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柴油機機體應力測試及疲勞試驗研究
閱讀:253 發(fā)布時間:2021-4-8柴油機的主要承力部件是機體,其結(jié)構(gòu)及受力情況是相當復雜。因為其工作條件非常苛刻,所以對設計要求也很嚴格,要有足夠的強度和剛度。本文就是針對一立式直列四缸水冷四沖程廢棄渦輪增壓3噸級民用柴油機機體進行安裝應力和靜態(tài)應力測試及疲勞試驗等分析研究,為其結(jié)構(gòu)設計方案提供可行性依據(jù)。
試驗方法
試驗時把曲軸安裝在機體的主軸承內(nèi),并在第2、3缸安裝缸套、連桿、活塞,使其與氣缸蓋組成一密閉的加載系統(tǒng)。將主軸承蓋及汽缸蓋按該型號柴油機的公司企業(yè)標準-柴油機裝配技術規(guī)范安裝于機體上,氣門用272樂泰膠密封好,以防缸內(nèi)液壓油從氣門中滲出。作出反饋回路,傳感器上安裝阻尼系統(tǒng),以實現(xiàn)伺服回路與試驗組成的液壓回路相匹配。
過程實施
試驗設備選用聚航科技的JHYC靜態(tài)應變儀。
機體的高應力區(qū)為13個危險點,布片位置如圖,其中1、2、3、4、5、6、7、8為應變花,9、10、11、12、25為應變片。
安裝工況:主軸承蓋擰100Nm、150Nm、235Nm;汽缸蓋擰50Nm、80Nm、127Nm,測量并記錄6個工況及各測點的應變值。
對第3缸、第2缸分別施加4MPa、6MPa、8MPa、9MPa、10MPa、11MPa、12MPa、13MPa、14MPa、15MPa的靜態(tài)壓力,測量并記錄10個工況及各測點的應變值。
給2、3缸交替發(fā)火時各缸壓力值組成的載荷循環(huán)進行疲勞試驗。
加載形式:正弦波
載荷:Pmax=13.65MPa
Pmin≤1.2MPa
加載相位:2、3缸相位差為180°,并交替加載
加載頻率:45HZ
循環(huán)次數(shù):1*107
測量結(jié)果分析
對安裝工況、靜態(tài)工況下,機體上各應變片的平均應力數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn),安裝主軸承蓋和缸蓋時,各片應力值不高。當加靜壓時,應力值迅速增加,靠近凸輪軸腔側(cè)的9、10、11號片的應力值均高于靠近主油道側(cè)的12、25號片。其中緊靠凸輪軸腔的10號片應力最高,第3缸靜壓時為66.17MPa,第2缸靜壓時為70.1MPa。
在安裝工況時的最大主應力為位于機體第三缸隔板曲軸座圈部位的1號花105.3MPa,方向角4.55°。
第3缸靜壓15MPa時的最大主應力為1號花108.4MPa,具體方向角4.25°。
第2缸靜壓15MPa時的最大主應力為1號花117.2MPa,具體方向角2.01°。
應力測試分析表明:機體強度能夠滿足該型號柴油機各工況下的正常工作。
疲勞試驗結(jié)果
按上述方式加載,對機體進行疲勞試驗。試驗每進行1小時(約1.6*105次疲勞循環(huán)),檢查機體有無裂紋。當試驗進行至6.76*106次疲勞循環(huán)時,由于第2缸導油筒安裝絲對被拉斷,造成停機。停機后將第1缸上兩絲對取出并安裝于第2缸上繼續(xù)進行疲勞試驗,直至1*107次疲勞循環(huán)。下臺架檢查機體沒有裂紋等損傷。機體的結(jié)構(gòu)強度得到了有效地驗證。
結(jié)論
通過對該柴油機機體的安裝應力和靜態(tài)應力測量分析及疲勞試驗,得出該機型在增壓下的機體結(jié)構(gòu)可靠性滿足使用要求,表明其結(jié)構(gòu)設計方案是可行的。