基于动力学分析的柴油机铝活塞摩擦磨损优化

发布时间：2022-01-13 19:11

　　为了降低某柴油机铝活塞的摩擦磨损,在不更改活塞刚性的基础上,通过优化销孔偏置设计、降低活塞环高度、更改裙部型面等措施对活塞进行优化改进。利用动力学分析软件对优化前后活塞进行对比,模拟结果显示活塞的机油耗和漏气量明显降低,敲击动能和摩擦平均有效压力降低。通过倒拖法和可靠性试验验证改进措施的有效性。结果表明:销孔向主推力侧偏置0.5 mm,配合减小活塞环环槽宽度、优化裙部形线时,活塞摩擦平均有效压力最小,可以有效降低活塞的摩擦磨损。 

【文章来源】：内燃机与动力装置. 2020,37(03)

【文章页数】：6 页

【部分图文】：

试验后活塞

表1 柴油机主要技术参数 缸径/mm 行程/mm 额定功率/kW 额定转速/(r·min-1) 最大扭矩/(N·m) 最大扭矩转速/(r·min-1) 设计爆发压力/MPa 130 150 350 1800 2100 1100～1500 18活塞组的主要零部件包括:缸套、活塞环和活塞。活塞组降低摩擦磨损的设计方案为:1)气缸套对摩擦损失有一定影响,随着珩磨深度的增加,摩擦损失逐渐减小,但是增加到一定程度之后摩擦损失不再发生明显变化,发动机缸套采用滑动珩磨方式,网纹质量更优。2)活塞环组采用3道环设计,第一道环为梯形桶面环,第二道环为扭曲锥面环,第三道环为螺旋撑簧油环,活塞环运动影响环与缸套之间的间隙、密封、机油耗、漏气量和摩擦损失等。3)活塞结构如图1所示,销孔偏向于主推力侧1 mm,裙部为中凸椭圆型面,裙部表面采用低摩擦系数且耐磨的二硫化钼涂层处理,可以降低活塞裙部消耗的摩擦功,并且降低拉缸风险。

活塞动力学分析[10-13]需要的主要边界条件包括:有限元分析输出的活塞温度场,活塞热变形等,连杆、活塞环、活塞销的相关参数,发动机720°曲轴转角的缸压数据(如图4所示),发动机参数等。将这些参数输入软件后运行计算,得到活塞二次运动摆角及径向位移、敲击动能、节点压力、摩擦平均有效压力、漏气量及机油耗等结果。活塞环的轮廓形状尤其是与缸壁接触的外圆面形状对漏气量、机油耗有很大的影响,对活塞环外圆面采用μm级磨合后得到型面,并将其输入到动力学计算模型中进行活塞环动力学计算。

【参考文献】：
期刊论文
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[7]裙部刚度对活塞动力学影响的研究[J]. 陈延鹏,刘世英,熊培友.  煤矿机械. 2016(04)
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博士论文
[1]高强化内燃机活塞的摩擦磨损设计[D]. 杨振宇.北京理工大学 2014

硕士论文
[1]活塞裙部摩擦磨损及敲击能量的模拟研究及参数优化[D]. 赵高岩.江苏大学 2017



本文编号：3586990