内燃机活塞组件-缸套系统表面技术研究进展

通过分析与总结国内外内燃机活塞组件-缸套系统表面技术研究现状和发展趋势,梳理了表面织构和表面涂层技术在内燃机关键运动副减摩抗磨与节能应用中的特点; 剖析了表面织构加工技术、表面织构形貌特征与分布、表面涂层制备工艺、表面耐磨涂层、表面热障涂层和表面技术与润滑的协同效应对运动副摩擦性能的影响。分析结果表明:激光表面织构(LST)能有效改善运动副表面的摩擦学性能,直接/间接激光冲击表面织构(LSSP)技术已成为高效、灵活的表面织构加工方法,但由于织构加工工艺、形貌和分布特征对摩擦学性能的影响较为复杂,仍需进一步结合内燃机活塞组件-缸套系统的工况特性研究并优化表面织构的形貌和分布特征; 大气等离子喷涂(APS)和超音速火焰(HVOF)喷涂制备的耐磨涂层和热障涂层(TBC)具有良好的耐磨、隔热和抗氧化性,可使内燃机活塞组件-缸套系统表面金属基复合材料、类金刚石(DLC)材料、纳米复合材料和陶瓷材料涂层的减摩抗磨和节能成效明显,但涂层材料种类繁多,很难形成统一的行业标准、规范以及工业化应用; 内燃机活塞组件-缸套系统的动力学特性和表面织构、表面涂层与润滑的协同作用复杂,将来仍需综合考虑多场条件下各种表面技术耦合的减摩抗磨机理,进一步完善内燃机活塞组件-缸套系统表面复合理论和技术体系,为内燃机产业的绿色和高效发展提供技术指导。      

三维活塞环热机耦合有限元分析

本文以16V240ZJD型机车柴油机活塞环顶环为研究对象，运用有限元分析ANSYS软件建立活塞环三维几何模型。采用该模型对活塞环在最大气体爆发压力工况下进行了三维热机耦合有限元计算。分析了活塞环的应力，抗弯强度以及变形情况，并分析比较了热载荷和弹力作用对活塞环应力的贡献。得出的结论是弹力作用对活塞环应力贡献最大，热载荷作用不可忽视，防止热变形使开口咬合。为改进活塞环的结构设计和提高其工作可靠性提供了理论依据。     

内燃机活塞-缸套系统减摩抗磨研究进展

总结了内燃机活塞-缸套系统摩擦磨损的研究成果, 从润滑油改良、表面改性、动力学特性方面综述了系统的减摩抗磨研究方法与技术的发展现状, 讨论了润滑模型、润滑添加剂、表面织构、缸套珩磨、表面涂层与动力学特性对系统减摩抗磨的影响, 分析了系统的摩擦磨损机理。研究结果表明: 活塞-缸套系统的润滑特性具有非线性特征, 润滑状态与添加剂对系统减摩抗磨有较大的影响, 系统润滑状态的不确定性导致多种润滑模型并存, 需进一步建立系统综合润滑模型, 同时需深入探讨润滑油添加剂最佳减磨剂量及减磨机理; 表面改性技术(表面织构、珩磨与涂层)可以大大减少系统表面的摩擦磨损, 由于织构位置分布、加工参数、加工工艺、表面形貌与涂层材料等对接触表面的影响, 表面改性技术减摩抗磨的综合发展相对缓慢, 需进一步研究表面改性减磨的机理与参数优化方法; 活塞-缸套系统的工作条件苛刻, 系统各部件的相互作用相互耦合, 深入探究动力学特性与摩擦磨损的演化规律关系相对困难, 仍需全面考量服役状态下动力学特性与摩擦磨损之间的关系; 未来内燃机整机性能的提高将迫使活塞-缸套系统需具备更高的减摩抗磨性能, 为实现系统经济性与节能减排的目标, 尚需进一步开展系统高效减摩技术。      

A MIXED LUBRICATION MODEL MODIFIED BY SURFACES'''' FRACTAL CHARACTERISTICS

Since 1978,theaverageflowlubricationmod el,i .e .Patir Chengequation[1] ,hasbeenwidelyusedinsolvingforthelubrication problemofabearingandthetribology systeminacylinder pis ton .However ,valuesoftheflowfactorsintheequation ,suchaspressureflowfactor ,aremeasuredonthebaseofroughness ,whichisvariablewithmeasuringscale .Since 1980s ,fractalgeometryhasgreatlydeveloped .Fractalistheintrinsicandglobalpropertiesofthematerialismwithfractalandinde pendentofameasuringscale .Also ,itwasverifiedthatsomemac…     

某轮柴油主机气缸套活塞环损伤机理探讨

通过对损伤的活塞环断口进行扫描电镜观察和能谱仪分析,并对其燃油进行化验,在此基础上,探讨了气缸套、活塞环产生过度磨损及活塞环折断的机理.     

存在磨损故障的往复发动机的动力响应

建立了含间隙往复机械的动力学模型,并用数值法对方程进行了求解。从数值结果可以看到连杆与曲柄之间的间隙和活塞与气缸间隙对动力性能的影响情况,为进一步研究磨损造成的间隙在振动响应上的表现和提取磨损的故障特征奠定了基础。     

柴油机受热零部件耦合系统瞬态温度场数值仿真

文中建立了柴油机活塞组、缸套三维耦合系统循环瞬态传热仿真模型，充分考虑了活塞组和缸套间非常细薄的油膜厚度并对其进行了网格划分，使得所建立的传热模型和以往的研究相比前进了一大步，更接近真实情况．并结合4135柴油机进行模拟计算，得出了实机受热零部件耦合系统三维循环瞬态温度场．同时得出了以前很少人涉及的活塞销座处的温度场，特别是研究了活塞、缸套在周向上的温度分布．     

柴油机汽缸套穴蚀和振动特性的研究

以12V180型柴油机的汽缸套为例,用有限元法对该缸套进行了动力分析,并对引起缸套振动的活塞冲击力的处理进行了探索性的研究。本文从研究缸套计算模型的建立入手,对不同疏密程度网格的计算精度进行了比较,最后选定了144个节点的缸套计算模型作为进一步分析的基础;对不同壁厚、不同支承刚度、不同O型密封圈刚度和O型密封圈不同位置等多种因素的变化对缸套振动特性的影响分别进行了研究,为今后柴油机汽缸套的设计提供了一定的理论依据。     

Effect of Fluid-Structure Interaction on Sealed Flow Field and Leakage Rate Based on Computational Fluid Dynamics

This paper addresses the issue of reciprocating compressors staggered labyrinth seal structure. The internal flow field of sealed structure, the displacement of cylinder and piston for different tooth profile angles are analyzed synchronously using FLUENT software, and the effects of fluid-structure interaction on the performance of the labyrinth seal are revealed. The results indicate that with the growth of tooth profile angle, the leakage rate of labyrinth seal tends to decrease first, and then increase. The results of fluid-structure interaction analysis are close to those of actual engineering. The effect of fluid-structure interaction makes tiny deformation in calculation mesh of piston and cylinder structure, and the coupling interaction affects the performance of the labyrinth seal.     

基于协同仿真环境的活塞三维热分析与结构改进设计

活塞是发动机的核心部件,其设计是否合理直接关系到发动机的可靠性、耐久性和经济性。本文在2007年3月发布的Ansys 11．0协同仿真环境中建立了详细的活塞三维实体模型,运用第三类热边界条件,结合热耦合分析方法完成了活塞的三维温度场,位移场及热应力场的仿真,在此基础上对活塞的结构优化进行了探索,并设计出一款性能得以改善的活塞,实现了真正意义上的仿真驱动产品设计。     

发动机缸套穴蚀机理分析及预防措施

论述了发动机缸套穴蚀产生的主要原因及具体过程,对缸套穴蚀的机理进行了力学分析,并从发动机缸套、活塞结构的合理设计、修理与装配间隙,以及冷却系的设计和冷却水的正确合理使用等方面提出了预防穴蚀产生的具体措施。     

磁流变阻尼器参数对座椅悬架系统减振效果的影响

应用Bingham本构力学模型, 得到了磁流变阻尼器(MRD) 的结构尺寸参数(缸体内径、活塞直径、活塞杆直径、活塞有效长度)、线圈匝数和磁流变液表观黏度与输出阻尼力的关系, 利用力学模型分析了MRD的6个参数对输出阻尼力和动态范围的影响; 建立了基于MRD的半主动座椅悬架系统模型, 以驾驶人加速度和座椅软垫动行程的均方根作为减振效果的评价指标, 采用百分比斜率均方根评价MRD参数的影响程度; 结合Bingham本构力学逆模型, 分析了MRD的6个参数对减振效果的影响及MRD磨损对减振效果的影响。分析结果表明: 活塞直径对驾驶人加速度和座椅软垫动行程的影响因子分别为4.83、5.46, 缸体内径的影响因子分别为4.45、4.75, 线圈匝数的影响因子分别为0.61、0.67, 活塞杆直径的影响因子分别为0.53、0.59, 活塞有效长度的影响因子分别为0.51与0.56, 因此, 活塞直径对减振效果的影响最大, 其次为缸体内径, 随后依次为线圈匝数、活塞杆直径与活塞有效长度, 而磁流变液表观黏度对减振效果几乎没有影响; 为了获得较好的减振效果, 应使MRD的最大输出阻尼力与动态范围足够大。      

大跨度拱形无柱地铁车站抗震性能分析

采用土—结构相互作用原理针对我国首个明挖拱形无柱结构地铁车站———青岛地铁3号线保儿站进行了水平地震力作用下的有限元动力时程分析。结果表明,地震作用下地铁车站结构的动力反应较静力条件下的弯矩增幅在拱顶处最大,增幅率为42%;拱形结构和同跨度的矩形结构相比,在拱脚和边墙与底板连接处内力和变形都较大,在抗震设计时应特别注意加强这些部位的抗震措施;通过时程分析法可以看出在地震动0.1～0.9 s时,达到了结构的自振频率,地震动引起的地震反应最大,此频率点可以为地下结构反映谱的研究提供一定的参考。     

发动机缸套穴蚀机理分析及预防措施

论述了发动机缸套穴蚀产生的主要原因及具体过程,对缸套穴蚀的机理进行了力学分析,并从发动机缸套、活塞结构的合理设计、修理与装配间隙,以及冷却系的设计和冷却水的正确合理使用等方面提出了预防穴蚀产生的具体措施。     

渔船用6140Cz型柴油机的优化改进设计

6140Cz型柴油机是在原6135Cz型船用柴油机基础上,进行了扩缸、加大行程的设计,从而突破原有135系列柴油机的功率极限和行程范围。文章主要介绍该机型设计中所作的各项改进,为产品试制提供理论依据。     

利用有限元对6200柴油机功率提升前后缸盖强度的对比分析

建立了6200柴油机缸盖的实体模型和有限元模型，利用发动机热力仿真软件、CFD软件与有限元软件的交叉计算为气缸盖的强度计算提供了温度场和传热系数分布等边界条件。在此基础上，对柴油机功率提升前后气缸盖在预紧工况、热-机械耦合作用及爆发-热-机械耦合作用下承受的最大拉应力情况进行了计算分析，确定了各影响因素在缸盖上产生最大拉应力的主要位置。对气缸盖的疲劳强度安全系数进行了计算分析，为生产部门进行柴油机功率的提升提供了理论参考。1000h的可靠性实验证明了计算结果的合理性。     

无限长圆柱非稳态导热平均温度坐标位置求解

无限长圆柱非稳态导热的计算除了传统的集总参数法和Heisler图解法以外,还有作者提出的拓展的集总参数法.应用这一方法可推导出0〈Bi〈∞范围内圆柱体无量纲平均温度随时间变化的表达式.无限长圆柱体进行非稳态导热时,各点的温度不同,且随时间变化,计算推导出整个圆柱体平均温度所对应的坐标点.在工程计算时,完全可以用该坐标位置的瞬时温度作为整个圆柱体的平均温度,提出了一个全新的求圆柱体平均温度的方法.     

新型双作用柱塞泵的设计与特性分析

为改善斜盘式柱塞泵的脉动性能,基于啮合理论和几何学的相关知识,提出了由双端曲面齿轮作为转子、双作用柱塞不间断排油的新型双作用柱塞泵.利用端曲面齿轮副传动原理,建立了双端曲面齿轮啮合坐标系和柱塞运动坐标系,结合柱塞泵的工作特性,进行了柱塞结构的设计,探讨了新型柱塞泵的柱塞分布情况;运用新型双作用柱塞泵的工作原理,推导出了柱塞位移、速度及相应的瞬时流量方程,并分析了柱塞数、偏心率和端曲面齿轮阶数对流量脉动率的影响因素.分析结果表明:相较于现有的斜盘式柱塞泵,新型双作用柱塞泵流量脉动率的变化趋势更为平稳,且流量脉动率随着柱塞数量的增多,偏心率的减小,端曲面齿轮阶数的增大而降低;通过试验,得出柱塞运动速度的最大误差为4.79 mm/s.      

柴油机咬缸后活塞、缸套组件拆卸技术研究

为了顺利的拉出咬缸后的活塞、缸套组件,制定了三套不同的方案:利用起吊活塞的专用工具在吊起活塞的同时一起拉出缸套;煤油浸泡法;化学反应水垢结合热胀冷缩再利用自制工具向上顶压缸套的方法。事实证明,第三套方案能够在不损伤机体的情况下拆卸缸套和活塞。     

制动特性对列车纵向冲动的影响

针对大秦线重载列车实际运用中出现的纵向冲动过大的问题,使用基于气体流动理论的空气制动特性仿真和基于刚体动力学的列车纵向动力学联合仿真方法,研究制动波传播的均匀性、制动波速、制动缸升压特性等制动系统特性对纵向冲动的影响.结果表明在制动波速不变条件下,制动波匀速传播与非匀速传播时列车纵向冲动水平基本一致;制动波速对列车车钩力影响显著,波速越高,车钩力越小;在列车制动能力不变的条件下,随着列车首尾车制动缸压强曲线开口度的收敛,纵向冲动明显降低,最大车钩力发生位置向列车后部移动.