何翠微, 錢紀(jì)富, 駱方林

(1 中國(guó)中車股份有限公司， 通用機(jī)車事業(yè)部， 北京 100036;2 資陽(yáng)內(nèi)燃機(jī)車有限公司， 四川資陽(yáng) 641301)

內(nèi)燃機(jī)車高速柴油發(fā)電機(jī)組聯(lián)接形式及振動(dòng)分析

何翠微1, 錢紀(jì)富2, 駱方林2

(1 中國(guó)中車股份有限公司， 通用機(jī)車事業(yè)部， 北京 100036;2 資陽(yáng)內(nèi)燃機(jī)車有限公司， 四川資陽(yáng) 641301)

我國(guó)出口內(nèi)燃機(jī)車高速柴油發(fā)電機(jī)組有4種典型聯(lián)接形式；基于這4種聯(lián)接形式，選取3種機(jī)車對(duì)機(jī)組軸系采用不同的彈性聯(lián)軸節(jié)進(jìn)行扭振計(jì)算和扭振振動(dòng)測(cè)試，對(duì)機(jī)組隔振系統(tǒng)采用不同橡膠硬度進(jìn)行振動(dòng)測(cè)試，分析了彈性聯(lián)軸節(jié)和橡膠硬度對(duì)機(jī)組振動(dòng)的影響，得出了幾點(diǎn)結(jié)論性的意見。

內(nèi)燃機(jī)車； 高速柴油發(fā)電機(jī)組； 聯(lián)接形式； 機(jī)組振動(dòng)； 分析； 結(jié)論

為滿足國(guó)外鐵路運(yùn)輸要求和機(jī)車運(yùn)用條件，我國(guó)許多出口內(nèi)燃機(jī)車選用了高速柴油發(fā)電組。高速柴油發(fā)電機(jī)組單位功率質(zhì)量比大的優(yōu)點(diǎn)，給機(jī)車總體布置帶來(lái)了便利，但其與傳統(tǒng)中速柴油機(jī)不同的振動(dòng)特性，也要求設(shè)計(jì)師在機(jī)組聯(lián)接形式的選擇、機(jī)組安裝等方面有新的考慮。因此有必要對(duì)不同的機(jī)組聯(lián)接形式、以及采用不同的彈性聯(lián)軸節(jié)(以下簡(jiǎn)稱：彈聯(lián))和隔振器橡膠硬度對(duì)振動(dòng)的影響進(jìn)行分析。

1 內(nèi)燃機(jī)車高速柴油發(fā)電機(jī)組聯(lián)接形式及適用范圍

內(nèi)燃機(jī)車高速柴油發(fā)電機(jī)組，主要由高速柴油機(jī)、主發(fā)電機(jī)、彈聯(lián)、聯(lián)接箱(選用)、公共安裝架(選用)、隔振器組成。為滿足機(jī)車總體布置要求，結(jié)合柴油機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，高速柴油發(fā)電機(jī)組可以歸納為以下4種典型的聯(lián)接形式。

表1 高速柴油發(fā)電機(jī)組典型聯(lián)接形式

聯(lián)接結(jié)構(gòu)示意如圖1：

圖1 聯(lián)接結(jié)構(gòu)示意圖

結(jié)構(gòu)a：適用MTU4000、CAT C175、Cummins QSK等系列。當(dāng)高速柴油機(jī)機(jī)體安裝強(qiáng)度好、機(jī)車減重要求高時(shí)可優(yōu)先考慮。

結(jié)構(gòu)b：適用MTU4000、CAT C175、Cummins QSK等系列。當(dāng)高速柴油機(jī)機(jī)體安裝強(qiáng)度好、柴油機(jī)功率較大且機(jī)車減重要求高時(shí)推薦采用。

結(jié)構(gòu)c：適用CAT 35、Cummins QSK、MTU4000等系列。當(dāng)高速柴油機(jī)機(jī)體安裝強(qiáng)度低、不能直接承受主發(fā)電機(jī)重量且柴油機(jī)功率小于2 700 kW時(shí)推薦采用。

結(jié)構(gòu)d：適用CAT C175、Cummins QSK75、MTU20V4000等系列。當(dāng)高速柴油機(jī)機(jī)體安裝強(qiáng)度低、不能直接承受主發(fā)電機(jī)重量，且功率大于2 700 kW時(shí)推薦采用。

2 機(jī)組軸系扭振分析

為掌握不同彈聯(lián)對(duì)同款機(jī)車機(jī)組軸系扭振以及不同柴油機(jī)與主發(fā)電機(jī)聯(lián)接結(jié)構(gòu)對(duì)機(jī)車扭振的影響，選擇了SDA1、SDD22和SDD23 3種機(jī)車，進(jìn)行幾種搭配的對(duì)比計(jì)算和測(cè)試。

2.1 扭振計(jì)算

柴油發(fā)電機(jī)組軸系的扭振計(jì)算，一般采用霍爾茨表格法、傳遞矩陣法、模態(tài)分析法、有限元法和彈性波傳播法等數(shù)值計(jì)算法。隨著專業(yè)計(jì)算軟件的運(yùn)用，軸系扭振計(jì)算也趨于簡(jiǎn)單。內(nèi)燃機(jī)車高速柴油發(fā)電機(jī)組軸系的扭振計(jì)算大多采用霍爾茨表格法。

內(nèi)燃機(jī)車高速柴油機(jī)組中的軸系計(jì)算，首要考慮的是機(jī)組柴油機(jī)曲軸扭振應(yīng)力，自由端綜合扭振振幅值等是否符合柴油機(jī)的限制值，其次是軸系主要部件扭振的影響。由于對(duì)主發(fā)電機(jī)在高速柴油發(fā)電機(jī)組中的運(yùn)行扭振特性及要求掌握較少，因此對(duì)三種機(jī)車裝用不同彈聯(lián)和不同高速柴油機(jī)軸系的主發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子綜合振幅進(jìn)行對(duì)比計(jì)算分析，見表2。機(jī)車機(jī)組主要部件參數(shù)見表3。

表2 機(jī)車機(jī)組扭振計(jì)算測(cè)試對(duì)比

表3 機(jī)車機(jī)組主要部件參數(shù)

從計(jì)算結(jié)果來(lái)看：同款機(jī)車主發(fā)電機(jī)端綜合振幅值，采用膜片彈聯(lián)的比采用蓋斯林格和重齒彈聯(lián)的大2～4倍；不同機(jī)車采用高彈性橡膠彈聯(lián)，其主發(fā)電機(jī)端綜合振幅值大小相當(dāng)。

2.2 扭振測(cè)試

為驗(yàn)證計(jì)算，采用非接觸測(cè)量方法中的頻率計(jì)量法進(jìn)行扭振信號(hào)測(cè)量，根據(jù)GB/T 15371-2008《曲軸軸系扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的測(cè)量與評(píng)定方法》標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行了裝車測(cè)試，獲得柴油發(fā)電機(jī)組主發(fā)電機(jī)端扭振角位移各諧次幅值隨轉(zhuǎn)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(wěn)定性較差的怠速工況，在800～1 800 r/min柴油機(jī)工作轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，主發(fā)電機(jī)端綜合振幅值見表2。

比較表2中序號(hào)1,2,3可以看出，采用不同的彈聯(lián)，測(cè)試值差異極小。這說(shuō)明相同的柴油機(jī)與主發(fā)電機(jī)聯(lián)接機(jī)構(gòu)，采用不同的彈聯(lián)對(duì)主發(fā)電機(jī)端的綜合振幅影響不明顯。其中，蓋斯林格彈聯(lián)方案的單諧次扭振振幅較小，性能更優(yōu)。從表2中還看到計(jì)算與測(cè)試偏差較大。因此，有關(guān)規(guī)范規(guī)定：“扭振特性的審查內(nèi)容應(yīng)包括理論計(jì)算和實(shí)測(cè)結(jié)果，若兩者不同，則應(yīng)以實(shí)測(cè)為準(zhǔn)”。

圖2 各諧次幅值隨轉(zhuǎn)速變化曲線

3 機(jī)組振動(dòng)測(cè)試分析

柴油發(fā)電機(jī)組對(duì)機(jī)車振動(dòng)的影響由其安裝性能決定，通過對(duì)機(jī)組振動(dòng)的測(cè)試分析可以了解隔振器橡膠硬度以及不同彈聯(lián)對(duì)安裝性能的影響。本次機(jī)組振動(dòng)測(cè)試根據(jù)TB/T 3164-2007《柴油機(jī)車車內(nèi)設(shè)備機(jī)械振動(dòng)烈度評(píng)定方法》標(biāo)準(zhǔn)，選取不同橡膠硬度的隔振器和裝用不同彈聯(lián)進(jìn)行。測(cè)點(diǎn)分布為機(jī)組隔振器上部支承處。考慮振動(dòng)對(duì)主發(fā)電機(jī)的影響，取主發(fā)電機(jī)軸承端和主發(fā)電機(jī)支撐處兩個(gè)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行分析，測(cè)試情況見表4。

表4 機(jī)組振動(dòng)烈度

從表中可以看出：降低隔振器橡膠硬度，可以降低機(jī)組振動(dòng)烈度；不同的彈聯(lián)對(duì)機(jī)組振動(dòng)影響不大；柴油機(jī)與主發(fā)電機(jī)聯(lián)接形式，c,d結(jié)構(gòu)比a,b結(jié)構(gòu)在主發(fā)電機(jī)支撐座處的振動(dòng)烈度小。

4 結(jié) 論

(1) 柴油發(fā)電機(jī)組采用何種聯(lián)接形式，應(yīng)由機(jī)車總體布置和柴油機(jī)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)決定。不同的結(jié)構(gòu)形式對(duì)彈聯(lián)的選型應(yīng)有不同要求。在機(jī)車總體質(zhì)量控制比較嚴(yán)格，安裝空間位置比較緊張的情況下，建議優(yōu)先采用b結(jié)構(gòu)形式；當(dāng)柴油機(jī)飛輪端不允許承載較大質(zhì)量時(shí)，優(yōu)先選用c結(jié)構(gòu)形式；

(2) SDA1型機(jī)車采用相同或相近的柴油發(fā)電機(jī)組聯(lián)接形式，不同的形式的彈聯(lián)對(duì)主發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子綜合振幅的影響不明顯，但采用蓋斯林格彈聯(lián)在單諧次扭振振幅較小，性能更優(yōu)；

(3) 扭振計(jì)算結(jié)果與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)存在較大差異，有必要開展計(jì)算和測(cè)試方法方面的進(jìn)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(fā)電機(jī)組的振動(dòng)烈度；

(5) 改變柴油發(fā)電機(jī)組的扭振參數(shù)(裝用不同彈聯(lián))，對(duì)機(jī)車振動(dòng)的影響不明顯。

[1] 柴油機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)編輯委員會(huì). 柴油機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)上冊(cè)[M].北京：中國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械出版社，1984.

[2] 王長(zhǎng)榮. 內(nèi)燃機(jī)動(dòng)力學(xué)[M].北京：中國(guó)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(jí)工程師(

2015-06-07)

U262.11

A

10.3969/j.issn.1008-7842.2015.06.10