活塞二阶运动对非道路高压共轨柴油机振动及噪声影响分析

活塞敲击是柴油机主要的振动和噪声源,其主要原因是活塞在其与缸套的间隙中做横向和偏摆的二阶运动,因此研究活塞设计参数对活塞二阶运动的影响,优化活塞动力学特性,对于发动机减振降噪具有重要意义。以某非道路四缸高压共轨柴油机为研究对象,建立活塞动力学计算模型以及整机多体动力学计算模型,通过机体和曲轴的模态试验,验证了有限元模型的准确性;采用正交设计方法,研究了活塞销偏置量、活塞裙部中凸点位置、配缸间隙对活塞动力学、整机振动与噪声的影响。研究结果表明:活塞配缸间隙对活塞敲击能量、活塞敲击力、活塞所受力矩影响最大;对发动机振动噪声敏感性分析显示,活塞销偏置是影响发动机振动与噪声性能的关键因素。     

基于变分模态分解的多缸柴油机缸套振动差异分析

多缸柴油机缸套振动噪声响应的差异导致缸套润滑、磨损及穴蚀现象不同,引起缸套可靠性差异并缩短整机使用寿命,研究差异的产生原因有助于柴油机的维护与设计优化。内燃机振动噪声的主要来源是燃烧冲击与活塞二阶运动引起的缸套敲击,而多缸柴油机缸套振动噪声的差异主要来源于活塞敲缸。以某重型六缸柴油机为研究对象,基于变分模态分解技术对多缸振动响应差异开展了溯源分析。建立了活塞敲缸动力学计算模型并通过试验验证了参数设置的合理性,通过变分模态分解从振动响应中提取了主要频率成分与相关模态。结果表明：多缸柴油机各缸振动幅值分布趋势一致,缸套中上部的振动最剧烈;各缸振动差异与机体模态特性有关,缸套间振动差异与机体第7阶模态振型趋势一致,体现为第6缸振动最强,第2缸振动最弱。     

考虑发动机系统动力学与动力润滑耦合的活塞拍击分析

为降低活塞拍击、改善发动机振动噪声性能,考虑活塞-缸套表面粗糙度对润滑状态、活塞运动及活塞拍击影响,基于膜厚比建立活塞缸套动力学分析模型。结合考虑活塞、连杆、曲轴及缸体耦合振动的发动机系统动力学分析模型,建立考虑发动机系统动力学与动力润滑的活塞拍击分析模型,探讨活塞拍击现象。与传统的活塞-缸套非线性动力学分析模型进行对比分析,并结合缸体振动响应实验数据,讨论理论模型误差原因。     

增压发动机全浮式活塞销敲击噪声研究

活塞销敲击噪声影响汽车的驾驶舒适性。基于弹性流体动压润滑理论建立了带全浮式活塞销的曲轴连杆活塞动力学模型，对不同负载、活塞销间隙、润滑油温度、润滑油槽与活塞销敲击噪声之间的关系进行了仿真计算。计算结果表明：随着负载的增大，敲击时刻和强度发生变化，当负载增大到75 N·m时，此敲击噪声消失；活塞销间隙由20μm减小到10μm,敲击强度减弱；润滑油温度对此敲击影响不明显；增加润滑油槽后，润滑油膜液动压力峰值由3.6 MPa降低至1.9 MPa,敲击强度显著减小，甚至消除了此噪声。试验测试与计算结果相吻合。该研究可为控制活塞销敲击噪声提供参考。     

不同载荷激励对非道路高压共轨柴油机振动与噪声的影响研究

非道路柴油机工作条件恶劣,对整机振动与噪声性能提出更高的要求。以某非道路高压共轨柴油机为研究对象,建立了整机多体动力学模型,通过机体与曲轴模态测试,验证了整机有限元模型以及多体动力学模型的准确性;通过建立阀系动力学模型、活塞动力学模型以及轴系动力学模型,计算获得阀系载荷、活塞敲击载荷以及主轴承载荷等主要激振力;在此基础上,研究了不同激励对整机的振动与噪声的影响。研究结果表明:随着载荷激励的施加,发动机表面振动速度级也相应的增加;加载阀系载荷后,发动机在高频区域振动速度级小幅增加,阀系载荷对整机500 Hz、1 000 Hz频段的振动速度级影响较大;加载活塞侧击力后,活塞的二阶运动激励对于特征点的中高频振动影响较大;随着载荷激励的增加,各部件的表面辐射声功率级基本呈增加趋势,低转速下各方案影响差异大,中高转速下各方案影响差异变小,阀系载荷的加载对气缸盖罩振动速度级影响较大,活塞侧击力是各主要壳体件怠速机械噪声的主要影响因素。     

非道路高压共轨柴油机振动及噪声分析

非道路高压共轨柴油机工作条件恶劣,对振动噪声性能提出较高要求。应用多体动力学方法,建立非道路高压共轨柴油机活塞组动力学模型、阀系动力学模型以及整机多体动力学分析模型,通过对机体与曲轴模态测试,验证缩减模型的准确性。对活塞组和阀系动力学特性、主轴承载荷以及整机振动与噪声特性进行分析,结果表明,在倾覆力矩作用下,2阶谐次及其整数倍谐次下发动机振动较大;2阶谐次下,机体次推力侧振动比主推力侧振动剧烈;油底壳表面辐射声功率级最大,最大值为109.1 dB;在523 Hz频率下声压级最大,最大值为85.23 dB。研究结果可为整机减振降噪提供优化方向。     

基于表面振动法的柴油机辐射噪声测量和分析

以4120SG柴油机为研究对象，提出基于激光测振的表面振动法测量柴油机辐射噪声。重点讨论了结构辐射系数的确定及其影响因素，提出了不同结构部件计算辐射系数的方法。利用表面振动法计算了柴油机主要部件的声功率，识别了主要噪声源。通过与噪声测量结果的对比，验证了方法的准确性。     

发动机燃烧噪声和活塞拍击噪声的产生机理试验研究

为有效地控制发动机燃烧噪声和活塞敲击噪声,研究了振动噪声的产生机理,指出了发动机振动传递的基本途径。通过对发动机结构的传递函数试验发现,由燃烧气体力所引起结构表面的响应主要是通过内部传力部件进行,频谱特性呈宽带凸峰特性,而通过敲击缸盖和缸孔引起的振动响应主要发生在2 000 H z以上频段,频谱成尖峰特性,且结构模态效应突出。结合试验结果,最后提出了控制发动机燃烧噪声和活塞拍击噪声的方向,为改进设计提供了参考。     

基于单通道算法的内燃机油底壳辐射噪声分离

通过对内燃机的辐射噪声源进行分离和识别,得到的各独立噪声可为其减振降噪和监测诊断提供依据。在内燃机噪声源识别中,燃烧噪声和活塞敲击噪声在时域和频域上均有混叠,很难准确地将其进行分离。在半消音室中进行内燃机振动噪声试验,采集一路内燃机油底壳近场辐射噪声,先对其进行消除趋势项及滑动平均等预处理,减少随机误差成分,然后用集合经验模态分解得到IMF分量,用主分量分析降维,最后用快速独立分量分析进行盲源分离,并结合连续小波时频分析等方法进行识别。研究结果表明:通过采用单通道算法对内燃机油底壳辐射噪声进行分离和识别,可得到各独立分量,分别为内燃机的燃烧噪声和活塞敲击噪声。     

考虑内燃机系统耦合振动的活塞拍击研究

活塞拍击是内燃机中最主要的机械噪声源,降低活塞拍击是改善内燃机振动噪声性能的技术措施之一。本文考虑活塞、连杆、曲轴以及缸体的耦合振动对活塞拍击的影响,建立活塞拍击动力学分析模型,研究了某型柴油机的活塞拍击及缸体振动响应。探讨了活塞裙部轮廓形状、偏置活塞销对活塞拍击及缸体辐射噪声的影响,计算结果和实验数据证明：活塞轮廓形状对活塞拍击的频率成分的分布及噪声品质有重要影响,活塞销向主推力面适当偏置有助于降低活塞拍击及辐射噪声水平。     

船舶柴油机缸内零部件的振动监测研究

介绍了船舶主柴油机缸内零部件的振动状态监测试验和分析结果.文中对气缸内零部件在不同工作状态下柴油机表面振动信号的特征进行了分析讨论,研究了柴油机机体表面振动激励源的基本特征以及由于活塞撞击引起的机身表面振动特性,并给出了适合于船舶主机振动监测和故障诊断的判据.研究表明,通过监测柴油机表面振动信号来诊断气缸内零部件的工作状态是可行的和有效的.     

基于信息融合的柴油机缸套磨损故障诊断研究

针对柴油机缸套磨损故障进行模拟实验,获取了柴油机机体表面振动、铁谱分析故障信息,并对多源多维故障信息进行预处理,解决了模糊神经网络的输入矢量的模糊特性化、输出矢量的隶属函数、学习样本的选择及网络的学习训练等问题;在上述工作的基础上,建立了柴油机缸套磨损故障诊断的模糊神经网络模型.为验证诊断模型的有效性,选取了四组分别来自不同故障类别的数据作为检验样本,运用模糊神经网络模型进行诊断,其诊断结果与实际情况十分吻合.研究表明,基于多信息的模糊神经网络模型能较有效地对柴油机缸套磨损故障进行诊断,此方法能减小故障诊断的不确定性,提高诊断精度.     

螺旋桨激励水下壳体振动噪声数值研究

为真实模拟壳体噪声的激励源特性,建立螺旋桨-轴系-壳体耦合系统有限元模型,以CFD计算得到的螺旋桨非定常载荷作为激励源,采用模态叠加法计算耦合系统强迫振动响应;分别以桨叶表面偶极子声源和耦合系统表面振速作为边界条件,采用声学直接边界元法计算螺旋桨直接辐射噪声和耦合系统振动噪声。数值计算结果表明:两种噪声的声压级都随螺旋桨转速的增加而增大,其中振动噪声增幅较小;耦合系统振动噪声声压级随轴承刚度的增加而增大;两种噪声的声压级在量级上较为接近,在频谱及声压分布上具有各自的特征,在预报耦合系统水下辐射噪声时应综合考虑两种噪声的影响。     

车用制动空气压缩机结构辐射噪声特性研究

针对某公司生产的KYV480型号车用制动活塞式空气压缩机（简称：空压机）运行过程中,振动噪声较大,一定程度上影响了驾驶员和乘客的乘车舒适性和身心健康的情况,文章基于有限元和声学边界元联合求解的方法对空压机的结构表面辐射噪声特性进行研究。在计算得到空压机运行过程中壳体所受载荷的基础上,对空压机壳体表面的振动加速度响应进行仿真计算,并与实验得到的壳体振动加速度数据进行对比分析,两者吻合较好。将仿真计算得到的空压机壳体表面加速度作为声学仿真的边界条件,采取声学边界元法计算壳体表面辐射噪声。结果表明,空压机运行过程中的中低频噪声主要是由壳体振动辐射噪声引起的,为空压机后续的结构设计和改进提供了有效的指导。     

利用机体表面振动信号诊断活塞环失效的研究

建立了活塞环失效时活塞－缸套撞击的力学模型，通过理论计算证明活塞环失效后活塞组的撞击参数将会改变。分析了活塞环振动和悬浮的条件。给出了活塞环径向振动固有频率范围的计算式。通过两种机型对活塞环失效故障诊断进行了模拟试验。得到了利用机体表面振动信号诊断活塞环失效的方法；当从机身外表面监测到的振动参数在低频段出现了与单环径向振动固有频率相近的特征频率，该特征频率处谱值显著增大，含该特征频率的窄带内功率也显著增大，可认为有活塞环（通常是第一道环）失效了。     

柴油机振动监测及故障诊断系统

简述了柴油机活塞-缸套磨损、气阀间隙异常、排气门漏气和主轴承磨损故障的振动诊断机理,介绍了基于上述机理的自行研制的柴油机振动监测仪的硬件设计和软件功能,该仪器利用PC104总线、高速同步采集、异步FIFO和DOS编程环境等技术,经测试能实现船舶柴油机的实时在线诊断。     

基于振动和证据理论的柴油机缸套磨损故障诊断

在简述Dempster-Shafer证据理论的基础上,探讨了内燃机缸套磨损故障诊断中的故障识别框架的形成、mass函数的构造以及相应的组合与推理思路,并以柴油机缸套磨损故障诊断为例,详细说明了该方法的具体实现步骤.测量6-135G型柴油机缸套在正常、中等磨损故障、严重磨损故障和破坏性磨损故障四种状态下的机体表面振动,通过时、频域分析,得到了故障特征信息;利用Dempster-Shafer证据理论方法对故障特征信息进行融合处理,有效地诊断识别了柴油机缸套的多种磨损故障,诊断结论的可信度明显提高,不确定性明显减小.研究表明,可以基于振动和Dempster-Shafer证据理论进行内燃机缸套磨损故障诊断,诊断效果良好,并有效地提高柴油机故障诊断的准确性和可靠性.     

船用离心风机壳体振动噪声优化研究

当风机进出口连接长管道时,其外部辐射噪声主要是内部非定常流动诱发蜗壳振动产生的振动噪声。风机壳体的振动噪声是典型的流固干涉噪声,通常基于非定常流场获得振动激励源。为了控制此类噪声,通过振动噪声数值计算方法,并结合试验设计方法(Design of Experiment, DOE),给出了一种以壳体各板块厚度(前板TF,侧板TS,后板TB)为设计变量、以壳体振动辐射声功率为目标函数的单目标优化方法。研究表明,当保持壳体质量不变时,优化后,壳体表面辐射声功率均有不同程度降低,壳体表面基频辐射声功率降幅最大,达到6.23 dB。     

EMD-Robust ICA在柴油机噪声源识别中的应用

为了有效地从复杂的单一通道噪声信号中分离和识别柴油机的噪声源,采用经验模态分解（EMD）和基于峭度的鲁棒性独立分量分析（RobustICA）相结合的方法,将EMD分解后的本征模态函数与原噪声信号作为RobustICA的输入,借助RobustICA良好的抗噪性,不需要对观测信号进行滤波处理就可以实现单一通道观测信号的源分量分离。模拟仿真的结果充分说明了该方法的可行性。应用于某四缸柴油机噪声信号分析,对分离出的独立分量进行小波（CWT）时频分析,结合内燃机的特性,从单一通道噪声信号中准确识别出柴油机的燃烧噪声和活塞敲击噪声。     

柴油机辐射噪声预测及控制技术研究

利用有限元法和边界元法预测CY4102BG型柴油机在高负荷工况下的振动及辐射噪声特性,确定出柴油机的高噪声区域,并针对噪声预测结果提出改进设计方案。分析了采用阻尼技术对噪声较高的油底壳部件辐射噪声的影响以及在机体和油底壳之间安装加强板结构对柴油机结构噪声的影响。研究表明,采用这两种措施对于降低柴油机辐射噪声具有良好的效果。