扭振检测：柴油发电机组扭振特性的验证

邢超

摘 要：多缸柴油机曲轴的扭振对柴油机的性能有着重要的影响，机车柴油机轴系长、功率大，严重的扭振会使柴油机磨损加剧、噪声增大，甚至有使曲轴断裂的危险。通过柴油机在机车运行前的扭振检测，能有效获得柴油机安全性的相关数据。本文在测试的基础上，对上述问题进行了研究。

关键词：柴油发电机组；扭振特性；验证分析

中图分类号： TM314 文献标识码： A 文章编号： 1673-1069（2016）26-154-2

1 扭振现象产生机理与检测原理

本次测试的试验对象为CAT3516型柴油机，属于往复式柴油机。往复式柴油机在工作时，旋转的曲轴在燃气压力的不断作用下，产生了平均力矩和交变力矩分量，两者同时作用下会引起扭振现象。

当曲轴不同部位的转速增量有幅值和相位的相对变化时，轴上某一位置的平均转速会产生上下波动，此时即可证明扭振现象已经发生。当激励频率接近于扭振谐振频率时，旋转件内应力迅速增加，易诱发严重的车辆结构耐久性问题，同时引起振动、噪声的大幅上升。

本次检测的采集信号来自自制辅助工装配合非接触式传感器检测到的曲轴角速度相位差。该信号经传感器内的前置放大——单稳电路——低通滤波——积分放大处理后，向傅里叶分析记录仪输出信号，通过FFT快速傅里叶频谱分析后，输出分析数据。通过对数据分析与比对，完成对柴油发电机组的扭振测试。

2 扭振检测标准的确定

2.1 试验依据

JB/T 9759-2011 内燃发电机组轴系扭转振动的限值及测量方法

GB/T 6072.5-2003 往复式内燃机--性能 第5部分： 扭转振动

GB/T 15371-2008 曲轴轴系扭转振动的测量与评定方法

2.2 试验标准

通过对CAT3516B型柴油发电机组自身的数据要求，结合现存标准，确定了试验标准，测量的曲轴自由端扭振最大分谐波振幅不超过以下极限值：

0.5～1.0 order ±1degree

1.5 order ±0.25degree

>1.5 order ±0.15degree

3 扭振检测应用环境、检测系统、检测工装

3.1 应用环境

柴油机基本参数：

①柴油机型号：3516B HD型；

②柴油机参数：标定功率2240kW；标定转速1800r/min；怠速：600r/min；

③结构特征：16缸、V型、四冲程、增压、直喷式、涡轮增压、电喷；

3.2 试验条件

①所有试验设备，试验前经试运行一切正常并都在有效期内。

②所有参试人员分工职责明确，对本次试验的试验条件和试验操作程序要求清楚。

③电力保障正常。

④试验条件保证完全满足本次试验要求。

3.3 检测系统

检测系统由检测齿轮、磁电式传感器及其支架、扭振仪、傅里叶记录分析仪组成。

检测齿轮用于为传感器提供信号反射。

磁电式传感器以支架固定于柴油机自由端，用以接收从检测齿轮反射回的信号。

本次试验时，柴油发电机组已安装于运行的动车上。从0到12档依次升档加载，再反向降档卸载，测出柴油机每档对应的参数值。

3.4 检测工装

检测工装用于安装传感器和检测齿轮，接入检测系统而完成检测工作。

如下图，包括检测齿轮、安装板、调整垫片、紧固件等。

4 扭振检测过程

①柴油机运行前，拆开柴油机曲轴端外罩壳。

②拆开柴油机阻尼器6个螺钉中的中心对称的2个，安装测试齿轮，将止口完全没入阻尼器内表面。旋入螺栓，逐步打扭矩至1150Nm±60。注意工具使用时勿对测试齿轮外圆柱面用力。

③安装柴油机曲轴端外罩壳，依次对角逐步旋紧。

④连接测试一起，待动车启动运行加载后，从1档到12档依次升高，操作仪器检测每档数据。

⑤形成测试结果，看是否满足柴油机允许的测试要求。

5 扭振检测结果（表1）

通过对以上不同转速下柴油发电机组扭振情况的测试，可以得出以下结果：

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，柴油发电机组扭振检测结果满足对该机组的扭振要求。

6 结语

柴油发电机组轴系扭振问题一直是柴油机发展过程中急需解决的问题，柴油机轴系扭振过大会柴油机工作可靠性、稳定性和性能带来很大影响。严重的轴系扭振还会使曲轴产生应力集中，出现疲劳断裂，造成机体、连杆、活塞等零件的破坏，带来严重的经济损失。曲轴扭振过大还可能使凸轮轴齿轮承受巨大瞬时冲击，从而发生凸轮轴齿轮断齿事故。因此对新设计的柴油机轴系进行扭振分析很有必要。

本次试验完成了应用CAT3516BHD柴油发电机组后机组的扭振检测，合格的测试结果对此机组在机车上的稳定应用提供了数据支持和安全保证。