柴油機高壓油管振動(dòng)優(yōu)化

2013-06-24  by:廣州有限元分析、培訓中心-1CAE.COM  來(lái)源:仿真在線(xiàn)

本文通過(guò)對某型柴油機高壓油管進(jìn)行不同方案的振動(dòng)優(yōu)化試驗,利用TEST.LAB軟件對比分析了各種方案的測量結果,得到了最佳的油管布置方案,降低了高壓油管的振動(dòng)。

隨著(zhù)發(fā)動(dòng)機功率的不斷增大,特別是載重卡車(chē)上配置的發(fā)動(dòng)機,高壓油管內的高速流動(dòng)的燃油對管壁的沖擊力度也是越來(lái)越大,因此高壓油管在整車(chē)上出現漏油、端口開(kāi)裂的次數是越來(lái)越多,而究其根本原因是高壓油管本身的振動(dòng)比較大所導致,所以對高壓油管進(jìn)行振動(dòng)優(yōu)化則是勢在必行。

0 試驗目的

在不改變高壓油管管型的前提下,通過(guò)對振動(dòng)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(lái)模擬整車(chē)情況,對各油管進(jìn)行振動(dòng)優(yōu)化,來(lái)降低高壓油管的振動(dòng)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(diǎn)的位置)。

1 某型柴油機主要技術(shù)指標

    柴油機主要技術(shù)指標見(jiàn)表1:

表1 某型柴油機主要性能指標

柴油機高壓油管振動(dòng)優(yōu)化機械設計培訓圖片1

2 試驗要求及說(shuō)明

    2.1 試驗為模擬整車(chē)情況,發(fā)動(dòng)機帶變速箱,傾斜角度為3.5度,試驗時(shí)變速箱處于直接檔。

    2.2 變速箱的型號為RT-11509C,主要規格: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(dòng)機的轉速變化過(guò)程由測功機控制軟件中的手動(dòng)功能來(lái)實(shí)現,每次勻加速和勻減速的時(shí)間控制在150秒內。

    2.4 每次額定工況測量時(shí),記錄發(fā)動(dòng)機的最大功率和相應的扭矩。實(shí)測最大功率為2100r/min時(shí)的功率為 250.2KW,,銘牌額定功率為258KW,功率損失比為3.1%,根據經(jīng)驗知道該損失在正常功率損失5%范圍之內。

3 試驗儀器與設備

    具體試驗儀器與設備詳細情況見(jiàn)表2:

表2 試驗儀器與設備清單

柴油機高壓油管振動(dòng)優(yōu)化機械設計培訓圖片2

4 試驗過(guò)程

    4.1 測試坐標定義為:上下(活塞運動(dòng)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(jiàn)圖1:

柴油機高壓油管振動(dòng)優(yōu)化機械設計培訓圖片3

圖1 試驗坐標系示意圖

    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)化結果分析

    5.1 試驗結果評估依據

    按照國外某發(fā)動(dòng)機公司的試驗規范來(lái)評估柴油機零部件的振動(dòng)水平,評估依據分速度和位移兩種(V和S均為測量有效值RMS):

    V<40mm/s,低振動(dòng) S<100um,低振動(dòng)

    40mm/s

    V>80 mm/s,劇烈振動(dòng) S>400 um,劇烈振動(dòng)

    5.2 進(jìn)行優(yōu)化的高壓油管的確定

根據油管原方案的測試結果分析,確定對第2缸和共軌軌前高壓油管進(jìn)行振動(dòng)優(yōu)化。

    5.3 高壓油管優(yōu)化結果分析

    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(jiàn)圖2和圖3:

柴油機高壓油管振動(dòng)優(yōu)化機械設計培訓圖片4

圖2 第二缸高壓油管方案一
(取消原來(lái)管夾,新增一個(gè)管夾)

柴油機高壓油管振動(dòng)優(yōu)化機械設計培訓圖片5

圖3 第二缸高壓油管方案二
(在原始狀態(tài)上增加一個(gè)管夾) 

    5.3.2 第二缸高壓油管優(yōu)化結果對比

    幾種不同方案的測量結果見(jiàn)表3:

表3 高壓油管幾種方案測量結果

柴油機高壓油管振動(dòng)優(yōu)化機械設計培訓圖片6 

從表3中的測量對比結果可以看出,方案一改進(jìn)的第二缸高壓油管振動(dòng)雖然有些工況的振動(dòng)速度幅值超過(guò)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(guò)了一半;方案二中油管的振動(dòng)與原狀態(tài)時(shí)的振動(dòng)相比也有很大的改善,但兩種方案比較來(lái)看,方案一更理想一些。方 案一中管夾處的振動(dòng)比較大,原因是該管夾是直接剛性連接到缸蓋上的,其振動(dòng)不會(huì )影響到高壓油管的振動(dòng)水平以及其壽命

5.3.3 軌前高壓油管優(yōu)化結果分析

柴油機高壓油管振動(dòng)優(yōu)化機械設計培訓圖片7

圖4 軌前高壓油管優(yōu)化方案(在兩個(gè)管夾連接處增加軟墊)

    5.3.3.1 軌前高壓油管優(yōu)化結果對比

    軌前高壓油管的兩種方案的測量結果見(jiàn)表4:

表4 軌前高壓油管優(yōu)化結果

柴油機高壓油管振動(dòng)優(yōu)化機械設計培訓圖片8

從表4中軌道前高壓油管的優(yōu)化結果可以看出,通過(guò)改進(jìn)油管的支撐結構,軌道前高壓油管upline-1的振動(dòng)幅值下降效果明顯,而軌道前高壓油管downline-1的振動(dòng)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(gè)自由度的方式模擬油管固定,中間管夾約束了兩個(gè)自由度(沿油管方向除外)。采用鋼材的特性來(lái)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)結果如下:

柴油機高壓油管振動(dòng)優(yōu)化機械設計培訓圖片9

柴油機高壓油管振動(dòng)優(yōu)化+培訓案例圖片圖片10

柴油機高壓油管振動(dòng)優(yōu)化+培訓案例圖片圖片11

把第二缸高壓油管的CAE模態(tài)分析結果和實(shí)際測量的階次圖比較分析,可以看出,沒(méi)有出現共振頻率。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)現管夾的約束位置對高壓油管的模態(tài)結果有很大的影響。

7 結論及建議

通過(guò)對目前的高壓油管進(jìn)行振動(dòng)優(yōu)化,可以得出以下結論及建議:

(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(lái)說(shuō),采用方案一的優(yōu)化方案可以減小油管的振動(dòng),但效果不是很明顯,可以參考采用。

(3) 高壓油管的振動(dòng)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(dòng)。

(4) 至于高壓油管的優(yōu)化方案對于整車(chē)上的高壓油管是否有同樣的作用,還有待整車(chē)的道路試驗來(lái)做進(jìn)一步檢驗。


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