船用四冲程柴油机活塞环组工作特性研究
发布时间：2022-01-16 15:37
活塞环是柴油机的核心部件之一,起着密封燃烧室内气体、控制润滑油分布、传递燃烧热量与支撑活塞的作用。活塞环型线的优化设计可以进一步减少缸内的燃气泄漏量、降低柴油机摩擦损失、控制润滑油的消耗,并以此来提高柴油机效率。本文以4L20柴油机为研究对象,建立活塞环组动力学模型,研究柴油机运行过程中活塞环组的工作情况与活塞环型线参数对漏入曲轴箱气体、摩擦损失及润滑油消耗的影响,并在此基础上对活塞环型线进行优化。本文在如下几个方面进行了研究工作:（1）通过测量并计算得到4L20柴油机在1000rpm不同负荷状态下的运行数据,对活塞和缸套进行热变形分析,完成活塞的径向刚度分析,最终建立活塞环-缸套动力学润滑仿真模型。（2）得到4L20柴油机在运行过程中活塞环运行情况,第一道气环、第二道气环、油环外工作面总摩擦损失依次减小,平均值分别为2.49kW、1.07 kW、0.72 kW,一个气缸漏入曲轴箱气体平均值为3.67m3/h,整个工作循环惯性力甩油量平均值为1.79 g/h。（3）针对第一道气环、第二道气环、油环的结构参数,分析各参数对漏气、活塞环外工作面摩擦损失、惯性力甩油的影响规律。（4）分别改变...
【文章来源】：大连海事大学辽宁省 211工程院校
【文章页数】：85 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１技术路线??Ｆｉｇ．?１．１?Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ?ｒｏａｄｍａｐ??
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?大连海事大学硕士学位论文???这些气室通过节流阀相互连接（如图２．２、２．３）。从活塞上侧已知的燃烧室内压力Ｐ１开始??到油环下侧的曲轴箱压力Ｐ７为止，通过对流经节流阀的气体质量进行逐步计算，以一??种准平稳的方式确定腔内的压力。流动过程可以近似为绝热过程，由气体流量系数（Ｗ?）??进行调整［４８＇４９］。??顶部??）ｉ＾ｒ?＇??＿??￣￣＼?、ｒ?Ｔｙ?节二?Ａ）??ｌ—ｖ＾?ｙ??底部??乂??图１?３活塞环组气体流动模型?图２．?４气室交换模型图??Ｆｉｇ．?２．３?Ｐｉｓｔｏｎ?ｒｉｎｇ?ｇａｓ?ｆｌｏｗ?ｍｏｄｅｌ?Ｆｉｇ．?２．４?Ｃｈａｍｂｅｒ?ｅｘｃｈａｎｇｅ?ｍｏｄｅｌ?ｄｉａｇｒａｍ??质量流动方程：??一離＿－＿?（２＇１４）??式中：ｍ为气体质量变化，ｇ／ｓ；?Ｊ为活塞环漏气面积，ｍ２；?ｖ为气体流量系数；巧??为气室ｉ内压力，Ｐａ；?Ａ为气体常数，Ｊ／（ｇ＊Ｋ）；?７；．为气室ｉ内温度，Ｋ；?Ｋ为气体比热；??为气室ｉ－１内压力，Ｐａ。??质量改变方程：??Ａｍ?＝?ｎｎｔ?（２．１５）??式中：」／；？为气体质量变化量，ｇ、也为时间，ｓ。??气室内压力方程：??ＲＴｒ?／?、??Ｐｃ?————［ｍ?＋ａｗｊ??Ｖｃ?（２．１６）??式中：心为气室Ｃ的体积，ｍ３。??－９?－??
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于联合仿真的柴油机缸套-活塞环磨损计算分析[J]. 何星,毛杰键,周梓发,俞增清. 润滑与密封. 2019(05)
[2]基于EXCITE Power Unit和Piston & Rings联合仿真的活塞-环动力学分析[J]. 昂金凤,胡昌良,程志勇. 汽车零部件. 2018(12)
[3]基于FLUENT不同接触角下径向滑动轴承润滑性能研究[J]. 鄢砚军,吴新跃,徐慧慧,张蒙. 船舶力学. 2018(11)
[4]织构化活塞环/缸套的瞬态热流体动力润滑分析[J]. 周龙,王斌,常秋英,蔡礼港. 润滑与密封. 2018(11)
[5]汽车发动机活塞气环结构改良的技术研究[J]. 孙长勇,徐长钊,王学军. 汽车实用技术. 2018(18)
[6]活塞环对发动机性能的影响[J]. 邹龙军. 农机使用与维修. 2018(09)
[7]自由活塞发动机活塞环-气缸套的润滑及摩擦特性[J]. 李延骁,左正兴,冯慧华. 内燃机学报. 2018(04)
[8]考虑结构动态变形的缸套-活塞环润滑建模分析[J]. 鹿星晨,谷丰收,王铁,李国兴,卢浩宇. 润滑与密封. 2018(05)
[9]柴油机缸套-活塞环摩擦磨损试验机设计及功能验证[J]. 杨超振,郭智威,饶响,江仁埔. 机械科学与技术. 2018(09)
[10]活塞环设计的研究现状与展望[J]. 黄祥,孙军,付杨杨,贾卫. 小型内燃机与车辆技术. 2018(02)
博士论文
[1]内燃机活塞—缸套系统低摩擦技术应用及摩擦力测量方法研究[D]. 宁李谱.上海交通大学 2014
[2]活塞组—气缸套传热润滑摩擦耦合机理研究[D]. 周龙.大连理工大学 2011
硕士论文
[1]发动机活塞环-缸套结构低摩擦仿真分析及优化设计[D]. 李炯.湖南大学 2018
[2]高强化柴油机锻钢活塞设计[D]. 石小明.山东大学 2017
[3]船用柴油机气阀漏气声发射故障诊断技术研究[D]. 张舒.武汉理工大学 2016
[4]柴油机活塞环组动力学特性及其影响因素研究[D]. 梁利利.昆明理工大学 2015
[5]内燃机活塞环槽区域润滑油输送机理研究[D]. 郭鹏.合肥工业大学 2013
本文编号：3592952
【文章来源】：大连海事大学辽宁省 211工程院校
【文章页数】：85 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１技术路线??Ｆｉｇ．?１．１?Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ?ｒｏａｄｍａｐ??
?船用四冲程柴油机活塞环组工作特性研究???於，?Ｌ??么．／?；ｕ＾ｐｖ?ｘ??＾／／／／／／＼?ＬＶＶ＾?，．’?，＇匕?＇?＇＇??图２．１活塞环在径向方向上受力图?图２．?２活塞环在轴向方向上受力图??Ｆｉｇ．?２．１?Ｔｈｅ?ｒａｄｉａｌ?ｆｏｒｃｅ?ｏｎ?ｔｈｅ?ｐｉｓｔｏｎ?ｒｉｎｇ?Ｆｉｇ．?２．２?Ｔｈｅ?ｆｏｒｃｅ?ａｘｉａｌ?ｏｎ?ｔｈｅ?ｐｉｓｔｏｎ?ｒｉｎｇ??活塞环外工作面受到的三个力的合力与环背面受到的气体压力、环本身的径向弹力??形成平衡［３９］：??，ｂｅｈｉｎｄ?＾ｒｅｓｉｄｕａｌ?—?＾ｇａｓ，?ｆｒｏｍ?＾ｈｙｄｒｏｄｙｎａｍｉｃ?＾ａｓ／ｘ＾ｒｉｒｖ?（２１）??式中：／＾，＞／＾为活塞环背面受到的气体压力，Ｎ；?ｆ；ｒａｙ？ａ／为活塞环本身的径向弹??力，Ｎ；心＾咖为活塞环外工作面受到的气体压力，Ｎ；?为活塞环外工作面受??到的油膜接触压力，Ｎ；?活塞环外工作面受到的微凸体接触压力，Ｎ。??２．?１．２活塞环轴向受力与运动??活塞环在轴向方向上受力如图２．２所示，在轴向方向上，活塞环分别受到气体压力、??惯性力、摩擦力、与下环槽间的接触力的影响［４（）】。其中，气体压力与燃烧室内膨胀气体??决定，惯性力与活塞环速度变化有关，摩擦力与活塞环和缸套间的接触有关，接触力为??活塞环与环槽间的接触压力，与其他三个力平衡，活塞环在这些力的共同作用下，发生??轴向运动。??环与环槽之间的接触力满足力的平衡方程：??ｐ?—?ｆ?－Ｌ．ｆｒ?＞?ｆｒ??ｃｏｎｔａｃｔ?ｆｒｉｃｔｉｏｎ?ｇａｓ?ｍａｓｓ?（２２）??式中：，为活塞环与环槽的接触压力，Ｎ；?／＾．ｓ为活
?大连海事大学硕士学位论文???这些气室通过节流阀相互连接（如图２．２、２．３）。从活塞上侧已知的燃烧室内压力Ｐ１开始??到油环下侧的曲轴箱压力Ｐ７为止，通过对流经节流阀的气体质量进行逐步计算，以一??种准平稳的方式确定腔内的压力。流动过程可以近似为绝热过程，由气体流量系数（Ｗ?）??进行调整［４８＇４９］。??顶部??）ｉ＾ｒ?＇??＿??￣￣＼?、ｒ?Ｔｙ?节二?Ａ）??ｌ—ｖ＾?ｙ??底部??乂??图１?３活塞环组气体流动模型?图２．?４气室交换模型图??Ｆｉｇ．?２．３?Ｐｉｓｔｏｎ?ｒｉｎｇ?ｇａｓ?ｆｌｏｗ?ｍｏｄｅｌ?Ｆｉｇ．?２．４?Ｃｈａｍｂｅｒ?ｅｘｃｈａｎｇｅ?ｍｏｄｅｌ?ｄｉａｇｒａｍ??质量流动方程：??一離＿－＿?（２＇１４）??式中：ｍ为气体质量变化，ｇ／ｓ；?Ｊ为活塞环漏气面积，ｍ２；?ｖ为气体流量系数；巧??为气室ｉ内压力，Ｐａ；?Ａ为气体常数，Ｊ／（ｇ＊Ｋ）；?７；．为气室ｉ内温度，Ｋ；?Ｋ为气体比热；??为气室ｉ－１内压力，Ｐａ。??质量改变方程：??Ａｍ?＝?ｎｎｔ?（２．１５）??式中：」／；？为气体质量变化量，ｇ、也为时间，ｓ。??气室内压力方程：??ＲＴｒ?／?、??Ｐｃ?————［ｍ?＋ａｗｊ??Ｖｃ?（２．１６）??式中：心为气室Ｃ的体积，ｍ３。??－９?－??
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于联合仿真的柴油机缸套-活塞环磨损计算分析[J]. 何星,毛杰键,周梓发,俞增清. 润滑与密封. 2019(05)
[2]基于EXCITE Power Unit和Piston & Rings联合仿真的活塞-环动力学分析[J]. 昂金凤,胡昌良,程志勇. 汽车零部件. 2018(12)
[3]基于FLUENT不同接触角下径向滑动轴承润滑性能研究[J]. 鄢砚军,吴新跃,徐慧慧,张蒙. 船舶力学. 2018(11)
[4]织构化活塞环/缸套的瞬态热流体动力润滑分析[J]. 周龙,王斌,常秋英,蔡礼港. 润滑与密封. 2018(11)
[5]汽车发动机活塞气环结构改良的技术研究[J]. 孙长勇,徐长钊,王学军. 汽车实用技术. 2018(18)
[6]活塞环对发动机性能的影响[J]. 邹龙军. 农机使用与维修. 2018(09)
[7]自由活塞发动机活塞环-气缸套的润滑及摩擦特性[J]. 李延骁,左正兴,冯慧华. 内燃机学报. 2018(04)
[8]考虑结构动态变形的缸套-活塞环润滑建模分析[J]. 鹿星晨,谷丰收,王铁,李国兴,卢浩宇. 润滑与密封. 2018(05)
[9]柴油机缸套-活塞环摩擦磨损试验机设计及功能验证[J]. 杨超振,郭智威,饶响,江仁埔. 机械科学与技术. 2018(09)
[10]活塞环设计的研究现状与展望[J]. 黄祥,孙军,付杨杨,贾卫. 小型内燃机与车辆技术. 2018(02)
博士论文
[1]内燃机活塞—缸套系统低摩擦技术应用及摩擦力测量方法研究[D]. 宁李谱.上海交通大学 2014
[2]活塞组—气缸套传热润滑摩擦耦合机理研究[D]. 周龙.大连理工大学 2011
硕士论文
[1]发动机活塞环-缸套结构低摩擦仿真分析及优化设计[D]. 李炯.湖南大学 2018
[2]高强化柴油机锻钢活塞设计[D]. 石小明.山东大学 2017
[3]船用柴油机气阀漏气声发射故障诊断技术研究[D]. 张舒.武汉理工大学 2016
[4]柴油机活塞环组动力学特性及其影响因素研究[D]. 梁利利.昆明理工大学 2015
[5]内燃机活塞环槽区域润滑油输送机理研究[D]. 郭鹏.合肥工业大学 2013
本文编号：3592952
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