三步剖析工程机械发动机振动减振技术

摘要 本文从控制振源、隔振措施等方面论述了工程机械发动机的减振技术，提出了由被动减振到主动减搬起石头砸自己的脚的基本思路，指出了工程机械减振的可行方法，以及今后的研究方向和可能的发展。
　　关键词：工程机械 发动机 振动
　　振动和噪声是工程机械工作时的两大公害。发动机是工程机械主要振动源。发动机振动的传播直接影响到工程机械的整机可靠性和使用寿命，同时也使司机的乘坐舒适性变差，降低工作效率。必须采用一些有效方法来减少振动。
　　1 振源控制
　　振源控制贯穿于设计，制造乃至使用的全过程，体现在诸如改善发动机平衡性能、动力学性能、零部件的加工与装配精度等。发动机在工作中产生振动的形式是多样的，主要原因有：发动朵重心周期性移动，往复运动件沿气缸上下作用的惯性力，所有旋转运动件的离心惯性力，气体压力交替作用引起曲轴回转周期变化等。这些不平衡力和力矩通常可以通过附加平衡轴和安装平衡块来消除或削弱，还呆以通过改变发动机结构设计参数来调整系统的固有频率，避免结构共振，改进系统振动特性。如通过对机体的模态分析和有限元计算，来研究机体的固有频率的振型等。
　　削弱激振源和避免共振首先应从设计阶段考虑，要在整体设计中贯穿系统工程思想，充分应用现代设计方法，如有限元设计，可靠性设计，稳健设计，优化设计，计算机畏助设计以及智能系统和专家系统设计。
　　2 振动的隔离
　 2.1 橡胶隔振
　　传统的发动机采用弹性支承降低振动，隔振装置结构简单，成本低，性能可靠。橡胶支承一般安装在车架上，根据受力情况分为压缩型，剪切型和压缩-剪切复合型等。压缩型结构简单，制造容易，应用广泛，且由于自振频率较高，一般限于垂直方向上使用。剪切型自振频率较低，但强度不高。压缩-剪切复合型综合了前面两种结构的优点可以满足耐 久性和可靠性要求。这是目前国内外最广泛采用的。为了使隔振橡胶支承系统具有较好的减振性能参数求一具方向的弹簧常数不变，其他方向刚度加强的情况下，可采取在橡胶中间加入钢板来改变缩剪切的弹簧常数。这样也可使旬形尺寸减小。
　　2.2 螺旋钢丝绳隔振
　　钢丝绳作为减振元件具有低频大阻尼的高频低刚度的变参数性能，因而能有效地降低机体振动。与传统的橡胶减振器相比。具有抗油、抗腐蚀、抗温差、抗高温、耐老化以及体积小等优点，隔振效果主要取决于它的非线性迟滞特性。
　　2.3 液压隔振
　　液压支承系统是传统橡胶支承与液压阻尼组成一体的结构，在低频率范围内能提供较大的阻尼，对发动机大幅值振动起到迅速衰减的作用，中高频时具有较低的动刚度，能有并行地降低驾使室内的振动与噪声。
　　3 工程机械发动机振动的控制
　　工程上有时无法避免共振。因此，常用增大系统阻尼或用动力吸振器来减少振动响应。动力吸振器属于窄频带控制，采用粘弹性阻尼材料是在宽带频率下抑制振动的有效方法。高分子粘弹性阻尼材料具有很高的能量损耗，当振动传到阻尼材料时，在材料内部产生拉伸，弯曲，剪切等变形，从而消耗大量的振动能量，使振动衰减。采用阻尼技术减振的主要优点是不必改变原结构，不需增加辅助设备，不需要外部能源，占用有效空间少，是一种很有前途的减振降噪措施。
　　传统的减振系统无论如何优化设计都不可能在全频率范围内对发动机振动实施有效抑制。自20世纪年代以来，工业发达国家开始研究基于振动控制的减振系统。振动控制系统有被动控制、半主动控制和主动控制三类。
　　3.1 被动控制系统
　　被动控制无人外部能量，结构简单，成本低，是最常用的振动控制系统。其中，液压减振系统性有较好。被动液压减振系统的结构类型有两室式（包括简单式、惯性贯通式，解耦式，液压共振式和多室式）之分。由于这种控制系统在工作过程中不能调节阻尼大小，可抑制的振动频率范围较窄，因此减振效果有限。
　3.2 半主动控制系统
　　半主动控制是指根据输入信号（如发动机激励，路况，行驶状态和载荷等）利用低功率作动器调节系统参数，来优化系统动力学特性，实现最佳减振。半主动控制常用开环控制系统，应用开关式控制或分段式控制策略，因而在发动机的随机激励和其他外界激励的作用下使得减振系统具有较强的非线性动力特性。
　　3.3 主动控制系统
　　主动控制系统是指控制单元利用作动器来抑制响应点产生的振动，以实现最佳效果。主动控制减振系统应用线性实时优化调节技术，采用闭环控制。目前大多采用流体传动控制或伺服电机驱动控制。文献4提出了一种主动控制吸振技术，并成功地应用在4135G型柴油机上。文献5根据内燃杨振动特点与规律研制了一种电磁式有源控制吸振器，提出一种有源吸振器与被动隔振技术相结合的新型控制系统，实现了对内燃机基频振动的跟踪消减。并在4135G型柴油机上试验成功。文献6对发动机周期激励下的主动隔振时行了实验研究，利用上层质量间相对位移为控制参数。取得很好的效果。主动控制的方法很多，发动机主要采用最优控制法和自适应控制法。
　　4 结论
　　随着人们对工程机械性能要求的提高，传统的减振动技术越来越不能满足要求，采用新的减振技术势在必行。今后，我闪一方面要应用现代设计方法和手段，采用先进制造技术，提高发动朵的设计制造水平，从而减少或消除发动机工作过程中所产生的有害激振力和力矩，另一方面要采用和种控制有效，造价合量的工程机械发动机减振系统从而减少发动机振动对工程机械性能的影响，提高我国工程机械产品在市场上的况争能力。


  天津大学 
摘自《工程机械与维修》