某型柴油机活塞裙开裂原因及改进措施

某船采用4台某型柴油机作为主机。4台主机平均累计运行14000 h,按柴油机说明书进行中修级别修理,在修理中出现活塞裙开裂故障。本文使用故障树分析法逐一进行原因分析,最后确定因加工活塞裙内小开档面和R16圆弧面时未规范使用成型刀具,操作工对刀具进行修磨时,未保证R16的前后角尺寸,造成刀具的形状发生一定的改变,导致圆角过渡的地方形状发生改变,形成比较明显的一道过渡痕迹,活塞裙内小开档R16圆弧面与平面处未相切,该区域为应力集中区,在交变应力的作用下,最终萌生裂纹,以疲劳方式扩展至开口裂纹,并提出可行的解决措施。

柴油机钛合金活塞裙部失效分析研究

针对某适度隔热柴油机在标定工况下,TC4钛合金活塞裙部两侧发生磨损失效的问题,采用金相组织分析、电镜扫描等方法对活塞裙部磨损区域进行微观分析,再结合有限元分析软件ABAQUS对活塞裙部进行变形量的宏观分析,共同探究柴油机活塞裙部的磨损失效机理.分析结果表明,活塞裙部变形量最大区域与磨损区域相吻合,失效的主要原因是活塞裙部刚度不足,在高温高压作用下产生变形与缸套发生黏着磨损.通过改进活塞主要结构参数,使得裙部变形小于二次修正值,从而避免活塞裙部四点磨损失效问题.

考虑活塞热变形的活塞裙部润滑计算分析

采用三维有限元方法进行了柴油机活塞的热分析 ,计算得到了活塞的热变形 ,建立了活塞裙部考虑热变形的流体动力润滑模型。利用这个模型进行了考虑活塞裙部热变形的润滑计算 ,通过和冷态的润滑计算结果对比 ,发现热变形对活塞的润滑性能有很明显的影响 ,应在活塞裙部设计中予以考虑。

活塞裙部型线对活塞系统二阶运动和摩擦功率的影响

从活塞的动力学分析开始，结合流体动力润滑方程，建立了缸套活塞裙部间的润滑模型。该模型采用优化的数值分析方法，使计算程序有较好的收敛性，能计算出整个四冲程范围内的活塞二阶运动和摩擦功率的轨迹。此外，作者将原始的直线型线和国外先进机型的中凸型线输入计算程序中，探讨了其对活塞裙部型面的作用和优劣。结果表明：中凸型线可以使活塞在上行和下行冲程中均能形成双向油楔。

内燃机活塞裙部-缸套间润滑油输送状况

活塞裙部-缸套间的润滑油输送情况对内燃机活塞组件摩擦副润滑状态、润滑油消耗、排放和润滑油性能退化等都有重要的影响。结合活塞二阶运动模型、流体润滑模型和润滑油流动模型等,进行不同内燃机工况下活塞裙部-缸套间润滑油输送状况的计算,主要分析活塞向下运动行程中活塞裙部运动后气缸套表面润滑油的滞留量。结果表明,在不同工况下对应行程中润滑油滞留量的变化规律基本相同,不同时刻的润滑油滞留量不相同,活塞上下止点处的润滑油滞留量基本相同。内燃机负荷相同时,随转速增加,进气行程中和膨胀行程中后期的润滑油滞留量减少,膨胀行程前期的润滑油滞留量增加。内燃机转速相同时,膨胀行程前期的润滑油滞留量一般随负荷增加而增加,膨胀行程中后期的润滑油滞留量基本不随负荷变化,不同转速下进气行程中润滑油滞留量随负荷的变化规律不一致。

计入润滑油输送状况的活塞裙部-缸套摩擦副润滑分析

目前活塞裙部润滑分析中一般认为活塞裙部-缸套摩擦副在一个内燃机工作循环所有行程中全部处于充分润滑状况,而实际中当活塞上行(向上止点运动)时,入口处的润滑油量不一定能保证该摩擦副处于充分润滑状况。结合活塞二阶运动模型、流体润滑模型和润滑油流动模型,计算活塞裙部向下(止点)运动后滞留在气缸套壁面上的润滑油量,并以此作为活塞上行期间活塞裙部-缸套摩擦副的润滑油进入量,进行活塞裙部-缸套摩擦副的润滑分析。结果表明,与以往认为所有行程中活塞裙部-缸套摩擦副全部处于充分润滑的分析比较,活塞裙部润滑分析中考虑实际润滑油输送确定活塞上行期间摩擦副的润滑状况时,活塞裙部-缸套摩擦副的润滑性能和活塞二阶运动等都有较明显的变化。

气缸振动对活塞裙润滑的影响

利用迭代算法分析了存在油膜惯性时气缸振动对活塞裙润滑特性的影响。通过Navier Stocks方程和雷诺方程的交替求解,新的迭代算法能追踪油膜惯性存在下的速度场和压力场随时间的变化。据此导出了正弦激励下和油膜惯性作用下的混合润滑雷诺模型。计算结果表明:在正弦激励下,随着气缸振动频率的增加,油膜承载力和摩擦力出现明显波动,性能曲线光滑性也出现波动,而且这种波动在缸体作挤压运动时比分离时更为明显;随着振幅的增加,当缸体做分离运动时,在吸气行程下止点附近,油膜承载力和摩擦力发生显著变化;当缸体做挤压运动时,排气行程中部附近有较大的油膜承载力和摩擦力变化。

耦合弹性变形的活塞裙润滑有限元求解

利用八节点等参有限元,进行了活塞裙润滑和弹性变形的耦合求解。首先给出了混合润滑方程和活塞裙弹性变形方程,然后给出了求解这些方程的有限元求解步骤。计算结果表明:考虑活塞裙变形的油膜压力场峰值一般比不考虑活塞裙变形的油膜压力场峰值大;不同转角下的油膜压力场形状不同,有时呈现抛物线性,有时呈现马鞍型。同时,发现不同转角下活塞裙中部变形较大,在做功行程变形较为明显,变形区域也随着转角的变化有所不同,有时集中在流场中部,有时却集中在流场周向两边。结果也表明:考虑弹性活塞裙下,油薄膜承载力在吸气、压缩、做功行程有一定增加,而且在做功行程增加较为明显;摩擦力也有所增加,但增加不明显;在排气行程,油薄膜承载力和摩擦力会出现波动,承载力波动较大。

活塞裙部润滑油膜厚度的计算及试验研究

对活塞裙部润滑油膜厚度进行了仿真计算和试验研究。建立了活塞裙部混合润滑模型 ,进行了润滑油膜厚度的计算 ,并介绍了试验方法和试验过程。通过理论计算和试验结果的对比分析 ,证明了模型的适用性 。

LD11铝合金活塞裙锻造成形坯料工艺

LD1 1铝合金活塞裙由于形状复杂、含硅量高 ,非常难以成形 .成形过程中 ,坯料的形状直接影响产品的质量 .因此 ,坯料形状的选择 ,一直是该类活塞裙成形的技术难点 .首先从理论上对圆柱形和锥台形两种不同形状的坯料在成形过程中金属的流动行为进行了分析 ,初步了解了它们各自的变形特点 .然后采用有限元方法 ,对圆柱形和锥台形两种坯料的成形过程进行对比模拟 ,进一步得到了它们在成形过程中速度场、应变场和金属纤维流线的分布规律 .通过分析这些场量的不同分布对产品质量所产生的影响 ,初步选择了活塞裙成形的坯料工艺方案 .最后 ,根据所选的方案进行实物锻造 ,得到了形状、尺寸和内部质量都比较理想的产品 .采用这种理论分析、有限元模拟和实物锻造相结合的方法 ,不但确定了 LD1 1铝合金活塞裙锻造成形的坯料工艺方案 。

某柴油机活塞裙开裂失效分析

通过对某型柴油机活塞裙裂纹宏观观察、扫描电镜微观形貌分析和微区成分检测,分析了其开裂失效的原因。结果表明,材料中的缩松缺陷是引起活塞裙疲劳开裂的主要原因,并提出了改善措施。

活塞裙部中凸变椭圆异型面车削加工

介绍了一种以步进电机为驱动源，采用软靠模与硬靠模相结合的新方法，实现中凸变椭圆活塞裙部加工的车削系统。系统应用计算机进行控制，并进行加工误差的补偿，有效提高了加工精度和效率，获得良好的效果。

内燃机活塞裙部二次型线的弹性流体润滑分析

在对活塞动力学和流体动压润滑行为进行耦合建模的基础上,以椭圆曲线为例分析了二次裙部型线对承压油膜形成的影响,并通过仿真计算考察了活塞裙部二次型线下的油膜力及其在活塞两侧的分布、裙部摩擦损失、活塞二阶运动等。通过分析可知,与直线型裙部型线相比,二次型线具有如下特点:裙部与缸套间的多段楔形有利于形成分布更加合理的多段承压油膜,从而有利于活塞的可靠润滑和导向;活塞裙部摩擦损失有所减小;活塞横向运动速度和位移有明显增加等。

4A11铝合金活塞裙等温挤压工艺的研究

采用等温挤压工艺成形280 4A11铝活塞裙锻件可克服常规热模锻工艺的不足。变形温度、变形速度及变形程度是其决定性工艺参数,合适的模具结构和适当的工艺过程控制能有效地避免锻件端面凹陷、偏心及抱模现象。

内燃机活塞裙部配缸间隙对裙部润滑影响的研究

本文建立的数学模型主要是结合动力学方程及缸套 -活塞裙部间的流体动力润滑方程 ,采用数值分析方法来研究活塞的二阶运动 ,并从减小活塞裙部摩擦功耗和减小活塞横向运动的角度 ,对活塞与缸套的最佳油膜间隙进行了确定 。

活塞裙润滑油膜温度场有限元分析

利用八节点等参有限单元法,对活塞裙的润滑油膜进行了温度场分析。首先给出了活塞裙的雷诺润滑方程、二阶运动方程以及油膜的能量方程。然后在给出上述方程的有限元求解表达式和步骤的基础上,对它们进行了联立求解。最后以某发动机为例,研究了其活塞裙部润滑油膜温度场在发动机运转周期内的变化。计算结果表明,油膜温度场随曲柄转角的变化而变化;活塞在上止点时,油膜温度从活塞裙上端到下端基本呈递减趋势;活塞位于行程中部时,在靠近活塞裙上端附近,出现高于边界温度的油膜温升;相同轴向位置处,周向温度几乎不变。

组合活塞铸铁活塞裙破断实例分析

发电用的某型中速柴油机，发生过多起活塞裙破断事故。为查明活塞裙破断的原因，对活塞裙的断口、材质、装配应力、应力集中情况等进行了分析研究。研究结果表明，铸铁活塞裙的破断，主要原因是材质的强度和活塞裙的刚度不足，运行时在应力集中部位诱发裂纹所引起的。

缸套振动求解及其对活塞裙润滑性能影响分析

建立了考虑缸套振动的活塞动力学和混合润滑耦合模型,并使用Broyden算法对缸套振动特性进行求解。在综合考虑活塞裙部及缸套的表面粗糙度、弹性变形、接触等因素对活塞裙部润滑性能影响的基础上,使用Broyden算法求解缸套振动特性,并研究缸套振动对活塞2阶运动、活塞裙部润滑性能的影响。结果表明:做功冲程缸套的振动位移以及加速度最大,且随着转速的增加,位移响应幅值增大;与不计缸套振动相比,计入缸套振动的活塞2阶运动速度出现剧烈振荡,局部油膜压力幅值以及最小油膜厚度会明显波动,平均摩擦功耗增加。

基于Matlab的中凸变椭圆活塞裙部曲线拟合

针对中凸变椭圆活塞纵向型线的特点,提出了采用Matlab曲线拟合工具箱进行曲线拟合;通过实例介绍了曲线拟合工具箱的应用方法。结果表明该方法方便快捷,拟合精度高。

活塞裙部廓形的计算机辅助分析

在分析活塞裙部廓形的基础上，建立了其横向廓形的通用数学模型，并采用最小二乘法求解其廓形参数，使求解过程大大简化。此外，对椭圆－偏心圆规律的廓形，提出了改变拟合点数寻求最佳型线参数的方法。提出的方法不仅适用于标准椭圆型线及其１阶、２阶近似型线，而且对椭圆－偏心（正）圆等组合廓形参数的求解同样有效，克服了现有方法的缺陷，具有很好的通用性。实例计算表明，本文方法的通用性和精度均较好。