關(guān)于TBD620系列柴油機(jī)渦流調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)優(yōu)化的研究

0 引言

“渦流調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)”又稱“HALLO高低負(fù)荷最優(yōu)化渦流技術(shù)”，是TBD620系列柴油機(jī)所特有的調(diào)整渦流比的一種機(jī)構(gòu)。采用這一技術(shù)，使得TBD620系列柴油機(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)兼顧了高、低負(fù)荷對(duì)進(jìn)氣渦流的不同需求，既保持了高負(fù)荷工況時(shí)燃燒的優(yōu)化，也改善了低負(fù)荷工況時(shí)的燃燒狀況，提高了低速大扭矩低負(fù)荷性能。

TBD620系列柴油機(jī)長(zhǎng)期在低負(fù)荷使用以后，風(fēng)門(mén)轉(zhuǎn)軸不停的震動(dòng)、磨損，使渦流調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的故障率偏高，最嚴(yán)重的故障表現(xiàn)為轉(zhuǎn)軸斷裂，破損件進(jìn)入氣缸，導(dǎo)致拉缸等重大故障?？梢?jiàn)對(duì)渦流調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的優(yōu)化研究，具有十分重大的意義。

1 現(xiàn)狀調(diào)查

某型船使用TBD620V12柴油機(jī)作為電站動(dòng)力，該型船上使用的柴油機(jī)長(zhǎng)期在低負(fù)荷使用以后，頻繁出現(xiàn)渦流調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)中的風(fēng)門(mén)轉(zhuǎn)軸磨損故障，風(fēng)門(mén)轉(zhuǎn)軸磨損嚴(yán)重，并出現(xiàn)轉(zhuǎn)軸斷裂故障(見(jiàn)圖1)，部分柴油機(jī)上斷裂的轉(zhuǎn)軸以及螺釘進(jìn)入氣缸導(dǎo)致拉缸等重大故障。

異常磨損主要在風(fēng)門(mén)轉(zhuǎn)軸安裝閥板相對(duì)側(cè)、與下部轉(zhuǎn)軸孔配合處發(fā)生；斷裂的轉(zhuǎn)軸均是在上方螺釘孔處斷裂。

2 故障分析

2.1 故障分析

渦流調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)屬運(yùn)動(dòng)件，存在摩擦副，在氣道中進(jìn)氣壓力的作用下工作。對(duì)于常規(guī)使用的柴油機(jī)其負(fù)荷一般不會(huì)低于70%，即風(fēng)門(mén)一般處于常開(kāi)狀態(tài)(40%負(fù)荷以上時(shí)完全打開(kāi))，風(fēng)門(mén)閥板面與氣流進(jìn)氣方向大致處于平行狀態(tài)，風(fēng)門(mén)閥板承受的進(jìn)氣壓力小，此時(shí)渦流調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的壽命問(wèn)題并不突出。

2.缺乏具有約束力的法律支持體系,可持續(xù)發(fā)展思想落地仍存挑戰(zhàn)。以相關(guān)立法保障具體工作的實(shí)施逐步成為我國(guó)在邁向法治社會(huì)進(jìn)程中的常態(tài)。由于缺乏主管機(jī)構(gòu),可持續(xù)城市規(guī)劃、發(fā)展的立法進(jìn)程相對(duì)滯后,無(wú)法保障相關(guān)規(guī)劃、思想的實(shí)踐和落地。尤其表現(xiàn)在城市的產(chǎn)業(yè)選擇和中長(zhǎng)期發(fā)展規(guī)劃方面,在法律約束缺位的情況下,難以避免一些地方政府出于短期利益考慮而忽略該地區(qū)長(zhǎng)期的可持續(xù)發(fā)展利益的行為。因此,即便有好的發(fā)展思路和發(fā)展規(guī)劃,也需要有政策和法律體系以及高效的行政部門(mén)保障實(shí)施。

對(duì)于長(zhǎng)期處于低負(fù)荷運(yùn)行的柴油機(jī)，風(fēng)門(mén)長(zhǎng)期處于關(guān)閉狀態(tài)，風(fēng)門(mén)閥板面與氣流進(jìn)氣方向大致處于垂直狀態(tài)，進(jìn)氣壓力作用在風(fēng)門(mén)閥板上對(duì)閥板產(chǎn)生壓力，將轉(zhuǎn)軸與進(jìn)氣方向相反的一側(cè)壓靠在氣缸蓋轉(zhuǎn)軸孔上，因進(jìn)氣壓力隨負(fù)荷的變化而波動(dòng)，柴油機(jī)自身的振動(dòng)以及進(jìn)氣道內(nèi)的復(fù)雜環(huán)境，轉(zhuǎn)軸與轉(zhuǎn)軸孔發(fā)生軸向竄動(dòng)、徑向轉(zhuǎn)動(dòng)等相對(duì)運(yùn)動(dòng)，使轉(zhuǎn)軸與轉(zhuǎn)軸孔壓靠的部分磨損；風(fēng)門(mén)閥板安裝在轉(zhuǎn)軸的下部，轉(zhuǎn)軸與下部轉(zhuǎn)軸孔接觸處所受進(jìn)氣壓力產(chǎn)生的壓緊力較大，磨損主要發(fā)生在下部轉(zhuǎn)軸孔處。渦流調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)長(zhǎng)期在此狀態(tài)下工作造成轉(zhuǎn)軸、氣缸蓋轉(zhuǎn)軸孔嚴(yán)重磨損。

使風(fēng)門(mén)轉(zhuǎn)軸同時(shí)承受了軸向載荷、徑向載荷等復(fù)雜的變化載荷，當(dāng)轉(zhuǎn)軸與轉(zhuǎn)軸孔磨損到一定程度之后，轉(zhuǎn)軸與轉(zhuǎn)軸孔在磨損側(cè)的間隙變大，下部轉(zhuǎn)軸孔對(duì)轉(zhuǎn)軸的支承作用減小，在進(jìn)氣壓力作用下，轉(zhuǎn)軸受力的力學(xué)模型由兩點(diǎn)支承的簡(jiǎn)支梁變?yōu)橐稽c(diǎn)支承的懸臂梁，在進(jìn)氣壓力變化載荷的作用下，轉(zhuǎn)軸在較大的薄弱處發(fā)生疲勞斷裂。

2.2 要因確認(rèn)

根據(jù)上面分析的風(fēng)門(mén)轉(zhuǎn)軸斷裂過(guò)程及原因，總結(jié)造成風(fēng)門(mén)轉(zhuǎn)軸異常磨損的主要原因如下：

將轉(zhuǎn)軸孔由φ7改為φ10，適應(yīng)轉(zhuǎn)軸的更改；在氣缸蓋上加工連通底部轉(zhuǎn)軸孔的油孔，用于為轉(zhuǎn)軸加潤(rùn)滑油。優(yōu)化后的氣缸蓋補(bǔ)充加工圖(見(jiàn)圖14)：

2.轉(zhuǎn)軸強(qiáng)度較差；

3、轉(zhuǎn)軸上應(yīng)力分布不均勻，上部螺釘孔處的應(yīng)力較大；

4、轉(zhuǎn)軸軸向竄動(dòng)大，加劇了轉(zhuǎn)軸的磨損。

3 渦流調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的優(yōu)化

結(jié)合渦流調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)發(fā)生故障的各種原因進(jìn)行分析研究，從改善轉(zhuǎn)軸工作環(huán)境、加強(qiáng)轉(zhuǎn)軸強(qiáng)度、減小轉(zhuǎn)軸軸向竄動(dòng)、減小轉(zhuǎn)軸應(yīng)力等方面對(duì)渦流調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化：

3.1 風(fēng)門(mén)轉(zhuǎn)軸的優(yōu)化

為增加風(fēng)門(mén)轉(zhuǎn)軸的強(qiáng)度，減輕轉(zhuǎn)軸在工作中的磨損，風(fēng)門(mén)轉(zhuǎn)軸由φ7更改為φ10(見(jiàn)圖2)，增加轉(zhuǎn)軸的強(qiáng)度；因此將轉(zhuǎn)軸上部的螺紋孔位置上移了10mm，避開(kāi)應(yīng)力較大的位置，降低轉(zhuǎn)軸薄弱處的最大應(yīng)力；為控制風(fēng)門(mén)轉(zhuǎn)軸的軸向間隙，降低來(lái)自軸向的磨損，在轉(zhuǎn)軸上與軸向調(diào)整環(huán)配合處增加一小平面，增大有效接觸面積和摩擦力，保證軸向調(diào)整環(huán)不松動(dòng)。優(yōu)化前后的風(fēng)門(mén)轉(zhuǎn)軸對(duì)比見(jiàn)圖2。

因風(fēng)門(mén)閥板和轉(zhuǎn)軸結(jié)構(gòu)尺寸均發(fā)生了改變，為驗(yàn)證零件結(jié)構(gòu)優(yōu)化后是否會(huì)對(duì)柴油機(jī)進(jìn)氣造成影響，分別對(duì)安裝了優(yōu)化前、后狀態(tài)渦流機(jī)構(gòu)的氣缸蓋進(jìn)氣道進(jìn)行了吹風(fēng)試驗(yàn)。

論文針對(duì)“機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)”課程多媒體教學(xué)資源的建設(shè)進(jìn)行研究，總結(jié)和歸納了本課程在實(shí)際教學(xué)過(guò)程中的多媒體教學(xué)資源制作軟件和方法。通過(guò)改進(jìn)傳統(tǒng)教學(xué)資源，旨在增強(qiáng)教學(xué)的靈活性和生動(dòng)性，提升學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和積極性，讓學(xué)生更為直觀地理解和掌握課程知識(shí)點(diǎn)。

國(guó)家林業(yè)和草原局副局長(zhǎng)劉東生在致辭中說(shuō)，森林旅游是綠水青山變成金山銀山的“轉(zhuǎn)化器”，是實(shí)現(xiàn)“不砍樹(shù)也能致富”的“發(fā)動(dòng)機(jī)”，是助力扶貧攻堅(jiān)、林區(qū)轉(zhuǎn)型發(fā)展的“動(dòng)力源”，還是推動(dòng)全域旅游發(fā)展的“主力軍”。

根據(jù)轉(zhuǎn)軸在氣缸蓋上的安裝情況，以上下端為約束，在閥板安裝面上施加垂直于閥板安裝面的力，力的大小為優(yōu)化前后風(fēng)門(mén)閥板上各自進(jìn)氣壓力的最大值。

根據(jù)以上強(qiáng)度仿真分析結(jié)果，優(yōu)化前轉(zhuǎn)軸應(yīng)力最大點(diǎn)出現(xiàn)在上部螺釘孔的位置，最大應(yīng)力35.5MPa，優(yōu)化后的風(fēng)門(mén)轉(zhuǎn)軸應(yīng)力分布相對(duì)較為均勻，最大應(yīng)力6.6MPa，最大應(yīng)力避開(kāi)螺釘孔的位置，上部螺釘孔處最大應(yīng)力4.8MPa?？梢?jiàn)優(yōu)化后的風(fēng)門(mén)轉(zhuǎn)軸與優(yōu)化前相比具有較高的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。

11月6日，科迪華農(nóng)業(yè)科技、陶氏杜邦農(nóng)業(yè)事業(yè)部與中國(guó)（陜西）自由貿(mào)易試驗(yàn)區(qū)楊凌示范區(qū)管委會(huì)正式建立戰(zhàn)略合作伙伴關(guān)系。

優(yōu)化后風(fēng)門(mén)轉(zhuǎn)軸結(jié)構(gòu)強(qiáng)度仿真分析過(guò)程及結(jié)果如下(見(jiàn)圖5、6)：

優(yōu)化前風(fēng)門(mén)轉(zhuǎn)軸結(jié)構(gòu)強(qiáng)度仿真分析過(guò)程及結(jié)果如下(見(jiàn)圖3、4)：

3.2 風(fēng)門(mén)的優(yōu)化

風(fēng)門(mén)在新機(jī)安裝時(shí)與直流進(jìn)氣道兩側(cè)是有間隙的，隨著渦流調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的長(zhǎng)時(shí)間使用，風(fēng)門(mén)轉(zhuǎn)軸及轉(zhuǎn)軸座孔磨損，嚴(yán)重時(shí)風(fēng)門(mén)與直流進(jìn)氣道一側(cè)干涉。為減少風(fēng)門(mén)與直流進(jìn)氣道發(fā)生干涉的幾率，在保證風(fēng)門(mén)面積不減少的前提下，風(fēng)門(mén)寬度略有減小，高度相應(yīng)增加，降低風(fēng)門(mén)與氣道發(fā)生干涉的可能，并根據(jù)風(fēng)門(mén)轉(zhuǎn)軸螺釘孔位置的變更對(duì)風(fēng)門(mén)做適應(yīng)性優(yōu)化(見(jiàn)圖7)。

為判斷優(yōu)化后的轉(zhuǎn)軸強(qiáng)度，對(duì)轉(zhuǎn)軸的受力情況進(jìn)行了如下仿真分析：

某大型公立醫(yī)院構(gòu)建涵蓋能耗監(jiān)控，設(shè)備監(jiān)控，后勤工單管理于一體的一站式后勤信息管理平臺(tái)。其中，能耗監(jiān)控系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)對(duì)水和電的能耗監(jiān)測(cè)，下面詳細(xì)介紹能耗監(jiān)控平臺(tái)的功能。

吹風(fēng)試驗(yàn)將優(yōu)化前、后的渦流機(jī)構(gòu)風(fēng)門(mén)閥板分別打開(kāi)0°、45°、90°，氣門(mén)升程2mm-20mm范圍內(nèi)進(jìn)行試驗(yàn)(見(jiàn)圖8、9、10、11、12、13)，結(jié)果如下：

根據(jù)上述吹風(fēng)試驗(yàn)結(jié)果，渦流調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)優(yōu)化前、后渦流比和流量系數(shù)基本不變，渦流機(jī)構(gòu)的優(yōu)化對(duì)氣道的進(jìn)氣組織沒(méi)有影響。

在白羽肉雞養(yǎng)殖過(guò)程中，由于對(duì)肉種雞相關(guān)傳染性疾病檢測(cè)不徹底，導(dǎo)致這些相關(guān)傳染性疾病普遍存在肉種雞群中。一些相關(guān)疾病可以傳播給下一代，引起下一代隱形感染。

3.3 氣缸蓋的優(yōu)化

1.風(fēng)門(mén)轉(zhuǎn)軸工作條件差，底部轉(zhuǎn)軸孔缺少潤(rùn)滑；

為判斷增加油孔是否會(huì)影響氣缸蓋強(qiáng)度，對(duì)氣缸蓋的受力狀況進(jìn)行了仿真分析如下(見(jiàn)圖15、16、17、18)：

氣缸蓋增加油孔處的最大等效應(yīng)力12.2 MPa、最大主應(yīng)力為8.35MPa、最大切應(yīng)力6.3 MPa，而氣缸蓋材料為HT300NiMoCr，抗拉強(qiáng)度為300MPa，抗壓強(qiáng)度為抗拉的2.5倍以上，氣缸蓋增加油孔處的最大應(yīng)力遠(yuǎn)小于材料的許用極限，在氣缸蓋上增加油孔后對(duì)氣缸蓋整體強(qiáng)度沒(méi)有影響。

3.4 增加用于轉(zhuǎn)軸潤(rùn)滑的結(jié)構(gòu)

通過(guò)油杯與氣缸蓋上的底部轉(zhuǎn)軸孔相連通，用油槍在油杯處加注潤(rùn)滑脂可以到達(dá)底部轉(zhuǎn)軸孔，為轉(zhuǎn)軸在軸孔中轉(zhuǎn)動(dòng)提供潤(rùn)滑。優(yōu)化后的結(jié)構(gòu)裝配圖(見(jiàn)圖19、20)。

3.5 調(diào)整安裝間隙

調(diào)整風(fēng)門(mén)轉(zhuǎn)軸軸向裝配間隙：

在上文中本文分析了施工安全施工的主要引發(fā)因素，所以在預(yù)警管理體系的建設(shè)中需要對(duì)這些因素進(jìn)行全面規(guī)避，預(yù)警管理體系可按照以下方式進(jìn)行建設(shè)：

風(fēng)門(mén)轉(zhuǎn)軸部件的軸向間隙為0.4mm-0.6mm，軸向間隙偏大，風(fēng)門(mén)轉(zhuǎn)軸部件上下竄動(dòng)，使風(fēng)門(mén)轉(zhuǎn)軸磨損嚴(yán)重，轉(zhuǎn)軸及轉(zhuǎn)軸座孔失圓后加劇轉(zhuǎn)軸部件的磨損，形成惡性循環(huán)，最終導(dǎo)致渦流調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)風(fēng)門(mén)轉(zhuǎn)軸磨斷。轉(zhuǎn)軸的軸向竄動(dòng)偏大也是造成風(fēng)門(mén)磨損的原因之一，調(diào)整緊固螺釘控制風(fēng)門(mén)轉(zhuǎn)軸的軸向間隙為0.2-0.3mm，有效改善因軸向竄動(dòng)較大而引起轉(zhuǎn)軸及轉(zhuǎn)軸座孔磨損。

在已有2個(gè)不同時(shí)相的遙感影像的基礎(chǔ)上，此方法可對(duì)比監(jiān)測(cè)出基礎(chǔ)設(shè)施、行政區(qū)劃、地貌等信息的變化，可廣泛應(yīng)用到滿足條件的工作中去，例如：林地變更調(diào)查、青山保護(hù)、國(guó)土監(jiān)測(cè)等，是一種通用的方法。

三葉木通分布于中國(guó)河北、山西、山東、河南、陜西南部、甘肅東南部至長(zhǎng)江流域各省區(qū)。可見(jiàn)它分布遍布全國(guó)各地，樣品采集應(yīng)該來(lái)源于全國(guó)各地，而試驗(yàn)不足之處在于樣品采集的局限性，只收集了鄂湘6個(gè)不同區(qū)域，對(duì)三葉木通遺傳多樣性的研究不是很全面，但是卻為三葉木通種子資源的篩選與開(kāi)發(fā)利用奠定了一定的基礎(chǔ)。

調(diào)整風(fēng)門(mén)轉(zhuǎn)軸拉桿的安裝間隙：

渦流調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)中拉桿與轉(zhuǎn)軸搖臂連接處安裝間隙較大,理論數(shù)據(jù)為2.4mm，通過(guò)調(diào)整墊片調(diào)整間隙，同時(shí)調(diào)整滑塊的尺寸公差，避免拉桿前后運(yùn)動(dòng)時(shí)與滑塊干涉，將間隙調(diào)整為0.1-0.2mm，避免拉桿在水平方向上受橫向力。

4 總結(jié)

優(yōu)化后的渦流調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)經(jīng)使用驗(yàn)證總體使用狀況良好，增加的潤(rùn)滑結(jié)構(gòu)可加注潤(rùn)滑脂到達(dá)底部轉(zhuǎn)軸孔為轉(zhuǎn)軸的工作提供潤(rùn)滑，風(fēng)門(mén)轉(zhuǎn)軸的磨損得到很大改善，可在柴油機(jī)上長(zhǎng)期正常運(yùn)行，即使個(gè)別轉(zhuǎn)軸出現(xiàn)異常情況使磨損加劇，也可保證在至少一個(gè)檢修周期內(nèi)可靠運(yùn)行。優(yōu)化后的結(jié)構(gòu)具有足夠的使用可靠性。

在實(shí)際生產(chǎn)工作中，此次優(yōu)化后的渦流調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)解決了風(fēng)門(mén)轉(zhuǎn)軸易發(fā)生磨損的問(wèn)題，降低了因轉(zhuǎn)軸磨損斷裂進(jìn)入燃燒室造成拉缸故障的可能性，提高了渦流調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的使用壽命，在不影響柴油機(jī)性能的前提下提高了柴油機(jī)的可靠性。該優(yōu)化方案已在TBD620系列柴油機(jī)上推廣使用。

[1]黃佐龍.船用柴油機(jī)常見(jiàn)故障分析與排除[J].哈爾濱：科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2018(5).

[2]華道生.柴油機(jī)問(wèn)題分析[M].北京：國(guó)防工業(yè)出版社，1985.