新聞主題	柴油發(fā)電機(jī)組減震墊的作用和隔振措施

 

摘要：柴油發(fā)電機(jī)組在運(yùn)行時存在離心慣性力、往復(fù)慣性力、連桿慣性力等導(dǎo)致的振動，為減少柴油機(jī)振動及外界振動沖擊的影響，柴油機(jī)需通過減震墊與機(jī)組底盤連接，減震墊為彈性體。在受到外界強(qiáng)烈的沖擊、振動時，普通減震墊容易因應(yīng)力超過彈性力的極限而斷裂損壞。由于柴油發(fā)電機(jī)組在運(yùn)行過程中會帶來振動，不僅對操作者的健康造成影響，也會對發(fā)動機(jī)本身的壽命產(chǎn)生不利影響。因此，如何減少柴油發(fā)電機(jī)組的振動已成為發(fā)電機(jī)廠家研究的熱點。因為不但提升減震系統(tǒng)技術(shù)的發(fā)展，可以有效地改善柴油發(fā)電機(jī)組的噪音和振動問題。

 

一、柴發(fā)噪音和振動的來源及影響

 

      本文分析的模型所對應(yīng)的柴油機(jī)型號為6BTA5.9-G2，對已有機(jī)體實體模型進(jìn)行簡化，忽略螺釘孔、油孔、倒圓角、凸臺等細(xì)小結(jié)構(gòu)，并對氣缸體內(nèi)部的氣道、流道等內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行適當(dāng)簡化，得到整機(jī)網(wǎng)格模型（如圖1所示）。本文由T=0時刻開始結(jié)構(gòu)振動求解，基于時域有限元方法進(jìn)行激勵力施加，分析結(jié)果表明，機(jī)體結(jié)構(gòu)振動在第1周期60°曲柄轉(zhuǎn)角后振動趨于穩(wěn)定，本文計算柴油機(jī)2個周期的工作過程，提取穩(wěn)定的第2個周期振動響應(yīng)曲線進(jìn)行分析。這里分別選取4個參考點的振動響應(yīng)結(jié)果來分析，參考點位置可見圖2，分別位于第2個氣缸套、氣缸架、機(jī)架、機(jī)座上，基本為一條垂線。

 

圖1  柴油機(jī)動力學(xué)分析模型的建立

圖2  柴油機(jī)振動部位參考點

 

1、 噪音來源

      柴油發(fā)電機(jī)組產(chǎn)生的噪音主要由以下幾個方面造成：

（1）氣門的打開和關(guān)閉，活塞的運(yùn)動和機(jī)油的循環(huán)等機(jī)械噪音；

（2）燃油的噴射和點火，壓縮和燃燒等過程中產(chǎn)生的聲波噪音；

（3）柴油發(fā)電機(jī)組通風(fēng)系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)所帶來的風(fēng)噪音。

2、 振動來源

      柴油發(fā)電機(jī)組產(chǎn)生的振動主要由以下幾個方面造成：

（1）柴油機(jī)內(nèi)部各部件的相互作用所產(chǎn)生的振動；

（2）柴油機(jī)在工作時的噪聲和壓力影響所產(chǎn)生的振動；

（3）柴油發(fā)電機(jī)組的機(jī)械結(jié)構(gòu)因缺乏良好的設(shè)計和制作，而引起的振動；

（4）柴油發(fā)電機(jī)組的不平衡所引起的振動。

3、振動的危害

      柴油發(fā)電機(jī)組的噪音和振動除了會影響操作者的健康和安全外，還會引起柴油發(fā)電機(jī)組本身的故障和損壞。常見的影響包括：

（1）因沖擊和振動而損壞發(fā)動機(jī)的零部件；

（2）因振動而引起的系統(tǒng)的失配；

（3）由于噪聲和振動造成的結(jié)構(gòu)的疲勞和損壞。

      對應(yīng)于圖2，柴油機(jī)機(jī)體主體結(jié)構(gòu)振動加速度響應(yīng)如圖3、圖4、圖5、圖6所示。由此可見，由于整機(jī)主要受到氣缸壓力、敲擊力的作用，各曲線中均有明顯的14 Hz，28 Hz，42 Hz線譜，由公式f=n*z/60, （n為轉(zhuǎn)速，n=142；z為氣缸數(shù)，z=6）可知，這是由氣缸壓力引起的。對于機(jī)體結(jié)構(gòu)可明顯看出，隨著參考點下移，結(jié)構(gòu)振動響應(yīng)變的復(fù)雜，振動加速度幅值變小，除了氣缸壓力線譜外，較多的結(jié)構(gòu)振動固有特性參與到曲線中。氣缸壓力線譜仍較明顯，由于機(jī)座的剛度較弱，機(jī)座位置的振動響應(yīng)最復(fù)雜。在350 Hz以內(nèi)，響應(yīng)曲線中包含了較多共振峰，這是基座的振動固有頻率和激勵力頻率共同作用引起的。

 

圖3  柴油機(jī)機(jī)體參考點1加速度響應(yīng)曲線	圖4  柴油機(jī)機(jī)體參考點2加速度響應(yīng)曲線
圖5  柴油機(jī)機(jī)體參考點3加速度響應(yīng)曲線	圖6  柴油機(jī)機(jī)體參考點4加速度響應(yīng)曲線

 

二、減震系統(tǒng)技術(shù)的研究發(fā)展歷程

 

      減震系統(tǒng)技術(shù)是指通過設(shè)計和安裝減震裝置，使柴油發(fā)電機(jī)組在運(yùn)行過程中產(chǎn)生的振動能夠得到減緩和消除，從而使機(jī)體的噪音得到降低。減震系統(tǒng)技術(shù)的研究歷程可分為三個階段：

1、傳統(tǒng)減震技術(shù)

      傳統(tǒng)減震技術(shù)主要是利用橡膠材料和彈簧等元器件進(jìn)行隔振和減震，技術(shù)成熟、易于實現(xiàn)。但是，傳統(tǒng)減震技術(shù)的隔振效果相對比較差，影響不大，同時橡膠材料會因為長時間的工作而產(chǎn)生老化現(xiàn)象，降低了使用壽命。

2、電磁減震技術(shù)

      電磁減震技術(shù)是利用電磁力對振動進(jìn)行抑制的減震技術(shù)，該技術(shù)利用電感線圈和永磁體來產(chǎn)生電磁力，減小柴油發(fā)電機(jī)組的振動。該技術(shù)的減震效果比傳統(tǒng)減震技術(shù)更好，但是該技術(shù)利用到的永磁體較貴，增加了成本的同時，又因為永磁體的長時間使用而產(chǎn)生磁老化，降低了使用壽命。外置型減震器如圖7所示，內(nèi)置型減震器如圖8所示，

3、智能減震技術(shù)

      智能減震技術(shù)是最新的減震技術(shù)之一,該技術(shù)利用了柴油發(fā)電機(jī)組的振動信號，利用數(shù)學(xué)建模和智能化控制技術(shù)對振動進(jìn)行分析和預(yù)測，在適當(dāng)?shù)臅r候施加相反方向的阻尼，從而減小柴油發(fā)電機(jī)組的振動。智能減震技術(shù)有著更高的減振效果，既不依賴于永磁體，也不會因為橡膠材料的老化而降低使用壽命。

      智能減震技術(shù)在柴油發(fā)電機(jī)組上的應(yīng)用需要通過各種傳感器、數(shù)據(jù)接口等裝置，對發(fā)動機(jī)的振動數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和收集。通過內(nèi)置的智能控制程序來計算阻尼的大小和時間，從而精確地調(diào)整減震裝置進(jìn)行智能化控制。智能減震技術(shù)與傳統(tǒng)減震技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點：

（1）更高的減震效果：因為智能減震技術(shù)可以對發(fā)動機(jī)振動進(jìn)行精確的測量和分析，并對阻尼進(jìn)行定向控制，從而達(dá)到更好的減震效果。

（2）更穩(wěn)定的工作：智能減震技術(shù)利用的是內(nèi)置程序來控制，因為沒有使用永磁體和受老化影響的橡膠材料，故該技術(shù)在工作時更加穩(wěn)定。

（3）更低的維護(hù)成本：智能減震技術(shù)未使用永磁體，且采用耐用的材料制作，可以降低維護(hù)成本。

 

圖7  電磁減震器（外置）

圖8  電磁減震器（內(nèi)置）

 

三、傳統(tǒng)減震墊的應(yīng)用

 

1、普通減震墊安裝要求

       柴油發(fā)電機(jī)組彈簧型避振器（如圖9所示）須裝于底板下，使整個裝置坐落在混凝土樓板上而不致將振動傳至鄰近的設(shè)備或建筑物任何部分上。

（1）在安裝新的柴油發(fā)電機(jī)組時，我們建議用戶使用減震墊。用戶可根據(jù)發(fā)電機(jī)組底座上的安裝孔，將發(fā)電機(jī)組通過減震墊用膨脹螺栓緊固在混凝土上；這樣就可以有效地減少發(fā)電機(jī)組運(yùn)行時對建筑物產(chǎn)生的震動及沖擊，所以在無特殊求時，不建議再在基礎(chǔ)上作另外的減震處理措施。

（2）除發(fā)電機(jī)組與基礎(chǔ)通過減震墊安裝外，發(fā)電機(jī)組其他部件與外部的連接亦應(yīng)通過柔性連接。比如，排煙管使用波紋減震管連接；排氣道、燃油進(jìn)油管、回油管、配電電纜等亦要通過柔性連接，這樣才能最大限度地減少因發(fā)電機(jī)組運(yùn)行而對周圍物體產(chǎn)生的震動。

（3）設(shè)備內(nèi)部的零部件之間也需要防震，最簡單的措施就是潤滑保養(yǎng)，消除零部件之間的摩擦，對于設(shè)備本身的震動大家亦要找出故障進(jìn)行及時的檢修，這有這樣才能有效降低磨損，柴油發(fā)電機(jī)組的安全性和使用壽命也當(dāng)然能得到保障。

2、康明斯發(fā)電機(jī)組專用減震墊

      柴油發(fā)電機(jī)在工作時常常會伴隨劇烈振動，所以需要在柴油發(fā)電機(jī)下安裝減震墊裝置。但是，目前市場上大多數(shù)的發(fā)電機(jī)減震墊功能性都比較單一，現(xiàn)有柴油發(fā)電機(jī)中所用的減震墊大多采用彈簧結(jié)構(gòu)，雖然吸震彈簧可以吸收震動的能量，但彈簧自身還會有往復(fù)運(yùn)動，而且長久使用，彈簧彈性逐漸喪失，并且傳統(tǒng)的發(fā)電機(jī)減震墊也都是采用單一的彈簧，減震效果也不是很好。

      為此，我們提出一種發(fā)電機(jī)減震墊，結(jié)構(gòu)如圖10所示。通過安裝的伸縮連接桿和電磁線圈，電磁線圈在上套筒與下套筒內(nèi)為受壓收縮狀態(tài)，發(fā)電機(jī)進(jìn)行工作時，如發(fā)生震蕩，作用力由伸縮連接桿頂端傳遞至該減震墊，受壓部分的上套筒、下套筒和伸縮連接桿收縮，電磁線圈作用將減震墊所受壓力進(jìn)行緩沖，受拉部分的上套筒、下套筒和伸縮連接桿伸展，電磁線圈將由受壓狀態(tài)解除，電磁線圈將產(chǎn)生一定的沖力，進(jìn)而達(dá)到對發(fā)電機(jī)的減震，由于伸縮連接桿和與之同軸線套筒結(jié)構(gòu)，更加有效保證電磁線圈的垂直運(yùn)動，提高了該減震墊穩(wěn)定性，從而使之更加安全可靠，通過安裝的壓力傳感器，當(dāng)伸縮連接桿受到壓力時，會通過二號底盤作用在壓力傳感器上，壓力傳感器檢測發(fā)電機(jī)振動時產(chǎn)生的瞬時壓力，電磁線圈中的電流強(qiáng)度直接由控制器控制，控制器根據(jù)壓力傳感器檢測到壓力，同時控制電磁線圈電流大小，實時快速改變彈力方向、大小，從而實現(xiàn)減震效果，避免出現(xiàn)電磁線圈變形的情況，保證了長久的使用，通過安裝的減震彈簧，當(dāng)上套筒受到壓力向下移動時，也會作用在減震彈簧上，從而能夠更加提高減震墊的減震性能，結(jié)構(gòu)簡單，功能性強(qiáng)，適合大批量生產(chǎn)使用，可以有效解決背景技術(shù)中的問題。

 

圖9  普通柴油發(fā)電機(jī)組避震裝置結(jié)構(gòu)圖

圖10  康明斯專用減震墊結(jié)構(gòu)示意圖

 

四、柴發(fā)隔振措施

 

      在使用柴油發(fā)電機(jī)組時，為了保證發(fā)電機(jī)組能夠正常工作，我們需要注意到隔振措施。對于柴油發(fā)電機(jī)組來說，隔振措施主要分為四個方面：地基、支架、減震墊和隔振器。柴油發(fā)電機(jī)組外形如圖11所示。

1、地基

      地基是發(fā)電機(jī)組避震的基礎(chǔ)，是發(fā)電機(jī)組的承重體，結(jié)構(gòu)如圖12所示。若基礎(chǔ)臺板的二次灌漿質(zhì)量如存在問題，將造成發(fā)電機(jī)機(jī)座的支承剛度不足，引起機(jī)座振動失穩(wěn)，尤其是發(fā)電機(jī)帶負(fù)荷后會引發(fā)機(jī)座的電磁共振現(xiàn)象，噪聲大、振動大。對于軸承座與機(jī)座連體結(jié)構(gòu)的發(fā)電機(jī)來說，軸承支承剛度將同步下降，致使軸系振動失穩(wěn)偏大，影響發(fā)電機(jī)組安全運(yùn)行。因此，我們在安裝柴油發(fā)電機(jī)組時，需要選擇合適的地基，并按照設(shè)計要求進(jìn)行基礎(chǔ)施工。

（1）基礎(chǔ)墊片布置

      在發(fā)電機(jī)初找正階段，基礎(chǔ)臺板連接在定子機(jī)座底腳下，為了最終找正階段留有調(diào)節(jié)余地，一般都在臺板與機(jī)座底腳間預(yù)配墊片組。此階段該墊片組沿軸向厚度是一致的。最終找正階段按發(fā)電機(jī)安裝圖紙要求，該墊片組是階梯型布置的）。如果初找正階段就按階梯型布置墊片，在配置臺板下斜鐵時易造成臺板變形、

（2）墊鐵布置

      臺板下墊鐵布置一定要嚴(yán)格按照產(chǎn)品圖紙要求去配置，不得隨意刪減。尤其是大底板下的斜鐵布置（如勵磁機(jī)臺板、座式軸承座臺板等），因中心區(qū)域配置難度大，需花費(fèi)大量時間去做該工作，但一定要規(guī)范到位，點要足夠，斜鐵配合面接觸要面廣點多，保障接觸剛度良好。臺板下斜鐵配置不良，將引發(fā)發(fā)電機(jī)組振動的顯著偏大和不穩(wěn)定，嚴(yán)重時不得不重新鑿開二次灌漿層返工、

（3）灌漿材料選取

      灌漿材料需選用收縮性小、抗壓強(qiáng)度大的漿料。國內(nèi)發(fā)電機(jī)組灌漿材料的選擇已有成熟經(jīng)驗，海外發(fā)電機(jī)組的灌漿材料若選擇新牌號或當(dāng)?shù)夭牧希枰孪却_認(rèn)其性能指標(biāo)，使用業(yè)績等。另外，灌漿工藝的控制需嚴(yán)格、灌漿層的保養(yǎng)要規(guī)范，并確保養(yǎng)護(hù)期天數(shù)充分。

 

圖11  柴油發(fā)電機(jī)組外形結(jié)構(gòu)圖

圖12  柴油發(fā)電機(jī)組混凝土基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)圖

 

2、支架

      支架是連接發(fā)電機(jī)組和地基的重要組成部分，其作用是支撐發(fā)電機(jī)組并傳遞振動能量。普通固定支架通常由水泥和鋼板等材料組成；可調(diào)節(jié)支架由鋼板組成，如圖13所示，具有良好的承載能力和耐腐蝕能力。與地基相同，支架的設(shè)計應(yīng)該符合實際要求，能夠承載發(fā)電機(jī)組的重量和振動力。同時，在支架設(shè)計中，需要考慮到材料的優(yōu)劣、連接方式、安裝方式等因素。

3、減震墊

      減震墊是一種裝置，通過其高度、硬度等特性進(jìn)行減震作用，其結(jié)構(gòu)如圖14所示。在柴油發(fā)電機(jī)組中，一般使用硬質(zhì)的橡膠減震墊或吊籃式減震墊，它們能夠有效減少振動和噪音的產(chǎn)生。其中，橡膠減震墊根據(jù)其硬度不同，可以分為多種類型。一般情況下，我們選擇軟硬適宜、耐磨耐用的材料，確保可以實現(xiàn)更好的減振效果。同時，在受力方向上，減震墊應(yīng)該是平衡的，以達(dá)到消除振動的作用。

4、隔振器

      隔振器是一種安裝在發(fā)電機(jī)組與基礎(chǔ)之間的裝置，隔振器由若干支桿、鎖緊螺母、承重墊和彈簧墊等組成。一般情況下，選擇性能穩(wěn)定、裝置簡單、操作方便的隔振器，會有助于有效減少發(fā)電機(jī)組的振動和噪音。

      總結(jié)起來，對于柴油發(fā)電機(jī)組的隔振措施，我們需要關(guān)注發(fā)電機(jī)組的地基、支架、減震墊和隔振器等幾個方面。通過合理的設(shè)計和選擇，可以有效減少振動和噪音的產(chǎn)生，保證發(fā)電機(jī)組安全、穩(wěn)定地工作。當(dāng)然，在使用期間，我們還需要注意定期檢查和維護(hù)，確保避震設(shè)備能夠持續(xù)有效地運(yùn)作。

 

圖13  柴油發(fā)電機(jī)組可調(diào)節(jié)減震支架

圖14  柴油發(fā)電機(jī)組隔振器結(jié)構(gòu)圖

 

總結(jié)

      隨著工業(yè)和交通業(yè)的飛速發(fā)展，柴油發(fā)電機(jī)組已經(jīng)成為現(xiàn)代化社會重要的動力設(shè)備。因其具備經(jīng)濟(jì)性好、功率大、耐久性強(qiáng)等優(yōu)點而受到廣泛應(yīng)用。康明斯建議安裝一種柴油發(fā)電機(jī)組減震抗震裝置，降低減少柴油機(jī)振動以及外界振動沖擊的影響，避免機(jī)組在沖擊振動時減震墊變形量過大導(dǎo)致減震墊的橡膠層破損。通過以上內(nèi)容的介紹，我們可以了解到減震系統(tǒng)技術(shù)在柴油發(fā)電機(jī)組上的研究歷程和應(yīng)用情況。在未來的發(fā)展中，隨著人們生活水平的提高，對柴油發(fā)電機(jī)組噪音和振動的要求也日益提高，因此智能減震技術(shù)將會更好的取代傳統(tǒng)的減震技術(shù)，成為柴油發(fā)電機(jī)組減震系統(tǒng)技術(shù)的發(fā)展方向。

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