摘要：船用柴油发电机组作为船用常供动力，也是轮船的主要振动源之一。船用柴油发电机组一般结构是: 柴油机与发电机由联轴节连接，悬置并通过隔振器安装在公共底座上，整个机组固定在船体机座上。柴油机动力学分析是其结构设计与改进的基础，自柴油机诞生以来就没有停止过。随着计算机技术，特别是计算机应用技术的飞速发展，使得计算多体动力学理论和方法应用于柴油机这样结构复杂的机械系统成为可能。船用柴油机安装方式对其自身以及安装基础的动力学特性都会有一定影响，即柴油机的应用环境对柴油机特性有一定影响。
关键词：船用柴油发电机组；主动减振试验；
前言：传统的被动隔振技术如单层隔振、双层隔振、浮筏隔振等能有效地隔离船舶机械设备振动向基础的传递，已经在船舶领域得到了广泛的应用。但与其它振动被动控制技术一样，被动隔振技术也有其难以克服的缺点。如当结构确定以后，隔振效果就确定，无法适应外扰频率的变化；由于受结构的限制对低频振动的隔离效果不明显等等。因此被动隔振技术难以满足人们对振动日益严格的要求。
一、船用柴油发电机组主动减振试验
1.隔振系统模型的建立。柴油发电机组整机有上千个零部件，在建立多刚体模型时必须对其进行简化。作者在建立多刚体模型时将关心对象分别单独作为刚体，其余的整体作为一个刚体来研究; 将整个机组简化为包括活塞、连杆、曲轴、平衡轴、凸轮轴、气缸盖、电机转子、机座、主轴承、机脚等在内的46 个刚体。在实体模型建立的基础上主要添加了柴油机发火顺序及间隔角、各个刚体之间的约束关系( 包括多种低副和高副) 、刚体之间的力元、运动驱动等。在多体动力学模型建立的基础上，文中通过衬套力来建立线性隔振系统，即柴油发电机组和船体甲板之间的弹性连接; 为了以便通过实验验证模型的正确性，文中隔振器的参数选取与实物隔振器的参数一致，动刚度横向、纵向、垂向柴油发电机组整机的多体动力学及线性隔振系统。
2.隔振系统模型的实验验证。柴油发电机组的建模过程相当复杂，然而模型的正确性直接影响计算结果的正确性，所以应对模型的正确性进行试验验证。机组零部件众多，多体系统复杂，运动方式多样，对单个零件的某个参数来验证，其可测性与可验证性是很难保证的。文中选取了柴油机发电机组的振动烈度作为试验验证的参数，主要原因有: 柴油机激励源的主要频率为低频段，而振动烈度以速度信号作为参数能较好的反应机组的中低频段特性，所以模型中易于反映出来; 多体系统模型的建立相对于实际柴油机来讲边界条件简化了很多，对于高频信号就较难评价; 另外振动烈度易于测量并且反映隔振系统的性质。评估振动烈度用的是振动速度，而实际的采样信号为加速度，所以需要采用数值积分方法得到速度信号。文中实验用的测量加速度传感器为三向加速度计。对柴油发电机组额定工况下多个测点的加速度进行了测量，采集得到的信号是离散加速度信号，对离散信号而言要得到振动速度就需要进行数值积分。振动烈度的计算是通过计算振动速度的有效值得到，而对于离散的加速度信号得到速度信号也是离散的，
对比实验与仿真计算结果可以发现: 多体动力学计算得到三个方向振动速度幅值，由大到小依次是横向、垂向、纵向，这与实验结果一致; 多体动力学计算结果的频谱图中对振动速度贡献量最大的频率这与实验结果一致; 多体动力学计算结果中对结果贡献量较大的频率实验结果中这个频率对振动速度贡献量较小。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆通过去掉气缸压力而利用运动驱动等方法发现，柴油机动力传递组件在运动时为变惯量系统，导致模型的动平衡性不是很好，从隔振器性能的评价角度考虑，传递率是其中一个重要评价指标，其主要与系统的自然频率和激励频率有关。对于柴油发电机组来讲，其额定工况转速故其激励力的频率主要与动力传递组件的一次惯性力与气缸爆压有关，即激励频率基本为固定值，文中主要对隔振系统的自然频率进行重点分析。主动控制系统能有效地抑制误差评价点处柴油发电机组除基频外的其它整数倍频的振动响应。理论基础是计算多体系统动力学，根据建模过程可知柴油发电机组对外共有6 个自由度。利用多体动力学分析软件的振动模块对机组隔振系统性能进行分析; 通过扫频的方式得到系统的固有频率和振型。由系统的固有频率、振型、机组的工作基频以及激励频率发现，系统绕垂向转动、垂向平动和绕横向转动的频率都处于非隔振区间，故判断该隔振器的选型具有一定的不合理性。
二、防振措施
船用柴油发电机组是船舶主要振动源之一，其悬置隔振性能的优劣直接关系到机组振动向船体的传递。按照传统的隔振理论，在对机组悬置系统建模时，认为悬置元件是连接于刚性无限大的基础之上的，被支承机组是绝对刚体，悬置隔振元件( 弹簧悬置或橡胶悬置) 由没有任何质量的理想弹簧和理论阻尼器组成，基础是绝对刚体且质量为无限大。从上述假定出发，对于简单隔振系统，只要激振频率比系统固有频率大槡2倍，就有隔振效果，且激振频率越高，隔振效果越好，但实测传递率曲线并非如此。当激振频率处于低频段时，传递率曲线呈下降趋势，当激振频率处于高频段时，传递率曲在隔振系统中，控制振动的三个基本要素是隔振器的刚度、被隔离物体的质量和隔振器的阻尼。隔振器的刚度越小，隔振效果越好; 被隔离物体的质量越大，惯性矩越大，振动越小，通过增大隔振底座的面积来增大物体的惯性矩，可以减少物体的摇晃; 在共振区减小共振峰，控制共振振幅，可以减弱高频区物体的振动。自然频率8 ～ 10 Hz 及以上的隔振，通常选用的隔振器有橡胶和金属弹簧隔振装置，具体选择哪种类型需综合考虑其隔振性能、适用性能及价格因素等。金属弹簧隔振装置具有耐高温、耐机油及柴油能力强的特点，但价格较贵，一般船用柴油发电机组多选用橡胶隔振器。隔振器的安装布置要求: ①同一机组中隔振系统应尽可能采用相同型号的隔振器; ②各个隔振器受力要均匀，静压缩量基本一致; ③尽可能提高支承面面积; ④在计算载荷分布时注意利用机组的对称性，使隔振器均匀分布并对称于机组的重心;⑤重心位置的精确度不够时，需要考虑机组静止与运转时对振动的影响; ⑥不能安装在使隔振器橡胶和金属件粘结面受拉伸的方向上。柴油发电机组悬置支承的弹性作用是使振动传递率曲线上扬的主要原因，导致高频隔振效果变差。选择合适的隔振器并合理布置安装，能有效地改善机组的稳定性能，延展机组使用寿命。
结束语：本文在柴油发电机组多体动力学建模的基础上，对隔振系统进行建模，考虑到多体系统复杂，运动方式多样，对单个零件的某个参数来验证，其可测性与可验证性是很难保证的，所以文中选取了柴油机发电机组的振动烈度这种外特性参数作为试验验证的参数。实验验证结果表明模型的正确性，之后通过仿真模型对隔振系统的动力学特性进行分析，表明隔振器选型的不足之处。文中对隔振系统的建模及分析过程不失一般性，可为船用其它动力机械隔振系统设计及校核、隔振器选型等奠定基础。
参考文献：
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论文作者:王继鑫 王喾 黄振
论文发表刊物:《中国电业》2019年第12期
论文发表时间:2019/10/16
标签：隔振论文; 频率论文; 机组论文; 柴油机论文; 系统论文; 刚体论文; 柴油发电机组论文; 《中国电业》2019年第12期论文;