内燃动车动力总成隔振性能分析

大功率柴油机产生的宽频带振动,双层隔振系统具有良好的高频隔振能力,已在船舶等领域得到了应用。但在中、高速柴油机的内燃机车等领域,国内对于双层隔振系统的应用研究很少。结合国内首次研制的某型内燃动车动力总成系统,对双层隔振系统的隔振性能进行了仿真和实验研究。首先采用理论计算和实验识别结合的方法确定了作用在柴油发电机组上的激振力(矩)特性;然后建立了双层隔振系统多体动力学模型,通过仿真计算,求得了理论力传递率;最后进行了双层隔振系统力传递率测试,获得了双层隔振系统实际力传递率,其力传递率明显低于单层隔振系统。对于双层隔振系统设计和工程应用有一定的参考。

双层隔振系统模态匹配分析及其振动特性

针对出口内燃动车动力包的双层隔振问题,根据双层隔振系统的结构参数,建立双层隔振系统的有限元模型。对双层隔振系统进行了模态计算,掌握了系统的频率特性。根据柴油机组激振力的频率特性,定量对双层隔振系统进行模态匹配分析。对双层隔振系统进行谐响应计算,准确判断构架和机组是否发生共振,验证模特匹配的合理性。施加怠速工况下的各个激振力,对双层隔振系统进行了强迫振动计算,计算双层隔振系统的振动烈度和传递率。结果表明:双层隔振系统的隔振性能良好,能满足实际工程需求,研究结果可为实际工程提供参考。

内燃机曲轴角振动诊断的单谐次准刚体模型

针对目前用于曲轴角振动诊断的刚体和弹性动力学模型的局限,利用简谐角振动的正交性,从单谐次的角度,提出了“单谐次准刚体模型”,讨论了满足“单谐次准刚体模型”条件的两种情况,建立了既准确又简便实用的角振动简谐诊断动力学模型。根据“单谐次准刚体模型”和简化后的基本关系式,可建立一套适用广泛、诊断准确、简便实用且不依赖轴系结构参数或大量实验的内燃机曲轴角振动简谐诊断新方法,简化了基于曲轴角振动的内燃机工作状态监测、停缸号诊断、故障缸功率损失率诊断和漏气缸位诊断方法。

内燃动车组辅助机组拍振现象分析

在内燃机动车组调试过程中,其辅助柴油发电机组产生明显的带节拍的噪声。为解决此问题,引入拍振理论分析柴油机组的振动机理。首先,建立多次谐波的拍振数学模型,通过仿真计算分析拍振信号随不同转速差的变化趋势。然后,联合经验模态分解EMD分解法和希尔伯特-黄变换对实测振动信号进行分析,绘制拍振频率与转速差的关系曲线,并以此确定消除拍振的机组转速差范围。最后,设计机组在两种转速差下运行的试验,实测验证理论分析结果:两机组转速差小于8 r/min时,机组拍振现象削弱;联立EMD和HHT方法解决拍振现象具有高效性和工程实用性。

质心位置偏移对隔振系统解耦度的影响

隔振系统质心位置的偏移直接影响着系统的解耦,为了定量确定偏移量对解耦度的影响,根据隔振理论,利用数值计算方法,在以垂向解耦度为目标的情况下,分别计算系统质心沿水平x方向、水平y方向和同时沿水平x、y方向偏移三种情况下,偏移量和解耦度之间的关系曲线。结果表明:在隔振器动刚度变化15%以内,质心位置尽量靠近弹性中心有利于系统解耦;质心位置偏移量控制在两个跨距最短隔振器距离的5%以内,可以保证系统有80%以上的解耦度。并结合试验验证理论推导结果的正确性。

减振器悬挂刚度对柴油机振动烈度的影响

假设柴油机组与台架均为刚体,从理论上分析减震器刚度对柴油机振动烈度的影响,得到减振器刚度越大,机组的刚体运动越大的结论。针对某内燃机车柴油机组台架悬挂试验时所获取的实验数据,计算振动烈度值并评定等级,综合分析结果表明:降低减振器刚度,能有效降低下吊柴油机振动烈度,提高柴油机工作状态等级。

动力机组隔振特性及隔振器选型研究

从动力机组隔振器的类型及参数特性入手,归纳总结了动力机组常用的4类橡胶隔振器的结构及其刚度特性,以动力机组最具代表性的两度耦合隔振系统为研究对象,对比分析了不同刚度特性隔振器对特定隔振系统隔振特性(固有特性和响应特性)的影响。结合隔振器负载能力、隔振效能与稳定性、适用条件及性价比等因素,提出了隔振器选型的一般性原则和要求;结合动力机组激振力特性、机车运行特点、隔振器安装环境等因素,提出了动力机组隔振器选型的特殊性原则和要求。

中间构架柔性对双层隔振系统隔振特性的影响

为定量分析中间构架柔性对内燃动力包双层隔振系统隔振特性的影响规律,指导双层隔振系统的优化设计,建立中间构架的有限元模型并进行模态计算,通过与试验模态对比,验证有限元模型的正确性。在Adams中建立考虑中间构架柔性的刚柔耦合系统动力学模型以及将中间构架视为刚体的多刚体系统动力学模型。通过自由振动和扫频分析,得到中间构架柔性对双层隔振系统隔振特性的影响规律。研究结果表明中间构架柔性会使系统固有频率及主模态方向解耦度减小,并使系统幅值响应出现"移频"、"增频"现象,其中低频段以"移频"为主,高频段以"增频"为主,中频段二者同时出现。相关结论可为隔振设计以及耦合振动的有效控制提供动力学方面的参考。

内燃机非稳定工况曲轴扭振计算程序研发

非稳定工况下作用于内燃机曲轴的激扰力矩不具周期性,因此常规计算稳定工况(采用周期性激扰力矩)内燃曲轴扭振响应的方法和程序难以适用。在现有内燃机曲轴扭振计算分析软件TVCA及数据库基础上,采用经典非周期激扰力矩计算方法,开发了用于计算非稳定工况曲轴扭振响应的程序,并进行了验证和应用。

基于曲轴角振动信号的多缸内燃机作功状态监测仪

以内燃机动力学为理论基础,利用当低谐次扭振频率远低于内燃机轴系单结点振型固有频率时,其“自然工况”与故障工况下低谐次扭振幅值概率分布重合度很小的特性,提出一种利用曲轴的低谐次角振动幅值,通过设定阈值对多缸内燃机作功状态进行监测的新方法。根据所提方法,开发了基于曲轴角振动信号的多缸内燃机作功状态监测仪。以6135柴油机为对象进行的仿真和实验研究,验证了新方法和监测仪的实用性和诊断准确性。

传动系扭振引起的车内轰鸣声实验

针对前置后驱车低转速车内轰鸣声问题,运用传递路径分析和模态实验方法分析了车内轰鸣声的激振源、传递路径和峰值产生的机理。激振力主要来源于主减速器输入端的扭转交变力矩,扭转交变力矩以轴承支反力的形式作用于后桥上并传递至车内。1 102r/min和1 515r/min两处峰值都是多处共振综合作用的结果,但是产生共振的结构有所不同。提出了多种通过降低扭转交变力矩的方式降低车内噪声的措施并进行了综合评价。对降噪效果较好的部分措施进行了实验验证。实验结果表明,该方法取得了较好的降噪效果,噪声降低多达15dB,为解决同类问题提供了新思路。

多级扭振减振器在降低车内噪声中的应用

针对由轴系扭转共振引起的车内噪声问题,提出加装多级扭振减振器来降低车内噪声的新思路。车内噪声试验表明,加装扭振减振器使得车内噪声可降低5dB,说明加装扭振减振器的措施对车内噪声控制是有效的。推导了所有级数多级减振器通用的动力放大系数表达式,采用序列二次规划(SQP)方法对并联和串联方式的1~10级减振器进行了参数优化,并对优化结果进行了对比分析。分析表明,不增加总惯量比情况下,并联和串联级数小于3时,能够通过增加级数获得较好的减振效果收益,串联2级和3级是较理想的多级减振器选择,为工程实践中多级减振器级数的选择提供了理论依据。

曲轴弯曲振动对扭振测试精度的影响及实验

通过实验确定了弯曲振动的存在,且对扭振测量有较大影响;从磁电传感器电压特性出发,以弯曲振动影响下的传感器输出电压和瞬时转速表达式为基础,阐明了作用机理;研究了弯曲振动引起伪扭振信号的规律及频谱特征。研究表明,弯曲振动引起的伪扭振信号随着弯曲振动幅值的增加而增加,且各时刻(各齿)误差增大的程度不同;伪扭振信号的主要成分是弯曲振动阶数的前一阶和后一阶,且后一阶较大,与实验结果吻合。设计了整体式实验装置用以消除弯曲振动的影响,效果良好,为改善扭振测量精度提供了理论依据。

基于刚柔耦合建模的汽车传动系扭振特性分析

针对某前置后驱微车存在的由传动系扭振引起的车内低转速轰鸣声问题,建立了对象车型传动系刚柔耦合模型,并进行自由振动及强迫振动计算。计算和试验数据对比的结果表明,计算值非常接近测试值,相较于集中质量模型,刚柔耦合模型可扩展性更强、分析结果更直观全面,因此,刚柔耦合模型适用于对传动系扭振相关问题的深入研究。研究结果对同类传动系刚柔耦合模型建立、扭振计算及分析具有参考价值和借鉴意义。

孟加拉内燃动车组动力总成公用构架的设计

孟加拉内燃动车组项目是根据孟加拉城际间铁路客运的实际情况设计的内燃动车组。整个动力系统设置在动车车下。由于受到空间的限制,动力系统的实际可用空间较小。所以将柴油发电机组、充电机、柴油机空气冷却装置、进气滤清器、排气消音器、静液压泵、膨胀水箱以及各系统之间的连接管路共同集成在一个公用构架上,构成动力系统中的动力总成。由此可见动力总成的公用构架的重要性。本文简要介绍了孟加拉内燃动车组动力总成公用构架的设计及验证方法。

测试参数误差对内燃机激振力识别精度的影响

激振力识别是内燃机振动控制的基础和重要环节,为了确定内燃机整机系统的质量、转动惯量、刚度、阻尼、质心位置等各测试参数误差对激振力(矩)的识别精度的影响,通过数值模拟生成了整机振动加速度时域信号,根据相关动力学原理编写了内燃机激振力(矩)识别程序,利用试验及经验确定了测试参数误差的波动范围,分析了多工况下的各个测试参数误差对激振力(矩)识别精度的影响。结果表明:若需二阶往复惯性力(矩)、三阶和六阶倾倒力矩识别误差小于5%,则质量测试误差需小于±4.27%,转动惯量测试误差需小于±4%,刚度测试误差需小于±20%,阻尼系数可用范围为0.075~0.125,质心偏移误差需小于±40 mm。

传感器支架振动对扭振测量的影响及消除方法

通过实验研究确定了传感器支架振动对扭振测量有较大影响,且由整机振动引起。从磁电传感器电压特性出发,以传感器支架振动影响下的传感器输出电压和瞬时转速表达式为基础,阐明了作用机理;同时研究了支架振动引起伪扭振信号的规律及频谱特征。研究表明,支架振动引起的伪扭振信号随着支架振动幅值的增加而增加;伪扭振信号的主要成分是支架振动的阶数及其二阶;所取基准电压越接近0,伪扭振信号幅值越小。提出了一种基于最佳基准电压的去除支架振动影响的新方法,并提出了最佳基准电压的计算方法。仿真研究表明,该方法是有效的,为改善扭振测量精度提供了理论依据,具有工程应用价值。

子系统对动力包双层隔振系统隔振性能影响

目前对带子系统的动力包双层隔振系统子系统参数设计的研究甚少。针对这一现状,笔者采用试验的方法,分别研究了某型内燃动车动力包双层隔振系统子系统各隔振参数(隔振器总刚度、阻尼、隔振器刚度比)对其隔振性能及动态特性的影响。研究结果表明,将子系统设计成双层隔振主系统的动力吸振器,能使动力包双层隔振系统在发动机常规工况和停机或启动工况皆具备优良的隔振性能,并且隔振系统在子系统隔振器参数取较小的刚度,适当大的阻尼和合适的刚度比时能取得较好的隔振效果。

基于曲轴扭振谐次幅值特性的内燃机功率监测新方法

基于内燃机动力学和多缸内燃机轴系任意测点简谐角振动与各缸对应简谐力矩的关系式,推导了内燃机曲轴测点角振动响应与内燃机功率的关系式,提出了基于曲轴角振动谐次幅值实现内燃机在线有负荷测功的方法;基于线性叠加的原理,比较不同燃烧介质的大功率内燃机气体激振力矩和往复惯性力矩对曲轴测点处角振动特征谐次幅值的影响。对某天然气内燃机和某柴油机进行仿真和试验研究,特征谐次幅值曲线证明了理论的正确性;利用曲轴测点扭振角位移特征谐次幅值计算内燃机的实际运行功率,最大误差为3.5%。

内燃发电机组联轴器新匹配策略

目前,内燃发电机组联轴器的匹配策略主要针对稳态均衡工况.但在内燃发电机组实际运行中,内燃机可能会在非均衡工况下工作,并且往往因非均衡工况导致联轴器破坏等轴系故障.因而提出一种在均衡和非均衡工况下内燃发电机组轴系都具有良好扭振性能的联轴器新匹配策略.以某型内燃机车的内燃发电机组轴系为研究对象,采用仿真分析方法详细探讨了轴系联轴器新匹配策略的优越性;同时对采用新匹配策略的轴系进行了扭振测试,结果表明:匹配变刚度联轴器后,轴系在稳态均衡工况和非均衡工况下各部件扭振响应均得到有效控制,验证了新匹配策略的有效性和实用性.