柴油机活塞热负荷的研究

本文介绍了各种结构型式活塞热负荷的研究结果，分析了一些结构因素对活塞第一环槽温度的影响．     

汽油机活塞的热负荷和机械负荷分析

采用三维有限元分析法对376汽油机活塞进行了热负荷和机械负荷分析,计算了活塞的温度场和应力场.深入了解活塞的热负荷状态及热应力、机械应力分布情况,找出了危险应力部位,为活塞的结构改进和优化提供了理论依据.     

内燃机铝活塞环槽的耐磨堆焊

<正>上压缩环槽的磨损,目前在各类活塞缺陷当中占主导地位,在多数情况下,它可决定活塞,甚至整个发动机的寿命。提高铝活塞的活塞环槽的耐磨性,对提高发动机可靠性及寿命来说,是一个很重要的问题。 目前提高活塞环槽强度的通常作法是,在活塞环槽区装一耐磨镶圈。耐磨镶圈用耐蚀镍合金、灰生铁或钢制成,其可用机械方法或通过AI-Fin过程形成扩散金属层固定到活塞基     

高强化柴油机铝合金活塞承载特性研究

重点研究某高强化柴油机铝合金活塞在典型服役工况下温度和应力随时间和载荷的变化行为,明确热机械载荷作用下活塞的承载规律,为活塞寿命预测模型建立提供依据,同时为材料研制提供载荷约束。首先建立了活塞有限元分析模型,利用温度及应力测试数据对模型进行了标定,进而基于该模型计算了标定工况稳态条件下以及怠速工况与标定工况交替变化条件下活塞温度和应力的变化规律。仿真结果表明:在工作循环内,活塞顶面温度波动幅值在28℃以内,由此引起的热应力波动幅值达到35 MPa左右,因此在活塞疲劳寿命预测时工作周期内高频热负荷的影响不可忽略;燃烧室喉口在热载荷作用下呈现压应力,在机械载荷下呈现拉应力,热机耦合载荷会导致沿销孔方向出现拉应力,沿主副推力面方向呈现压应力;在怠速工况与标定工况交替变化条件下,活塞喉口载荷变化最明显,应力与温度的变化率相关,应力幅值较高,该区域易发生低周疲劳损伤。     

高性能柴油机用中空耐磨环槽镶圈活塞

商用车辆柴油机正受到日益严格废气排放法规的限制和提高功率降低燃油消耗率的要求。这就要求发动机主要零部件之一的活塞能承受更高的热负荷和机械负荷。日野（Hino）汽车公司和Izumi工业公司将冷却腔直接附加在项环槽镶圈上，开发出高负荷铝活塞。通过大幅度改善冷却特性同时保持铝材在质量和加工方面的优点，确保了高的可靠性。     

增压柴油机内冷油腔活塞结构分析及评价

以增压柴油机振荡内冷却油腔活塞非对称性结构为研究对象,构建了全活塞-活塞销-连杆小头的有限元接触模型,分析了活塞工作条件下的导热耦合关系。确定了当量换热边界条件;进行了在机械-热负荷联合作用下的结构应力及变形分析;为直观反映温度因素对活塞结构强度的影响,提出了对结构应力合理表述的应力-温度散点图评价方法;在此基础上对原有的活塞结构进行了改进。     

活塞冷却喷嘴失效引发的发动机故障分析

随着发动机的不断强化,活塞的热负荷越来越高,常规的冷却已不能满足要求。为保证发动机的性能,因而采用了对活塞内腔顶部进行喷油冷却的结构措施。近年来广泛使用的是在机体的润滑油道上安装专用冷却喷嘴,对活塞内腔顶部进行强制喷油冷却。在使用中要保证冷却喷嘴畅通、有效,否则将因得不到喷油冷却而使活塞顶部与第一道环槽的温度升高,造成活塞顶部异常膨胀、烧蚀,甚至拉缸;环槽温度升高使机油胶结,造成卡环等发动机故障。下面以解放CA1380P4K2L11T4重型卡车为例分析活塞冷却喷嘴失效引发的发动机故障。该车发动机型号为CA6DF2-26,活塞冷却喷嘴安装在发动机机体的主油道上,活塞采用内冷油腔设     

零油冷对改善压燃式发动机有效热效率的评估

随着柴油机排放法规的日趋严格,以及对提高发动机整体热效率的期望,对各种燃烧方式进行了研究和研究。获取更高效率的途径之一是减少缸内传热。探索了1种旨在通过提高活塞温度来减少缸内传热的概念。为了提高活塞温度并理想地减少缸内传热,对零油冷(ZOC)活塞进行了研究。为了研究这1技术,对测试发动机进行了修改,以使其停用活塞油冷,从而可以评估其对诸如有效热效率(BTE)、活塞温度和排放等参数的影响。该发动机配备了用于燃烧分析的缸内压力测量装置,以及用于评估活塞顶温度的活塞温度遥测系统。研究讨论了对发动机进行修改以实现ZOC并进行测试的过程。给出有/无油冷发动机和活塞的遥测数据,以验证油冷对BTE和活塞温度的影响。研究发现,发动机负荷受活塞金属温度的限制。在可能的情况下,停用活塞油冷却,通过减少机油泵的功率需求来减少摩擦。在所测试的发动机转速下,在未超过活塞温度极限的一系列负荷下,BTE改善了1%。在本试验条件下。分析损失减少途径与燃油能量的关系,可知在整个测试负荷范围内,缸内传热均降低了1%。未来研究可将ZOC概念与先进的活塞表面涂层相结合,以降低金属温度,从而扩大可实现高效率目标的转速和负荷范围。     

发动机结构要素对活塞温度的影响

实践表明，活塞工作时承受的热负荷的大小，不仅与活塞的结构设计有关，而且还与发动机的整体结构设计有关。提出了几种增强活塞冷却传热能力、降低活塞温度的结构方案，经试验表明，活塞第一环槽位置及缸体水套高度的改变对活塞温度的影响较大。     

基于瞬态分析的柴油机活塞疲劳寿命预测

以某增压柴油机活塞为研究对象,建立了由曲柄连杆机构和缸套组成的装配体有限元模型,计算了活塞在热载荷、机械载荷和热-机耦合作用下的应力分布,在此基础上将计算得到的热-机耦合应力场作为疲劳载荷,采用名义应力法对活塞进行疲劳寿命计算。结果表明:活塞的短寿命区域出现在活塞销座内侧上部,最低循环次数为8.823×10~7次,折合1 470.5h。从计算结果看,活塞的结构较为合理,能满足柴油机的使用要求。     

基于高温磨损试验的活塞环区温度限值研究

合理控制活塞环区温度可避免润滑油结焦引起的活塞环卡滞、扭断,防止因活塞环槽、活塞环过度磨损失去对高压燃气的密封而导致的窜气、烧机油甚至活塞报废故障。通过开展不同温度下的活塞环槽-活塞环材料级高温磨损试验,以CD 10W/40润滑油结焦、高镍奥氏体铸铁活塞环槽-球墨铸铁活塞环的过度磨损为评价依据,确定活塞环区的合理温度范围,为活塞结构、材料及加工工艺优化设计,冷却系统的有效布置,以及活塞和活塞环的热损伤抑制提供依据。     

基于柴油机考核工况的活塞高周疲劳寿命预测

针对柴油机台架耐久性试验规范规定的柴油机考核方法及工况,建立了多工况循环载荷作用下活塞高周疲劳寿命预测流程;采用Abaqus有限元分析软件建立活塞温度及应力计算模型,通过与试验数据对比进行模型标定,计算了各工况下活塞温度场及应力;采用Femfat软件考虑温度场及各种修正因素的影响对活塞单工况下高周疲劳寿命进行预测,采用双线性累积损伤准则对柴油机考核工况下活塞疲劳寿命进行预测。结果表明:采用双线性累积损伤准则可便捷地进行多工况周期性载荷下活塞高周疲劳寿命预测;活塞冷却油腔位置处寿命最低,但可满足柴油机考核使用要求。     

冷却强度、配对副以及润滑介质对活塞环槽温度限值的影响

在自制的基于摩擦力的活塞环槽温度限值测试装置上,采用火焰加热活塞模拟内燃机燃烧室的燃烧过程,在加热强度一定的条件下,分别研究不同冷却强度、配对副以及润滑介质时缸套-活塞环间的摩擦力随活塞环槽温度的变化。结果发现:活塞环槽温度限值随冷却强度的增大而逐渐提高;CKS环与镀铬缸套配副时比镀铬环以及喷钼环与镀铬缸套配副时活塞环槽温度限值高;SAE15W/40润滑油作为润滑介质时比SAE40,SAE10W/30润滑油作为润滑介质时活塞环槽温度限值高。     

活塞振荡冷却的数值模拟计算及温度场分析

利用CFD动态网格层变法建立了活塞振荡冷却的瞬态计算模型,并应用VOF模型对活塞的振荡冷却进行了瞬态数值模拟计算。分析了活塞在不同位置时油腔内冷却油的流动情况,得到了内冷油腔的机油填充率、壁面传热系数等随曲轴转角的变化规律。为验证其冷却效果,提取了内冷油腔壁面的换热边界,对活塞的温度场进行了有限元模拟计算,并与试验结果进行了对比,为活塞的优化设计提供了依据。     

基于GT-Suite的活塞环-缸套摩擦特性研究

以活塞环-缸套为研究对象,利用GT-Suite软件建立了活塞环-缸套摩擦模型,将摩擦、润滑和动力学三者耦合起来,同时考虑了活塞环和缸套的扭曲变形、接触表面粗糙度等因素,计算分析标定工况下活塞环-缸套的油膜厚度、油压分布、摩擦力和摩擦功耗。着重分析了不同润滑油温和不同转速条件下第一环油膜厚度和摩擦功耗,结果表明:第一道活塞环处润滑效果差、摩擦功耗高;随着油温升高,油膜厚度显著减少,同时摩擦功耗显著减少,综合考虑润滑和摩擦功耗,发现油温在80~90℃时摩擦特性较为理想;随着转速提高,油膜厚度增加,同时摩擦功耗增加,转速对油膜厚度影响较小,对摩擦功耗有显著影响。     

双缸式混凝土输送泵泵送机构的有限元分析

为解决单线铁路隧道由于断面小、通道狭窄而造成的施工机械与混凝土输送泵互通不顺畅的问题,设计一种窄体双缸S阀混凝土输送泵,该混凝土输送泵泵送机构采用液压油缸带动混凝土输送缸的结构模式和双缸往复式工作原理,双缸并列设置,在不减小输送量的前提下降低整机宽度(整机宽度为1.49 m)。采用Ansys软件对混凝土输送泵的关键部件力学性能进行分析,并计算S阀体的疲劳寿命。结果表明： 在静载荷作用下,活塞杆、主油缸和混凝土输送缸的最大等效应力均小于材料的屈服极限,满足结构强度要求; S阀体在动荷载作用下的最大等效应力小于材料的屈服极限,且疲劳寿命在疲劳敏感曲线的50%～90%内,满足结构强度和疲劳寿命设计要求。     

内燃机润滑系统主油道压力特性的多工况研究

以某样机为对象,介绍了多工况下测取主油道压力的试验研究方法,结合试验结果,对润滑系统工作特性进行综合分析和评价,重点考察了负荷、转速和油温等工况因素对主油道压力特性的影响。研究结果表明,转速变化对主油道压力影响十分明显,油温变化对主油道压力的影响次之并且呈现较强的非线性,而负荷的影响最小。     

凸轮摇臂异常磨损的分析与试验

从改善润滑条件和减少机油因窜气受污染的角度解决了凸轮—摇臂副异常磨损问题。在改善凸轮—摇臂副润滑条件方面,加强了机油冷却使机油温度得到控制,加大了缸头机油供油油路直径、提高了机油泵泵油能力,使凸轮—摇臂副的供油量和油压得以提高;改进活塞环和缸体结构减少窜气,加强了密封。计算及试验表明,采取这些措施后,凸轮—摇臂副异常磨损问题得到了解决。     

基于Pro/MECHANICA的内燃机活塞有限元分析

在Pro／MECHANICA环境下，应用有限元分析方法分别完成了内燃机活塞在热载荷和机械载荷作用下的温度场及应力场分析。并在此基础上对活塞进行热力和结构耦合分析以及运行疲劳寿命分析，确定了活塞失效的部位出现在活塞销座的上表面且靠近连杆小头的边缘部分，为活塞的改进设计提供了参考。