4100柴油机扭振及简谐力矩特性分析

摘要

内燃机曲轴轴系扭振以及轴系扭振激励简谐力矩是内燃机重要的研究领域。本文针对内燃机稳定转速和非稳定转速工况对轴系扭振特性和气体简谐力矩特性进行了深入分析。论文的研究工作对内燃机非稳定工况轴系扭振特性分析，稳定工况与非稳定转速工况简谐力矩计算等方面具有一定理论意义和工程实用价值。
　　 本文以实验室4100QB柴油机试验台为研究基础，通过对柴油机稳定工况轴系扭振特性的实验研究，获得了轴系前两阶扭振模态特性，并分析了不同联轴节刚度对轴系扭振特性的影响；针对非稳定转速工况，分析了提速率对扭振特性的影响，非稳态工况轴系扭振共振幅值比稳态工况下小，随着提速率的增大，一阶及二阶扭振共振呈减小趋势。非共振模态主简谐2.0及4.0谐次扭振特性随提速率的变化不大。
　　 借鉴法国内燃机学会提供的PA6型柴油机气体简谐力矩随平均指示压力变化关系，求出各工况平均指示压力对应的各简谐力矩。经过与实测的简谐力矩对比分析得到目前常用的大型柴油机的简谐系数不能用于中小型柴油机的气体简谐力矩计算，其幅值偏差较大。中小型柴油机简谐力矩幅值与平均有效压力也呈3次方关系。分析转速对简谐力矩的影响，在相同平均指示压力下一般转速越高对应的简谐力矩幅值越大，但相位变化不大。利用已知转速下的简谐力矩通过插值计算出任意转速下的简谐力矩的方法是可行的。对非稳定转速工况下的简谐力矩研究，在提速过程中平均指示压力随时间的增加整体上逐渐升高，各工作循环所需时间随时间增加而逐渐变短，实测气体简谐力矩在非稳定工况下是基本连续的。经过推导得到简谐力矩生成函数，由简谐力矩生成函数得到的气体力矩与实测值对比，相差较小，证明用简谐力矩生成函数计算气体力矩是可行的。