扭振檢測(cè)：柴油發(fā)電機(jī)組扭振特性的驗(yàn)證

邢超

摘 要：多缸柴油機(jī)曲軸的扭振對(duì)柴油機(jī)的性能有著重要的影響，機(jī)車柴油機(jī)軸系長(zhǎng)、功率大，嚴(yán)重的扭振會(huì)使柴油機(jī)磨損加劇、噪聲增大，甚至有使曲軸斷裂的危險(xiǎn)。通過柴油機(jī)在機(jī)車運(yùn)行前的扭振檢測(cè)，能有效獲得柴油機(jī)安全性的相關(guān)數(shù)據(jù)。本文在測(cè)試的基礎(chǔ)上，對(duì)上述問題進(jìn)行了研究。

關(guān)鍵詞：柴油發(fā)電機(jī)組；扭振特性；驗(yàn)證分析

中圖分類號(hào)： TM314 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1673-1069（2016）26-154-2

1 扭振現(xiàn)象產(chǎn)生機(jī)理與檢測(cè)原理

本次測(cè)試的試驗(yàn)對(duì)象為CAT3516型柴油機(jī)，屬于往復(fù)式柴油機(jī)。往復(fù)式柴油機(jī)在工作時(shí)，旋轉(zhuǎn)的曲軸在燃?xì)鈮毫Φ牟粩嘧饔孟拢a(chǎn)生了平均力矩和交變力矩分量，兩者同時(shí)作用下會(huì)引起扭振現(xiàn)象。

當(dāng)曲軸不同部位的轉(zhuǎn)速增量有幅值和相位的相對(duì)變化時(shí)，軸上某一位置的平均轉(zhuǎn)速會(huì)產(chǎn)生上下波動(dòng)，此時(shí)即可證明扭振現(xiàn)象已經(jīng)發(fā)生。當(dāng)激勵(lì)頻率接近于扭振諧振頻率時(shí)，旋轉(zhuǎn)件內(nèi)應(yīng)力迅速增加，易誘發(fā)嚴(yán)重的車輛結(jié)構(gòu)耐久性問題，同時(shí)引起振動(dòng)、噪聲的大幅上升。

本次檢測(cè)的采集信號(hào)來自自制輔助工裝配合非接觸式傳感器檢測(cè)到的曲軸角速度相位差。該信號(hào)經(jīng)傳感器內(nèi)的前置放大——單穩(wěn)電路——低通濾波——積分放大處理后，向傅里葉分析記錄儀輸出信號(hào)，通過FFT快速傅里葉頻譜分析后，輸出分析數(shù)據(jù)。通過對(duì)數(shù)據(jù)分析與比對(duì)，完成對(duì)柴油發(fā)電機(jī)組的扭振測(cè)試。

2 扭振檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)的確定

2.1 試驗(yàn)依據(jù)

JB/T 9759-2011 內(nèi)燃發(fā)電機(jī)組軸系扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的限值及測(cè)量方法

GB/T 6072.5-2003 往復(fù)式內(nèi)燃機(jī)--性能 第5部分： 扭轉(zhuǎn)振動(dòng)

GB/T 15371-2008 曲軸軸系扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的測(cè)量與評(píng)定方法

2.2 試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)

通過對(duì)CAT3516B型柴油發(fā)電機(jī)組自身的數(shù)據(jù)要求，結(jié)合現(xiàn)存標(biāo)準(zhǔn)，確定了試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，測(cè)量的曲軸自由端扭振最大分諧波振幅不超過以下極限值：

0.5～1.0 order ±1degree

1.5 order ±0.25degree

>1.5 order ±0.15degree

3 扭振檢測(cè)應(yīng)用環(huán)境、檢測(cè)系統(tǒng)、檢測(cè)工裝

3.1 應(yīng)用環(huán)境

柴油機(jī)基本參數(shù)：

①柴油機(jī)型號(hào)：3516B HD型；

②柴油機(jī)參數(shù)：標(biāo)定功率2240kW；標(biāo)定轉(zhuǎn)速1800r/min；怠速：600r/min；

③結(jié)構(gòu)特征：16缸、V型、四沖程、增壓、直噴式、渦輪增壓、電噴；

3.2 試驗(yàn)條件

①所有試驗(yàn)設(shè)備，試驗(yàn)前經(jīng)試運(yùn)行一切正常并都在有效期內(nèi)。

②所有參試人員分工職責(zé)明確，對(duì)本次試驗(yàn)的試驗(yàn)條件和試驗(yàn)操作程序要求清楚。

③電力保障正常。

④試驗(yàn)條件保證完全滿足本次試驗(yàn)要求。

3.3 檢測(cè)系統(tǒng)

檢測(cè)系統(tǒng)由檢測(cè)齒輪、磁電式傳感器及其支架、扭振儀、傅里葉記錄分析儀組成。

檢測(cè)齒輪用于為傳感器提供信號(hào)反射。

磁電式傳感器以支架固定于柴油機(jī)自由端，用以接收從檢測(cè)齒輪反射回的信號(hào)。

本次試驗(yàn)時(shí)，柴油發(fā)電機(jī)組已安裝于運(yùn)行的動(dòng)車上。從0到12檔依次升檔加載，再反向降檔卸載，測(cè)出柴油機(jī)每檔對(duì)應(yīng)的參數(shù)值。

3.4 檢測(cè)工裝

檢測(cè)工裝用于安裝傳感器和檢測(cè)齒輪，接入檢測(cè)系統(tǒng)而完成檢測(cè)工作。

如下圖，包括檢測(cè)齒輪、安裝板、調(diào)整墊片、緊固件等。

4 扭振檢測(cè)過程

①柴油機(jī)運(yùn)行前，拆開柴油機(jī)曲軸端外罩殼。

②拆開柴油機(jī)阻尼器6個(gè)螺釘中的中心對(duì)稱的2個(gè)，安裝測(cè)試齒輪，將止口完全沒入阻尼器內(nèi)表面。旋入螺栓，逐步打扭矩至1150Nm±60。注意工具使用時(shí)勿對(duì)測(cè)試齒輪外圓柱面用力。

③安裝柴油機(jī)曲軸端外罩殼，依次對(duì)角逐步旋緊。

④連接測(cè)試一起，待動(dòng)車啟動(dòng)運(yùn)行加載后，從1檔到12檔依次升高，操作儀器檢測(cè)每檔數(shù)據(jù)。

⑤形成測(cè)試結(jié)果，看是否滿足柴油機(jī)允許的測(cè)試要求。

5 扭振檢測(cè)結(jié)果（表1）

通過對(duì)以上不同轉(zhuǎn)速下柴油發(fā)電機(jī)組扭振情況的測(cè)試，可以得出以下結(jié)果：

0.5～1.0 order 最大角位移0.262465<1degree

1.5 order 最大角位移0.126092<0.25degree

>1.5 order 最大角位移0.11179<0.15degree

所以，柴油發(fā)電機(jī)組扭振檢測(cè)結(jié)果滿足對(duì)該機(jī)組的扭振要求。

6 結(jié)語(yǔ)

柴油發(fā)電機(jī)組軸系扭振問題一直是柴油機(jī)發(fā)展過程中急需解決的問題，柴油機(jī)軸系扭振過大會(huì)柴油機(jī)工作可靠性、穩(wěn)定性和性能帶來很大影響。嚴(yán)重的軸系扭振還會(huì)使曲軸產(chǎn)生應(yīng)力集中，出現(xiàn)疲勞斷裂，造成機(jī)體、連桿、活塞等零件的破壞，帶來嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。曲軸扭振過大還可能使凸輪軸齒輪承受巨大瞬時(shí)沖擊，從而發(fā)生凸輪軸齒輪斷齒事故。因此對(duì)新設(shè)計(jì)的柴油機(jī)軸系進(jìn)行扭振分析很有必要。

本次試驗(yàn)完成了應(yīng)用CAT3516BHD柴油發(fā)電機(jī)組后機(jī)組的扭振檢測(cè)，合格的測(cè)試結(jié)果對(duì)此機(jī)組在機(jī)車上的穩(wěn)定應(yīng)用提供了數(shù)據(jù)支持和安全保證。