船用中速柴油机曲轴磨损故障分析及预防

柴油机是船舶的动力系统,其质量关系到整个船舶的性能。曲轴作为重要的核心零部件,长期以来作为国内外柴油制造厂家将曲轴作为研究的重点。曲轴作为柴油机的组成部分,表面承受很大的压力,轴颈散热能力差导致材料磨损。因此,必须进行检查,进行预防,减少事故的发生。围绕中速柴油机曲轴的磨损故障展开讨论,常见损伤有磨损、裂纹等,分析故障的处理措施,提出曲轴磨损故障的预防技术。

柴油机曲轴前后端相对扭振的测试方法

为准确分析曲轴扭振数据,提高柴油机曲轴可靠性,以某直列六缸柴油机曲轴为研究对象,建立轴系质量刚度当量模型,搭建柴油机扭振测试系统,采集曲轴前端和飞轮端的转速脉冲信号,分析不同转速下各主要阶次扭振与相对扭振的关系。研究结果表明:曲轴前端3.0阶扭振曲线与相对扭振曲线相差较大,单点扭振无法精确反映曲轴扭振;曲轴的相对扭振可有效消除滚振及外接轴系对扭振的影响,测试曲轴的相对扭振对准确分析曲轴扭转程度至关重要。

乳化液泵及其吸排液阀的改进

为提升煤矿乳化液泵工作效率、降低其容积损失、提升其容积效率,在对影响乳化液容积效率因素分析的基础上,通过试验深层次分析了乳化液泵容积效率与压力、流量之间的关系。重点针对降低乳化液泵曲轴转速对其本身结构进行改进,对传统乳化液泵吸排液阀进行一体化设计,解决吸排液阀动作与柱塞动作不同步的问题,从而优化乳化液泵性能,增强支护效果。

汽车发动机瞬时转速信号的小波分析

采用小波变换这一工具对瞬时转速信号进行处理。在介绍小波变换基本原理的基础上，对曲轴瞬时转速信号进行了多分辨率分析，即把转速信号分解为多个层次的细节部分和平滑部分。曲轴瞬时转速信号中的噪声被分解到了各层的细节部分，由剩余的平滑部分可判断发动机的失火和检测各缸工作均匀性，从而为实现失火检测和各缸工作均匀性检测提供了一个新的信号处理方法。

往复式压缩机进气阀运动规律的理论研究

运用往复式压缩机理论研究了不同弹簧刚度、曲轴转速和升程时的进气阀运动规律,通过阀片位移曲线分析了弹簧刚度、曲轴转速和升程对滞后关闭与颤振的影响。分析结果表明,随着刚度的增大和转速的降低,滞后关闭现象逐渐消失,在曲轴转速980 r/min、弹簧刚度455N/m时,滞后关闭角达到41.1°;当刚度增至5 300 N/m或转速低于370 r/min时,阀片开始出现颤振,此时最大弹簧力与最大推力的比值随着曲轴转速和弹簧刚度的增大而增大;若曲轴转速由370 r/min提高到2 000 r/min,对应的弹簧刚度需从455 N/m增至14 kN/m,此时最大弹簧力与最大推力的比值由0.17增至1.00。

利用实测发动机瞬态转速波动估计缸内燃气压力

本文针对从瞬态曲轴转速波动估计出缸内燃气压力扭矩后,由于有不可预见性问题,难以用动力学方法估计出缸内燃气压力的现象,研究并发现在一定条件下平均指示压力和放热规律之间存在一一对应的关系。在提出了标准放热规律的概念后,给出了由实测瞬态曲轴转速波动估计平均指示压力,由其确定放热规律,最终估计出缸内燃气压力。

曲轴扭矩和转速附加波动的蒙特──卡洛模拟分析

根据气体力扭矩与平均有效压力间关系的经验公式，用蒙特—卡洛模拟法分析了多缸机各缸气体力偏差所引起的输出扭矩和转速的“附加波动”的统计特征，揭示出其间的内在联系和一些基本规律。

基于EEMD的发动机失火故障检测

针对发动机失火故障信息难以提取的问题,提出了一种基于集合经验模态分解(EEMD:Ensemble Empirical Mode Decomposition)的发动机失火故障检测方法。该方法能自适应地将曲轴转速信号分解为若干个本征模态函数(IMF:Intrinsic Mode Function),确定包含故障信息的IMF,通过该IMF幅值的异常波动,可以较准确地判断发动机发生失火故障的时间。并通过AMESim建立了发动机仿真模型,从中采集了3种情况的曲轴转速信号,分别利用EEMD分解并最终检测失火故障。实验结果表明,该方法能有效提取故障信息,实现失火故障的离线检测,并可以作为在线检测的基础。

基于瞬时转速的CNG-柴油双燃料单缸机判缸策略

针对主要应用于农用机械的非电控单缸柴油机,在不改动原有机械部分,仅增加CNG电控供气系统基础上对发动机进行了改装。对单缸柴油机瞬时转速进行理论分析及实验测量后,总结单缸机瞬时转速波动的规律,提出一种基于瞬时转速的判缸策略。设计CNG-柴油双燃料单缸机试验方案,在微控制器上实现该判缸策略及喷气驱动后进行发动机台架试验。试验结果表明:在稳定及变工况下,基于该策略的判缸准确;该套试验方案能够稳定控制发动机运行。

吸入压力对乳化液泵性能的影响及改善方法研究

为了研究大流量乳化液泵在工作过程中吸液能力不足的问题,分析影响乳化液泵吸液能力的主要因素,在AMESim软件中建立BRW315/31.5型乳化液泵正常工作时的液压仿真模型,研究吸液压力和曲轴转速对进口流量及泵阀运动和气蚀的影响。结果表明,通过增加辅助泵系统提高进口压力,可以有效解决因乳化液泵吸液能力不足而影响整机工作性能的弊端。

乳化液泵容积效率的影响因素分析

通过对乳化液泵容积效率的影响因素进行分析,推导出由于泵阀滞后现象和液体压缩性引起的容积损失的表达式,得出了容积效率随曲轴转速的升高而降低的规律,并分析了产生这种规律的原因,为乳化液泵的设计及优化提供参考。

高速柴油机曲轴扭转—纵向耦合振动的研究

本文研究了高速柴油机轴系的扭转—纵向耦合振动的机理和计算方法。分析了高速车用柴油机曲轴耦合振动的机理 ,建立了多质量模型的扭转及扭—纵耦合振动相结合的矩阵方程 ,并分析了其解析方法。采用新设计的三维振动测量装置对某直列六缸柴油机曲轴自由端的纵振进行了实际测量 ,与计算结果相比吻合。

采用激振法的曲轴疲劳试验

研究了采用激振法的汽车发动机曲轴弯曲应力疲劳强度试验,介绍了激振法的工作原理及采用该方法进行疲劳试验的试验装置设计。该方法以工控机为控制核心,采用变频调速技术,利用电机转速变化改变激振频率并调节试验载荷,用高精度的位移传感器采集数据,具有试验数据自动记录、疲劳裂纹早期判断和报警停机功能。该方法可适用于多种轴颈尺寸的曲轴试验。

平面连杆机构曲柄调速结构设计

在曲柄连杆机构设计中,为了实现曲柄到曲轴中心距离适时可调,对曲轴结构进行了创新设计。通过凸轮槽与圆盘在同步转动产生相对转动,实现了平面连杆机构在连续运转情况下实现曲轴偏心距调整;同时采用特殊中间凸轮结构实现了可以带动有多个相位差曲拐同步转动,使整台机构在运动过程中具有适时调节运动参数的能力。通过ADAMS仿真分析表明,该结构完全能满足系统无级调速的需要;同时曲柄上曲拐位移与原动件蜗杆的转动角度基本呈线性关系,为产品调速部分的刻度分度打下了基础。

高速柴油机曲轴扭/弯/纵三维振动的试验研究

利用开发的轴系扭 /弯 /纵三维振动测试装置 ,对典型的直列 6缸车用柴油机进行了轴系扭 /弯 /纵三维振动的测试研究。通过对轴系振动的测试结果进行幅频特性分析以及相干函数分析 ,从试验研究的角度分析了轴系扭 /弯 /纵三维振动的相互影响的特点。同时 ,研究了轴系的三维振动与机体裙部振动的关系。

基于参数化的四缸曲轴动力学优化设计

针对高速曲轴的振动及噪声问题开发了曲轴的参数化CAD建模程序。采用二维轴承单元Combi214模拟曲轴两端的轴承支撑,考虑转子陀螺效应,计算多载荷步条件下曲轴的模态频率和振型。在此基础上,通过Campbell图确定曲轴在500-2000r/min范围内的临界转速、共振频率及与之对应的安全工作转速范围。以曲柄销长度L和平衡块半径R为设计参数,实现了曲轴的动态特性优化。结果表明:曲轴的1阶自振频率增大11.41Hz,使其动态稳定性显著增强,有利于曲轴的高速化设计。

陶瓷CBN砂轮在船舶曲轴磨削中的应用

对陶瓷结合剂CBN砂轮工作层配方和砂轮基体进行优化设计后,制备了磨船舶用曲轴用CBN砂轮,并进行了磨削试验研究,对磨削后的工件表面粗糙度和振纹进行了分析。实验结果表明:砂轮修整方法对砂轮的应用效果影响较为显著;砂轮修整的最佳工艺参数为:滚轮转速3000r/min,砂轮转速450r/min,纵向移动速度250mm/min,可得到的工件表面粗糙度值Ra≤0.32μm,且无振纹、烧伤。

高速柴油机复合式减振器的试验研究

为了详细考察复合式减振器的减振效果,设计了一种可调频的动力吸振器,在一台直列6缸车用柴油机上进行了试验。研究中开发了轴系的扭、纵、弯三维振动的测试装置,测量了动力吸振器在几个主要弯曲调谐频率下曲轴前面自由端的三维振动,并与原机进行了对比。通过对试验结果的分析,发现采用匹配合适的弯曲减振器能够有效降低曲轴的弯曲振动,抑制曲轴的纵向振动。

刷镀快速镍修复发动机曲轴的研究

利用 Ｍ Ｍ ２００ 型磨损试验机研究了快速镍刷镀层的耐磨性，通过单因素试验和正交试验，揭示了工作电压和电极相对速度对镀层耐磨性影响的规律，得到最佳工艺规范参数。制定了曲轴的刷镀工艺，并应用它对 Ｌ１９５ 柴油机的曲轴进行了刷镀修复，然后装机在水力测功机上进行各种工况的耐久性试验。结果表明：刷镀快速镍修复的曲轴，耐磨性和结合强度高，能够承受高速重负荷，刷镀修复曲轴技术上可行，经济上合算，为刷镀快速镍修复发动机曲轴提供了依据。

大型船舶低速柴油机柔性曲轴三维振动

运用模态综合法对大型船舶低速柴油机机体和曲轴有限元模型进行缩减,获得二者弹性流体动力润滑耦合下计入非线性缩减的系统动力方程,采用时域积分的Newmark方法进行数值求解.二者间接触力根据Reynolds方程和Greenwood/Tripp微凸峰接触理论,运用有限体积法获得.由此建立大型船舶低速柴油机柔性曲轴与柔性机体耦合下的三维振动计算模型,通过与经典模型计算结果对比,该建模方法和模型得到验证.结果表明:该计算模型能够同时获得曲轴瞬态整体扭振、横振和纵振三维振动形貌;曲轴的横振和纵振呈典型非线性分段特性;曲轴水平横振较垂直横振对轴瓦的振动冲击危害更大.该建模方法有益于进一步揭示曲轴的振动机理,为曲轴优化提供参考.