柴油機(jī)機(jī)體應(yīng)力測(cè)試及疲勞試驗(yàn)研究

柴油機(jī)的主要承力部件是機(jī)體，其結(jié)構(gòu)及受力情況是相當(dāng)復(fù)雜。因?yàn)槠涔ぷ鳁l件非?？量蹋詫?duì)設(shè)計(jì)要求也很?chē)?yán)格，要有足夠的強(qiáng)度和剛度。本文就是針對(duì)一立式直列四缸水冷四沖程廢棄渦輪增壓3噸級(jí)民用柴油機(jī)機(jī)體進(jìn)行安裝應(yīng)力和靜態(tài)應(yīng)力測(cè)試及疲勞試驗(yàn)等分析研究，為其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案提供可行性依據(jù)。

試驗(yàn)方法

試驗(yàn)時(shí)把曲軸安裝在機(jī)體的主軸承內(nèi)，并在第2、3缸安裝缸套、連桿、活塞，使其與氣缸蓋組成一密閉的加載系統(tǒng)。將主軸承蓋及汽缸蓋按該型號(hào)柴油機(jī)的公司企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)-柴油機(jī)裝配技術(shù)規(guī)范安裝于機(jī)體上，氣門(mén)用272樂(lè)泰膠密封好，以防缸內(nèi)液壓油從氣門(mén)中滲出。作出反饋回路，傳感器上安裝阻尼系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)伺服回路與試驗(yàn)組成的液壓回路相匹配。

過(guò)程實(shí)施

試驗(yàn)設(shè)備選用聚航科技的JHYC靜態(tài)應(yīng)變儀。

機(jī)體的高應(yīng)力區(qū)為13個(gè)危險(xiǎn)點(diǎn)，布片位置如圖，其中1、2、3、4、5、6、7、8為應(yīng)變花，9、10、11、12、25為應(yīng)變片。

安裝工況：主軸承蓋擰100Nm、150Nm、235Nm；汽缸蓋擰50Nm、80Nm、127Nm，測(cè)量并記錄6個(gè)工況及各測(cè)點(diǎn)的應(yīng)變值。

對(duì)第3缸、第2缸分別施加4MPa、6MPa、8MPa、9MPa、10MPa、11MPa、12MPa、13MPa、14MPa、15MPa的靜態(tài)壓力，測(cè)量并記錄10個(gè)工況及各測(cè)點(diǎn)的應(yīng)變值。

給2、3缸交替發(fā)火時(shí)各缸壓力值組成的載荷循環(huán)進(jìn)行疲勞試驗(yàn)。

加載形式：正弦波

載荷：P_max=13.65MPa

P_min≤1.2MPa

加載相位：2、3缸相位差為180°，并交替加載

加載頻率：45HZ

循環(huán)次數(shù)：1*10⁷

測(cè)量結(jié)果分析

對(duì)安裝工況、靜態(tài)工況下，機(jī)體上各應(yīng)變片的平均應(yīng)力數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，安裝主軸承蓋和缸蓋時(shí)，各片應(yīng)力值不高。當(dāng)加靜壓時(shí)，應(yīng)力值迅速增加，靠近凸輪軸腔側(cè)的9、10、11號(hào)片的應(yīng)力值均高于靠近主油道側(cè)的12、25號(hào)片。其中緊靠凸輪軸腔的10號(hào)片應(yīng)力*高，第3缸靜壓時(shí)為66.17MPa，第2缸靜壓時(shí)為70.1MPa。

在安裝工況時(shí)的*大主應(yīng)力為位于機(jī)體第三缸隔板曲軸座圈部位的1號(hào)花105.3MPa，方向角4.55°。

第3缸靜壓15MPa時(shí)的*大主應(yīng)力為1號(hào)花108.4MPa，具體方向角4.25°。

第2缸靜壓15MPa時(shí)的*大主應(yīng)力為1號(hào)花117.2MPa，具體方向角2.01°。

應(yīng)力測(cè)試分析表明：機(jī)體強(qiáng)度能夠滿足該型號(hào)柴油機(jī)各工況下的正常工作。

疲勞試驗(yàn)結(jié)果

按上述方式加載，對(duì)機(jī)體進(jìn)行疲勞試驗(yàn)。試驗(yàn)每進(jìn)行1小時(shí)（約1.6*10⁵次疲勞循環(huán)），檢查機(jī)體有無(wú)裂紋。當(dāng)試驗(yàn)進(jìn)行至6.76*10⁶次疲勞循環(huán)時(shí)，由于第2缸導(dǎo)油筒安裝絲對(duì)被拉斷，造成停機(jī)。停機(jī)后將第1缸上兩絲對(duì)取出并安裝于第2缸上繼續(xù)進(jìn)行疲勞試驗(yàn)，直至1*10⁷次疲勞循環(huán)。下臺(tái)架檢查機(jī)體沒(méi)有裂紋等損傷。機(jī)體的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度得到了有效地驗(yàn)證。

結(jié)論

通過(guò)對(duì)該柴油機(jī)機(jī)體的安裝應(yīng)力和靜態(tài)應(yīng)力測(cè)量分析及疲勞試驗(yàn)，得出該機(jī)型在增壓下的機(jī)體結(jié)構(gòu)可靠性滿足使用要求，表明其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案是可行的。