扭振檢測：柴油發電機組扭振特性的驗證

邢超

摘 要：多缸柴油機曲軸的扭振對柴油機的性能有著重要的影響，機車柴油機軸系長、功率大，嚴重的扭振會使柴油機磨損加劇、噪聲增大，甚至有使曲軸斷裂的危險。通過柴油機在機車運行前的扭振檢測，能有效獲得柴油機安全性的相關數據。本文在測試的基礎上，對上述問題進行了研究。

關鍵詞：柴油發電機組；扭振特性；驗證分析

中圖分類號： TM314 文獻標識碼： A 文章編號： 1673-1069（2016）26-154-2

1 扭振現象產生機理與檢測原理

本次測試的試驗對象為CAT3516型柴油機，屬于往復式柴油機。往復式柴油機在工作時，旋轉的曲軸在燃氣壓力的不斷作用下，產生了平均力矩和交變力矩分量，兩者同時作用下會引起扭振現象。

當曲軸不同部位的轉速增量有幅值和相位的相對變化時，軸上某一位置的平均轉速會產生上下波動，此時即可證明扭振現象已經發生。當激勵頻率接近于扭振諧振頻率時，旋轉件內應力迅速增加，易誘發嚴重的車輛結構耐久性問題，同時引起振動、噪聲的大幅上升。

本次檢測的采集信號來自自制輔助工裝配合非接觸式傳感器檢測到的曲軸角速度相位差。該信號經傳感器內的前置放大——單穩電路——低通濾波——積分放大處理后，向傅里葉分析記錄儀輸出信號，通過FFT快速傅里葉頻譜分析后，輸出分析數據。通過對數據分析與比對，完成對柴油發電機組的扭振測試。

2 扭振檢測標準的確定

2.1 試驗依據

JB/T 9759-2011 內燃發電機組軸系扭轉振動的限值及測量方法

GB/T 6072.5-2003 往復式內燃機--性能 第5部分： 扭轉振動

GB/T 15371-2008 曲軸軸系扭轉振動的測量與評定方法

2.2 試驗標準

通過對CAT3516B型柴油發電機組自身的數據要求，結合現存標準，確定了試驗標準，測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 扭振檢測應用環境、檢測系統、檢測工裝

3.1 應用環境

柴油機基本參數：

①柴油機型號：3516B HD型；

②柴油機參數：標定功率2240kW；標定轉速1800r/min；怠速：600r/min；

③結構特征：16缸、V型、四沖程、增壓、直噴式、渦輪增壓、電噴；

3.2 試驗條件

①所有試驗設備，試驗前經試運行一切正常并都在有效期內。

②所有參試人員分工職責明確，對本次試驗的試驗條件和試驗操作程序要求清楚。

③電力保障正常。

④試驗條件保證完全滿足本次試驗要求。

3.3 檢測系統

檢測系統由檢測齒輪、磁電式傳感器及其支架、扭振儀、傅里葉記錄分析儀組成。

檢測齒輪用于為傳感器提供信號反射。

磁電式傳感器以支架固定于柴油機自由端，用以接收從檢測齒輪反射回的信號。

本次試驗時，柴油發電機組已安裝于運行的動車上。從0到12檔依次升檔加載，再反向降檔卸載，測出柴油機每檔對應的參數值。

3.4 檢測工裝

檢測工裝用于安裝傳感器和檢測齒輪，接入檢測系統而完成檢測工作。

如下圖，包括檢測齒輪、安裝板、調整墊片、緊固件等。

4 扭振檢測過程

①柴油機運行前，拆開柴油機曲軸端外罩殼。

②拆開柴油機阻尼器6個螺釘中的中心對稱的2個，安裝測試齒輪，將止口完全沒入阻尼器內表面。旋入螺栓，逐步打扭矩至1150Nm±60。注意工具使用時勿對測試齒輪外圓柱面用力。

③安裝柴油機曲軸端外罩殼，依次對角逐步旋緊。

④連接測試一起，待動車啟動運行加載后，從1檔到12檔依次升高，操作儀器檢測每檔數據。

⑤形成測試結果，看是否滿足柴油機允許的測試要求。

5 扭振檢測結果（表1）

通過對以上不同轉速下柴油發電機組扭振情況的測試，可以得出以下結果：

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，柴油發電機組扭振檢測結果滿足對該機組的扭振要求。

6 結語

柴油發電機組軸系扭振問題一直是柴油機發展過程中急需解決的問題，柴油機軸系扭振過大會柴油機工作可靠性、穩定性和性能帶來很大影響。嚴重的軸系扭振還會使曲軸產生應力集中，出現疲勞斷裂，造成機體、連桿、活塞等零件的破壞，帶來嚴重的經濟損失。曲軸扭振過大還可能使凸輪軸齒輪承受巨大瞬時沖擊，從而發生凸輪軸齒輪斷齒事故。因此對新設計的柴油機軸系進行扭振分析很有必要。

本次試驗完成了應用CAT3516BHD柴油發電機組后機組的扭振檢測，合格的測試結果對此機組在機車上的穩定應用提供了數據支持和安全保證。