高强化柴油机活塞销孔型线设计及试验研究
引言
为了适应不断提高的发动机排放及性能要求,柴油机活塞所需承受的最高爆发压力已经达到25 MPa以上,甚至有不断提高的趋势[1-4]。在高温、高压交变负荷的工作环境下,活塞销孔作为承载最大机械应力的关键部位将面临着更大的考验,不断发生的高强化发动机活塞销孔疲劳开裂失效也印证了这一事实[5-7]。因此,必须采取相应措施来提高活塞销孔的承载能力。在提高活塞的材料性能受限的情况下,通过优化活塞销孔设计来改善销孔的压力分布成为提高活塞销孔承载能力的最有效措施[8-14]。
通过有限元模拟分析,对比研究了不同活塞销孔型线对销孔接触压力的影响,并进行了活塞销孔液压脉冲机械疲劳试验,验证了模拟分析结果的可信度,确定了活塞销孔可承载的极限载荷范围。该研究对发动机活塞的销孔设计、分析计算及试验方法等方面都有重要的现实意义。
层次分析法是国际关系研究的重要方法,肯尼迪·沃尔兹认为战争的爆发与决策者个人、国家和国际系统三个层次的因素相关[10]。进入 21世纪以来,随着中美实力差距的缩小,有关中美两国是否会陷入“修昔底德陷阱”的讨论日益增多。因此,笔者拟从体系层次、国家层次和个体层次三个层次对这一问题进行分析。
1 活塞销孔型线设计
图1 销孔型线示意图
活塞在工作状态时,热负荷及机械负荷会使活塞销孔发生变形,成为外侧小、内侧大的圆锥梯形,而活塞销也会因为压力产生较大的弯曲变形。为了使在工作状态下变形后的活塞销和销孔之间有合理的配合间隙,从而能够有效地形成液体动力油膜润滑,避免销孔压力过高而出现干摩擦现象导致磨损甚至开裂失效。高强化柴油机活塞一般不采用正圆柱型的销孔结构,通常将销孔内、外侧设计为喇叭型结构,如图1所示。
其中BC段为直线,此段销孔为圆柱形,其直径为销孔名义直径;AB段和CD段分别为不同系数的幂函数曲线,其曲线方程如分别如式(1)、(2)所示:
1)合理的销孔型线可以明显减小销孔的最大接触压力,改善压力分布,有利于销孔润滑油膜的形成,避免出现干摩擦现象。
y外=ax2,
(1)
内侧CD段:
y内=bx2,
(2)
图2 活塞销孔型线
式中:a、b为系数,根据以往的设计经验及失效案例,此活塞磨损或开裂失效通常发生在销孔外侧,因此对销孔外侧型线进行优化,其优化方案销孔型线如图2所示,销孔内侧最大增量约为0.016 mm,初始方案V1外侧最大增量约为0.014 mm,V2、V3最大增量则分别为0.018 mm、0.042 mm。
2 有限元模拟计算
利用UG软件建立了精确的活塞、连杆小头及活塞销3D数字化模型,通过Ansys有限元分析软件对模型进行网格划分,其中将活塞销孔网格进行细化处理,并将活塞销孔与活塞销、连杆小头与活塞销之间定义接触对,通过迭代计算得到活塞销孔接触压力如图3所示。
图3 销孔接触压力模拟计算结果
表1 销孔最大接触压力
方案最大接触压力/MPa相对于V1变化率/%V1127.9—V2116.0-9V3103.3-19
由计算结果可知,三种型线设计方案的活塞销孔最大接触压力都出现在销孔外侧上部,初始设计方案V1活塞销孔最大接触压力为127.9 MPa,且压力分布面积较小,易产生应力集中,V2方案活塞销孔最大接触压力有所降低,其值为116.0 MPa;而方案V3活塞销孔最大接触压力为103.3 MPa,相对于V1降低了约19%,且接触面积分布更均匀,表1所示为三种方案活塞销孔最大接触压力值。
3 活塞销孔液压脉冲疲劳试验
3.1 试验装置
通过试验结果可见,在进行第一次试验后V1方案活塞销孔上部外侧出现了明显的磨损,而V3方案活塞销孔接触状况良好,试验结果也很好的验证了有限元分析的可信度。因此,继续对V3方案进行销孔液压脉冲阶梯载荷疲劳试验,对其疲劳强度及可承载的最大极限压力载荷情况进行考核。
该试验装置主要有能源动力系统、计算机控制系统和试验主机三部分组成。其中,能源动力系统可提供最大28 MPa 液压压力;计算机控制系统包括控制主程序、模拟及反馈控制单元等;试验主机主要由试验平台上固定的单缸活塞运动副组成,其中缸套采用与缸套内径尺寸相同的特制高压油缸代替,固定在试验平台上,连杆采用与连杆小头尺寸相同的工装代替,活塞、活塞环活塞销均采用发动机正常使用的部件,如图4所示。
图4 销孔疲劳试验装置
3.2 工作原理
根据液压脉冲阶梯疲劳试验结果分布,通过计算得到置信度在95%时,V3方案活塞在满足循环寿命要求前提下所能承受的极限压力载荷为24 MPa。
SPOC模式通常也被称作私播课。这种模式可以理解为有限度开放的校内在线课程。私播课的建设主体一般为校内教师团队或教育机构,只对校内学生开放。私播课的教学应用可分为两种类型:线上学习和混合式教学。
图5 销孔疲劳试验机工作原理
液压伺服阀将输入进来的电流信号转换为液压输出能,使工作腔内的液压油达到控制系统所需求的压力;伺服控制器与放大器对系统输入、输出的信号进行校正、比较与放大。通过压力传感器来测量活塞顶部和内腔所受到的压力大小,并将此结果反馈到控制器,控制器通过所反馈的压力信号进而控制流入到活塞顶部和内腔的液压油的流量,通过调节流量的大小来控制工作腔内的压力变化,从而实现了闭环的反馈控制。
3.3 试验方法
为了模拟活塞在气缸中在实际工作循环中所受的燃气压力,对其顶面施加机械负荷p1;施加在活塞底部的压力p2,可以模拟柴油机运行过程中活塞受到的惯性力,压力按照正弦波施加,如图6所示。
仪式、表征、变迁与功能:一个汉族村落丧葬活动的人类学考察……………………………………………………徐俊六(17)
活塞销孔疲劳试验过程中,使用变载荷阶梯试验法,研究活塞销孔在满足循环寿命要求的前提下所能承受的极限压力载荷。发动机最大爆发压力p0为18 MPa,疲劳试验第一次加载载荷p1为p0的1.2倍,若在107次循环下发生失效,则采用低一级的载荷条件下进行试验,否则在高一级的载荷条件下继续进行试验,如此反复进行,试验参数如表2所示。
[5]郑永刚,马学军,马呈新,等.有限元分析与疲劳评价在活塞开发中的应用[J].柴油机,2005,27(3):21-23.
图6 销孔疲劳试验载荷相位示意图
表2 试验参数
参数数值活塞最大爆发压力/MPa18顶部压力/MPa22底部压力/MPa1.8试验频率/Hz15循环次数1×107
3.4 试验结果
图7 V1和V3单次销孔疲劳试验结果
根据有限元模拟计算结果,V3方案相对V1活塞销孔接触压力明显降低,且接触分布情况也有所改善,因此对初始方案V1和优化方案V3进行销孔液压脉冲疲劳试验,初次试验载荷为22 MPa,107次循环试验后活塞销孔如图7所示。
目前,国内外对活塞销孔进行非台架机械疲劳试验主要采用液压脉冲机械疲劳试验装置。此试验装置可通过模拟活塞在发动机缸内爆发压力状态下循环施加载荷,以考核活塞销孔的疲劳强度。
图8 销孔阶梯疲劳试验分布图
对V3方案活塞进行阶梯载荷疲劳试验的结果分布如图8所示。显然,压力为22 MPa的第一次试验T1和23 MPa时的3次试验均没有发生失效;压力为24 MPa时的4次试验中有两次通过试验,两次发生疲劳开裂失效,而在压力为25 MPa时进行的两次试验均发生疲劳开裂失效。
活塞销孔疲劳试验机的工作原理如图5所示,液压泵站产生的高压液压油通过模拟控制单元所控制的电控伺服阀提供液压动力进入到高压油腔,计算机发出控制信号来驱动电控伺服阀,电控伺服阀驱动直线作动器在电脑上输出压力的波形。
图9所示为试验后活塞销孔探伤结果,试验T3、T6、T8、T9均出现了疲劳裂纹。
演唱会音乐,一般均拥有一定的人数规模,并在观众面前进行现场音乐表演。演唱会对于音乐爱好者而言,是一个狂欢的活动。在现场,他们的情绪可以得到尽情的释放,如激动、悲愤等。据资料显示,近年来,演唱会音乐已逐渐发展为音乐产业中重要组成部分,且门票销售收入一直呈持续增长的趋势。此外,由演唱会演变的音乐节,成为音乐产业中的一匹黑马脱颖而出。音乐节的出现,对音乐和表演者而言,将重新包装提升其价值,从而获取更多的利润。到目前为止,已举行百余场音乐节,预计未来将会达到更多。
图9 疲劳试验后销孔探伤图
4 结论
外侧AB段:
2)V3方案活塞销孔外侧型线增量增大后,接触压力减小了约19%,对于改善活塞销孔磨损效果明显。
3)通过有限元模拟计算和活塞销孔液压脉冲疲劳试验等方法,可以快捷有效地校核活塞销孔疲劳强度、确定活塞销孔可以承受的极限载荷,节省了设计开发时间及成本。
参考文献:
[1]田小青,刘世英,张文利,等. 柴油机活塞异型销孔结构设计与疲劳试验的综合性研究[J].内燃机工程, 2008, 29(1):52-55.
他坐在床沿。小涵的一只手正挂着点滴。他本想握住,但是最终放弃了念头。你怎么这么不小心?下楼应该慢一点,你的鞋跟高得吓人的。他对着眼皮底下的妻子说道。自从他无意看到她手机里的那些短信后,整整四年,他没有这样近距离地面对她。即便是有几次面对她浴后刹那裸露的身子时,他也远遁了以往的欲望。这一切早已归属别处。
[2]Silva. Fatigue on engine piston-a compendium of case studies[J].Engine failure analysis,2006(13): 408-492.
[3]刘世英,田小青,潘凤敏. 发动机活塞销座机械疲劳机理的研究[J].汽车工程,2014, 36(1):57-60.
相比明面上贷款利率的上升,获取资金难度加大是目前不少民营企业更大的痛点。去年下半年以来,受债券违约、股权质押平仓风险等影响,金融市场和金融机构对民企的风险偏好下降,民企整体融资出现困难,影响了企业流动性。
此外,对于教材内容蕴含的德育内容,我们可以通过学生朗读的过程让学生充分感受和体会到德育知识。朗读是我们语文教学的一部分。在朗读的过程中,学生对教学内容能够有更好的情感体验,使自己置身于教学内容所营造的情感氛围中,从而可以更好地感受到教学内容所蕴含的德育思想。
[4]马学军,马呈新,郭伟.适应欧Ⅲ要求的柴油机活塞结构设计[J].山东内燃机,2006, 23(2):11-13.
[6]田永祥. 发动机活塞三维有限元分析[J].内燃机工程,2004, 25(1):62-65.
[7]石宏娟. 发动机活塞销孔结构改进的有限元分析[D].山西:中北大学,2009.
[8]刘畅,张卫正,刘雨薇. 高强化柴油机活塞异型销孔结构设计与试验研究[J].车用发动机,2011(5):18-23.
[9]王世利,刘小斌,丁文开,等.活塞销孔结构对销孔承载能力影响的研究[J].内燃机与动力装置,2013, 30(1):1-3.
[10]王世利,吴义民,刘小斌.重型车用柴油机活塞销孔可靠性分析[J].内燃机与动力装置,2011, 28(6):17-21.
[11]潘凤敏.活塞销座疲劳及可靠性研究[D].山东:山东理工大学,2013.
实际上,中国现当代文学一直是中文学科的热门,研究者日众,成果规模庞大。十多年前,学界就有一种说法,形容研究出新之难:现代文学这座山上的每一片叶子,都已经被摸遍了。这确实令人沮丧,但不一定是全部事实。对很多作品的评价也许已经盖棺定论,但是这其间,作品的诞生、人与人之间的命运际会却总能打破我们的刻板印象。
[12]张文利. 活塞销孔结构设计与试验研究[D].山东:山东大学.2006.
设置均衡室入口inlet条件为速度入口,其值为不同喷浆速度下对应的进口速度。唇板出口outlet条件为压力出口,唇口与大气直接相连,故表压力设为0。沟槽辊和导流板的壁面(wall-move)设置为Moving wall,旋转轴为+Z,即辊子沿逆时针方向旋转。其他面均设定为无滑移、绝热的壁面,所有壁面粗糙度设为0.0016 mm,对整个流场沿Y轴负方向施加重力(9.81 m/s2)。
[13]胡玉平,王恩浩,王任信,等. 活塞销座孔表面压力分布规律试验分析[J].上海交通大学学报,2013, 47(8):1318-1322.
[14]刘世英. 内燃机活塞机械疲劳损伤与可靠性研究[D].山东:山东大学,2007.
二是充分尊重民意。按照村级申报、乡镇统筹、县级把关的原则,确定项目建设地点和建设内容,最大程度地满足农民群众生产生活需求。老河口市通过印发致农民朋友的公开信,把农田水利建设项目投资政策和建设要求告知农民,保障农民知情权;项目的选择和建设内容通过村民议事会确定,做到农民的事情农民定,保障农民决定权。