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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：P_max=13.65MPa

P_min≤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。