王兴民　赵明　郭涛　高峰　赵蔷薇

　　摘　要：建立由柴油机、发电机、联轴器等组成的内燃动车组动力轴系扭振计算模型，分别进行轴系自由扭振计算及强迫扭振计算。结合相关标准和规范，自由端扭振幅值、曲轴应力、联轴器扭矩均在许用范围内。

　　关键词：内燃动车组；动力轴系；扭振计算

　　1　前言
　　柴油发电机组在工作过程中，曲轴收到周期性力矩的作用而产生扭转振动。在某一转速下，可能会发生剧烈抖动，噪音增加、磨损增加、功率下降。本文针对内燃动车组动力轴系，利用专用扭振分析软件对其轴系进行自由扭振和强迫扭振分析，并通过计算与试验对比，验证计算模型的准确性。根据相关标准和规范确定该轴系是否满足许用要求，为机组安全、稳定运行提供有利保障。
　　2　轴系自由振动计算
　　某内燃动车组柴油机为六冲程直列柴油机，动力装置为发电机，采用弹性联轴器连接，柴油机自由端设有减振器。为便于计算，把复杂的轴系简化为扭振特性的当量系统，该系统假设由一系列集中质量和弹性轴组成。
　　通过轴系自由振动计算，可得到轴系固有频谱、固有矢量及共振转速图等模态参数，结合柴油机激励力矩在柴油机转速范围内进行共振分析。
　　根据共振转速图可判断在柴油机工作转速内，是否存在轴系扭转振动固有频率等于激励力矩谐波频率的情况，即共振现象。从共振转速图可以看出：

　　1）轴系第1阶扭振模态为主联轴器模态，固有频率为679.14r/min远低于柴油机工作转速范围；0.5谐次力矩对应共振转速为1358.29r/min，接近工作转速1400r/min。
　　2）轴系第2阶扭振模态为柴油机外静压泵组局部振动模态，固有频率为4186.73r/min，3.0谐次对应共振转速为1395.58r/min，与柴油机工作转速1400r/min接近。
　　3）轴系第3、4阶扭振为柴油机曲轴及扭振减振器耦合振动为主的模态，固有频率分别为7784.63r/min和11654.07r/min，不会与3.0谐次在柴油机转速范围内的产生共振。
　　3　轴系强迫扭振计算
　　通过轴系扭振计算与测试对比，该轴系实测固有频率值与理论计算数值的误差在±5%范围内，因此根据“曲轴轴系扭转振动的测量与评定办法”，用测量点的实测振幅按自由振动理论计算的相应固有振型推算共振转速范围内轴系各处的振幅及应力，推算联轴器扭矩是否在允许限值范围内。
　　3.1扭振综合幅值
　　一般情况下，动力轴系扭振综合幅值Z大值出现在自由端，图2为自由端扭振综合幅值随转速变化情况。柴油机自由端扭振综合幅值在Z大转速工况时Z大，其综合幅值为0.469°，小于柴油机自由端扭振综合幅值0.5°的限值，满足设计要求。

　　3.2轴段应力
　　图3为扭振盈利随转速变化规律。曲轴扭振Z大综合应力出现在11轴段，在Z大转速工况时应力幅值Z大，为41.07MPa，小于许用应力44MPa。在额定转速下，柴油机输出功率Z大，扭振综合应力也较大，但在许用应力范围内，满足设计要求。

　　3.3联轴器扭矩
　　图4为联轴器扭矩对转速变化曲线。联轴器在1350r/min时弹性力矩Z大，Z大扭矩为417.8Nm，小于许用扭矩2920Nm，该联轴器弹性力矩在许用范围内，满足设计要求。

　　4　结论
　　通过轴系自由扭振计算和强迫扭振计算对扭振幅值、轴段应力、扭矩等指标评价，结论如下：
　　1）该柴油发电机组轴系在转速范围内，可能会产生0.5谐次共振，但在共振转速下，0.5谐次扭振幅值满足设计要求；
　　2）柴油发电机组轴系在转速范围内，自由端扭振综合幅值、轴段应力及联轴器扭矩均满足设计要求。
　　参考文献
　　[1]王琪.内燃机轴系扭转振动[M].北京：国防工业出版社，1985.
　　[2]冯懿范.柴油机轴系扭振振幅异常分析与故障处理[J].铁道机车车辆，2008，28（2）.
　　[3]蒋爱香，李为.某柴油机的曲轴系扭振计算研究[J].柴油机，2014，36（6）.

来源：《中国科技博览》2017年23期