某型柴油機(jī)氣缸套的三維有限元分析

寧寧+付雨霞

摘 要：隨著柴油機(jī)強(qiáng)化度越來越高，工作環(huán)境越來越惡劣。因此，利用常規(guī)方法與三維有限元分析方法對某型柴油機(jī)的氣缸套進(jìn)行強(qiáng)度分析，并提出相應(yīng)的改進(jìn)與預(yù)防措施。

關(guān)鍵詞：柴油機(jī)；氣缸套；有限元

中國分類號：664.6 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

Abstract： Along with the strengthening of the diesel engine is getting higher and higher， the working environment is gradually deteriorating and it is very important to make strength analysis for the cylinder liner of model engine by the common method and 3D-FEM， and put forward the corresponding improvement and preventive measures.

Key words： Diesel engine； Cylinder liner； Finite element

1 前言

隨著柴油機(jī)的轉(zhuǎn)速不斷提高，對零部件的強(qiáng)度、可靠性要求也不斷提高。氣缸套與活塞頂及氣缸蓋共同組成內(nèi)燃機(jī)的燃燒空間。在柴油機(jī)工作過程中，氣缸套在承受機(jī)械負(fù)荷的同時， 還承受熱負(fù)荷。柴油機(jī)氣缸套是柴油機(jī)零部件中處于最惡劣的工作條件的零件之一，因此利用常規(guī)方法與三維有限元分析方法對柴油機(jī)的氣缸套進(jìn)行相關(guān)的強(qiáng)度對比計算分析，并根據(jù)計算分析的結(jié)果提出相應(yīng)的改進(jìn)與預(yù)防措施。

2 根據(jù)《船用柴油機(jī)設(shè)計手冊》進(jìn)行氣缸套計算

2.1 缸壁強(qiáng)度計算

4 結(jié)論與建議

根據(jù)三維有限元分析計算結(jié)果表明：該型氣缸套其第1階頻率為1 091.3 Hz，與上文計算所得出的自振頻率1 051.3 Hz偏差約為3.8%，模擬計算結(jié)果與理論計算值基本一致。該型氣缸套能較好地防止穴蝕的產(chǎn)生。

當(dāng)曲軸轉(zhuǎn)角為386°CA（做功沖程）時，氣缸套上方有高應(yīng)力區(qū)存在。當(dāng)曲軸轉(zhuǎn)角為659°CA（排氣沖程）時，缸套外側(cè)與機(jī)體內(nèi)腔形成的冷卻水通道處也存在高應(yīng)力區(qū)域。當(dāng)冷卻水溫度下降，高應(yīng)力區(qū)域?qū)⒚黠@加大，在位置3容易產(chǎn)生裂紋。

使用三維有限元分析結(jié)果表明：氣缸套裂紋損傷位置與存在漏裂現(xiàn)象的實物是基本相同，均出現(xiàn)在外壁溫度低而內(nèi)面溫度最高而冷卻水流速較大的區(qū)間，使得局部冷卻效果特別強(qiáng)烈而導(dǎo)致溫度較低。氣缸套冷卻水進(jìn)機(jī)溫度過低或未經(jīng)預(yù)熱柴油機(jī)帶負(fù)荷啟動，氣缸套外圓容易嚴(yán)重積水垢，形成氣缸套內(nèi)、外壁之間大的溫度差，外壁圓周產(chǎn)生過大的拉應(yīng)力，是導(dǎo)致氣缸套裂紋損傷的主要原因。

針對上述類型的問題，提出以下改進(jìn)與預(yù)防措施：

（1）柴油機(jī)應(yīng)進(jìn)行預(yù)熱運(yùn)轉(zhuǎn)，待內(nèi)循環(huán)冷卻水和潤滑油溫度上升至45 ℃左右時，才允許逐級加負(fù)載運(yùn)行；

（2）內(nèi)循環(huán)冷卻水溫不能過低，應(yīng)保證出柴油機(jī)的冷卻水溫度在70 ℃以上；

（3）可增設(shè)缸套水和潤滑油的預(yù)熱（至60 ℃～65 ℃）循環(huán)裝置。

參考文獻(xiàn)

[1]陳大榮.船舶柴油機(jī)設(shè)計[M].國防工業(yè)出版社，1980.

[2]船用柴油機(jī)設(shè)計手冊（五）船用柴油機(jī)主要零部件[M].國防工業(yè)出 版社，1982.endprint