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强化型船用G300柴油机组合活塞的开发

强化型船用G300柴油机组合活塞的开发

作者：谭勇敢上海交通大学

学位级别：硕士

内燃机的不断发展,从根本上说是建立在主要零部件性能不断提高和使用寿命不断延长的基础上的。活塞是柴油机工作条件最苛刻的部件之一,它在高速往复运动中传递着整个柴油机的原动力,承受着极高的机械负荷和热负荷。可靠性考核试验表明,... 详细信息

内燃机的不断发展,从根本上说是建立在主要零部件性能不断提高和使用寿命不断延长的基础上的。活塞是柴油机工作条件最苛刻的部件之一,它在高速往复运动中传递着整个柴油机的原动力,承受着极高的机械负荷和热负荷。可靠性考核试验表明,活塞是影响柴油机性能指标和使用寿命较为薄弱的部件,是制约柴油机进一步强化的瓶颈之一。活塞设计的好坏、加工精度的高低都会直接影响柴油机的经济性、可靠性、检修周期和使用寿命。 G300系列柴油机为四冲程中速柴油机,1976年首次由国家四部一院联合开发出来,广泛运用于船用主机、陆用发电机组,历经近40多年的改型提高,目前朝着提高功率、降低能耗、可燃用重油和寿命大于20,000h的发展。现在由无锡柴油机厂和宁波中策动力机厂主导生产的该G300柴油机,占据国产船用主机80%的市场份额和电站国产柴油机的40%市场份额,保有量可观。针对强化型船用G300柴油机的发展对活塞提出的要求,本文以提高柴油机输出功率和燃烧性能、减轻活塞重量、降低能耗和增加重油适用性为开发目标,在活塞结构设计、材料选择、工艺保证等方面开展研究工作,运用理论计算、试验分析和疲劳可靠性评估等方法对新开发的G300组合活塞进行了全面评价,具体工作内容有: 1)重新设计活塞结构。活塞结构形式从一体式整体球墨铸铁活塞改为两体式钢顶球铁裙组合活塞,活塞环槽数量由5道减少为4道,活塞重量减轻6.9%。依据工程经验规范,对新设计活塞的影响结构强度的关键结构要素壁厚做了评判确定,规避了活塞失效风险。 2)通过UG造型和MSC MARC的有限元计算,完成了新设计活塞的考虑接触影响的热应力和机械应力分析,得出了活塞温度场分布、活塞变形及其各种工况条件下的动态安全系数均满足设计要求的结论。 3)为考察新设计活塞的运动性能,利用AVL GLIDE进行了活塞运动分析和接触分析,结果显示活塞运行平稳,接触情况正常。 4)采用电阻应变法测试了新设计制造活塞在各种模拟工况条件下的静强度,结果表明静强度安全系数满足工作安全系数设计要求。 5)采用硬度塞法对活塞温度场进行了测定,测试结果与有限元计算结论基本吻合,验证了理论计算的准确性。 6)根据计算确定的球铁活塞裙铸件危险部位,采用应力-强度干涉模型,对球铁活塞裙进行了可靠性评估,得出了新设计活塞安全运行20,000h可靠度大于0.99999的结论。运用情况显示,研制的强化型船用G300柴油机组合活塞是成功的。设计和制造技术的发展,使得活塞产品更新换代的周期明显缩短,需要不断研制出高可靠性、高性能的活塞以满足柴油机高强化指标、高燃油经济性和低油耗、低排放的发展趋势。

关键词：柴油机强化组合活塞重油适应性有限元分析可靠性

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某型中速柴油机机油消耗率过高分析与改进

机车车辆工艺 2016年第3期 47-48页

作者：谭勇敢王健周斌中车戚墅堰机车车辆工艺研究所有限公司江苏常州213011

针对某型中速柴油机机油消耗较高的问题,对机油消耗原因进行分析,并对活塞组件-缸套匹配副进行优化设计,最终经过装机考核,机油消耗明显下降。

关键词：中速柴油机活塞组件缸套机油消耗

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大功率机车柴油机活塞可靠性研究

铁道机车与动车 2020年第8期 4-8,I0003页

作者：乔云杰谭勇敢常州中车柴油机零部件有限公司江苏常州213000

针对HXN5型机车活塞螺栓松断、活塞拉伤、销座开裂等常见失效模式,确认了关键技术和工艺评价方法,通过材料一致性改进、结构优化、工艺提升等方式,提高了产品的可靠性。根据现状,提出了活塞可靠性研究的方向。

关键词：活塞失效模式可靠性稳定性全寿命

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内燃机车柴油机活塞环镀铬涂层发展综述

机车车辆工艺 2016年第1期 12-14页

作者：谭勇敢张新国肖静岚常州中车柴油机零部件有限公司江苏常州213166

镀铬涂层硬度高、结构致密、耐磨,具有良好的抗磨粒磨损性能。文章介绍了8种改进型镀铬涂层的性能、特点及应用,可满足各种机车柴油机工况要求。

关键词：柴油机活塞环涂层镀铬内燃机车

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大缸径柴油机铸铝镶圈活塞制造工艺

机车车辆工艺 2015年第1期 1-4页

作者：盛伟谭勇敢雷曦上海交通大学上海200030 南车戚墅堰机车车辆工艺所有限公司江苏常州213011

为研究大缸径柴油机铸铝镶圈活塞的制造工艺,对此类活塞的结构、材料和机加工进行了理论分析,并探讨了铸造、热处理、机加工过程。重点研究了铸铁镶圈与铝基体结合区的铸造工艺和机加工工艺,包括刀具、切削参数的选择。用该工艺制造的... 详细信息

为研究大缸径柴油机铸铝镶圈活塞的制造工艺,对此类活塞的结构、材料和机加工进行了理论分析,并探讨了铸造、热处理、机加工过程。重点研究了铸铁镶圈与铝基体结合区的铸造工艺和机加工工艺,包括刀具、切削参数的选择。用该工艺制造的活塞满足产品的技术要求和客户的使用要求。

关键词：铸铝活塞铸铁镶圈结合率铸造机加工

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微进给镗削技术在活塞销孔加工中的应用

机车车辆工艺 2010年第6期 10-11页

作者：盛伟乔云杰彭春华谭勇敢南车戚墅堰机车车辆工艺研究所有限公司江苏常州213164

简要介绍了活塞异形销孔镗削技术的应用背景,将楔块微进给镗削技术应用于活塞异形销孔生产中,通过轮廓度测量仪及新的测量方法对活塞销孔测量,并进行测量不确定度的分析。

关键词：活塞异形销孔镗削测量

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重载货运机车柴油机活塞的研究

内燃机与配件 2011年第7期 1-4,8页

作者：谭勇敢王文虎彭春华中国南车戚墅堰机车车辆工艺研究所有限公司

活塞是柴油机的主要部件之一,其可靠性和寿命直接关系到机车柴油机的性能和运行安全。基于HXN5型货运机车柴油活塞研制,从活塞结构、活塞材料以及活塞特殊工艺方面展开研究,总结了结构设计、活塞裙铝合金材料变质及其固溶时效工艺、环... 详细信息

活塞是柴油机的主要部件之一,其可靠性和寿命直接关系到机车柴油机的性能和运行安全。基于HXN5型货运机车柴油活塞研制,从活塞结构、活塞材料以及活塞特殊工艺方面展开研究,总结了结构设计、活塞裙铝合金材料变质及其固溶时效工艺、环槽高频淬火强化工艺、球铁销座球化率提升工艺、异型销孔加工检测、活塞变椭圆形线技术、活塞表面锰磷化及其减磨涂层工艺等方面的研究工作,以实现重载货运机车活塞的承载能力和可靠性的目标。

关键词：重载货运HXN5型机车柴油机活塞可靠性设计(DFR)制造工艺