搜索柴油機高壓油管振動優(yōu)化
2013-06-24 by:廣州有限元分析、培訓(xùn)中心-1CAE.COM 來源:仿真在線
本文通過對某型柴油機高壓油管進(jìn)行不同方案的振動優(yōu)化試驗,利用TEST.LAB軟件對比分析了各種方案的測量結(jié)果,得到了最佳的油管布置方案,降低了高壓油管的振動。
隨著發(fā)動機功率的不斷增大,特別是載重卡車上配置的發(fā)動機,高壓油管內(nèi)的高速流動的燃油對管壁的沖擊力度也是越來越大,因此高壓油管在整車上出現(xiàn)漏油、端口開裂的次數(shù)是越來越多,而究其根本原因是高壓油管本身的振動比較大所導(dǎo)致,所以對高壓油管進(jìn)行振動優(yōu)化則是勢在必行。
0 試驗?zāi)康?
在不改變高壓油管管型的前提下,通過對振動相對大的高壓油管采取不同的優(yōu)化方案在試驗室臺架上來模擬整車情況,對各油管進(jìn)行振動優(yōu)化,來降低高壓油管的振動幅值,從而確定各高壓油管的優(yōu)化方案(包括油管的約束方式及約束點的位置)。
1 某型柴油機主要技術(shù)指標(biāo)
柴油機主要技術(shù)指標(biāo)見表1:
表1 某型柴油機主要性能指標(biāo)
2 試驗要求及說明
2.1 試驗為模擬整車情況,發(fā)動機帶變速箱,傾斜角度為3.5度,試驗時變速箱處于直接檔。
2.2 變速箱的型號為RT-11509C,主要規(guī)格:輸入功率為191-265千瓦。
2.3 共振分析的測量工況為700rpm~2100rpm,所有發(fā)動機的轉(zhuǎn)速變化過程由測功機控制軟件中的手動功能來實現(xiàn),每次勻加速和勻減速的時間控制在150秒內(nèi)。
2.4 每次額定工況測量時,記錄發(fā)動機的最大功率和相應(yīng)的扭矩。實測最大功率為2100r/min時的功率為 250.2KW,,銘牌額定功率為258KW,功率損失比為3.1%,根據(jù)經(jīng)驗知道該損失在正常功率損失5%范圍之內(nèi)。
3 試驗儀器與設(shè)備
具體試驗儀器與設(shè)備詳細(xì)情況見表2:
表2 試驗儀器與設(shè)備清單
4 試驗過程
4.1 測試坐標(biāo)定義為:上下(活塞運動方向)為Z向,左右為Y向,前后(曲軸方向)為X向,符合右手定則,見圖1:
圖1 試驗坐標(biāo)系示意圖
4.2 試驗前更換機油;
4.3 各缸高壓高壓油管優(yōu)化方案的確定。
5 高壓油管優(yōu)化結(jié)果分析
5.1 試驗結(jié)果評估依據(jù)
按照國外某發(fā)動機公司的試驗規(guī)范來評估柴油機零部件的振動水平,評估依據(jù)分速度和位移兩種(V和S均為測量有效值RMS):
V<40mm/s,低振動 S<100um,低振動
40mm/s
V>80 mm/s,劇烈振動 S>400 um,劇烈振動
5.2 進(jìn)行優(yōu)化的高壓油管的確定
根據(jù)油管原方案的測試結(jié)果分析,確定對第2缸和共軌軌前高壓油管進(jìn)行振動優(yōu)化。
5.3 高壓油管優(yōu)化結(jié)果分析
5.3.1 第二缸高壓油管優(yōu)化方案
第二缸高壓油管的優(yōu)化方案具體見圖2和圖3:
圖2 第二缸高壓油管方案一
(取消原來管夾,新增一個管夾)
圖3 第二缸高壓油管方案二
(在原始狀態(tài)上增加一個管夾)
5.3.2 第二缸高壓油管優(yōu)化結(jié)果對比
幾種不同方案的測量結(jié)果見表3:
表3 高壓油管幾種方案測量結(jié)果
從表3中的測量對比結(jié)果可以看出,方案一改進(jìn)的第二缸高壓油管振動雖然有些工況的振動速度幅值超過了 80 mm/s ,但整體 呈下降趨勢,并且峰值從289mm/s降到了143.9mm/s,降幅超過了一半;方案二中油管的振動與原狀態(tài)時的振動相比也有很大的改善,但兩種方案比較來看,方案一更理想一些。方 案一中管夾處的振動比較大,原因是該管夾是直接剛性連接到缸蓋上的,其振動不會影響到高壓油管的振動水平以及其壽命
5.3.3 軌前高壓油管優(yōu)化結(jié)果分析
圖4 軌前高壓油管優(yōu)化方案(在兩個管夾連接處增加軟墊)
5.3.3.1 軌前高壓油管優(yōu)化結(jié)果對比
軌前高壓油管的兩種方案的測量結(jié)果見表4:
表4 軌前高壓油管優(yōu)化結(jié)果
從表4中軌道前高壓油管的優(yōu)化結(jié)果可以看出,通過改進(jìn)油管的支撐結(jié)構(gòu),軌道前高壓油管upline-1的振動幅值下降效果明顯,而軌道前高壓油管downline-1的振動也有所改善。
6 高壓油管CAE模態(tài)分析
CAE分析主要針對第二缸高壓油管進(jìn)行,油管本身采用管單元進(jìn)行網(wǎng)格劃分,用約束油管兩端x、y、z三個自由度的方式模擬油管固定,中間管夾約束了兩個自由度(沿油管方向除外)。采用鋼材的特性來模擬油管材料,提取了0 Hz~700 Hz之間的所有模態(tài),具體的模態(tài)結(jié)果如下:
把第二缸高壓油管的CAE模態(tài)分析結(jié)果和實際測量的階次圖比較分析,可以看出,沒有出現(xiàn)共振頻率。另外也對高壓油管的不同的約束方式進(jìn)行了CAE分析,發(fā)現(xiàn)管夾的約束位置對高壓油管的模態(tài)結(jié)果有很大的影響。
7 結(jié)論及建議
通過對目前的高壓油管進(jìn)行振動優(yōu)化,可以得出以下結(jié)論及建議:
(1) 對于第二缸高壓油管,采用方案一的優(yōu)化措施效果是最明顯的,因此建議采用該方案。
(2) 對于軌前的兩根高壓油管來說,采用方案一的優(yōu)化方案可以減小油管的振動,但效果不是很明顯,可以參考采用。
(3) 高壓油管的振動和管夾的不同約束位置有很大關(guān)系,在以后的高壓油管的總布局中可以提前把該因素考慮進(jìn)去,以降低高壓油管的振動。
(4) 至于高壓油管的優(yōu)化方案對于整車上的高壓油管是否有同樣的作用,還有待整車的道路試驗來做進(jìn)一步檢驗。
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