8V280柴油機雙軸平衡機構(gòu)方案設(shè)計及平衡性能研究.pdf

1、8V280柴油機雙軸平衡方案設(shè)計及平衡性能研究是中國中車戚墅堰機車有限公司與我校共同開展的科研項目。相對于直列8缸機，V8柴油機軸向尺寸短、重量輕，非常有利于機車的安裝布置。但是V8型柴油機存在著較大的不平衡力和力矩，如果平衡問題不能得到很好地解決，將會導(dǎo)致柴油機的相關(guān)儀器的損壞，所以需對8V280柴油機的平衡裝置進(jìn)行設(shè)計并對添加了平衡裝置的柴油機進(jìn)行平衡性能分析。
　　其主要的研究工作如下：
　　（1）對兩種曲柄型式、四種

2、氣缸夾角下的柴油機進(jìn)行平衡性能計算，相互比較并選擇最適合8V280柴油機的曲柄型式和氣缸夾角。在此基礎(chǔ)上計算出柴油機的傾覆力矩，并通過MATLAB軟件進(jìn)行曲線的擬合及諧波分析。
　?。?）利用Pro/E軟件建立起8V280柴油機三維零件模型并進(jìn)行裝配，裝配完成后導(dǎo)入到多體動力學(xué)仿真軟件ADAMS，對導(dǎo)入后的模型進(jìn)行材料、單位的設(shè)置，并添加約束和驅(qū)動，從而建立起8V280柴油機多剛體模型。在多剛體模型的基礎(chǔ)上進(jìn)行傾覆力矩的仿真測量，

3、與理論計算結(jié)果進(jìn)行對比，檢驗多剛體模型建立的準(zhǔn)確性。
　　（3）結(jié)合理論設(shè)計和仿真分析，根據(jù)柴油機的平衡特性設(shè)計合理的平衡軸空間布置，在此基礎(chǔ)之上設(shè)計出平衡軸的相位，并以仿真分析進(jìn)行驗證。然后對平衡軸平衡重質(zhì)量的分布和結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行設(shè)計，結(jié)構(gòu)參數(shù)包括平衡軸的截面形狀、厚度等。最后建立平衡軸模型進(jìn)行模態(tài)分析，檢驗其固有頻率是否會引起柴油機共振。
　?。?）按照設(shè)計平衡軸的尺寸及參數(shù)，建立平衡軸模型并裝配到先前的多剛體模型，對安裝

4、平衡軸前后的柴油機模型進(jìn)行動力學(xué)仿真分析，測量出平衡前后的傾覆力矩曲線并與理論計算的結(jié)果進(jìn)行對比。將機架支座進(jìn)行柔性化處理，建立8V280柴油機剛?cè)狁詈夏Ｐ?，并對該型柴油機的振動烈度速度值進(jìn)行仿真測量，驗證其振動情況是否符合標(biāo)準(zhǔn)。
　　通過以上幾個方面的研究工作，我們可以得出以下幾點結(jié)論：
　?。?）通過柴油機的平衡性能計算，平面曲柄、氣缸夾角為60°的布置方式更適合8V280柴油機。在此基礎(chǔ)之上計算出了該型柴油機的傾覆力矩

5、，并通過MATLAB軟件對傾覆力矩進(jìn)行了曲線的擬合及諧波提取，為后期的雙軸平衡方案設(shè)計打下堅實的基礎(chǔ)。
　?。?）利用Pro/E和ADAMS軟件建立的8V280柴油機多剛體模型進(jìn)行了傾覆力矩的仿真測量，其仿真出來的曲線與理論計算的結(jié)果一致，充分驗證了所建模型的準(zhǔn)確性。
　?。?）通過理論設(shè)計及仿真分析，V軸鏡面對稱布置更適合雙軸平衡方案，在完全抵消二階往復(fù)慣性力的同時，衰減了部分的傾覆力矩,平衡軸的水平距離設(shè)計為455mm,

6、豎直距離設(shè)計為148mm。理論設(shè)計出平衡軸的相位為11.734度，通過動力學(xué)仿真分析，傾覆力矩波動的幅值明顯降低。在質(zhì)量分布方面：單根平衡軸設(shè)計了4個平衡塊，2塊為一個分段，單個平衡塊的厚度為400mm，扇形平衡軸更符合平衡軸的低質(zhì)量要求，扇形的夾角設(shè)計為180度，扇形的半徑設(shè)計為38mm。通過對平衡軸的模態(tài)分析，平衡軸的固有頻率與柴油機固有頻率不同，不會引起共振，進(jìn)一步驗證了平衡軸參數(shù)設(shè)計的合理性。
　　（4）通過動力學(xué)仿真分析