内燃机车高速柴油发电机组联接形式及振动分析

何翠微, 钱纪富, 骆方林

(1 中国中车股份有限公司， 通用机车事业部， 北京 100036;2 资阳内燃机车有限公司， 四川资阳 641301)

内燃机车高速柴油发电机组联接形式及振动分析

何翠微1, 钱纪富2, 骆方林2

(1 中国中车股份有限公司， 通用机车事业部， 北京 100036;2 资阳内燃机车有限公司， 四川资阳 641301)

我国出口内燃机车高速柴油发电机组有4种典型联接形式；基于这4种联接形式，选取3种机车对机组轴系采用不同的弹性联轴节进行扭振计算和扭振振动测试，对机组隔振系统采用不同橡胶硬度进行振动测试，分析了弹性联轴节和橡胶硬度对机组振动的影响，得出了几点结论性的意见。

内燃机车； 高速柴油发电机组； 联接形式； 机组振动； 分析； 结论

为满足国外铁路运输要求和机车运用条件，我国许多出口内燃机车选用了高速柴油发电组。高速柴油发电机组单位功率质量比大的优点，给机车总体布置带来了便利，但其与传统中速柴油机不同的振动特性，也要求设计师在机组联接形式的选择、机组安装等方面有新的考虑。因此有必要对不同的机组联接形式、以及采用不同的弹性联轴节(以下简称：弹联)和隔振器橡胶硬度对振动的影响进行分析。

1 内燃机车高速柴油发电机组联接形式及适用范围

内燃机车高速柴油发电机组，主要由高速柴油机、主发电机、弹联、联接箱(选用)、公共安装架(选用)、隔振器组成。为满足机车总体布置要求，结合柴油机的结构特点，高速柴油发电机组可以归纳为以下4种典型的联接形式。

表1 高速柴油发电机组典型联接形式

联接结构示意如图1：

图1 联接结构示意图

结构a：适用MTU4000、CAT C175、Cummins QSK等系列。当高速柴油机机体安装强度好、机车减重要求高时可优先考虑。

结构b：适用MTU4000、CAT C175、Cummins QSK等系列。当高速柴油机机体安装强度好、柴油机功率较大且机车减重要求高时推荐采用。

结构c：适用CAT 35、Cummins QSK、MTU4000等系列。当高速柴油机机体安装强度低、不能直接承受主发电机重量且柴油机功率小于2 700 kW时推荐采用。

结构d：适用CAT C175、Cummins QSK75、MTU20V4000等系列。当高速柴油机机体安装强度低、不能直接承受主发电机重量，且功率大于2 700 kW时推荐采用。

2 机组轴系扭振分析

为掌握不同弹联对同款机车机组轴系扭振以及不同柴油机与主发电机联接结构对机车扭振的影响，选择了SDA1、SDD22和SDD23 3种机车，进行几种搭配的对比计算和测试。

2.1 扭振计算

柴油发电机组轴系的扭振计算，一般采用霍尔茨表格法、传递矩阵法、模态分析法、有限元法和弹性波传播法等数值计算法。随着专业计算软件的运用，轴系扭振计算也趋于简单。内燃机车高速柴油发电机组轴系的扭振计算大多采用霍尔茨表格法。

内燃机车高速柴油机组中的轴系计算，首要考虑的是机组柴油机曲轴扭振应力，自由端综合扭振振幅值等是否符合柴油机的限制值，其次是轴系主要部件扭振的影响。由于对主发电机在高速柴油发电机组中的运行扭振特性及要求掌握较少，因此对三种机车装用不同弹联和不同高速柴油机轴系的主发电机转子综合振幅进行对比计算分析，见表2。机车机组主要部件参数见表3。

表2 机车机组扭振计算测试对比

表3 机车机组主要部件参数

从计算结果来看：同款机车主发电机端综合振幅值，采用膜片弹联的比采用盖斯林格和重齿弹联的大2～4倍；不同机车采用高弹性橡胶弹联，其主发电机端综合振幅值大小相当。

2.2 扭振测试

为验证计算，采用非接触测量方法中的频率计量法进行扭振信号测量，根据GB/T 15371-2008《曲轴轴系扭转振动的测量与评定方法》标准，进行了装车测试，获得柴油发电机组主发电机端扭振角位移各谐次幅值随转速变化曲线，见图2。曲线中，主要谐次均为2.5，1.5，0.5，1.0。

剔除工作稳定性较差的怠速工况，在800～1 800 r/min柴油机工作转速范围内，主发电机端综合振幅值见表2。

比较表2中序号1,2,3可以看出，采用不同的弹联，测试值差异极小。这说明相同的柴油机与主发电机联接机构，采用不同的弹联对主发电机端的综合振幅影响不明显。其中，盖斯林格弹联方案的单谐次扭振振幅较小，性能更优。从表2中还看到计算与测试偏差较大。因此，有关规范规定：“扭振特性的审查内容应包括理论计算和实测结果，若两者不同，则应以实测为准”。

图2 各谐次幅值随转速变化曲线

3 机组振动测试分析

柴油发电机组对机车振动的影响由其安装性能决定，通过对机组振动的测试分析可以了解隔振器橡胶硬度以及不同弹联对安装性能的影响。本次机组振动测试根据TB/T 3164-2007《柴油机车车内设备机械振动烈度评定方法》标准，选取不同橡胶硬度的隔振器和装用不同弹联进行。测点分布为机组隔振器上部支承处。考虑振动对主发电机的影响，取主发电机轴承端和主发电机支撑处两个测点进行分析，测试情况见表4。

表4 机组振动烈度

从表中可以看出：降低隔振器橡胶硬度，可以降低机组振动烈度；不同的弹联对机组振动影响不大；柴油机与主发电机联接形式，c,d结构比a,b结构在主发电机支撑座处的振动烈度小。

4 结 论

(1) 柴油发电机组采用何种联接形式，应由机车总体布置和柴油机结构特点决定。不同的结构形式对弹联的选型应有不同要求。在机车总体质量控制比较严格，安装空间位置比较紧张的情况下，建议优先采用b结构形式；当柴油机飞轮端不允许承载较大质量时，优先选用c结构形式；

(2) SDA1型机车采用相同或相近的柴油发电机组联接形式，不同的形式的弹联对主发电机转子综合振幅的影响不明显，但采用盖斯林格弹联在单谐次扭振振幅较小，性能更优；

(3) 扭振计算结果与实测数据存在较大差异，有必要开展计算和测试方法方面的进一步研究；

(4) 选择适宜的隔振器橡胶硬度，能有效降低柴油发电机组的振动烈度；

(5) 改变柴油发电机组的扭振参数(装用不同弹联)，对机车振动的影响不明显。

[1] 柴油机设计手册编辑委员会. 柴油机设计手册上册[M].北京：中国农业机械出版社，1984.

[2] 王长荣. 内燃机动力学[M].北京：中国铁道出版社，1990.

Connection and Vibration Analysis of High Speed G-set for Diesel Locomotive

HECuiwei1,QIANJifu2,LUOFangling2

(1 CRRC Corporation, Limited Geberal Electro-mecgabucal Business Department 100036, China;2 Ziyang Diesel Locomotive Co.,Ltd., Ziyang 641301 Sichuan, China)

There are four typical types of high speed G-set connection modes for Chinese exported diesel locomotives. Based on these four types of connection modes, randomly select three types of locomotives to have torsional vibration calculation and torsional vibration test by adopting different couplings; To have vibration test on the G-set vibration isolation system by adopting different rubber hardness;Based on the test results, this article is going to analysis the impact of coupling and rubber hardness on the G-set vibration and finally with points of conclusions.

diesel locomotive; high speed diesel G-set; connection mode; G-set vibration,analysis; conclusion

1008-7842 (2015) 06-0041-03

) 男，高级工程师(

2015-06-07)

U262.11

A

10.3969/j.issn.1008-7842.2015.06.10