工程機械發(fā)動機減振方法
振動和噪聲是工程機械工作時的兩大公害。發(fā)動機是工程機械主要振動源。發(fā)動機振動的傳播直接影響到工程機械的整機可靠性和使用壽命,同時也使司機的乘坐舒適性變差,降低工作效率。必須采用一些有效方法來減少振動。
1 振源控制
振源控制貫穿于設計,制造乃至使用的全過程,體現(xiàn)在諸如改善發(fā)動機平衡性能、動力學性能、零部件的加工與裝配精度等。發(fā)動機在工作中產(chǎn)生振動的形式是多樣的,主要原因有:發(fā)動朵重心周期性移動,往復運動件沿氣缸上下作用的慣性力,所有旋轉(zhuǎn)運動件的離心慣性力,氣體壓力交替作用引起曲軸回轉(zhuǎn)周期變化等。這些不平衡力和力矩通??梢酝ㄟ^附加平衡軸和安裝平衡塊來消除或削弱,還呆以通過改變發(fā)動機結(jié)構(gòu)設計參數(shù)來調(diào)整系統(tǒng)的固有頻率,避免結(jié)構(gòu)共振,改進系統(tǒng)振動特性。如通過對機體的模態(tài)分析和有限元計算,來研究機體的固有頻率的振型等。
削弱激振源和避免共振首先應從設計階段考慮,要在整體設計中貫穿系統(tǒng)工程思想,充分應用現(xiàn)代設計方法,如有限元設計,可靠性設計,穩(wěn)健設計,優(yōu)化設計,計算機畏助設計以及智能系統(tǒng)和專家系統(tǒng)設計。
2 振動的隔離
2.1 橡膠隔振
傳統(tǒng)的發(fā)動機采用彈性支承降低振動,隔振裝置結(jié)構(gòu)簡單,成本低,性能可靠。橡膠支承一般安裝在車架上,根據(jù)受力情況分為壓縮型,剪切型和壓縮-剪切復合型等。壓縮型結(jié)構(gòu)簡單,制造容易,應用廣泛,且由于自振頻率較高,一般限于垂直方向上使用。剪切型自振頻率較低,但強度不高。壓縮-剪切復合型綜合了前面兩種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點可以滿足耐 久性和可靠性要求。這是目前國內(nèi)外最廣泛采用的。為了使隔振橡膠支承系統(tǒng)具有較好的減振性能參數(shù)求一具方向的彈簧常數(shù)不變,其他方向剛度加強的情況下,可采取在橡膠中間加入鋼板來改變縮剪切的彈簧常數(shù)。這樣也可使旬形尺寸減小。
2.2 螺旋鋼絲繩隔振
鋼絲繩作為減振元件具有低頻大阻尼的高頻低剛度的變參數(shù)性能,因而能有效地降低機體振動。與傳統(tǒng)的橡膠減振器相比。具有抗油、抗腐蝕、抗溫差、抗高溫、耐老化以及體積小等優(yōu)點,隔振效果主要取決于它的非線性遲滯特性。
2.3 液壓隔振
液壓支承系統(tǒng)是傳統(tǒng)橡膠支承與液壓阻尼組成一體的結(jié)構(gòu),在低頻率范圍內(nèi)能提供較大的阻尼,對發(fā)動機大幅值振動起到迅速衰減的作用,中高頻時具有較低的動剛度,能有并行地降低駕使室內(nèi)的振動與噪聲。
3 工程機械發(fā)動機振動的控制
工程上有時無法避免共振。因此,常用增大系統(tǒng)阻尼或用動力吸振器來減少振動響應。動力吸振器屬于窄頻帶控制,采用粘彈性阻尼材料是在寬帶頻率下抑制振動的有效方法。高分子粘彈性阻尼材料具有很高的能量損耗,當振動傳到阻尼材料時,在材料內(nèi)部產(chǎn)生拉伸,彎曲,剪切等變形,從而消耗大量的振動能量,使振動衰減。采用阻尼技術(shù)減振的主要優(yōu)點是不必改變原結(jié)構(gòu),不需增加輔助設備,不需要外部能源,占用有效空間少,是一種很有前途的減振降噪措施。
傳統(tǒng)的減振系統(tǒng)無論如何優(yōu)化設計都不可能在全頻率范圍內(nèi)對發(fā)動機振動實施有效抑制。自20世紀年代以來,工業(yè)發(fā)達國家開始研究基于振動控制的減振系統(tǒng)。振動控制系統(tǒng)有被動控制、半主動控制和主動控制三類。
3.1 被動控制系統(tǒng)
被動控制無人外部能量,結(jié)構(gòu)簡單,成本低,是最常用的振動控制系統(tǒng)。其中,液壓減振系統(tǒng)性有較好。被動液壓減振系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)類型有兩室式(包括簡單式、慣性貫通式,解耦式,液壓共振式和多室式)之分。由于這種控制系統(tǒng)在工作過程中不能調(diào)節(jié)阻尼大小,可抑制的振動頻率范圍較窄,因此減振效果有限。
3.2 半主動控制系統(tǒng)
半主動控制是指根據(jù)輸入信號(如發(fā)動機激勵,路況,行駛狀態(tài)和載荷等)利用低功率作動器調(diào)節(jié)系統(tǒng)參數(shù),來優(yōu)化系統(tǒng)動力學特性,實現(xiàn)最佳減振。半主動控制常用開環(huán)控制系統(tǒng),應用開關式控制或分段式控制策略,因而在發(fā)動機的隨機激勵和其他外界激勵的作用下使得減振系統(tǒng)具有較強的非線性動力特性。
3.3 主動控制系統(tǒng)
主動控制系統(tǒng)是指控制單元利用作動器來抑制響應點產(chǎn)生的振動,以實現(xiàn)最佳效果。主動控制減振系統(tǒng)應用線性實時優(yōu)化調(diào)節(jié)技術(shù),采用閉環(huán)控制。目前大多采用流體傳動控制或伺服電機驅(qū)動控制。文獻4提出了一種主動控制吸振技術(shù),并成功地應用在4135G型柴油機上。文獻5根據(jù)內(nèi)燃楊振動特點與規(guī)律研制了一種電磁式有源控制吸振器,提出一種有源吸振器與被動隔振技術(shù)相結(jié)合的新型控制系統(tǒng),實現(xiàn)了對內(nèi)燃機基頻振動的跟蹤消減。并在4135G型柴油機上試驗成功。文獻6對發(fā)動機周期激勵下的主動隔振時行了實驗研究,利用上層質(zhì)量間相對位移為控制參數(shù)。取得很好的效果。主動控制的方法很多,發(fā)動機主要采用最優(yōu)控制法和自適應控制法。
4 結(jié)論
隨著人們對工程機械性能要求的提高,傳統(tǒng)的減振動技術(shù)越來越不能滿足要求,采用新的減振技術(shù)勢在必行。今后,我閃一方面要應用現(xiàn)代設計方法和手段,采用先進制造技術(shù),提高發(fā)動朵的設計制造水平,從而減少或消除發(fā)動機工作過程中所產(chǎn)生的有害激振力和力矩,另一方面要采用和種控制有效,造價合量的工程機械發(fā)動機減振系統(tǒng)從而減少發(fā)動機振動對工程機械性能的影響,提高我國工程機械產(chǎn)品在市場上的況爭能力。