毛開清，馬永兵，楊明亮，張瀧堂

（華菱星馬汽車（集團(tuán)）股份有限公司，安徽 馬鞍山 243061）

0 引 言

發(fā)動機(jī)試驗室在進(jìn)行發(fā)動機(jī)臺架試驗時，試驗平臺會產(chǎn)生很大的振動，如不采取相應(yīng)的隔振措施，會對周圍精密儀器、儀表的正常使用、工作環(huán)境、建筑設(shè)施等都會帶來不良影響。所以必須采取相應(yīng)的隔振措施，以隔除振動，降低噪音，美化環(huán)境，也為試驗室工作人員提供一個舒適的工作場所。

1 發(fā)動機(jī)試驗室項目背景

安徽華菱星馬汽車（集團(tuán)）股份有限公司發(fā)動機(jī)試驗室是針對華菱公司自主開發(fā)的新一代節(jié)能環(huán)保大功率發(fā)動機(jī)而開發(fā)新建的項目，獲得了國家國際科技合作項目的支持，項目內(nèi)容包括試驗樓主體、空壓機(jī)房、配電房、冷凍站房、水泵房及油化庫等，其中試驗室作為項目的主體，內(nèi)部主要設(shè)立了電力測功機(jī)、電渦流測功機(jī)及水力測功機(jī)等16個發(fā)動機(jī)試驗間和相應(yīng)的零部件試驗間。

2 發(fā)動機(jī)臺架試驗簡述

汽車技術(shù)的發(fā)展很大程度上取決于試驗技術(shù)的發(fā)展，國內(nèi)外技術(shù)處于領(lǐng)先地位的汽車公司都擁有先進(jìn)的測試技術(shù)和完整的試驗設(shè)施，尤其擁有由相當(dāng)數(shù)量試驗臺架組成的發(fā)動機(jī)試驗室。

汽車發(fā)動機(jī)的試驗，一般都在專門的試驗臺架上進(jìn)行，所以又叫發(fā)動機(jī)的臺架試驗。臺架試驗根據(jù)實驗的不同目的，可以分為：

①定型鑒定試驗；

②出廠試驗，新組裝的發(fā)動機(jī)在出廠之前進(jìn)行的試驗，一般包括磨合調(diào)整試驗、檢查移交試驗和驗收試驗等；

③定期抽查試驗。

上述各類試驗又分為性能試驗、功能試驗、可靠性與耐久試驗等。各類試驗應(yīng)符合相應(yīng)的國家標(biāo)準(zhǔn)。通常，發(fā)動機(jī)臺架試驗是在穩(wěn)定的工況下進(jìn)行的。隨著試驗技術(shù)的發(fā)展，發(fā)動機(jī)的臺架動態(tài)試驗已成為開發(fā)車用發(fā)動機(jī)的重要手段，按照模擬道路載荷譜，在臺架上對發(fā)動機(jī)運行動態(tài)加載試驗，能夠較為真實地反映發(fā)動機(jī)的實際技術(shù)狀態(tài)。

3 發(fā)動機(jī)臺架試驗室的構(gòu)成

發(fā)動機(jī)臺架試驗室（如圖1所示）一般包含試驗間和控制室兩部分。

試驗間內(nèi)的試驗系統(tǒng)主要由試驗測試系統(tǒng)和試驗室環(huán)境系統(tǒng)兩大部分組成。測試系統(tǒng)由對發(fā)動機(jī)進(jìn)行加載與測量的裝置——測功機(jī)保證發(fā)動機(jī)運行的燃料供應(yīng)系統(tǒng)、空氣供給系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)和控制系統(tǒng)以及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)組成；試驗室環(huán)境系統(tǒng)主要包括通風(fēng)系統(tǒng)、發(fā)動機(jī)進(jìn)排氣系統(tǒng)和消聲與隔聲系統(tǒng)，以保證發(fā)動機(jī)在所需的正常環(huán)境運行，避免室內(nèi)噪聲和排放物的污染。試驗系統(tǒng)的控制部分及操作界面放在試驗室的控制間內(nèi)。

發(fā)動機(jī)試驗室的設(shè)計是非常重要的，因為發(fā)動機(jī)試驗室很復(fù)雜，集機(jī)器、儀器和輔助設(shè)備于一體，所有這些都必須作為一個整體來運行，才能保證試驗系統(tǒng)的正常工作。

4 試驗臺架基礎(chǔ)要求

發(fā)動機(jī)臺架基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)形式主要有兩種：一種是發(fā)動機(jī)與測功機(jī)固定在一個臺架基礎(chǔ)上，這樣的發(fā)動機(jī)和測功機(jī)同時振動；另外一種是測功機(jī)固定在固定基礎(chǔ)上，而發(fā)動機(jī)固定在彈性基礎(chǔ)上，此時發(fā)動機(jī)與聯(lián)軸器必須使用彈性聯(lián)接（剛性連接因為安裝要求很難滿足，一般不采用）。

目前常見的鐵底板減震方式有二種：一是在鐵底板下方直接放置減震氣囊；另一種是將鐵底板固定在鋼筋水泥塊上，在水泥塊底部安裝減震彈簧。本文主要結(jié)合現(xiàn)場實際重點闡述第二種方式的水泥質(zhì)量塊的基礎(chǔ)設(shè)計。

試驗室基礎(chǔ)為整體鋼筋混凝土，上面為鐵底板。

發(fā)動機(jī)的臺架基礎(chǔ)除了要確定其尺寸和大小外，設(shè)計的重點是減振和隔振的設(shè)計。在車用發(fā)動機(jī)的試驗臺架在試驗時所受到的振動主要有以下幾種：

①受迫振動，由于發(fā)動機(jī)各缸周期性的慣性力和力矩引起的；

②由于脈沖和地基引起的沖擊；

③從固體表面擴(kuò)散出去的固體聲的作用，因而產(chǎn)生振動和噪音。

因此，試驗臺架在設(shè)計時均需考慮隔振措施，即將臺架基礎(chǔ)和地基基礎(chǔ)隔開（豎直方向）。

隔振措施包括積極隔振和消極隔振兩種措施，通過一個中間體（如阻尼彈簧、減振氣囊等）來實現(xiàn)，隔振的機(jī)理是通過相應(yīng)的頻率調(diào)諧，系統(tǒng)的周期性運動不再同步，而是反向影響。采用隔振措施時，還要求系統(tǒng)不能產(chǎn)生共振，共振不僅與激振頻率有關(guān)，還與臺架系統(tǒng)的固定頻率有關(guān)，激振頻率根據(jù)激振體（發(fā)動機(jī)、測功機(jī)）來計算，臺架的固有頻率根據(jù)fn=1Σk/Σm/2∏計算。式中：Σk 為所有中間提的剛度；Σm 為臺架基礎(chǔ)及其上所有設(shè)備的重量。

當(dāng)系統(tǒng)激振頻率與固有頻率之比小于1時，系統(tǒng)無法隔振；當(dāng)系統(tǒng)激振頻率與固有頻率之比等于1時，系統(tǒng)產(chǎn)生共振；當(dāng)系統(tǒng)激振頻率與固有頻率之比大于1時，系統(tǒng)可以隔振，一般要求頻率比大于3，頻率比越高，則隔振效果越好，同時彈簧的阻尼系統(tǒng)越大，隔振效果越低。另外基礎(chǔ)設(shè)計還應(yīng)該考慮水平方向的移動，可以使用橡膠擋塊。

4.1 試驗臺架基坑設(shè)計要求

①試驗臺架基坑坑底1m深度范圍內(nèi)加碎石不少于50%，碎石粒徑不大于50mm且不小于20mm，分層夯實的壓實系數(shù)0.96；坑底地基承載力特征值不小于245kPa。

②試驗臺架基坑地板，側(cè)壁混凝土強(qiáng)度等級為C30，內(nèi)加HEA混凝土膨脹劑，水下養(yǎng)護(hù)14d的限制膨脹率為0.025%，抗?jié)B等級為p6。

③試驗臺架基坑鋼筋保護(hù)層厚度：與土壤接觸一側(cè)為25mm；底板板底鋼筋為40mm。

④試驗臺架基坑四角圴設(shè)置構(gòu)造柱。

⑤地坑側(cè)壁均拉筋￠8@450～450，所有鋼筋圴應(yīng)滿足錨固長度。

4.2 試驗臺架鐵底板減振質(zhì)量塊設(shè)計施工

為保證試驗系統(tǒng)整體減振及隔振效果，華菱星馬汽車（集團(tuán)）股份有限公司試驗室采用整體鐵底板，使發(fā)動機(jī)、測功機(jī)、鐵底板以及配套附屬試驗設(shè)施形成一個有機(jī)的整體。

鋼筋混凝土質(zhì)量塊是本系統(tǒng)中減振的重要部分（如圖2所示），為保證發(fā)動機(jī)在試驗時的基礎(chǔ)振幅不超過0.1mm，混凝土質(zhì)量塊還應(yīng)有足夠的重量。本項目根據(jù)臺架設(shè)計功率要求，設(shè)計混凝土質(zhì)量塊尺寸為4500mm×1600mm×500mm,總重約9.5t。質(zhì)量塊的底部安裝8個減振阻尼彈簧，保證隔振系統(tǒng)的固有頻率≤4Hz。

上述設(shè)計在項目實施前期發(fā)現(xiàn)基坑與混凝土質(zhì)量塊若同時澆筑后，由于試驗間的房間高度限制（吊車無法進(jìn)入起吊）、接觸面接觸過緊等因素，導(dǎo)致阻尼彈簧無法放置安裝，設(shè)計中存在一定的缺陷。

在汲取以上經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，二次設(shè)計時，對混凝土質(zhì)量塊下沉重基坑面進(jìn)行了較為重大的改進(jìn)（如圖3所示），改進(jìn)后在原有基坑面的四角各預(yù)留一個700×250×250的凹槽（如圖4所示），后續(xù)在進(jìn)行阻尼彈簧的安裝放置時只需在凹槽內(nèi)放置千斤頂將混凝土質(zhì)量塊頂起與沉重基坑分離，即可方便地進(jìn)行阻尼彈簧的放置安裝。改進(jìn)后的設(shè)計圖具有如下優(yōu)點：

①項目施工更為簡單、合理，阻尼彈簧安裝強(qiáng)度大幅降低；阻尼彈簧安裝時間比原設(shè)計縮短2/3；

②用千斤頂對混凝土質(zhì)量塊進(jìn)行托起從根本上解決了用吊車起吊時不易掛實、起吊過程中混凝土質(zhì)量塊易擺動的問題，杜絕安全隱患；完全滿足了試驗臺架鐵底板后續(xù)安裝需求；設(shè)計簡單可靠，維護(hù)檢修方便。

5 結(jié) 語

汽車發(fā)動機(jī)試驗室鐵底板減振質(zhì)量塊的設(shè)計是發(fā)動機(jī)進(jìn)行各項性能開發(fā)、耐久、磨合試驗的基礎(chǔ)，它是為發(fā)動機(jī)的廠家、設(shè)計、檢測和教學(xué)等科研項目提供了基礎(chǔ)保障。華菱星馬汽車（集團(tuán)）股份有限公司發(fā)動機(jī)試驗室目前已經(jīng)投入運行，從試驗室建設(shè)施工中分析得到了相當(dāng)寶貴的理論知識和實踐經(jīng)驗。總之，汽車技術(shù)的發(fā)展很大程度上取決于試驗技術(shù)的發(fā)展。本項目在施工中充分考慮了發(fā)動機(jī)臺架試驗運行時的各種因素，結(jié)合發(fā)動機(jī)試驗實際需求而設(shè)計，便于后續(xù)減振阻尼彈簧和鐵底板的安裝及維護(hù)，具有許多將混凝土質(zhì)量塊直接與沉重基坑接觸設(shè)計無法比擬的優(yōu)點，對同行內(nèi)的試驗室的設(shè)計發(fā)展具有重要的借鑒意義。

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