20克，前方20G，左侧20G，忽略局部应力集中点。结果表明，改进前20G正向工况3个位置的最大应力为559.2MPA，20G向上工况2个位置的最大应力为77.7MPA，如图4.5所示。应力降为86.1%，最大应力略高于e8级疲劳许用应力的63MPa，在正常使用条件下可接近无限寿命。
图4改进前支架模态分析结果图图5改进后支架模态分析结果
4.挖掘机消音器支架开裂的改进效果
本文针对某型挖掘机批量反馈的短期内消音器支架开裂问题，运用鱼骨图分析法从人机料法环几方面进行原因分析，通过设计结构优化改进及支架固有频率改善两方面对消音器支架进行改进。改进后支架已批量装机实施一年有余，且市场上整机全部主动更换，至今再无反馈该机型消音器支架开裂问题，大大降低了故障率，获得用户好评。
总结
本文主要通过对挖掘机消音器性能评价指标的分析、挖掘机消音器支架开裂存在的主要问题、具体问题原因分析、挖掘机消音器支架开裂的改进方案和最后挖掘机消音器支架开裂的改进的成果分析，运营各种对比分析的方式，在一定程度上对其进行了改进，达到了一个很好的预期效果。挖掘机市场反馈消音器支架开裂故障较多，平均故障时间800h左右，市场隐患比较大，本文通过借助结构应力分析和模态分析对支架进行设计优化，大大提高使用寿命，实现预期目标，提高了工作效率和工作进度，很大程度上达到了预期的效果，改进后支架已批量装机实施一年有余，且市场上整机全部主动更换，至今再无反馈该机型消音器支架开裂问题，大大降低了故障率，获得用户好评。
参考文献
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[2]陈国俊，等.液压挖掘机[M].武汉：华中科技大学出版社，2011.
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