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6Kw柴油发电机组振动性能分析与有限元模型研究

王金林  
【摘要】:柴油机是柴油发电机组的主要激振源,其产生的振动会导致电机疲劳、电器故障、缩短零部件使用周期等问题。降低柴油机自身的位移幅值,尽可能隔离机组对周边环境的影响,是企业和科研工作者面临的主要问题。因此,对机组振动特性进行测试与评估,以及将不满足振动标准的部分借助现代分析方法进行合理的优化仿真,具有重要的现实意义。 本文以额定功率6Kw,工作转速2400r/min的柴油发电机组为研究对象,首先对柴油机组表面测点的振动幅值和支承器件隔振效果进行实际测试,并与国家或行业相关标准比对,从而找出了机组的振动性能缺陷,同时为后续的仿真提供实验依据。接着,基于有限元动力学理论在ANSYS软件中生成上述机组的有限元模型。在动力学基础模态分析中观察机组各模块自身的自然频率、振型及相互之间的关联,继而将柴油机内部激励简化后进行谐响应分析,得出了实验测点对应观察节点分别在X和Z方向的位移幅值谱。将仿真得到的测点X方向的位移幅值和减振垫Z方向的隔振效果排序和实验结果对比,表明了机组虚拟模型良好的可靠度。 最后,结合机组实际情况,确定了影响其振动性能的主要因素,包括减振垫橡胶材料的杨氏模量和阻尼系数、在柴油机底部的布置方式以及隔声罩的厚度。在参数合理变化的范围内,通过插值的方式对以上因素依次进行了目标寻优,确立了各参数变化对柴油机组结构振动性能的影响程度,并提出了改善这种特性的最佳的实际优化方案。优化仿真的结果表明:当减振垫橡胶杨氏模量、阻尼系数分别增加到实际允许范围的某一数值后,可最大限度地降低机组位移幅值;减振垫数量的增加,不仅可以降低了机组位移幅值,而且对提高机组隔振效果也有帮助;带隔声罩机组的隔振效果优于之前,但厚度增加不会影响机组振动特性。 本文对小型机组的有限元建模方法和振动性能优化改进的研究,可为相关柴油发电机组,如大型机组设计与研发,提供很好的参考。


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