376柴油机振动、噪声试验报告天津大学.doc

编号：yc2004-05 376柴油机振动、噪声试验报告编 写：舒歌群校 对：舒歌群审 核：尧命发批 准：尧命发天津大学内燃机燃烧学国家重点实验室2004年3月20日376柴油机振动、噪声试验报告 根据376柴油机性能、排放和燃烧特性试验技术服务协议，受广西玉柴机器股份有限公司委托，天津大学内燃机燃烧学国家重点实验室于2003年12月至2004年3月进行了376柴油机原机与增压中冷机振动噪声测试。试验在天津大学内燃机燃烧学国家重点实验室14号试验间进行。一、试验目的本试验针对376高速柴油机进行振动和噪声的测试和分析。对原机和增压的各种转速和各种负荷情况下的整机振动进行振动烈度测试、谐次分析。对改变供油提前角时各种转速和各种负荷情况下的整机噪声进行分析。为优化376柴油机的振动和噪声特性提供的依据。二、测试所用的仪器设备振动测试分析设备名 称型号制造厂传感器压电式加速度传感器江苏联能电子技术有限公司电荷放大器江苏联能电子技术有限公司采集测量仪Wavebook512National Instrument分析软件Dasylab7.0National Instrument噪声测试分析设备名 称型号制造厂声级计4020日本小野测器三、整机振动测试的测点布置在柴油机机体前后端底部机脚部位分别布置4个测点，在机体上部布置1个测点，共计5个测点。与柴油机安装平面垂直的方向称“垂向”，用X标记，曲轴轴线方向称“纵向”，用Y标记，垂直与上述X-Y平面称“横向”，用Z标记。四、噪声测试的测点布置测试布置草图声级计布置数5测量表面面积S10.96m2测量距离1m环境噪声及修正值72dB五、整机振动测试记录测量记录表1（原机）测量记录： 原机工 况2000（5）2500（5）3000（1）3000（2）3000（3）3000（4）3000（5）3500（5）4000（5）4500（1）测量值测 点vmm/svmm/svmm/s vmm/svmm/svmm/svmm/svmm/svmm/svmm/s1垂向（x）0.66250.74920.78070.74820.71010.75530.79891.02251.51122.0159纵向（y）0.68291.00890.94761.22191.11831.02910.90811.12791.49972.327横向（z）0.79380.51490.50511.36880.52330.52810.52750.65961.05131.24952垂向（x）0.53540.45910.51420.54160.54640.55230.6350.71540.88221.3123纵向（y）0.4390.61490.61950.78350.64550.61650.59610.71520.93831.2243横向（z）0.41610.49270.59720.66930.69990.61010.69030.7420.87441.19793垂向（x）0.6561.03790.77490.79760.87140.84021.82370.84461.13131.1955纵向（y）0.69640.75430.71160.99810.78620.68840.90710.98121.27041.6543横向（z）0.7030.82551.15430.97660.96111.59061.01931.20311.53681.78784垂向（x）0.61260.62781.44530.91510.82520.87010.74240.90491.78731.9504纵向（y）0.89031.42921.2551.87341.42461.32021.19381.74741.07982.8406横向（z）0.6220.77240.60351.12681.14940.76280.81611.09412.25622.60765垂向（x）1.40191.28561.52331.54171.52921.58391.71691.58763.4962.6887纵向（y）1.40711.85841.73592.43592.09442.02672.13092.49573.55783.6483横向（z）2.03652.18511.86681.96511.85891.9712.35382.82165.38574.3811.45331.70121.73772.11111.83181.82521.94752.17453.28963.7239注：工况栏中，（1）表示10%负荷；（2）表示25%负荷；（3）表示50%负荷；（4）表示75%负荷；（5）表示100%负荷。测量记录表1（原机）（续）测量记录： 原机工 况4500（2）4500（3）4500（4）4500（5）测量值测 点vmm/svmm/svmm/s vmm/s1垂向（x）2.3742.2882.54832.4891纵向（y）2.092.09662.12172.0999横向（z）1.3771.26511.39551.17512垂向（x）1.07921.10521.13151.0327纵向（y）1.3351.12551.14921.1125横向（z）1.16341.05841.0581.29773垂向（x）1.4151.41651.36821.3322纵向（y）1.76871.98732.16422.0704横向（z）1.77681.90322.14341.88884垂向（x）1.11261.26431.52771.5033纵向（y）3.30472.19252.10472.1666横向（z）2.51551.78642.05912.17125垂向（x）2.92323.31933.27233.8967纵向（y）3.58543.34323.73263.6229横向（z）4.44336.3586.56246.13943.75473.77753.99383.9412注：工况栏中，（1）表示10%负荷；（2）表示25%负荷；（3）表示50%负荷；（4）表示75%负荷；（5）表示100%负荷。测量记录表2（增压）测量记录： 增压（供油提前角15CA）工 况2000（5）2500（5）3000（1）3000（2）3000（3）3000（4）3000（5）3500（5）4000（5）4500（1）测量值测 点vmm/svmm/svmm/s vmm/svmm/svmm/svmm/svmm/svmm/svmm/s1垂向（x）0.31050.31190.26720.25760.30030.30580.29860.41220.53420.8568纵向（y）0.3230.35010.34310.32780.34770.34630.37960.90260.54990.2637横向（z）0.4614 0.56640.44830.46630.53060.51930.54741.29360.9240.33512垂向（x）0.53460.45570.44550.44770.4880.4710.47510.50880.4660.5523纵向（y）0.46380.46330.45390.45650.45420.48240.49450.56590.40290.5494横向（z）0.45520.52000.49990.50050.55560.51120.52650.91510.58530.22193垂向（x）1.55341.63990.30090.32130.32850.36010.37180.36551.25060.6906纵向（y）1.22671.37470.39990.32060.32040.32750.3510.40760.89380.4231横向（z）1.91231.78790.34730.35760.38840.36230.37990.58360.7150.69834垂向（x）0.24990.38590.37880.36650.41510.40490.45890.56751.4272.1333纵向（y）0.34730.37510.37050.36630.3840.39770.39980.91962.52921.5515横向（z）0.33820.36010.41330.40490.43820.40730.43380.72251.6550.85495垂向（x）0.44510.58390.59020.62840.5560.65930.73560.77940.854662.4342纵向（y）0.67430.88010.90390.68350.82050.94361.14312.58521.048946.8881横向（z）0.55130.70640.80010.76950.72020.83990.98151.59671.035164.54711.24031.28280.82560.81750.83500.86981.12431.66771.91332.8601注：工况栏中，（1）表示10%负荷；（2）表示25%负荷；（3）表示50%负荷；（4）表示75%负荷；（5）表示100%负荷。测量记录表2（增压）（续）测量记录： 增压（供油提前角15CA）工 况4500（2）4500（3）4500（4）4500（5）测量值测 点vmm/svmm/svmm/s vmm/s1垂向（x）1.20011.29341.0101.0161纵向（y）0.26701.76321.75011.634横向（z）2.65173.00153.02213.13112垂向（x）0.56370.55980.57980.5669纵向（y）0.56460.62840.62430.7118横向（z）2.20672.39582.39132.50653垂向（x）0.76320.77780.76520.7107纵向（y）0.42260.46470.4740.4619横向（z）0.71830.710.81250.80624垂向（x）2.51952.55752.68062.456纵向（y）1.60151.67821.66551.7701横向（z）0.84940.89381.091.05285垂向（x）3.09551.46941.60921.4533纵向（y）5.41554.75354.75224.6012横向（z）4.01932.91122.88732.80133.13543.03643.08673.0643注：工况栏中，（1）表示10%负荷；（2）表示25%负荷；（3）表示50%负荷；（4）表示75%负荷；（5）表示100%负荷。测量记录表3（增压）测量记录： 增压（供油提前角12CA）工 况2000（5）2500（5）3000（1）3000（2）3000（3）3000（4）3000（5）3500（5）4000（5）4500（1）测量值测 点vmm/svmm/svmm/s vmm/svmm/svmm/svmm/svmm/svmm/svmm/s1垂向（x）0.29970.31190.25920.27020.32120.29580.29980.40110.55410.7987纵向（y）0.33330.339990.33970.32810.34770.34630.38260.88260.55030.2627横向（z）0.4498 0.56640.45030.46630.52050.51930.54741.29360.9240.33492垂向（x）0.55490.45570.44550.44970.48780.47710.47490.50880.4660.5522纵向（y）0.45880.46330.45390.45650.45420.48240.48950.56590.40290.5644横向（z）0.45920.51700.49920.50050.55560.50920.51950.91510.58530.22213垂向（x）1.54721.64010.30900.32130.32850.35990.37680.36551.25060.6906纵向（y）1.22611.37470.30940.32060.32040.32750.35510.40760.89380.4229横向（z）1.90121.78820.35030.35760.38830.36230.37990.58360.71150.70834垂向（x）0.35010.38630.38080.36650.41510.40490.45890.56751.4272.1329纵向（y）0.33750.37460.37150.36630.3840.39770.39980.91962.52921.5499横向（z）0.34790.35990.41230.40490.43820.40730.43380.72251.6550.85655垂向（x）0.46490.58410.59010.62790.55610.66030.73560.77940.854662.4292纵向（y）0.64980.87970.90390.68350.82050.94361.14312.58521.048946.8911横向（z）0.55930.68640.77790.77750.7190.83921.01051.64671.029664.54011.20131.32170.88540.83540.85910.84911.15281.62441.80132.8111注：工况栏中，（1）表示10%负荷；（2）表示25%负荷；（3）表示50%负荷；（4）表示75%负荷；（5）表示100%负荷。测量记录表3（增压）（续）测量记录： 增压（供油提前角12CA）工 况4500（2）4500（3）4500（4）4500（5）测量值测 点vmm/svmm/svmm/s vmm/s1垂向（x）1.19111.27341.10010.9561纵向（y）0.26681.761.75651.6316横向（z）2.65172.94152.92183.12192垂向（x）0.56270.56090.57910.5671纵向（y）0.56460.62940.62930.7088横向（z）2.19972.40582.39932.50653垂向（x）0.75920.77880.76520.707纵向（y）0.41960.46470.4740.4622横向（z）0.72040.70910.81250.80624垂向（x）2.52252.56852.67962.456纵向（y）1.60251.68721.67651.7703横向（z）0.85140.89381.091.05285垂向（x）3.11151.46941.61121.4833纵向（y）5.53214.65354.74224.5999横向（z）3.99992.89122.92832.81273.12982.89742.91533.1531注：工况栏中，（1）表示10%负荷；（2）表示25%负荷；（3）表示50%负荷；（4）表示75%负荷；（5）表示100%负荷。测量记录表4（增压）测量记录： 增压（供油提前角9CA）工 况2000（5）2500（5）3000（1）3000（2）3000（3）3000（4）3000（5）3500（5）4000（5）4500（1）测量值测 点vmm/svmm/svmm/s vmm/svmm/svmm/svmm/svmm/svmm/svmm/s1垂向（x）0.30050.30290.26420.26690.29030.29580.30860.39220.5420.8558纵向（y）0.3330.34970.34270.32810.34770.34630.38260.88260.55030.2627横向（z）0.4504 0.56640.44830.46630.52050.51930.54741.29360.9240.33492垂向（x）0.55460.45570.44550.44770.4880.4710.47510.50880.4660.5522纵向（y）0.45280.46330.45390.45650.45420.48240.49450.56590.40290.5644横向（z）0.46720.51700.50090.50050.55560.51120.52650.91510.58530.22213垂向（x）1.55721.64010.31100.32130.32850.35990.37180.36551.25060.6906纵向（y）1.22581.37470.31040.32060.32040.32750.3510.40760.89380.4229横向（z）1.89081.78820.34830.35760.38830.36230.37990.58360.7150.69834垂向（x）0.34890.38630.37880.36650.41510.40490.45890.56751.4272.1333纵向（y）0.33730.37460.37050.36630.3840.39770.39980.91962.52921.5515横向（z）0.34820.35990.41330.40490.43820.40730.43380.72251.6550.85555垂向（x）0.46510.58410.59020.62840.5560.65930.73560.77940.854662.4342纵向（y）0.65430.87970.90390.68350.82050.94361.14312.58521.048946.8881横向（z）0.56130.68640.77790.77350.7190.84021.00151.64671.034664.53711.15331.24170.79560.77540.81490.84870.92831.57741.70332.7019注：工况栏中，（1）表示10%负荷；（2）表示25%负荷；（3）表示50%负荷；（4）表示75%负荷；（5）表示100%负荷。测量记录表4（增压）（续）测量记录： 增压（供油提前角9CA）工 况4500（2）4500（3）4500（4）4500（5）测量值测 点vmm/svmm/svmm/s vmm/s1垂向（x）1.18311.28341.00510.9561纵向（y）0.26681.761.74651.6316横向（z）2.65172.94153.02183.12192垂向（x）0.56270.56090.58010.5671纵向（y）0.56460.62840.62430.7088横向（z）2.20672.39582.39132.49653垂向（x）0.76320.77780.76520.707纵向（y）0.42260.46470.4740.4622横向（z）0.71840.710.81250.80624垂向（x）2.52152.55752.67962.456纵向（y）1.59151.67821.67551.7693横向（z）0.84640.89381.091.05285垂向（x）3.09551.47041.60921.4533纵向（y）5.5254.65354.74224.5999横向（z）3.98932.9122.8732.79373.12743.00443.05733.0153注：工况栏中，（1）表示10%负荷；（2）表示25%负荷；（3）表示50%负荷；（4）表示75%负荷；（5）表示100%负荷。六、整机振动测试结果的分析1、整机振动烈度随转速变化的规律分析 在满负荷状态下，原机和增压状态下整机振动烈度随转速变化的规律如图1所示。由此可见，整机的振动烈度基本上随转速的增加而增加。说明，引起整机振动的主要原因是和发动机转速相关的因素。如往复惯性力及其力矩。原机 增压图1 整机振动烈度与转速的关系2、引起整机振动的主要原因和振动谐次分析为进一步确定整机振动的原因，对4500r/min满负荷时5个测点的振动速度进行频谱分析，如图2所示。(a) X 方向5个测点振动速度(b) Y 方向5个测点振动速度(c) Z 方向5个测点振动速度图2 4500r/min满负荷对应的振动速度频谱分析376柴油机为4冲程柴油机，所以不平衡的激励力的成分包括0.5谐次、1谐次、1.5谐次、2谐次、2.5谐次、3谐次等分量。由图2的分析可以看到，发动机转速为4500r/min，1谐次为75赫兹。由图2(a)可知，引起垂直方向振动的激励力主要为1谐次激励力（2点为2谐次），由图2(b)可知，引起纵向振动的主要因素是1谐次激励力（1、4、5点）和2谐次激励力（2、3点），由图2(c)可知，引起水平方向振动的主要因素为1谐次（1、2、5点）和2谐次激励力（2、3点）。所以，由上述分析可知，引起整机振动的主要激励力为1谐次和2谐次分量。进一步由内燃机动力学分析可知，对于直列四冲程3缸发动机，当曲柄夹角为240度均布时，其旋转惯性力及其力矩是平衡的；一次往复惯性力、二次往复惯性力也是平衡的；但是一次往复惯性力矩和二次往复惯性力矩不平衡，分别在与第一曲柄夹角为30度和-15度时达到最大。由内燃机动力学分析和测试结果可知，对于376柴油机其整机振动的主要原因为不平衡的一次往复惯性力矩和二次往复惯性力矩。3、整机振动烈度随负荷变化的规律分析分别在转速为3000r/min和4500r/min时调整发动机的负荷，所得到的整机振动烈度随负荷的变化规律如图3和图4所示。对于3000r/min工况下，原机的最大振动烈度出现在25%负荷。而对于增压情况下，10%负荷时的振动烈度比25%负荷时的振动烈度要大。说明，引起整机振动的激励因素，除了要考虑与转速相关的往复激励力和力矩，同时还应该要考虑发动机的负荷因素。燃烧状况的粗暴，直接影响发动机机体的振动大小。由图3可知，对于原机25%负荷时的工作情况比较粗暴；而对于增压情况下，10%负荷时的工作状况要比25%负荷时粗暴。原机 增压图3 3000r/min不同负荷对应的振动烈度同样的情况，可以在4500r/min工况下，整机振动烈度随负荷的变化曲线中反映出来。对于4500r/min情况下，原机的最大振动烈度出现在75%负荷状态下；而对于增压情况下，最大的振动烈度出现在25%负荷状态下。原机 增压图4 4500r/min不同负荷情况下的振动烈度4、加装废气涡轮增压器后的机器，振动烈度低于未装的原机，这主要是由于增压后发动机的燃烧状况得到了改善，因此，由燃烧激励而引起的发动机结构的振动得到降低。所以，加装废气涡轮增压器对于降低整机振动情况有部分作用。5、最大振动烈度分析对于原机（非增压），最大振动烈度出现在4500r/min、75负荷时，振动烈度为3.9938mm/s。对于增压（供油提前角15CA）情况下，最大振动烈度出现在4500r/min、25%负荷时，振动烈度为3.1354mm/s。100%负荷时，振动烈度为3.0643mm/s。对于增压（供油提前角12CA）情况下，最大振动烈度出现在4500r/min、100%负荷时，振动烈度为3.1531mm/s。对于增压（供油提前角9CA）情况下，最大振动烈度出现在4500r/min、25%负荷时，振动烈度为3.1274mm/s。100%负荷时，振动烈度为3.0153mm/s。考虑到国家标准规定的内燃机振动测试工况主要是针对额定工况下进行的，建议选取供油提前角9CA。七、噪声测试记录增压供油提前角15CA转速负荷测点1测点2测点3测点4测点5平均声压级200010099.5981029897.899.4250010098.797.3103.596.297.399.530001095.196.397.596.594.296.1259795.398.196.894.696.55097.596.3100.596.196.697.775100.199.1103.59999.7100.6100101.5100.5106.8100101.4102.93500100103102106.4102.1103103.64000100103.7102.2105.8102.3101.5103.4450010102.799.8102.3100.2101101.325103.8101.1104101.4101.2102.550103.7102104.7102102.6103.175104.2102.2105.2102.7102.6103.5100106103106.4104.1104104.9增压供油提前角12CA转速负荷测点1测点2测点3测点4测点5平均声压级200010099.698.2102.598.498.299.7250010099.297.3102.697.997.899.43000109695.496.494.29495.32597.29697.1959696.35098.196.799979797.67599.399.3103.299.599.3100.4100101.8100.6105.7100.2101.6102.53500100102.9102.7106.5101.7103.2103.74000100103.8101.5106102.9102.8103.7450010104102103.8102.1101.7102.825104102105.1101.5102.5103.250105.1102.5104.9102.8102.6103.775105.2102.6105102.3102.4103.7100105.4103.2105.3103104.2104.3增压供油提前角9CA转速负荷测点1测点2测点3测点4测点5平均声压级200010098.697.5102.59797.399.1250010097.997.3102.396.797.298.830001094.893.196.292.593.594.22595.593.89793.293.994.95096.895.599.795.795.7977599.399.1104.39898.8100.6100100.410010699.5100.51023500100101.3101105.8100.2101.8102.54000100102.5102.2105.5101101.6102.9450010102.5102105.2100.5102102.725103.5101104.2101.3101.2102.450104.5102.5105.2103102.1103.675104.6102.5106103.6102.5104100105.3103.3106.2103.7103104.4八、噪声测试结果的分析1、测试环境的说