活塞结构参数对裙部磨损状况的影响研究

为了减小活塞裙部磨损、提高活塞运行的稳定可靠性,以Ricardo公司的Pisdyn软件为模拟计算工具,以某款柴油机为研究对象,建立一个包含活塞、连杆、缸套等组件的综合考虑表面粗糙度、活塞和缸套热及弹性变形影响的多体动力学模型,研究了配缸间隙、活塞销偏置、中凸点高度、裙部顶端间隙等参数对活塞磨损的影响规律,为活塞的结构设计提供了理论指导。研究结果表明:增大配缸间隙,会减小裙部磨损,但增加过大时,会引起裙部顶端和低端的磨损;随着活塞销偏置由次推力面向主推力面的移动,裙部最大磨损载荷逐渐增大,同时导致主推力面磨损区域向下移动,次推力面磨损区域向上移动;随着中凸点高度的增加,裙部磨损最严重的区域向顶端移动;增大裙部顶端间隙,会使得裙部磨损载荷逐渐减小,主推力面和次推力面磨损区域均向下移动;增大裙部型线上指数,裙部两侧磨损载荷均呈现增大的趋势,主推力面磨损区域向下移动,次推力面磨损区域向上移动;裙部底端间隙和型线下指数对活塞磨损的影响较小。     

轮廓参数对活塞二阶运动和裙部润滑性能的影响研究

在考虑连杆惯性的基础上,根据活塞的力和力矩平衡建立活塞的二阶运动模型。在对活塞-缸套系统的混合润滑和活塞动力学行为进行耦合分析的基础上,研究活塞裙部纵向、横向型线、活塞销偏置和热变形对裙部摩擦学性能的影响。运用FDM求解裙部润滑的平均Reynolds方程,在此基础上,运用Runge-Kutta法求解活塞的二阶运动轨迹。在综合考虑连杆惯性、活塞裙部和缸套表面粗糙度的基础上,研究了活塞纵向、横向型线、活塞销偏置和热变形对活塞裙部二阶位移、速度和摩擦功耗等的影响。数值结果表明,连杆惯性力对活塞裙部摩擦特性的影响较大。当中凸变椭圆活塞采用纵向抛物线型轮廓,分别取较小的上端椭圆度和较大的下端椭圆度,较小的上端径向缩减量和较大的下端径向缩减量,并将活塞销向主推力边偏置时,可减小二阶运动幅值和速度,同时增大裙部润滑油膜厚度,减小活塞-缸套系统的摩擦功耗。研究为考虑活塞裙部热变形的轮廓型线设计提供了依据,可进一步改善活塞-缸套系统的摩擦学性能。     

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。     

基于热机耦合的缸孔-活塞系统优化设计

针对某款四缸柴油机搭建了活塞动力学模型。通过计算活塞温度场,分别得出活塞在温度应力与缸内燃气压力下的变形,同时计算得出缸孔在螺栓预紧力与热载荷下的变形量,得到热机耦合下的活塞型线与缸孔型线。在此基础上对缸孔-活塞系统进行优化设计,在额定工况(3 200 r/min,110 kW)下摩擦损失功率(P_f)降低了8.13%,活塞敲击动能降低38.6%,在最大转矩点工况下各性能也得到改善。     

某款发动机贴合试验活塞裙部开裂问题解析

某款发动机活塞贴合试验完成后,拆机时发现第3缸活塞主推力侧裙部出现裂纹,裂纹分布在止口到大点位置。经分析,原因为活塞内腔为非对称结构,加工外圆面时活塞反放,活塞头部压紧工装下压时,内腔支撑块与活塞干涉,产生挤压缺陷,导致局部应力集中,在发动机运转中出现裂纹。通过对活塞加工进行防错,解决了因挤压缺陷而产生裂纹的问题。     

二甲醚发动机活塞二阶运动-润滑耦合模型建立及数值分析

通过改造潍柴WP6发动机的供油、燃烧系统,开发出一台二甲醚发动机。试验采集二甲醚发动机燃烧参数,针对活塞运动和润滑分析,建立活塞裙部系统以及由曲轴、连杆、活塞组成的多体系统的耦合润滑模型。基于拉格朗日乘子法建立多体动力学方程,并采用有限单元法对润滑模型进行求解。将耦合计算结果与实验对比,验证模型准确性。根据现有二甲醚发动机活塞裙部的结构参数,研究不同活塞结构参数对敲缸及润滑的影响。结果表明,活塞间隙越小时,活塞二阶运动的空间越小,导致敲缸现象减弱,磨损降低,但较小的间隙会产生比较高的油膜剪切力,微凸体表面接触也会加剧,引起较大的摩擦力及摩擦功耗;活塞裙桶形面最高点的位置也会影响活塞裙-缸套系统的运动和润滑特性;桶形面与活塞销中心的距离越小越容易满足力与力矩平衡条件,有利于降低敲缸以及摩擦损耗。     

新型气动加热风机的实验研究

文中研究了一种新型气动加热风机,利用电动机带动开孔叶片高速旋转,腔体内的负压状态使空气被剧烈压缩从而升温,流道内的摩擦盒结构会进一步扰动气流带动摩擦,气流损失的动能转化为热能,实现气动加热,产出高温空气。在不同的进口流量下,对气动加热风机的加热和通风特性的影响进行实验研究。实验结果表明,随着进口流量的增大,气动加热风机的加热能力减弱,压力也随之减小,在6 m³/min时该热风机的制热与流动特性最为平衡。此外,还引入了反映热风机性能的无量纲参数,在测量范围内,流量为9 m³/min时,流量及功率系数最大;5 m³/min时的压力系数最大,其全压系数为15.41;在流量为9 m³/min时,比转速最大,为0.053。     

核主泵水润滑推力轴承试验磨损颗粒研究

某核主泵水润滑推力轴承在试验浸银石墨瓦时,在类似热瞬态工况时出现异常振动及噪声,拆机发现石墨推力瓦和推力盘硬化层表面均出现较严重磨损,且石墨推力瓦出现局部剥落。采用化学、光学、X射线衍射、扫描电镜、透射电镜、电子探针等方法研究水润滑轴承试验的磨损颗粒相结构、形貌、成分、组织和磨损表面特征;明确热瞬态时不锈钢推力盘硬化层与石墨推力瓦的摩擦磨损形式和过程,得出水润滑推力轴承已经进入边界润滑状态,局部发生干摩擦的结论;提出一些改进建议,如将水润滑轴承瓦面材料改为碳素纤维复合材料以增加抗磨性能,改善瓦面形状以减少热变形,增加接触曲面硬化层以控制高应力曲面接触的微动磨损。     

气体软氮化对Cr12钢微观组织及摩擦学性能影响

冷作模具成型压力大、应力状态复杂,在工业生产中常常伴随过度磨损、疲劳失效等问题出现,因此在Cr12模具钢表面进行了软氮化工艺处理基础上,对比分析了有无氮化处理对材料硬度、表面耐磨性的影响,探讨了氮化处理前后表面的摩擦磨损特性。结果表明：氮化处理后Cr12钢出现由白亮层（厚度约3μm）和扩散层（深度达20μm以上）组成的渗氮层,其中白亮层氮元素含量较高,而在扩散层氮元素沿深度方向呈递减分布;Cr12钢氮化前后表面平均维氏硬度由HV₅₀=504.8提高到HV₅₀=653.4,磨损量由42969.6 μm³减少到3068.1 μm³,表明气体软氮化处理对Cr12钢表面硬度与耐磨性能均有显著提高;氮化处理的磨损表面以磨粒磨损为主,而未氮化处理磨损表面的疲劳剥落特征显著,并伴有强烈的氧化磨损现象。     

裙部型线对内燃机活塞二阶运动和活塞裙部润滑的影响研究

以某多缸内燃机为研究对象,研究活塞裙部纵向型线对活塞二阶运动和活塞裙-缸套摩擦副润滑性能的影响。考虑活塞裙部和缸套的表面粗糙度与微凸体接触,建立了活塞二阶运动方程与平均Reynolds方程相结合的活塞裙-缸套摩擦副润滑分析模型。活塞二阶运动方程采用Broyden方法求解,应用有限差分法进行活塞裙-缸套摩擦副的润滑分析。结果表明,采用二次曲线型活塞裙部有利于改善活塞裙-缸套摩擦副润滑性能、降低内燃机摩擦损失、减轻活塞对气缸套的冲击和提高内燃机工作的平顺性。     

计及润滑油输送的内燃机活塞二阶运动研究

内燃机活塞二阶运动直接影响活塞对气缸的拍击、产生的噪声及活塞裙部-缸套摩擦副的润滑、摩擦和磨损.目前内燃机活塞二阶运动分析中一般认为活塞裙部-缸套摩擦副在一个内燃机工作循环所有行程全部处于充分润滑状况,而实际中当活塞上行(向上止点运动)时,入口处的润滑油量不一定能保证该摩擦副处于充分润滑状况.以某四行程内燃机为研究对象,结合活塞运动模型、流体润滑模型、微凸体接触模型和润滑油流动模型,进行了活塞二阶运动特性分析.结果表明,与以往认为所有行程中活塞裙部-缸套摩擦副全部处于充分润滑的分析比较,考虑实际润滑油输送确定活塞上行期间摩擦副的润滑状况时,活塞二阶运动特性(活塞裙顶部和底部位移、速度等)都有较明显的变化.     

超音速火焰喷涂CoCrAlSiY合金涂层的摩擦磨损性能

采用超音速火焰喷涂技术制备CoCrAlSiY合金涂层,研究了该涂层的微观结构、力学性能,以及在不同载荷(2,5,8 N)下的摩擦磨损性能。结果表明：CoCrAlSiY合金涂层主要由CoCr₂O₄、CoAl和α-Al₂O₃相组成,各物相分布均匀,涂层致密;涂层的硬度为(7.41±0.16) GPa,与其他同类合金涂层硬度相近;在2,5,8 N载荷下摩擦磨损时,CoCrAlSiY合金涂层的平均摩擦因数分别为0.33,0.24,0.22,对应的磨损率分别为3.52×10^-5,4.85×10^-5,5.58×10^-5 mm³·N^-1·m^-1;低载荷(2 N)下的磨损机制主要是黏着磨损和磨粒磨损,高载荷(5,8 N)下涂层发生脆性断裂而大块剥落;在摩擦磨损过程中涂层表面形成氧化物,特别是在5 N和8 N载荷下,磨损表面出现大量α-Al₂O₃     

配缸间隙对发动机机体振动噪声影响研究

分析活塞配缸间隙对活塞2阶运动的影响,优化活塞动力学特性,对于发动机减振降噪具有重要意义。以非道路4缸高压共轨柴油机为研究对象,建立了活塞动力学计算模型及整机多体动力学计算模型,进行了配缸间隙对活塞动力学与发动机机体振动噪声影响的仿真分析;对机体和曲轴进行模态试验,验证了有限元模型的准确性。通过整机的仿真分析,结果表明:配缸间隙增大后,摩擦平均有效压力依次减小;活塞敲击力先小幅减少,然后急剧增大,最后趋于稳定。在主推力侧,不同配缸间隙计算方案均在2阶谐次下出现最大振动峰值;在次推力侧,振动在800～3 000 Hz频段内差异比较明显,在2 000～3 000 Hz频段内差异尤为显著。机体噪声的1/3倍频程分析显示不同配缸间隙计算方案在中心频率500Hz时出现最大声功率级。     

核主泵轴承重载惰转停机承载性能研究

以某核主泵轴承为研究对象,针对其在重载惰转停机期间出现的主推力瓦磨损现象,指出了原轴承结构设计的不足,从轴承润滑理论出发,采用了DyRo BeS润滑计算软件,对主推力瓦惰转停机过程中的油膜厚度进行了分析。通过对推力瓦支点进行优化,并与原设计进行了对比分析,并进行了性能试验,验证了新设计的可靠性,为其他核主泵轴承的优化设计提供了一定的参考。结果表明:原推力瓦存在磨损的原因是瓦面面积不足且支点位置不合理,导致油膜厚度不够,在300r/min时便进入边界润滑状态,导致了很大的磨损风险。在支点位置改进之后,轴承的停机性能较之前有了明显的提高,有效避免了重载惰转停机过程中产生的严重磨损。     

Al2O3-13%TiO2/铁基非晶合金复合涂层的室温摩擦磨损行为

利用等离子喷涂技术制备含质量分数15%Al₂O₃-13%TiO₂陶瓷相的Fe₄₅Cr₁₆Mo₁₆C₁₈B₅铁基非晶合金复合涂层并进行销盘式摩擦磨损试验，通过与铁基非晶合金涂层进行对比，研究了复合涂层在不同载荷(20,30,50 N)和销轴转速(300,500,800 r·min^-1)下的摩擦磨损行为，分析了其磨损机制。结果表明：当销轴转速为300 r·min^-1时，不同载荷下复合涂层的磨损率较铁基非晶合金涂层降低近50%,复合涂层的磨损机制随着载荷的增大由磨粒磨损转变为疲劳磨损；当载荷为30 N时，复合涂层的磨痕深度与磨损率随销轴转速的增加先增大后减小，均在转速为500 r·min^-1达到最大，在销轴转速为500 r·min^-1和800 r·min^-1时复合涂层均表现为黏着磨损。     

以高压CO2为介质的推力箔片轴承静特性分析

针对超临界二氧化碳布雷顿循环用压缩机中的推力箔片轴承开展了数值研究,通过MATLAB编程数值计算求解变密度、变黏度湍流雷诺方程和耦合弹性箔片变形方程,得到楔形间隙内气膜压力分布及推力箔片轴承承载力和摩擦功耗,并与空气润滑介质对比;进一步分析推力箔片轴承节距比、瓦张角、楔形高度及最小气膜厚度对轴承承载力和摩擦功耗的影响。计算结果表明:高压CO₂下弹性箔片变形比常压空气时更大,轴承承载力远高于常压空气轴承;瓦张角为45°和节距比为0.5的推力箔片轴承具有较高的承载力和较低的摩擦功耗;楔形高度设计过大会降低承载力,增大摩擦功耗,使载荷集中在水平区域;增大最小气膜厚度设计值虽能减小摩擦功耗,但却引起承载力的显著降低。     

可变间隙密封液压缸异质环结构活塞形变研究

间隙密封液压缸因响应速度快受到了广泛青睐,其最大的缺点是泄漏量较大。结合可变间隙密封液压缸原理设计了一种新型的异质环结构,利用活塞基体材料和异质环的材料弹性变形差异产生的径向变形凸起结构提升间隙密封液压缸密封性能。建立环形异质材料结构引起活塞弹性形变的数学模型,并对活塞-异质环模型进行数值仿真。基于等效夹杂原理(EIM)对异质环不同结构参数、分布参数和材料特性下的活塞径向形变量进行计算。结果表明,软质环形结构能使活塞表面产生凸起状变形,硬质材料的环形结构能使活塞表面产生凹陷变形;异质环的长度、厚度等参数能改变活塞径向的最大变形量和最大形变所在的位置;随着异质环埋布深度的增加,活塞的最大变形量会逐渐减小。合理设置异质环的结构和分布参数以及材料特性,能有效减小间隙密封液压缸活塞-缸筒间隙的大小,从而降低泄漏量。     

某300 MW机组脱硫系统最大出力性能分析

针对复杂多变运行工况下脱硫系统进一步优化运行的需求,通过现场取样实测方式对某300 MW机组脱硫系统最大出力性能进行分析。控制脱硫出口SO₂排放浓度为20 mg/m³(标态、干基、6%O₂),实测机组满负荷运行条件下脱硫入口原烟气中最大SO₂浓度,进一步测试分析脱硫塔内p H和石膏品质。研究结果显示,在脱硫净烟气SO₂浓度不高于20 mg/m³的前提下,原烟气SO₂浓度不宜高于4 400 mg/m³,并且此工况物耗、能耗较大,不宜长期运行,实际运行中燃煤掺配应留有部分运行调控裕量。     

煤矿水压安全阀微造型阀芯润滑性能正交试验分析

以煤矿水压安全阀阀芯为研究对象,通过在阀芯表面设置微造型以改善其润滑特性。采用正交试验方法,选取L₁₆(4⁵)标准正交表,设计出16种试验方案,考虑微造型深度、微造型半径、摩擦副间隙、阀芯运动速度和微造型形貌5个因素对微造型阀芯润滑特性的影响。建立微造型阀芯CFD模型,分析阀芯表面压力分布和承载力特性,研究微造型参数对微造型阀芯润滑性能的影响,并确定微造型最优模型。结果表明:阀芯表面微造型能产生动压润滑效果,有助于改善阀芯摩擦磨损问题;由极差分析可知影响微造型阀芯承载力的因素由主到次依次是微造型深度、微造型半径、微造型形貌、摩擦副间隙和阀芯运动速度。由正交试验得出的优选方案比原试验方案的承载力提高22%。     

双馈风力发电机圆管M型空空冷却器的数值模拟研究

本文采用数值模拟方法研究了5.25MW双馈风力发电机M型圆管空空冷却器的流动和传热特性，计算值与试验值较吻合，验证了数值模拟的可靠性。计算结果表明：位于风力发电机驱动端换热管的能量经济性最高，冷却器的总体传热系数约30W/m²·K，温度效率63%。当内风路风量小于5.0m³/s时，内外风路风阻可用统一算式计算。内风路风量对冷却器的换热性能影响更大，内外风量在一定范围内匹配时，冷却器处于内外风路热平衡状态，此时能量经济性最高。