高强化柴油机喉口重熔活塞设计与试验研究

发布时间：2020-03-21 08:14

【摘要】：高负荷、高功率、高强化是未来柴油机发展的主流方向,强化程度的提高需要活塞有更高的结构强度和疲劳强度,尤其是活塞的关键承载和易失效部位—燃烧室喉口,属于热负荷与机械负荷交变影响区,必须采用局部强化措施以满足发动机高强化的要求。为了提升活塞关键承载部位的局部强度,本文设计开发了高强化柴油机重熔活塞,设计的关键点在于燃烧室喉口部位采用重熔强化措施,采用“喉口重熔”技术后,喉口部位形成了均匀而细化的金相组织,提高了喉口部位的硬度,改善了材料的热机疲劳特性。活塞采用了“喉口重熔-内冷-镶圈-衬套”一体化设计技术理念。根据发动机参数及相关要求对高强化柴油机重熔活塞进行了结构设计,通过采用热流型的内腔结构,减重面窗结构,对活塞进行了轻量化设计,降低了活塞的总体重量。通过优化活塞裙部型线、销孔型线、销孔偏心和配缸间隙,采用活塞整体磷化处理,裙部表面YS03处理来降低发动机的噪声,减小活塞组件的摩擦磨损,提高发动机机械效率和热效率。根据活塞的整体设计方案完成了活塞的三维建模及各项关键配合参数,运用有限元分析软件对活塞的结构强度、疲劳强度进行了分析。重点分析了活塞热循环工况下的温度分布及疲劳系数,计算了综合最大爆压和侧向力工况下活塞的受力和变形情况。对销孔、喷油缺口及内冷三个关键结构做了疲劳分析并确定最优方案,运用疲劳分析软件预测了活塞的疲劳安全系数。在活塞关键部位安装硬度塞并做了温度场试验,获取了关键部位的温度,并将实际测试温度与有限元预测温度做了对比分析,利用有限元分析计算了缸套温度场和热变形,为活塞裙部型线动力学分析提供了边界条件,计算了不同活塞型线的最大侧向力、累积磨损对比确定了最优外圆型线方案。为了验证高强化重熔活塞自身关键部位强度,检测了活塞喉口重熔强度,对活塞销孔和销座分别做了疲劳试验和撕裂试验。最终活塞通过了最小间隙拉缸和2000小时冷热循环两项整机试验。
【图文】：

排放控制方面，，为满足日益严格的排放法规，冷ＥＧＲ、ＳＣＲ、ＤＯＣ、和ＤＰＦ等将逡逑成为必不可少的减排措施。逡逑图１－１为内燃机热效率提升技术。通过这些新技术的实施和运用，柴油机的升逡逑功率和爆发压力将得到大幅提升，大大改善机械效率和热效率，使得油耗越来越低。逡逑３逡逑

％逡逑■懰３邋．逡逑图１－２活塞燃烧室喉口裂纹逡逑（１）高周机械疲劳作用逡逑函逡逑图１－３活塞燃烧室喉口裂纹逡逑高周机械疲劳也称为高循环疲劳，通常是指循环次数高于ｌｘｌＯ４的疲劳失效，逡逑６逡逑
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TK423

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本文编号：2593046