內燃機車高速柴油發電機組聯接形式及振動分析

何翠微, 錢紀富, 駱方林

(1 中國中車股份有限公司， 通用機車事業部， 北京 100036;2 資陽內燃機車有限公司， 四川資陽 641301)

內燃機車高速柴油發電機組聯接形式及振動分析

何翠微1, 錢紀富2, 駱方林2

(1 中國中車股份有限公司， 通用機車事業部， 北京 100036;2 資陽內燃機車有限公司， 四川資陽 641301)

我國出口內燃機車高速柴油發電機組有4種典型聯接形式；基于這4種聯接形式，選取3種機車對機組軸系采用不同的彈性聯軸節進行扭振計算和扭振振動測試，對機組隔振系統采用不同橡膠硬度進行振動測試，分析了彈性聯軸節和橡膠硬度對機組振動的影響，得出了幾點結論性的意見。

內燃機車； 高速柴油發電機組； 聯接形式； 機組振動； 分析； 結論

為滿足國外鐵路運輸要求和機車運用條件，我國許多出口內燃機車選用了高速柴油發電組。高速柴油發電機組單位功率質量比大的優點，給機車總體布置帶來了便利，但其與傳統中速柴油機不同的振動特性，也要求設計師在機組聯接形式的選擇、機組安裝等方面有新的考慮。因此有必要對不同的機組聯接形式、以及采用不同的彈性聯軸節(以下簡稱：彈聯)和隔振器橡膠硬度對振動的影響進行分析。

1 內燃機車高速柴油發電機組聯接形式及適用范圍

內燃機車高速柴油發電機組，主要由高速柴油機、主發電機、彈聯、聯接箱(選用)、公共安裝架(選用)、隔振器組成。為滿足機車總體布置要求，結合柴油機的結構特點，高速柴油發電機組可以歸納為以下4種典型的聯接形式。

表1 高速柴油發電機組典型聯接形式

聯接結構示意如圖1：

圖1 聯接結構示意圖

結構a：適用MTU4000、CAT C175、Cummins QSK等系列。當高速柴油機機體安裝強度好、機車減重要求高時可優先考慮。

結構b：適用MTU4000、CAT C175、Cummins QSK等系列。當高速柴油機機體安裝強度好、柴油機功率較大且機車減重要求高時推薦采用。

結構c：適用CAT 35、Cummins QSK、MTU4000等系列。當高速柴油機機體安裝強度低、不能直接承受主發電機重量且柴油機功率小于2 700 kW時推薦采用。

結構d：適用CAT C175、Cummins QSK75、MTU20V4000等系列。當高速柴油機機體安裝強度低、不能直接承受主發電機重量，且功率大于2 700 kW時推薦采用。

2 機組軸系扭振分析

為掌握不同彈聯對同款機車機組軸系扭振以及不同柴油機與主發電機聯接結構對機車扭振的影響，選擇了SDA1、SDD22和SDD23 3種機車，進行幾種搭配的對比計算和測試。

2.1 扭振計算

柴油發電機組軸系的扭振計算，一般采用霍爾茨表格法、傳遞矩陣法、模態分析法、有限元法和彈性波傳播法等數值計算法。隨著專業計算軟件的運用，軸系扭振計算也趨于簡單。內燃機車高速柴油發電機組軸系的扭振計算大多采用霍爾茨表格法。

內燃機車高速柴油機組中的軸系計算，首要考慮的是機組柴油機曲軸扭振應力，自由端綜合扭振振幅值等是否符合柴油機的限制值，其次是軸系主要部件扭振的影響。由于對主發電機在高速柴油發電機組中的運行扭振特性及要求掌握較少，因此對三種機車裝用不同彈聯和不同高速柴油機軸系的主發電機轉子綜合振幅進行對比計算分析，見表2。機車機組主要部件參數見表3。

表2 機車機組扭振計算測試對比

表3 機車機組主要部件參數

從計算結果來看：同款機車主發電機端綜合振幅值，采用膜片彈聯的比采用蓋斯林格和重齒彈聯的大2～4倍；不同機車采用高彈性橡膠彈聯，其主發電機端綜合振幅值大小相當。

2.2 扭振測試

為驗證計算，采用非接觸測量方法中的頻率計量法進行扭振信號測量，根據GB/T 15371-2008《曲軸軸系扭轉振動的測量與評定方法》標準，進行了裝車測試，獲得柴油發電機組主發電機端扭振角位移各諧次幅值隨轉速變化曲線，見圖2。曲線中，主要諧次均為2.5，1.5，0.5，1.0。

剔除工作穩定性較差的怠速工況，在800～1 800 r/min柴油機工作轉速范圍內，主發電機端綜合振幅值見表2。

比較表2中序號1,2,3可以看出，采用不同的彈聯，測試值差異極小。這說明相同的柴油機與主發電機聯接機構，采用不同的彈聯對主發電機端的綜合振幅影響不明顯。其中，蓋斯林格彈聯方案的單諧次扭振振幅較小，性能更優。從表2中還看到計算與測試偏差較大。因此，有關規范規定：“扭振特性的審查內容應包括理論計算和實測結果，若兩者不同，則應以實測為準”。

圖2 各諧次幅值隨轉速變化曲線

3 機組振動測試分析

柴油發電機組對機車振動的影響由其安裝性能決定，通過對機組振動的測試分析可以了解隔振器橡膠硬度以及不同彈聯對安裝性能的影響。本次機組振動測試根據TB/T 3164-2007《柴油機車車內設備機械振動烈度評定方法》標準，選取不同橡膠硬度的隔振器和裝用不同彈聯進行。測點分布為機組隔振器上部支承處。考慮振動對主發電機的影響，取主發電機軸承端和主發電機支撐處兩個測點進行分析，測試情況見表4。

表4 機組振動烈度

從表中可以看出：降低隔振器橡膠硬度，可以降低機組振動烈度；不同的彈聯對機組振動影響不大；柴油機與主發電機聯接形式，c,d結構比a,b結構在主發電機支撐座處的振動烈度小。

4 結 論

(1) 柴油發電機組采用何種聯接形式，應由機車總體布置和柴油機結構特點決定。不同的結構形式對彈聯的選型應有不同要求。在機車總體質量控制比較嚴格，安裝空間位置比較緊張的情況下，建議優先采用b結構形式；當柴油機飛輪端不允許承載較大質量時，優先選用c結構形式；

(2) SDA1型機車采用相同或相近的柴油發電機組聯接形式，不同的形式的彈聯對主發電機轉子綜合振幅的影響不明顯，但采用蓋斯林格彈聯在單諧次扭振振幅較小，性能更優；

(3) 扭振計算結果與實測數據存在較大差異，有必要開展計算和測試方法方面的進一步研究；

(4) 選擇適宜的隔振器橡膠硬度，能有效降低柴油發電機組的振動烈度；

(5) 改變柴油發電機組的扭振參數(裝用不同彈聯)，對機車振動的影響不明顯。

[1] 柴油機設計手冊編輯委員會. 柴油機設計手冊上冊[M].北京：中國農業機械出版社，1984.

[2] 王長榮. 內燃機動力學[M].北京：中國鐵道出版社，1990.

Connection and Vibration Analysis of High Speed G-set for Diesel Locomotive

HECuiwei1,QIANJifu2,LUOFangling2

(1 CRRC Corporation, Limited Geberal Electro-mecgabucal Business Department 100036, China;2 Ziyang Diesel Locomotive Co.,Ltd., Ziyang 641301 Sichuan, China)

There are four typical types of high speed G-set connection modes for Chinese exported diesel locomotives. Based on these four types of connection modes, randomly select three types of locomotives to have torsional vibration calculation and torsional vibration test by adopting different couplings; To have vibration test on the G-set vibration isolation system by adopting different rubber hardness;Based on the test results, this article is going to analysis the impact of coupling and rubber hardness on the G-set vibration and finally with points of conclusions.

diesel locomotive; high speed diesel G-set; connection mode; G-set vibration,analysis; conclusion

1008-7842 (2015) 06-0041-03

) 男，高級工程師(

2015-06-07)

U262.11

A

10.3969/j.issn.1008-7842.2015.06.10