柴油机振动

2013-04-25 16:31:57 来源:中华铁道网

柴油机工作时,由各种周期性作用力所激发的多种形态的震动。

  柴油机振动(dieselenginevibration)柴油机工作时,由各种周期性作用力所激发的多种形态的震动。

  整机振动作用在柴油机集体并传给基础的惯性力,惯性力矩和倾倒力矩,其大小和方向是周期性变化的,因而会引起柴油机整机在多个方向(主要是垂向、横向、纵摇和平遥)上的振动。这不单会降低柴油机工作的可靠性和寿命,并且对环境和工作人员产生不良影响。

  降低整机振动的方法是改善柴油机的平衡性能,减少柴油机未被平衡的惯性力和力矩。此外,为削减整机振动对环境的不良影响,可采取的措施是:(1)对固定式柴油机,将其安装在质量很大的刚性(混凝土)基础上,以降低柴油机本身的振动;(2)对移动式柴油机,将其安装在橡胶、弹簧等隔振装置上,以减少柴油机振动向环境的传播。

  世界上都采用当量振动烈度来评价柴油机整机振动的强度。它的含义为:在相互垂直的三个方向上,测量柴油机多个(5个或以上)测点的振动速冻均方根值(三次或以上的平均值),三个方向速度均方根值的向量和便是该柴油机的振动烈度。根据振动烈度的大小,柴油机整机振动状态分为良好、正常、容忍、不容许四级。对有隔振装置的柴油机,振动烈度≤18.0mm/s时属正常状态。

  扭转振动柴油机曲轴以及由它带动的工作机械如发电机和传动轴等统称柴油机轴系。这些部件都有弹性和惯量,是一弹性轴系,它们在柴油机各缸周期性力矩(气缸气体力和往复惯性力)作用下,产生沿圆周方向的扭转振动。

  柴油机轴系有多个固有(自振)频率,而柴油机的周期性激励力矩也可分解为若干次简谐力矩,各谐次力矩的频率以工作循环的频率为间隔依次增大,并与转速成正比关系。如果在柴油机工作转速范围内,出现某谐次力矩的频率与轴系某以固有频率(通常是频率最低的一、二阶)相等的情况,轴系将处在共振状态,此时的转速称为临界转速。共振时,扭振振幅将迅速增大,直至轴系阻尼所小号的能量与激励力矩加给轴系的能量相等,振幅才不再增大。而扭转振动会改变个曲柄间的相位角,破坏各缸工作均衡,使柴油机工作恶化、功率下降,整机振动及噪声加剧,甚至导致机破事故。

  为避免严重的扭振,应采取的措施是:柴油机避免在临界转速及其附近运行;改变轴系部件的惯量和轴段的刚度以改变其固有频率;改变柴油机发火顺序以减少加给轴系的吉利能量;在曲轴自由端加装扭振减振器。减振器主要靠增加阻尼来削减扭振振幅(如橡胶减振器和硅油减振器),有的减振器(如簧片硅油减振器)还有改变轴系固有频率的作用。

  结构振动实际上,柴油机的零部件如活塞、连杆、曲轴、机体等都是弹性体,在柴油机各种激振力作用下,会激起形态复杂的高频弹性振动,这就是柴油机的结构振动。

  结构振动的激振源是冲击性作用力,有燃烧气体力和机械力两大类。后者除曲柄连杆机构惯性力外,还包括活塞敲击缸套、气门机构冲击、曲轴撞击主轴承、齿轮撞击等而产生的二次激振力。

  结构振动的危害是柴油机表面的高频弹性振动会引起空气压力的变化,向四周辐射噪声,污染环境(参见柴油机噪声)。(谭达明)

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