抑制柴油機(jī)氣缸套的振動(dòng)防止氣缸套穴蝕

1、| 維普資訊 h ttp:/44酬年第3期（總第303期）運(yùn)用檢修&抑制柴油機(jī)氣缸套的振動(dòng)防止氣缸套穴蝕 怡塔，站 日本癥徹,前田廣m s珊評從柴油機(jī)扳動(dòng)入手*遞步深入地分析了吒牡套穴社的產(chǎn)生機(jī)理，滯出穴處的主要廉園 是繪塞敲擊缸套從而便虹套嚴(yán)生轅動(dòng)，進(jìn)一步使術(shù)套中冷哥水產(chǎn)生穴tkifeo從降抵激 換力彌改進(jìn)缸套、氣枇體結(jié)構(gòu)兩方面入手，介紹了穴迪陸止播施乜分析過程中使用了有限 元技術(shù)。| 維普資訊 h ttp:/44酬年第3期（總第303期）| 維普資訊 h ttp:/44酬年第3期（總第303期）關(guān)st詞癥魚 堡輕匚 逵電 吏限尤法1柴油機(jī)和振動(dòng)柴油機(jī)一般被看作是振動(dòng)、噪聲源，控制振

2、 動(dòng)、噪聲是設(shè)計(jì)時(shí)最關(guān)心的事悄之一口本例對柴池機(jī)振動(dòng)何題中的氣缸套振動(dòng)進(jìn) 行分析井介紹對其進(jìn)行改逬的情況°-股往境內(nèi)燃機(jī)的活塞在氣缸套中不僅僅 是單純上下運(yùn)動(dòng)'還由于連桿的傾斜引起的橫 向力（推力）柞用會(huì)引起橫向運(yùn)動(dòng)，從而造成活 塞對氣缸套產(chǎn)生沖擊作用，即嚴(yán)生所謂的活塞 厳和現(xiàn)象。由于沖擊產(chǎn)生氣缸套的振動(dòng)傳播到 柴油機(jī)表面曲為嚴(yán)缸噪聲，是柴油機(jī)噪聲大的 原因之一，同時(shí)還會(huì)在氣缸套水腔測引起穴燭。2汽缸套的穴燭對于水檜式柴袖機(jī)，在氣缸休水腔側(cè)，由于 柴油機(jī)朗運(yùn)轉(zhuǎn)會(huì)引起微小吒泡*即產(chǎn)生穴蝕氣 泡，當(dāng)它們崩裂時(shí)沖擊氣缸套和氣缸體表面，會(huì) 產(chǎn)生如圖ii所示的許多小孔狀的損撈口這種現(xiàn)

3、象和化學(xué)腐蝕現(xiàn)象的穴蝕是有區(qū)別的，所以稱 其為物理損壞的穴蝕。1有穴燭損傷的氣缸套產(chǎn)生穴恤時(shí)*極端情況會(huì)有費(fèi)穿氣缸套和 氣缸體的損傷;役卻水流人氣缸內(nèi)產(chǎn)生水錘現(xiàn) 象:冷卻水涌到柴油機(jī)外面或漏到凸輪箱而造 成險(xiǎn)卻水量不足，以及機(jī)袖劣化的重大事故&所以李文以有氣缸套穴蝕的實(shí)用柴袖機(jī)為 例.分析其主要原園并對抑制激振力、改進(jìn)結(jié)構(gòu) 的情況加旦介鋁。3穴燭的主要原因分析分析所用的柴油機(jī)的主要參數(shù)見表屛柴 油機(jī)為4沖程水冷口在試驗(yàn)柴油機(jī)上安裝的振| 維普資訊 h ttp:/44酬年第3期（總第303期）| 維普資訊 h ttp:/45（國外內(nèi)燃機(jī)車）!斕年第3期（總霽購期| 維普資訊 h ttp:

4、/| 維普資訊 h ttp:/動(dòng)加速度傳爾器和水壓力樸感器如圖2所亦。衷1試鑒樂油機(jī)的主要參做汽缸數(shù)3si徑 xfrg（mra）155x180標(biāo)定轉(zhuǎn)連（r/nrift）1700標(biāo)宦功車ckw）100e2試鯊樂抽機(jī)的傳感黯安裝位置加速度fftfisi水壓力ft»isr虹宴03.1在柴油機(jī)停機(jī)時(shí)的冷卻水壓力穴蝕損佚的主要原因和船用螺雄槳等一 樣，是由于施速變化帶來的局部壓力變化門引 起的口因此，在柴油機(jī)不運(yùn)轉(zhuǎn)的情況下，貝用機(jī) 上冷卻水泵驅(qū)動(dòng)，昶捷了袴卻水壓力*結(jié)果如圖 3所示&但是所得的壓力變化幅值很妙，與冷 卻朮靜壓llokpa相比可忽略不計(jì)，可知其與穴 蝕氣泡的產(chǎn)生幾乎無關(guān)口

5、1 uh i i i i |l i i i m+44»4444-444i-+frh篥柏機(jī)停機(jī)時(shí)的禪卻水壓力波形3,2柴油機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的冷卻水壓力實(shí)際柴油機(jī)在標(biāo)定負(fù)荷工況運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)冷卻水 壓變毗如圖4所示，能觀嘉到在柴油機(jī)循環(huán) 的待定相位有大的水壓變化，其中可見在爆發(fā) 上止點(diǎn)有最大的水壓變化“將這部分放大如圖 5所示©由圖可見,a-b與冷卻水靜壓幾乎相 同*并由此產(chǎn)生水壓降低（圖中b-c）；接著水 壓降低到如圖中虔城（表示飽和蒸汽壓力人并 有幾乎一定的保壓過程（圖中od）t其后壓力 出現(xiàn)急劇上齊（圖中d-e）和出現(xiàn)高拡變化（圖 中 e-f）o圖4冷卻水壓力變化和咒缸套振動(dòng)理度t缸內(nèi)圧

6、力（mpa）l勺切昏握動(dòng)連度v （亦山變卻水壓力變it 3. （kp*）恥蚩打黒上止點(diǎn); 曲軸轉(zhuǎn)揚(yáng)0人r1卜edt1 1 i jhl b> j =-，- jr:b j j >ai* ajlf1glj-nf/ s11 ._kj:11 1111 llftl"°i111沏1od®。 r£e欄出蓋市殲夕于“為直轉(zhuǎn)；圖予耀疑行程上止點(diǎn)附近的冷卻水壓力變化<d冷卻水壓力（kpi）r飽和薫訊壓；曲軸轉(zhuǎn)角|維普浚訊 n口p:|48(聞外內(nèi)離機(jī)車)1期年第3期(總第333 ®)?e- >®旦際叵k/2rch1b0(f, tdc3

7、60(dto)®也就是說，可以斷宦d間產(chǎn)生了穴燭 氣泡,其后拎卻水壓力恢復(fù)，氣泡崩裂，發(fā)生了 高頻沖擊波。3.3振動(dòng)和水壓變化的關(guān)系由圖4的水壓變憂波形和氣缸套擁前速度 披形的比較可帥，兩者是非常相似的乜圖&所 示的氣缸套振動(dòng)速度和冷卻水壓力變化的關(guān)系 存在很離的相關(guān)性。而表示氣泡產(chǎn)生的部分* 其與缸套撮動(dòng)之間的比例關(guān)系遭到破壞，這是 由于氣槪的發(fā)生而使圖5cd間存在壓力保 持區(qū)的緣故口dd.os0 100 席，0.2de 6氣何邸振動(dòng)速度和冷卻水壓力變化的關(guān)塞馬卻水變化壓力"（眼*乜誑窪按度速莊v產(chǎn)主氣翹危宙h謹(jǐn)一步將氣缸套撮豹速度卩變換成水莊 力變化幾則有以下的

8、關(guān)系式：、p = pcv（1）式中q拎卻水密度；c拎那水中的聲蓮圖6的點(diǎn)劃線表示（1）式，可知?dú)飧滋渍駝?dòng) 速度和冷卻水壓力變化能滿足（1）式。3,4氣缸套振動(dòng)前激振源使氣缸休水腔側(cè)產(chǎn)生穴蝕氣泡的氣缸套振 動(dòng)妙圖4所示在1個(gè)循環(huán)中有幾個(gè)峰值=作為 這種闔歇振動(dòng)的壬要原因可以斷定是活塞敲 擊圖7所示是用試驗(yàn)柴油機(jī)測量岀的潔塞橫 向運(yùn)動(dòng)和氣缸套振動(dòng)，振動(dòng)的峰值都是在活塞 推力側(cè)（在氣缸內(nèi)作用有最高壓力時(shí)活塞受橫 向力的方向）相反的非推力側(cè)作用時(shí)產(chǎn)生的。 由此可知，宙于活塞橫向運(yùn)動(dòng)和氣缸套沖突而 便活塞敲擊缸套產(chǎn)生丁氣缸套振動(dòng)a圖了活塞諼擊和板套振動(dòng)恬宴樹向也程d （沖1）：吒虹蠢攝動(dòng)速度v w 譏啟

9、抽轉(zhuǎn)角（嘰4減少氣缸套振動(dòng)的措施根據(jù)主要原因分析結(jié)果若減少氣缸套振 動(dòng)將能夠防止穴蝕損怖*般來講，為咸小振動(dòng)，有兩方面措施：- 是抑制產(chǎn)生這弼振動(dòng)的力；二是改變振動(dòng)體第 掏。本文針對這兩個(gè)方面對在設(shè)計(jì)階段減小撮 動(dòng)的措施加臥敘述。4,1減小澈振力為在設(shè)計(jì)階段能對嶽振力進(jìn)行評價(jià)進(jìn)面 減小激握力，制作了如圖呂所示的活塞敲擊分 析模型氛心、對于這種分析模型，根據(jù)敲擊力 的實(shí)灣值和計(jì)算值一致的原則來確定各部分的 摩擦力和油膜壓力由于活塞下部變形引起的 弾性常數(shù)由圖9所示的一半活塞的三維有限元 摸型計(jì)算求出=4.1油厲作用從計(jì)算模型可知*活塞銷附近的油膜影響 非常大，總的來看,活塞銷附近的油膜壓力變沖

10、擊力就會(huì)大幅度增大°所以,為明確其影響，如 圖10&）所示在活塞下部設(shè)置油環(huán)，用僅在話 塞下部形戚有效油膜的活塞柞發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。這*發(fā)壓力；往復(fù)盜動(dòng)慣性力$慣性力活塞 増虹噸擦力匚推方；活蹇環(huán)摩擦力1上窗j油膜 壓力；f部櫥鎮(zhèn)壓力。圖9活塞的三維有限元換型時(shí)的氣缸套振動(dòng)速度波形與標(biāo)準(zhǔn)活塞時(shí)比較如 圖1】所示亠可知由于油環(huán)阻礙了活塞銷附近 的濁膜形成，實(shí)際上大幅度增加了氣缸套振幼u(yù)(a) t*t<'j>jri l（b） t才幻円常忖上帕2"圖10改變油si壓力的活塞（a）下冊投再福殲：（b）下那有油環(huán)"釉環(huán)；浦膜.,下忖l-下bw十訶ab衣

11、lr0.40o.jo0.dd-0.200.20訶-aeo«-180o1jm3605<0f toc（o toc>ffl 11不同油膜的吒fcr套飯動(dòng)連度變化吒就窘按動(dòng)連度y曲軸轉(zhuǎn)角e）i節(jié)和育油環(huán)；下都無灌坤。4.1_2活塞型線支配活塞運(yùn)動(dòng)的主要原因之星活塞上下方向的型線性質(zhì)?；钊途€形響活塞橫向運(yùn)動(dòng)(*' ”齊® 12試逍活墓數(shù)線2） afl; b#g變化的典型活塞形狀實(shí)例如圖12所示*在爆發(fā) 行程上止死點(diǎn)附近活塞橫向運(yùn)動(dòng)情況如圖13 所示這時(shí)的氣缸套振動(dòng)如圖14所示。由于改 變活塞上下方向的型線,就改變了活塞敲擊模 式，其結(jié)果對氣缸套是改變了沖擊力，可

12、以推斷 也會(huì)改變氣缸套的振動(dòng)。©亙§©1?屋*® ! ， 1»a n ""如茁拍126i?為 tic -llri a 4 阪wum16 i 丨 i i i _t 8 4 2 0 2 4 宀 廠一丄l, y® ieieieele!e!e®r 皿 d-1-lm? ««5re1?0_18® -14a - 1?-10®®!§鶯倉|§伺； .-flf 二 q 2 4 丹 i !-; : i tabi 亙叵13不同活塞取線活塞橫向運(yùn)動(dòng)變化曲軸轉(zhuǎn)角(b); <2：t:推力側(cè)；a：非推力«n; (a) as； (b) b5!&4.2氣缸套、氣缸休的結(jié)構(gòu)若提高氣缸套、氣缸體的剛度，有可能會(huì)抑 制吒缸套的振動(dòng)。但是,近年來對發(fā)動(dòng)機(jī)的輕 型化、小型化要求提高，需要用比較薄的氣缸套 同時(shí)要求能確保剛度，所以就需要合適的剛度 匹配技術(shù)。因此采用有限元模型，根據(jù)振動(dòng)預(yù)測方