搜索柴油機(jī)高壓油管振動(dòng)優(yōu)化
2013-06-24 by:廣州有限元分析、培訓(xùn)中心-1CAE.COM 來(lái)源:仿真在線
本文通過(guò)對(duì)某型柴油機(jī)高壓油管進(jìn)行不同方案的振動(dòng)優(yōu)化試驗(yàn),利用TEST.LAB軟件對(duì)比分析了各種方案的測(cè)量結(jié)果,得到了最佳的油管布置方案,降低了高壓油管的振動(dòng)。
隨著發(fā)動(dòng)機(jī)功率的不斷增大,特別是載重卡車(chē)上配置的發(fā)動(dòng)機(jī),高壓油管內(nèi)的高速流動(dòng)的燃油對(duì)管壁的沖擊力度也是越來(lái)越大,因此高壓油管在整車(chē)上出現(xiàn)漏油、端口開(kāi)裂的次數(shù)是越來(lái)越多,而究其根本原因是高壓油管本身的振動(dòng)比較大所導(dǎo)致,所以對(duì)高壓油管進(jìn)行振動(dòng)優(yōu)化則是勢(shì)在必行。
0 試驗(yàn)?zāi)康?
在不改變高壓油管管型的前提下,通過(guò)對(duì)振動(dòng)相對(duì)大的高壓油管采取不同的優(yōu)化方案在試驗(yàn)室臺(tái)架上來(lái)模擬整車(chē)情況,對(duì)各油管進(jìn)行振動(dòng)優(yōu)化,來(lái)降低高壓油管的振動(dòng)幅值,從而確定各高壓油管的優(yōu)化方案(包括油管的約束方式及約束點(diǎn)的位置)。
1 某型柴油機(jī)主要技術(shù)指標(biāo)
柴油機(jī)主要技術(shù)指標(biāo)見(jiàn)表1:
表1 某型柴油機(jī)主要性能指標(biāo)
2 試驗(yàn)要求及說(shuō)明
2.1 試驗(yàn)為模擬整車(chē)情況,發(fā)動(dòng)機(jī)帶變速箱,傾斜角度為3.5度,試驗(yàn)時(shí)變速箱處于直接檔。
2.2 變速箱的型號(hào)為RT-11509C,主要規(guī)格:輸入功率為191-265千瓦。
2.3 共振分析的測(cè)量工況為700rpm~2100rpm,所有發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速變化過(guò)程由測(cè)功機(jī)控制軟件中的手動(dòng)功能來(lái)實(shí)現(xiàn),每次勻加速和勻減速的時(shí)間控制在150秒內(nèi)。
2.4 每次額定工況測(cè)量時(shí),記錄發(fā)動(dòng)機(jī)的最大功率和相應(yīng)的扭矩。實(shí)測(cè)最大功率為2100r/min時(shí)的功率為 250.2KW,,銘牌額定功率為258KW,功率損失比為3.1%,根據(jù)經(jīng)驗(yàn)知道該損失在正常功率損失5%范圍之內(nèi)。
3 試驗(yàn)儀器與設(shè)備
具體試驗(yàn)儀器與設(shè)備詳細(xì)情況見(jiàn)表2:
表2 試驗(yàn)儀器與設(shè)備清單
4 試驗(yàn)過(guò)程
4.1 測(cè)試坐標(biāo)定義為:上下(活塞運(yùn)動(dòng)方向)為Z向,左右為Y向,前后(曲軸方向)為X向,符合右手定則,見(jiàn)圖1:
圖1 試驗(yàn)坐標(biāo)系示意圖
4.2 試驗(yàn)前更換機(jī)油;
4.3 各缸高壓高壓油管優(yōu)化方案的確定。
5 高壓油管優(yōu)化結(jié)果分析
5.1 試驗(yàn)結(jié)果評(píng)估依據(jù)
按照國(guó)外某發(fā)動(dòng)機(jī)公司的試驗(yàn)規(guī)范來(lái)評(píng)估柴油機(jī)零部件的振動(dòng)水平,評(píng)估依據(jù)分速度和位移兩種(V和S均為測(cè)量有效值RMS):
V<40mm/s,低振動(dòng) S<100um,低振動(dòng)
40mm/s
V>80 mm/s,劇烈振動(dòng) S>400 um,劇烈振動(dòng)
5.2 進(jìn)行優(yōu)化的高壓油管的確定
根據(jù)油管原方案的測(cè)試結(jié)果分析,確定對(duì)第2缸和共軌軌前高壓油管進(jìn)行振動(dòng)優(yōu)化。
5.3 高壓油管優(yōu)化結(jié)果分析
5.3.1 第二缸高壓油管優(yōu)化方案
第二缸高壓油管的優(yōu)化方案具體見(jiàn)圖2和圖3:
圖2 第二缸高壓油管方案一
(取消原來(lái)管夾,新增一個(gè)管夾)
圖3 第二缸高壓油管方案二
(在原始狀態(tài)上增加一個(gè)管夾)
5.3.2 第二缸高壓油管優(yōu)化結(jié)果對(duì)比
幾種不同方案的測(cè)量結(jié)果見(jiàn)表3:
表3 高壓油管幾種方案測(cè)量結(jié)果
從表3中的測(cè)量對(duì)比結(jié)果可以看出,方案一改進(jìn)的第二缸高壓油管振動(dòng)雖然有些工況的振動(dòng)速度幅值超過(guò)了 80 mm/s ,但整體 呈下降趨勢(shì),并且峰值從289mm/s降到了143.9mm/s,降幅超過(guò)了一半;方案二中油管的振動(dòng)與原狀態(tài)時(shí)的振動(dòng)相比也有很大的改善,但兩種方案比較來(lái)看,方案一更理想一些。方 案一中管夾處的振動(dòng)比較大,原因是該管夾是直接剛性連接到缸蓋上的,其振動(dòng)不會(huì)影響到高壓油管的振動(dòng)水平以及其壽命
5.3.3 軌前高壓油管優(yōu)化結(jié)果分析
圖4 軌前高壓油管優(yōu)化方案(在兩個(gè)管夾連接處增加軟墊)
5.3.3.1 軌前高壓油管優(yōu)化結(jié)果對(duì)比
軌前高壓油管的兩種方案的測(cè)量結(jié)果見(jiàn)表4:
表4 軌前高壓油管優(yōu)化結(jié)果
從表4中軌道前高壓油管的優(yōu)化結(jié)果可以看出,通過(guò)改進(jìn)油管的支撐結(jié)構(gòu),軌道前高壓油管upline-1的振動(dòng)幅值下降效果明顯,而軌道前高壓油管downline-1的振動(dòng)也有所改善。
6 高壓油管CAE模態(tài)分析
CAE分析主要針對(duì)第二缸高壓油管進(jìn)行,油管本身采用管單元進(jìn)行網(wǎng)格劃分,用約束油管兩端x、y、z三個(gè)自由度的方式模擬油管固定,中間管夾約束了兩個(gè)自由度(沿油管方向除外)。采用鋼材的特性來(lái)模擬油管材料,提取了0 Hz~700 Hz之間的所有模態(tài),具體的模態(tài)結(jié)果如下:
把第二缸高壓油管的CAE模態(tài)分析結(jié)果和實(shí)際測(cè)量的階次圖比較分析,可以看出,沒(méi)有出現(xiàn)共振頻率。另外也對(duì)高壓油管的不同的約束方式進(jìn)行了CAE分析,發(fā)現(xiàn)管夾的約束位置對(duì)高壓油管的模態(tài)結(jié)果有很大的影響。
7 結(jié)論及建議
通過(guò)對(duì)目前的高壓油管進(jìn)行振動(dòng)優(yōu)化,可以得出以下結(jié)論及建議:
(1) 對(duì)于第二缸高壓油管,采用方案一的優(yōu)化措施效果是最明顯的,因此建議采用該方案。
(2) 對(duì)于軌前的兩根高壓油管來(lái)說(shuō),采用方案一的優(yōu)化方案可以減小油管的振動(dòng),但效果不是很明顯,可以參考采用。
(3) 高壓油管的振動(dòng)和管夾的不同約束位置有很大關(guān)系,在以后的高壓油管的總布局中可以提前把該因素考慮進(jìn)去,以降低高壓油管的振動(dòng)。
(4) 至于高壓油管的優(yōu)化方案對(duì)于整車(chē)上的高壓油管是否有同樣的作用,還有待整車(chē)的道路試驗(yàn)來(lái)做進(jìn)一步檢驗(yàn)。
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