(中國船級社 武漢規(guī)范研究所, 武漢 430022)

硅油減振器是降低柴油機扭轉(zhuǎn)振動的一種常用裝置，基本結構見圖1。

1-外殼;2-摩擦環(huán);3-慣性環(huán);4-密封墊圈；5-儲油槽

圖1硅油減振器結構示意

其中，減振器外殼和慣性環(huán)做成法蘭聯(lián)接的型式，可直接安裝在曲軸自由端，慣性環(huán)經(jīng)過青銅襯套繞轂自由轉(zhuǎn)動，在慣性環(huán)和外殼之間很小的間隙中充滿粘度很高、穩(wěn)定性強的硅油。柴油機運轉(zhuǎn)過程中，外殼隨曲軸一起轉(zhuǎn)動，由于慣性環(huán)的轉(zhuǎn)動慣量較大，在扭振過程中它比殼體的運動要滯后一些，因此慣性環(huán)與外殼之間便存在相對運動，此時,間隙中的硅油的阻尼就會消耗能量，對柴油機的曲軸起到減振作用。

在實際的船舶軸系扭振計算審圖過程中，筆者發(fā)現(xiàn)，許多計算方按減振器處于最佳阻尼狀態(tài)處理，即將硅油減振器作為一個質(zhì)量點，其阻尼按理論取最佳阻尼，當量慣量為最佳阻尼條件下所對應的慣性環(huán)慣量與外殼慣量的一半之和。多次將船舶軸系扭振實測結果與扭振計算書對比分析發(fā)現(xiàn)，上述處理的結果往往跟實際情況存在較大出入。因此，本文通過理論分析和柴油機臺架測試相結合的方法，驗證硅油減振器的當量轉(zhuǎn)動慣量和阻尼[1-3]。

1 實測法的理論依據(jù)

對一個由有限質(zhì)量點和扭力彈簧構成的系統(tǒng)，其扭振頻率僅與質(zhì)量點的轉(zhuǎn)動慣量和彈簧的扭轉(zhuǎn)剛度有關，反之，如果系統(tǒng)的實測頻率與計算頻率一致，則可認為計算中所用參數(shù)(慣量、剛度)準確，符合實際情況。當慣量、剛度確定后，進行強迫振動計算，在其它條件不變的情況下，質(zhì)量點的振幅僅與減振器的阻尼有關。

為此，在柴油機自由端布置測點，先對單機進行扭振測試(第一次測試)，通過分析儀得出單機實測頻率，與單機自由振動計算結果對比，以核對廠家所提供的柴油機扭振參數(shù)。在這些參數(shù)驗證合格的基礎上，對柴油機加裝硅油減振器工況進行測試以得出實測頻率(第二次測試)，并假定硅油減振器的當量慣量為慣性環(huán)慣量加外殼慣量的一半(此時減振器阻尼按最佳阻尼)進行自由振動和強迫振動計算，比較實測頻率與計算頻率。如果一致，則認為假定的當量慣量正確；如果不一致，則逐步調(diào)整減振器當量慣量，直至計算頻率與實測頻率一致為止，則此時的慣量可視為減振器的當量慣量。同時，比較強迫振動中硅油減振器處(第1質(zhì)量點)主諧次(對本機為6諧次)計算振幅與實測主諧次振幅，如不一致，則調(diào)整減振器阻尼值再次進行強迫振動計算，直至與實測振幅一致為止，此時的阻尼值可視為減振器實際阻尼。

2 單機測試

通過單機(未裝減振器)測試，對比柴油機實測扭振頻率與計算頻率，驗證其扭振參數(shù)是否準確。

2.1 測試方法及分析

采用中國船級社研發(fā)的ZDCL軸系振動測量分析系統(tǒng)對某型柴油機進行測試，測試結構裝置見圖2。從柴油機最低穩(wěn)定轉(zhuǎn)速400 r/min到額定轉(zhuǎn)速1 200 r/min范圍內(nèi)，每隔10 r/min左右連續(xù)采集數(shù)據(jù)。

圖2 單機測試原理

對測試結果進行頻譜分析，分別在1 079.3、910.8和676.2 r/min發(fā)現(xiàn)7.5諧次、9諧次和12諧次明顯共振峰，相應頻譜圖分別見圖3。

圖3 頻譜

根據(jù)上述測試結果，得出單機自由振動實測頻率為

8 131.5 1/min=135.5 Hz

該頻率反映了柴油機實際固有扭振頻率，可用于驗證柴油機廠家所提供的扭振參數(shù)。

2.2 驗證廠家提供的柴油機扭振參數(shù)

因此，實測與計算頻率的誤差為

根據(jù)船級社規(guī)范要求，該誤差小于5%，可以認為廠家提供的柴油機扭振參數(shù)是準確的，在后續(xù)的測試分析中，將以此為基礎。

3 單機+減振器測試

在柴油機自由端加裝硅油減振器，重復2.1中測試步驟并對結果進行頻譜分析，分別在1 069.7、950.03、849.4、823.9和725.6 r/min發(fā)現(xiàn)6諧次、6.5諧次、7.5諧次、8諧次和9諧次明顯出現(xiàn)共振峰，相應頻譜圖見圖4。

圖4 共振峰頻譜

根據(jù)上述5個諧次的共振轉(zhuǎn)速，得出實測共振頻率為

該頻率代表了柴油機+硅油減振器系統(tǒng)的真實扭振頻率。前面已驗證了柴油機扭振參數(shù)的準確性，所以可利用該頻率和柴油機的扭振參數(shù)，通過試算法，反推減振器的扭振參數(shù)值。

4 減振器扭振參數(shù)的驗證

4.1 減振器的當量轉(zhuǎn)動慣量

實測與計算頻率的誤差為

該誤差在工程計算允許范圍內(nèi)，因此，減振器當量轉(zhuǎn)動慣量取1.295 kg·m2，滿足實際情況。

4.2 減振器的阻尼

對柴油機+減振器系統(tǒng)進行強迫振動計算，得出系統(tǒng)一節(jié)點共振頻率下，減振器處(第1質(zhì)量點)的6諧次振幅為0.0227°。而根據(jù)圖4可知，第1質(zhì)量點實測振幅為0.048 8°，遠大于計算振幅。因此，可以判定，硅油減振器在該共振轉(zhuǎn)速下并非發(fā)揮了最佳阻尼。

調(diào)整減振器阻尼值，反復進行試算，直到第1質(zhì)量點的6次計算振幅與實測振幅接近，減振器阻尼調(diào)整結果見表1。

表1 調(diào)整減振器阻尼計算結果

表1中，當減振器阻尼調(diào)整為223 N·m·s/rad時，第1質(zhì)量點的計算主諧次振幅與實測振幅一致。確定該減振器的阻尼值為223 N·m·s/rad。

至此，已根據(jù)實測和計算對比分析，確定了硅油減振器的關鍵扭振參數(shù)——當量轉(zhuǎn)動慣量和阻尼。

5 結論

1)實測頻率代表了系統(tǒng)的固有頻率，是進行對比、分析和驗證的基礎；

2)柴油機扭振參數(shù)是驗證減振器扭振參數(shù)的基礎，故應首先通過實測驗證廠家提供的柴油機參數(shù)是否準確；

3)通過頻率對比分析驗證減振器的當量慣量，通過振幅對比分析驗證減振器的阻尼；

4)有的扭振計算書中將硅油減振器當成兩個質(zhì)量點，此時則不存在減振器的當量慣量，而是需要廠家提供扭轉(zhuǎn)剛度。對此，也可以用與本文類似的方法驗證減振器剛度和阻尼。

[1] 中國船級社.船上振動控制指南[M].北京：人民交通出版社，2000.

[2] 中國船級社.船用柴油機硅油減振器檢驗指南[M].北京：人民交通出版社，2008.

[3] 許運秀,李宗焜.船舶柴油機軸系扭轉(zhuǎn)振動[M].北京：人民交通出版社，1982.