关于发动机台架减振质量块的建设施工

毛开清，马永兵，杨明亮，张泷堂

（华菱星马汽车（集团）股份有限公司，安徽 马鞍山 243061）

0 引 言

发动机试验室在进行发动机台架试验时，试验平台会产生很大的振动，如不采取相应的隔振措施，会对周围精密仪器、仪表的正常使用、工作环境、建筑设施等都会带来不良影响。所以必须采取相应的隔振措施，以隔除振动，降低噪音，美化环境，也为试验室工作人员提供一个舒适的工作场所。

1 发动机试验室项目背景

安徽华菱星马汽车（集团）股份有限公司发动机试验室是针对华菱公司自主开发的新一代节能环保大功率发动机而开发新建的项目，获得了国家国际科技合作项目的支持，项目内容包括试验楼主体、空压机房、配电房、冷冻站房、水泵房及油化库等，其中试验室作为项目的主体，内部主要设立了电力测功机、电涡流测功机及水力测功机等16个发动机试验间和相应的零部件试验间。

2 发动机台架试验简述

汽车技术的发展很大程度上取决于试验技术的发展，国内外技术处于领先地位的汽车公司都拥有先进的测试技术和完整的试验设施，尤其拥有由相当数量试验台架组成的发动机试验室。

汽车发动机的试验，一般都在专门的试验台架上进行，所以又叫发动机的台架试验。台架试验根据实验的不同目的，可以分为：

①定型鉴定试验；

②出厂试验，新组装的发动机在出厂之前进行的试验，一般包括磨合调整试验、检查移交试验和验收试验等；

③定期抽查试验。

上述各类试验又分为性能试验、功能试验、可靠性与耐久试验等。各类试验应符合相应的国家标准。通常，发动机台架试验是在稳定的工况下进行的。随着试验技术的发展，发动机的台架动态试验已成为开发车用发动机的重要手段，按照模拟道路载荷谱，在台架上对发动机运行动态加载试验，能够较为真实地反映发动机的实际技术状态。

3 发动机台架试验室的构成

发动机台架试验室（如图1所示）一般包含试验间和控制室两部分。

试验间内的试验系统主要由试验测试系统和试验室环境系统两大部分组成。测试系统由对发动机进行加载与测量的装置——测功机保证发动机运行的燃料供应系统、空气供给系统、冷却系统和控制系统以及数据采集系统组成；试验室环境系统主要包括通风系统、发动机进排气系统和消声与隔声系统，以保证发动机在所需的正常环境运行，避免室内噪声和排放物的污染。试验系统的控制部分及操作界面放在试验室的控制间内。

发动机试验室的设计是非常重要的，因为发动机试验室很复杂，集机器、仪器和辅助设备于一体，所有这些都必须作为一个整体来运行，才能保证试验系统的正常工作。

4 试验台架基础要求

发动机台架基础的结构形式主要有两种：一种是发动机与测功机固定在一个台架基础上，这样的发动机和测功机同时振动；另外一种是测功机固定在固定基础上，而发动机固定在弹性基础上，此时发动机与联轴器必须使用弹性联接（刚性连接因为安装要求很难满足，一般不采用）。

目前常见的铁底板减震方式有二种：一是在铁底板下方直接放置减震气囊；另一种是将铁底板固定在钢筋水泥块上，在水泥块底部安装减震弹簧。本文主要结合现场实际重点阐述第二种方式的水泥质量块的基础设计。

试验室基础为整体钢筋混凝土，上面为铁底板。

发动机的台架基础除了要确定其尺寸和大小外，设计的重点是减振和隔振的设计。在车用发动机的试验台架在试验时所受到的振动主要有以下几种：

①受迫振动，由于发动机各缸周期性的惯性力和力矩引起的；

②由于脉冲和地基引起的冲击；

③从固体表面扩散出去的固体声的作用，因而产生振动和噪音。

因此，试验台架在设计时均需考虑隔振措施，即将台架基础和地基基础隔开（竖直方向）。

隔振措施包括积极隔振和消极隔振两种措施，通过一个中间体（如阻尼弹簧、减振气囊等）来实现，隔振的机理是通过相应的频率调谐，系统的周期性运动不再同步，而是反向影响。采用隔振措施时，还要求系统不能产生共振，共振不仅与激振频率有关，还与台架系统的固定频率有关，激振频率根据激振体（发动机、测功机）来计算，台架的固有频率根据fn=1Σk/Σm/2∏计算。式中：Σk 为所有中间提的刚度；Σm 为台架基础及其上所有设备的重量。

当系统激振频率与固有频率之比小于1时，系统无法隔振；当系统激振频率与固有频率之比等于1时，系统产生共振；当系统激振频率与固有频率之比大于1时，系统可以隔振，一般要求频率比大于3，频率比越高，则隔振效果越好，同时弹簧的阻尼系统越大，隔振效果越低。另外基础设计还应该考虑水平方向的移动，可以使用橡胶挡块。

4.1 试验台架基坑设计要求

①试验台架基坑坑底1m深度范围内加碎石不少于50%，碎石粒径不大于50mm且不小于20mm，分层夯实的压实系数0.96；坑底地基承载力特征值不小于245kPa。

②试验台架基坑地板，侧壁混凝土强度等级为C30，内加HEA混凝土膨胀剂，水下养护14d的限制膨胀率为0.025%，抗渗等级为p6。

③试验台架基坑钢筋保护层厚度：与土壤接触一侧为25mm；底板板底钢筋为40mm。

④试验台架基坑四角圴设置构造柱。

⑤地坑侧壁均拉筋¢8@450～450，所有钢筋圴应满足锚固长度。

4.2 试验台架铁底板减振质量块设计施工

为保证试验系统整体减振及隔振效果，华菱星马汽车（集团）股份有限公司试验室采用整体铁底板，使发动机、测功机、铁底板以及配套附属试验设施形成一个有机的整体。

钢筋混凝土质量块是本系统中减振的重要部分（如图2所示），为保证发动机在试验时的基础振幅不超过0.1mm，混凝土质量块还应有足够的重量。本项目根据台架设计功率要求，设计混凝土质量块尺寸为4500mm×1600mm×500mm,总重约9.5t。质量块的底部安装8个减振阻尼弹簧，保证隔振系统的固有频率≤4Hz。

上述设计在项目实施前期发现基坑与混凝土质量块若同时浇筑后，由于试验间的房间高度限制（吊车无法进入起吊）、接触面接触过紧等因素，导致阻尼弹簧无法放置安装，设计中存在一定的缺陷。

在汲取以上经验的基础上，二次设计时，对混凝土质量块下沉重基坑面进行了较为重大的改进（如图3所示），改进后在原有基坑面的四角各预留一个700×250×250的凹槽（如图4所示），后续在进行阻尼弹簧的安装放置时只需在凹槽内放置千斤顶将混凝土质量块顶起与沉重基坑分离，即可方便地进行阻尼弹簧的放置安装。改进后的设计图具有如下优点：

①项目施工更为简单、合理，阻尼弹簧安装强度大幅降低；阻尼弹簧安装时间比原设计缩短2/3；

②用千斤顶对混凝土质量块进行托起从根本上解决了用吊车起吊时不易挂实、起吊过程中混凝土质量块易摆动的问题，杜绝安全隐患；完全满足了试验台架铁底板后续安装需求；设计简单可靠，维护检修方便。

5 结 语

汽车发动机试验室铁底板减振质量块的设计是发动机进行各项性能开发、耐久、磨合试验的基础，它是为发动机的厂家、设计、检测和教学等科研项目提供了基础保障。华菱星马汽车（集团）股份有限公司发动机试验室目前已经投入运行，从试验室建设施工中分析得到了相当宝贵的理论知识和实践经验。总之，汽车技术的发展很大程度上取决于试验技术的发展。本项目在施工中充分考虑了发动机台架试验运行时的各种因素，结合发动机试验实际需求而设计，便于后续减振阻尼弹簧和铁底板的安装及维护，具有许多将混凝土质量块直接与沉重基坑接触设计无法比拟的优点，对同行内的试验室的设计发展具有重要的借鉴意义。

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