基于联合仿真的柴油机缸套-活塞环磨损计算分析

为研究柴油机实际工作环境与使用工况对缸套-活塞环磨损影响规律,从某12150型柴油机及其辅助系统实际工作状况出发,建立缸套-活塞环磨损热力学、动力学边界条件仿真模型和动载荷磨损计算模型,开发柴油机工况车载检测系统;采用联合仿真方法建立面向使用工况的柴油机缸套-活塞环磨损计算流程,计算分析缸套磨损分布状况,并以柴油机400 h保险期实验数据进行检验。结果表明:缸套表面磨损状况呈现不均匀分布且差异显著,其分布沿缸套轴向呈锥体形,且上止点附近磨损深度最大,其次为下止点附近,而中部磨损较小;磨损分布沿缸套圆周方向则近似呈椭圆形,其主、侧推力面磨损深度最大;缸套径向最大磨损深度计算值为47.9μm,位于上止点曲柄转角9°处,实测均值为50.3μm,计算误差为4.77%,验证了计算模型的正确性;其中第一道活塞环(梯形环)对缸套的磨损作用最大,第二道环次之,第三环作用最小。     

多缸柴油机缸套-活塞环磨损不均匀性计算分析

为研究多缸柴油机实车使用中各缸磨损分布状况,建立某12150型多缸柴油机缸套-活塞环磨损仿真计算模型,并进行验证。通过联合仿真计算得出:多缸柴油机各缸的缸套-活塞环磨损热力学参数(燃烧温度、燃烧压力、缸套壁温和冷却水温)和动力学参数(油膜厚度、微凸体载荷)差异显著,造成各缸套表面磨损不均匀,其中1缸磨损最为剧烈,最大磨损深度位于曲轴转角9°所对应位置,额定工况点工作400 h后磨损深度为51.22μm,其次为第5、4、3、2缸,6缸磨损最轻,其轴向最大磨损深度为39.37μm,相比1缸下降了23.14%。主要是由于1缸进气最晚且存在冷却死区,使得缸内燃烧状况最差,缸套壁面温度高、硬度低,润滑油膜薄,导致摩擦副微凸体载荷大,磨损深度最大;而6缸进气最早且冷却状况最好,综合作用使得该缸套磨损深度相对最小。因此,可确定1缸缸套上止点9°主、侧推力面磨损深度作为12150型柴油机缸内技术状况检测及磨损量计算的依据。     

环境与工况对柴油机缸套-活塞环磨损的影响

为研究柴油机实车使用状况下缸套-活塞环磨损规律,建立某12150型多缸柴油机面向使用工况的缸套-活塞环磨损仿真计算方法并进行验证,研究环境与工况参数对缸套磨损的影响规律。结果表明:大气温度升高,缸套磨损深度呈现先减小后增大的趋势,气温-5℃时磨损最小,与-35℃相比下降了5.89%,与40℃相比下降了9.15%;大气压力降低,缸套磨损深度先减小后增大,气压80 kPa时最小,与100 kPa相比下降了6.45%,气压50 kPa时磨损最大,与100 kPa相比升高了8.48%;缸套磨损深度随柴油机转速升高而呈现出增加的趋势,在1 600 r/min时出现极小值点,转速为2 000 r/min相比1 200 r/min磨损深度增加了46.76%;柴油机负荷增加引起缸套磨损深度不断增大,100%负荷时较20%负荷的磨损深度升高了133.96%。