矿用卡车发动机飞轮壳断裂故障分析与优化

针对矿用卡车发动机飞轮壳出现的断裂故障,对矿用卡车的实际运行工况进行振动测试,获取飞轮壳振动加速度数据,并以此为边界对飞轮壳进行高周疲劳分析,找出飞轮壳薄弱位置,并对飞轮壳进行结构优化。结果表明:发生疲劳断裂故障的原因是矿用卡车的工作路况较差,振动加速度过大;与原方案相比,优化方案的可靠性显著提高,并通过了市场验证,证实了改进方案的有效性。

弹性联轴器对发动机曲轴扭振的影响分析

为研究挖掘机用弹性联轴器对柴油发动机曲轴扭振的影响,搭建发动机本体曲轴一维仿真模型,结合台架试验对影响曲轴扭振的重要因素进行标定。基于台架标定参数搭建整车计算模型,研究动力总成发动机后端弹性联轴器解耦对曲轴扭振的影响。结果表明:皮带轮系刚度和阻尼对发动机曲轴的扭振有一定抑制作用,不带皮带轮系的建模结果更保守;匹配整车用弹性联轴器主激励阶次的扭振幅值较台架和整车解耦状态下略高,同平台可采用解耦方式建模;当弹性联轴器扭转刚度较小或接近减振器扭转刚度时会产生零频响应,需要根据曲轴应力和疲劳结果进行综合判断,台架扭振测试结果不能完全反映整车实际的扭振水平。

三移动两转动振动筛驱动机构优化与试验

为提高玉米脱出物在振动筛上的筛分效率,基于传统的平面往复振动筛,设计了一种玉米清选振动筛驱动机构,可使筛面实现3个移动2个转动;为深入研究其运动规律和筛分性能,用封闭矢量多边形法推导了筛面上任意一点的位移方程;以筛面后端振幅最小为目标,应用Isight软件优化各驱动杆件的长度,使筛面后端的振幅达到最小值15.4 mm;利用Matlab数值模拟确定筛面运动为非简谐周期运动。为确定驱动机构主轴转速和玉米脱出物喂入量对振动筛性能的影响,通过试验比较玉米籽粒在该机构筛面与平面往复振动筛面上的透筛率,试验结果表明,当玉米脱出物的喂入量为6 kg/s时,该机构主轴的最佳转速为260 r/min,玉米籽粒在该机构筛面上的透筛率比其在平面往复振动筛上的透筛率提高了5.75%,节省功耗16.1%。

基于气-固耦合的风扇应力分析与结构优化

为解决某装载机工作过程中出现的风扇断裂故障,采用气-固耦合仿真方法,考虑风扇叶片静压及风扇作业旋转离心力影响,对故障风扇进行应力仿真计算。仿真分析结果表明,风扇断裂位置应力较大是风扇断裂的主要原因。对风扇结构进行优化,将轮毂厚度由0.3 mm增加至0.4 mm,并对优化后的风扇进行仿真和市场应用验证。仿真分析显示优化后风扇轮毂最大应力由204.7 MPa下降到141.5 MPa,且市场验证无故障反馈,有效解决了风扇断裂故障。

某装载机消声器支架模态分析与改进

针对某装载机发动机消声器系统排气接管断裂漏烟问题,利用锤击法进行模态试验,试验数据与有限元仿真计算结果对比表明:系统1阶、2阶模态频率仿真与试验结果相对偏差均较小,模态振型均一致,消声器系统1阶模态频率较低,共振风险较高,容易造成零部件断裂。通过对比模态振型,确定在消声器与缸盖连接支架上增设加强筋,改进消声器本体支架外形结构的方案,并进行仿真对比分析。结果表明:该装载机消声器连接支架只增加加强筋,系统模态频率的变化较小;连接支架增设加强筋并改进消声器本体支架外形结构,可提高系统1阶、2阶模态频率,降低消声器系统共振风险,解决排气接管断裂故障。

基于多尺度联合仿真的复合材料油底壳模态分析

注塑成型复合材料零部件结构可靠性分析需耦合材料属性及制造工艺,与常规各向同性材料零部件分析方法存在很大差异。通过玻纤增强聚酰胺66(PA66+GF35%)复合材料应力-应变拉伸试验数据,逆向获得基材PA66材料属性,并通过供方提供的模流分析结果,提取了油底壳纤维取向张量分布;然后基于多尺度联合仿真对某发动机复合材料油底壳进行了模态分析,并设计试验进行模态测试。结果显示,油底壳前3阶模态仿真与测试结果最大误差<8%,满足工程应用精度需求,验证了仿真方法的有效性,为塑料类复合材料零部件替代柴油机金属零部件提供了一种仿真验证方法。

纤维增强复合材料油底壳的频响分析

注塑成型复合材料的属性为各向异性且受注塑工艺影响,采用复合材料注塑成型的零部件各区域材料分布不均匀,导致其频响振动分析方法与常规采用各向同性材料制造的零部件的分析方法存在很大差异。基于Digimat软件逆向获得了用于制造油底壳的玻纤增强聚酰胺66(35%GF/PA66)材料属性,通过供方提供的模流分析结果,提取了油底壳纤维取向张量分布,通过多尺度联合仿真方法对油底壳进行了模态仿真分析及测试。结果表明,前5阶模态仿真值与测试值的最大相对误差在8%以内,满足工程应用精度需求,验证了仿真方法的有效性。在模态仿真基础上进行频响分析及试验验证,试验结果与仿真结果的趋势一致,所得结果可为复合材料零部件振动分析提供参考。

基于Inspire的一体式复合支架拓扑优化设计

针对发动机悬架与发电机支架集成的一体式复合支架轻量化设计问题,采用solidThinking软件中的Inspire模块,基于变密度理论,以支架刚度和模型体积为优化目标,以设计空间的单元相对密度为设计变量,以模型振动频率和厚度为约束条件,对复合支架进行拓扑优化设计。在保证支架结构强度可靠性的前提下,优化后复合支架的质量减小、1阶模态频率提高。

发动机增压器隔热罩的设计与仿真

基于柴油机增压器隔热罩故障模式,进行理论分析与仿真,对原结构增压器隔热罩进行模态和应力对比分析,得出当前应用增压器隔热罩存在风险。设计新型的增压器隔热罩,满足轻量化的设计要求,并且经过仿真计算隔热罩应力和模态满足要求。通过对比试验,新型隔热罩振动速度更低,新型增压器隔热罩具备优越性。仿真与测试结果表明,柴油机增压器隔热罩系统质量变化对的测试结果影响较大。

基于轮系仿真的橡胶减振器故障分析与改进

针对柴油机匹配小麦收获机出现的橡胶减振器内、外圈脱落故障,分析转速波动、橡胶减振器阻尼功、轮毂力对扭转振动的影响;基于曲轴前后端惯量匹配,通过曲轴一维仿真分析匹配相同减振器的小麦收获机、玉米收获机的扭转振动和轮毂力;优化设计橡胶减振器结构并进行仿真计算。结果表明:柴油机低转速时小麦收获机曲轴前端滚振高于玉米收获机,高转速时玉米收获机扭振较大;小麦收获机在风扇反转时的轮毂力比正转时大;柴油机高转速实施换向工况时轮毂力过大是导致橡胶减振器的内外圈脱落的原因;橡胶减振器结构优化后,橡胶层不承受外载荷,减振器可靠性优于原结构,前端轮系可靠性满足设计要求。该研究可为小麦收获机前端轮系橡胶减振器优化设计提供参考。

基于CFD的发动机冷却风扇气动噪声分析

介绍了发动机冷却风扇气动性能的试验方法,利用Fluent软件对C型风管式台架风扇性能测试系统进行了仿真模拟,得到了风扇的流量、静压及静压效率结果。根据风扇图纸上性能数据进行了仿真模型修正,基于修正后模型进行了风扇气动噪声仿真,并与测试进行对比。结果显示,在各测点噪声仿真与测试数值接近且变化趋势一致,验证了仿真方法的有效性,为风扇的优化设计、配套选型提供了参考依据。

曲轴解耦皮带轮在柴油机上的应用分析

以某6缸柴油机为例,对发动机搭载的曲轴皮带轮进行研究。分析了曲轴解耦皮带轮的结构及原理,并采用仿真方法和台架试验验证了搭载曲轴解耦皮带轮对发动机前端轮系的影响。结果表明:搭载曲轴解耦皮带轮可以有效降低曲轴的转速波动,减小张紧臂摆角和皮带张力的波动,提高张紧器和皮带的使用寿命,从而提升前端轮系的可靠性;皮带张力波动的减小,可以减小皮带和各带轮及附件内部的摩擦,提升燃油经济性。

某发动机飞轮连接圈固定螺栓连接可靠性分析

利用AVL Excite Designer软件建立了某发动机曲轴系扭转振动模型,获得飞轮端最大输出扭矩。利用Hypermesh软件建立曲轴系有限元模型并施加飞轮端输出的最大扭矩,对飞轮连接圈固定螺栓的连接可靠性进行仿真分析。结果显示,飞轮连接圈固定螺栓数量由9个减少为6个后,飞轮连接圈与飞轮接触面最大相对滑移量增加约10%,依然满足设计要求。因此,可以减少3个飞轮连接圈固定螺栓,实现降成本目的。

悬置动力总成合成质心加速度载荷谱测试及分析

为快速准确地开发发动机动力总成悬置系统,以发动机4点悬置布置方式为例,对原地怠速、原地升速、路试一挡急加速、路试二挡急加速4种常见工况进行加速度时域、频域及300 Hz滤波分析,并与动力总成合成质心加速度道路载荷谱计算结果对比。结果表明:质心加速度受低频影响较大,不同悬置方式平均载荷比约为40%,该方法可有效用于采集发动机质心加速度,对发动机信号采样、滤波及有限元载荷的提取分析有一定的参考意义。