高压共轨四缸柴油机振动与噪声特性及影响因素研究

发布时间：2020-01-24 18:26

【摘要】：伴随工程机械、农业机械等非道路移动机械行业的快速发展,非道路柴油机的市场空间也变得日益广阔。非道路柴油机由于工作条件恶劣、负荷大、工况变化剧烈、功率范围大,对柴油机的可靠性、加速性和经济性等都有较高的要求。随着生活水平的不断提高,用户对于非道路柴油机的噪声性能也提出了较高的要求。以某高压共轨非道路柴油机为研究对象,采用测试与仿真分析的方法,系统研究了整机振动与噪声特性,为四缸柴油机减振降噪设计提供了理论指导。基于有限元软件对模型进行有限元模型的搭建,结合模态测试,验证了机体有限元模型的正确性。分析了柴油机在不同的载荷激励下的振动特性,对比整机台阶试验,验证了多体动力学模型的可行性。结合整机多体动力学模型,分析发动机工作过程中主要激励、不同平衡块形式曲轴、活塞销偏移量、气门间隙以及主轴承间隙对于发动机振动噪声的影响。最后结合整机的振动噪声分析结果,提出了减振降噪的优化措施研究主要结论如下：(1)机体与曲轴模态分析分析了机体、曲轴不同阶次下的模态振型,利用ModelVIEW模态测试软件,对发动机机体、曲轴进行了模态测试,通过计算模态与试验模态对比,结果表明机体与曲轴各自试验模态与计算模态误差小于5%,证明了机体与曲轴有限元模型准确性。(2)整机振动与噪声分析建立了阀系动力学模型、活塞动力学模型以及发动机整机动力学模型,计算得到阀系载荷、活塞敲击力以及主轴承受力等激力,通过仿真整机的振动与噪声特性,研究发动机表面节点振动情况。研究结果表明：不同频段下,发动机气缸盖罩以及油底壳振动速度级较突出；在500-3000Hz范围内,随着频率的增加,发动机表面振动加速度级总体上呈现降低的趋势。发动机辐射声功率随转速的增加而增加,其中油底壳表面辐射声功率最大,其次为气缸盖罩;额定工况下的油底壳表面辐射声功率占比例为43.1%,飞轮壳与气缸盖罩分别所占比例为23.2%与18.6%,齿轮室壳辐射声功率占比例为7.1%；对比不同频段声压级,整体上随频率的增大,综合平均声压级减小,在523Hz频率下声压级最大,最大值为85.23dB,1911Hz频率下出现最小值,最小值为46dB。基于形貌优化的方法,对油底壳进行结构优化,油底壳优化后约束模态频率有较大的提高,最大增加幅度达22.5%,振动加速度级减小了4dB以上。(3)整机振动与噪声影响因素研究对比不同激振力的影响,随着阀系载荷的加载,发动机在高频区域振动速度级相应增加。加载活塞侧击力后,发动机表面振动速度级明显增加。活塞的高阶运动激励对于发动机上部振动影响较大。对比不同曲轴平衡块方案的影响,中低频段4块平衡块曲轴对应的发动机表面速度级较小,而在中高频段,4块平衡块曲轴对应发动机振动速度级较大；8块平衡块曲轴对应500-3000Hz范围内油底壳、气缸盖罩、齿轮室壳以及机体表面噪声辐射声功率较小。对比不同活塞销偏置的影响,当活塞销偏置-1.6mm时,各部件振动加速度级和声功率级最大,活塞销偏置量为-1.2mm时,各部件振动加速度级与声功率级最小。对比不同气门间隙的影响,气门间隙为0.15时各部件振动速度级和表面辐射声功率级最小。对比不同轴承间隙的影响,当轴承间隙为0.045mm时,各部件表面辐射声功率最小。
【学位授予单位】：昆明理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TK421

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