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柴油機(jī)是柴油發(fā)電機(jī)組的主要激振源，其產(chǎn)生的振動(dòng)會(huì)導(dǎo)致電機(jī)疲勞、電器故障、縮短零部件使用周期等問題。目前在對(duì)機(jī)械設(shè)備進(jìn)行振動(dòng)控制時(shí)，通常有3種方式：在振源上放置動(dòng)力吸振器以吸收振動(dòng)能量；在振源上安裝阻振器以消耗系統(tǒng)能量；在振源和受振體之間安裝隔振器以抑制能量傳遞。前兩種方式都要在柴油機(jī)上附加一部分質(zhì)量，對(duì)機(jī)組空間的布置提出了更高的要求，同時(shí)動(dòng)力吸振器如果使用不當(dāng)，不但不能吸振，反而容易產(chǎn)生共振。隔振器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠性好、成本低，在解決機(jī)械設(shè)備的振動(dòng)噪聲問題中得到肯定。在對(duì)機(jī)械設(shè)備的振動(dòng)特性進(jìn)行分析時(shí)，有限元分析方法(finite element method，F(xiàn)EM)在此類工程研究中具有出色表現(xiàn)力。國(guó)內(nèi)學(xué)者對(duì)柴油機(jī)自身的動(dòng)力學(xué)特性研究較為集中，但對(duì)于帶有彈性支撐的柴油機(jī)在機(jī)組中的研究還比較缺乏。
杭州那泰有限元分析公司以額定轉(zhuǎn)速為2400r/min，額定功率6KW柴油發(fā)電機(jī)組為試驗(yàn)樣機(jī)。首先通過機(jī)組表面振動(dòng)實(shí)驗(yàn)找出振動(dòng)性能的缺陷和弱點(diǎn)，接著建立機(jī)組整體的有限元模型，在驗(yàn)證仿真結(jié)果符合實(shí)際情況后，最后分析隔振器參數(shù)變化對(duì)機(jī)組振動(dòng)性能的影響。
發(fā)電機(jī)、柴油機(jī)、水箱、消聲器、焊機(jī)自左向右依次排列，全部被隔聲罩包圍，并整體安裝于底部機(jī)架上，機(jī)架固定在地面。其中柴油機(jī)與其他部件連接緊密，左端飛輪與發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子同軸度連接，右端冷卻管道連接水箱，上部排風(fēng)口連接消聲器管道，下部支撐腳連接底部隔振器。表為機(jī)組各部分尺寸與重量。
柴油機(jī)有4個(gè)支撐腳，每個(gè)支撐腳下面都有1個(gè)橡膠隔振器，中間為橡膠材料，有兩個(gè)金屬片保護(hù)避免磨損，具體形狀如圖。此外，水箱、消聲器均有2個(gè)支撐腳，通過螺栓安裝于公共機(jī)架上，整個(gè)支撐腳分布如圖所示。
為了得到柴油機(jī)組隔振系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的振動(dòng)性能缺陷，依據(jù)GB02820-9對(duì)實(shí)驗(yàn)對(duì)象進(jìn)行環(huán)境布置與工作安排。為機(jī)組振動(dòng)實(shí)驗(yàn)示意圖，控制柜調(diào)節(jié)機(jī)組輸出功率，負(fù)載為可調(diào)節(jié)式電負(fù)載柜。運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定后，通過工作測(cè)振儀和振動(dòng)分析儀的加速度傳感器對(duì)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行XZ方向(柴油機(jī)振動(dòng)的主要方向)的振動(dòng)幅值(位移、速度、加速度) 測(cè)試為實(shí)際測(cè)試環(huán)境。
結(jié)合GB對(duì)機(jī)組測(cè)點(diǎn)范圍要求和6KW機(jī)組自身特點(diǎn)，選定測(cè)點(diǎn)共13個(gè)，分布情況如圖4所示。同時(shí)為得出隔振器對(duì)機(jī)組主動(dòng)隔振的貢獻(xiàn)量，在4個(gè)隔振器上、下各布置了測(cè)點(diǎn)，分別為測(cè)點(diǎn)3、4、5、6、7、8、9、a，其中如測(cè)點(diǎn)3對(duì)應(yīng)機(jī)組中柴油機(jī)左腳上，測(cè)點(diǎn)7對(duì)應(yīng)機(jī)組中發(fā)電機(jī)左腳上。
按照GB附錄C對(duì)6KW發(fā)電機(jī)組振動(dòng)評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)，機(jī)組振動(dòng)位移最大準(zhǔn)許有效值為0.8mm，速度為50mm/s，加速度為31m/s2。表2為機(jī)組測(cè)點(diǎn)滿載工況下XZ方向振動(dòng)幅值。其中，位移、速度、加速度結(jié)果分別為峰峰值、有效值、峰值。因此，只選擇速度有效值作為振動(dòng)評(píng)估的對(duì)象即可。
將表速度有效值與GB準(zhǔn)許值對(duì)比，超出GB的振動(dòng)幅值均發(fā)生在X方向，包括測(cè)點(diǎn)3、4(柴右上)、7、8（發(fā)右上)、c(柴機(jī)體)、d(空濾)共6個(gè)部位。機(jī)組相對(duì)左右基本對(duì)稱，測(cè)點(diǎn)3與4、7與8振動(dòng)相差不大，前者代表后者，則超出 GB振動(dòng)幅值從強(qiáng)到弱依次為：測(cè)點(diǎn)c、d、7、3。這些測(cè)點(diǎn)不僅反映出機(jī)組在振動(dòng)性能方面的缺陷，而且為機(jī)組有限元?jiǎng)恿W(xué)仿真提供了實(shí)驗(yàn)依據(jù)，指明了有限元仿真觀察節(jié)點(diǎn)的部位。
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