浅析柴油机气缸套穴蚀和断裂的形成及预防措施

气缸套穴蚀、断裂是柴油机工作中常常出现的故障,为了减少气缸套出现穴蚀和断裂,降低柴油机故障率,减少用户经济损失,文章对气缸套穴蚀和断裂故障的形成进行了分析,并提出了有效预防措施。     

齿轮点蚀破坏中磨损与振动关系的试验研究

利用铁谱分析技术和振动分析技术中的时频分析方法研究了模拟点蚀故障齿轮磨损与振动的关系。分析结果表明点蚀齿轮磨损和4个时域特征值从一面一点、一面三点到多面多点依次变大,多面多点蚀齿轮磨损严重,磨粒数量最多;点蚀齿轮出现以输入输出端的啮合频率为中心,以转频为调制频率的边频带。齿轮磨损与振动相互关联,磨损量的变化率与振动方差变化率在3种点蚀齿轮中表现明显;但磨损量的增长率不仅与齿面点蚀的程度有关,还与点蚀的齿数有关;而齿轮的振动强度与齿轮齿面点蚀的程度最相关,即齿面点蚀破坏越厉害,振动越剧烈。     

以6240柴油机为例谈工程机械设备缸套穴蚀成因与预防

本文以6240柴油机缸套穴蚀情况为例，对缸套穴蚀产生原因深入分析后，探讨通过制定预防措施，从而逐步消除缸套穴蚀故障。     

点蚀故障对齿轮传动系统噪声的影响

针对不同数滚机床齿轮齿面点蚀故障严重程度对齿轮传动系统噪声的影响,基于赫兹理论力学模型,运用ABAQUS创建了齿轮副的应力仿真分析模型,求解在未点蚀及不同点蚀故障严重程度下齿面最大接触应力,并对比了传动扭矩对不同点蚀故模型最大接触应力的影响。开展了不同齿面点蚀故障齿轮模拟工况下的噪声测试实验,通过对比齿轮副试样噪声的敏感性分析不同点蚀故障严重程度的影响。有限元结果表明,传动扭矩与齿面最大接触应力呈线性关系,点蚀故障越严重,齿面点蚀区域接触冲击应力越大;齿轮故障噪声测试实验研究结果则表明,基于微点蚀、点蚀失效形式之间存在的竞争机制,点蚀故障越严重,对应的噪声曲线峰值越大;随着齿轮负载、转速的增大,点蚀故障齿轮噪声也逐渐增大。     

用胶粘剂修补水冷式柴油机气缸套

水冷式柴油机气缸套由于机体振动及冷却水循环冲刷，常会在气缸套上、下密封口附近产生单侧穴蚀现象。时间一长，穴蚀点逐渐扩大、加深，最终导致气缸套向气缸内漏水。如发现不及时，将导致润滑油全部乳化失效，造成曲轴、连杆瓦烧结等恶性事故。 我单位使用的上海柴油机厂生产的２１２Ｖ１８０型柴油机，气缸套多次发生穴蚀现象，我们运用ＡＲ胶粘剂对穴蚀点进行了修补，已装机运行一年多未发生渗漏情况，具体介绍如下。 准备工作 刷净水垢将气缸套穴蚀点及附近用钢毛刷刷去水垢（特别是穴蚀孔内的水垢），并用棉布将刷下的水垢擦干净。 预…     

点蚀作用下变位行星齿轮系统动态特性研究

以某行星齿轮系统为研究对象,考虑实际工况下的齿轮安装变位特征,建立点蚀作用下故障齿面的啮合刚度有限元分析模型。分析不同点蚀位置、点蚀尺寸对行星变位齿轮啮合刚度影响,并以时变啮合刚度和传动误差作为综合输入激励,对行星齿轮系统进行动力学响应求解,研究点蚀特征对变位行星齿轮系统振动特性的影响。研究结果表明:点蚀显著降低啮合刚度,在啮合周期内,点蚀在齿根位置的啮合刚度变化最显著,且点蚀坑尺寸越大,啮合刚度减小越多;各点蚀区尺寸下的平均啮合刚度,都随正变位增大而减小,负变位增大而增大;点蚀对系统振动响应的影响主要表现为频谱上的故障频率及其倍频成分,且故障频率及其倍频的幅值随点蚀坑尺寸增加而增大,随正变位增大而增大,负变位增大而减小。此外,随着点蚀坑尺寸增大,Kurtosis值和RMS值均增大,但Kurtosis值对点蚀故障更灵敏。     

斜齿轮疲劳点蚀故障动力学仿真与诊断研究

齿面点蚀是斜齿轮的主要故障之一。不同齿面及不同程度的点蚀故障诊断需要大量的实验数据支撑。提出一种仿真与实验相结合的方法，对斜齿轮齿面点蚀程度和数量进行故障识别。建立了单齿面点蚀和多齿面点蚀等不同点蚀故障类型的斜齿轮动力学模型，对动态响应信号进行包络谱分析，得到了不同点蚀故障类型时域和频域的特征响应规律。对齿轮接触疲劳实验振动信号进行特性分析，验证了斜齿轮点蚀故障动力学模型的准确性。结果表明，齿轮点蚀故障动力学模型可以对单齿面不同点蚀程度和多齿面点蚀进行诊断识别，为传动齿轮故障诊断与健康预测提供诊断依据。     

基于全齿廓的行星齿轮点蚀故障时变啮合刚度计算模型

当齿轮产生点蚀故障时,其时变啮合刚度变化导致的振动响应特征是实现点蚀故障诊断的重要依据,而准确的齿轮几何模型对于齿轮时变啮合刚度的计算精度具有重大意义.推导了内、外啮合齿轮的齿廓方程,提出了基于全齿廓的行星齿轮点蚀故障时变啮合刚度计算模型,有效解决了简化模型中需要齿数判断和精度较差的问题,提高了行星齿轮时变啮合刚度计算精度,为行星齿轮点蚀故障的动力学建模、故障机理分析及疲劳寿命分析奠定了理论基础.     

柴油机汽缸套穴蚀的原因及预防措施

1台SWDM-22型旋挖钻机,配置康明斯M11-C330型柴油机,已累计运转7500h。该钻机在施工中,出现因柴油机油底壳内有水而无法启动的故障。解体柴油机后,发现其6个湿式缸套都有不同程度的穴蚀,个别部位穴蚀还比较严重。     

齿轮传动疲劳点蚀失效的试验研究

应用齿轮试验机进行齿轮传动疲劳点蚀试验,研究齿轮疲劳寿命的分布类型,确定分布参数,并计算可靠度及可靠寿命;建立齿轮传动系统中疲劳点蚀故障的随机过程模型,研究齿轮疲劳点蚀故障的分布特征、趋势特征。结果表明:齿轮疲劳寿命为对数正态分布;齿轮疲劳点蚀失效首先是一个更新过程,通过进一步的检验分析,其寿命特征没有呈现出增大的趋势,即齿轮故障模型不是一个非时齐的泊松过程,通过验证,该过程为时齐泊松过程。     

不同进口压力下柴油机非对称喷嘴内部流动特性的数值分析

采用流体动力学欧拉多相流模型，模拟了不同进口压力下柴油机喷油器非对称喷嘴内部流动特性，研究了喷嘴各孔出口处气相体积分数和质量流率分布特性。结果表明：喷嘴内部形成了均匀的雾化场，喷嘴出现空化的气相体积比和压力差上升速度都表现为孔1孔、5孔、2孔、3孔、4孔逐渐降低变化，并且空化现象基本都出现在转角上部。喷嘴各孔质量流率均随进出口压力差表现出单调增加的变化规律，之后趋于一定的稳定。在进口压力30 MPa下，压力增大后将会促进质量流率的升高；在80 MPa的进口压力下，质量流率不会发生显著改变；随着进口压力达到160 MPa，质量流率处于一个恒定状态。     

不同燃油温度下柴油机喷嘴空穴流动特性试验研究

作为喷射系统的终端,喷油器内部的空穴流动对燃油雾化具有重要影响。采用比例放大透明喷嘴,研究不同燃油温度对喷嘴内空穴流动及其对近场喷雾的影响。引入无单位参数空穴数表征喷油器内燃油空化程度,研究发现燃油温度升高,其空穴初生时的压力减小,同一空穴数下,空穴程度更强烈。同时,试验观察到喷嘴内空穴区域的不对称性,喷孔管壁下壁面的空穴分布远大于上壁面的空穴分布;发生超空穴之后,随着空穴数的增加,试验结果中喷嘴内部的空穴流动变化不太明显,但仿真结果中看出喷孔出口流速减小。相同燃油温度下,随着空穴数增加,体积流量增加,流量系数减小,空穴相对面积增加,近场喷雾锥角增大;相同空穴数下,燃油温度增加使体积流量和流量系数都增加,空穴相对面积逐渐增大,近场雾化效果更好。     

Numerical analysis of influence of cavitation characteristics in nozzle holes of curved diesel engines

By targeting at the high-pressure common rail nozzle of diesel engines, we put forward a curved nozzle structure, established six groups of nozzle models with different curvatures. By using the CFD software STAR-CCM+, based on the incompressible fluid volume function (VOF) multiphase flow model, applying the K-Epsilon two-layer turbulence model, combined with the Schnerr-Sauer cavitation model, we investigated the degree of influence of the curved nozzle on the cavitation characteristics in the nozzle hole. Cavitation at the inlet, middle and outlet of nozzles was observed under injection pressure of 50, 100 or 150 MPa. The effects of curvature on cavitation were analyzed in detail according to cavitation volume fraction, cavitation volume content, mass flow, turbulent kinetic energy and velocity coefficient. It was found the curved nozzle can significantly reduce the cavitation degree in the nozzle holes, and the larger nozzle bending led to a smaller cavitation degree in the holes. Meanwhile, the average turbulent kinetic energy increased obviously and the average velocity decreased in both the holes and outlet, but the mass flow did not change much.     

轴针式喷嘴内部空化与针阀密封面磨损特性

喷嘴是柴油机的核心部件之一,其空化与磨损特性对柴油机的雾化、燃烧与动力特性均存在重要影响.从可视化和数值模拟两个方面研究柴油机轴针式喷嘴内部燃油的流动状况.结果表明,针阀开启前燃油就存在大量空泡,开启后针阀密封面上游处的空化现象较下游严重.在S195柴油机上,利用扫描电镜(Scanning electric microscope,SEM)研究轴针式喷嘴针阀密封面的磨损特性.结果表明,密封面上上游处的原始凹坑缺陷在运转20 h后出现较明显的磨损,而下游处的原始凹坑缺陷没有明显的磨损,即实际磨损严重的部位与空化密度大的部位一致.上游凹坑缺陷处磨损严重的原因是,原始的凹坑缺陷是空化的发生源,原始的凹坑缺陷处倾向于汇聚空泡,团聚的空泡溃灭,对壁面产生磨损.研究结果为减缓轴针式喷嘴针阀密封面的磨损提供理论依据.     

自振喷嘴空化起始能力实验研究

利用瞬态流和水声学原理设计研制了自振空化喷嘴,实验研究了该喷嘴的空化起始能力,并与锥形喷嘴进行了比较。结果表明,在更深的井底或更高的围压条件下,自振空化喷嘴比普通锥形喷嘴具有更大的起始空化数和更强的空化起始能力,最大达1.67,而锥形喷嘴的最大起始空化数仅为0.54。现场试验证明,自振空化喷嘴钻头对提高机械钻速具有更显著的作用。     

柴油机燃烧室匹配参数对撞壁喷雾特性的影响

利用高速纹影摄像技术,研究了喷油器喷孔角度、喷孔与活塞顶面间的撞壁距离、燃烧室缩口半径和凸台夹角对柴油撞击燃烧室壁面后喷雾特性的影响。研究结果表明,试验条件下适宜的喷孔角度为75°,增大喷孔角度可以促进喷雾撞壁后的油气混合,但是喷孔角度过大会增加油束撞击气缸盖和气缸套的风险;适宜的撞壁距离为4.2mm,即压缩上止点前15°CA（CA指曲轴转角）,较小的撞壁距离会促进喷雾液滴在凹坑区域的碰撞与黏结,而较大的撞壁距离不利于燃烧室中心区域的空气利用;此外,适当增大缩口半径可以促进燃油与空气的混合,减小燃烧室壁面的燃油湿壁面积;改变凸台夹角可以控制撞壁后喷雾在燃烧室中心区域的扩散速度。     

围压下自振喷嘴空化起始能力试验及应用研究

开展喷嘴空化起始能力研究,对增大射流破岩效果,提高深井钻井的速度具有非常重要意义。利用瞬态流和水声学原理设计研制了自振空化喷嘴,通过试验研究了该喷嘴的空化起始能力,并与锥形喷嘴进行了比较,结果表明在更深的井底或更高的围压条件下,自振空化喷嘴比普通锥形喷嘴具有更大的起始空化数和更强的空化起始能力,最大起始空化数达1.67,而锥形喷嘴最大值仅为0.54。现场试验也证实了自振空化喷嘴钻头在增加进尺、提高机械钻速方面有更显著作用。     

基于ART-并行BP神经网络的柴油机故障诊断研究

造成柴油机故障的因素十分复杂,既存在单一类的故障,也存在多故障并存的现象,而且还会出现新型故障,仅仅依靠单一神经网络技术的故障诊断已经很难满足对柴油机的有效诊断要求。本文在信息决策层融合的基础上,以自适应谐振理论ART和误差反向传播并行BP两种神经网络为基础,建立了用于柴油机故障诊断的新型神经网络模型,以对柴油机系统工作过程多种故障进行诊断识别。通过与单一神经网络诊断识别结果的分析和比较,验证了该神经网络诊断模型的可行性,它能够进行多传感器信息综合诊断,既能识别单故障和并发故障,又具有识别新型故障的能力,可有效地提高对柴油机故障诊断的准确性和可靠性。     

Breakup of cavitation bubbles within the diesel droplet

Supercavitation in the diesel nozzle increases the instability of droplets in part due to the two-phase mixture, while the effect of cavitation bubbles on the instability of drops is still unclear. In order to investigate the breakup of cavitation bubbles within the diesel droplet, a new mathematical model describing the disturbance growth rate of the diesel bubble instability is developed. The new mathematical model is applied to predict the effects of fluids viscosity on the stability of cavitation bubbles. The predicted values reveal that the comprehensive effect of fluids viscosity makes cavitation bubbles more stable. Compared with the viscosities of air and cavitation bubble, the diesel droplet＇s viscosity plays a dominant role on the stability of cavitation bubbles. Furthermore, based on the modified bubble breakup criterion, the effects of bubble growth speed, sound speed, droplet viscosity, droplet density, and bubble-droplet radius ratio on the breakup time and the breakup radius of cavitation bubbles are studied respectively. It is found that a bubble with large bubble-droplet radius ratio has the initial condition for breaking easily. For a given bubble-droplet radius ratio （0.2）, as the bubble growth speed increases （from 2 m/s to 60 m/s）, the bubble breakup time decreases（from 3.59 gs to 0.17 ps） rapidly. Both the greater diesel droplet viscosity and the greater diesel droplet density result in the increase of the breakup time. With increasing initial bubble-droplet radius ratio （from 0.2 to 0.8）, the bubble breakup radius decreases （from 8.86 trn to 6.23 tm）. There is a limited breakup radius for a bubble with a certain initial bubble-droplet radius ratio. The mathematical model and the modified bubble breakup criterion are helpful to improve the study on the breakup mechanism of the secondary diesel droplet under the condition of supercavitation.     

Hole number effect on internal and discharged flow characteristics of diesel injector during transient operation

Selecting the proper number of nozzle holes is a critical matter to achieving optimal combustion in diesel engines. In recent years, short transient injections with ultra-high injection pressure have been adopted in diesel engines to achieve cleaner combustion but the effect of hole number on this transient diesel injection has not been thoroughly investigated. The current study performs an experimental observation of discharged flows from diesel injectors during transient operation using the X-ray phase-contrast imaging technique for six multi-hole injectors (three-, five-, six-, eight-, nine- and ten-hole). The observation results showed that discharged flows varied without any distinctive trends among the injectors. The largest spray dispersion angle and fastest velocity deceleration were observed in the 3-hole injector which showed an almost 3 times larger dispersion angle and 10% faster deceleration than the 10-hole injector. To understand possible factors governing such flow characteristics, three-dimensional internal flow simulations were conducted for the injectors. Unlike the results trend of discharged flows, the pressure and vorticity magnitude in the nozzle sac showed a linear change by altering the hole number. However, the hole-to-hole interaction of vortex flows varied in a complex way depending on the nozzle hole number. The nozzles with small and odd hole numbers, in general, showed a stronger hole-to-hole vortex interaction that can be the primary factor governing the discharged flow characteristics during the transient operation.