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杆身截面积减小对连杆疲劳寿命的影响

杆身截面积减小对连杆疲劳寿命的影响

作者：李三军昆明理工大学

学位级别：硕士

内燃机作为一种高效率的热能动力机械,广泛应用于汽车、船舶、铁路、工程建筑等多个领域。车用柴油机向着轻便、高速、高压、大功率等方向发展,其强化指标不断提高,机械负荷不断增加,对于柴油机的设计也提出了相应的要求:提高效率、增... 详细信息

内燃机作为一种高效率的热能动力机械,广泛应用于汽车、船舶、铁路、工程建筑等多个领域。车用柴油机向着轻便、高速、高压、大功率等方向发展,其强化指标不断提高,机械负荷不断增加,对于柴油机的设计也提出了相应的要求:提高效率、增加可靠性、减轻质量、降低燃油消耗率以及降低排放等,相应的柴油机的零部件也就有了更高的强度要求。连杆是曲柄连杆机构的重要组成部分,连杆在往复运动的工作循环中,一直受到来自最大爆发压力和活塞组件往复惯性力的周期性交变作用。在这种严峻的工作环境下,需要连杆有足够的结构刚度和疲劳强度。以某非道路高压共轨柴油机的连杆作为研究对象,选用UGNX9.0建立包括连杆体、连杆盖、衬套等组件的三维模型。通过改变杆身截面几何尺寸中的宽度和厚度来分析对连杆屈服、疲劳、屈曲、大头轴承润滑以及对连杆的疲劳寿命的影响。对尺寸变化后的模型进行了静强度和屈曲分析,并对连杆屈服、疲劳和屈曲安全系数随连杆截面积减小的变化率进行了分析。建立了连杆大头轴承弹性流体润滑动力学模型,通过连杆的模态测试,验证了连杆有限元模型的准确性,并分析了连杆大头轴承的润滑特性。在动态应力恢复的基础上,运用疲劳分析软件ncode DesignLife对连杆进行了疲劳寿命的分析。主要研究结果如下:(1)连杆的静力学和屈曲分析原始尺寸连杆强度静力学分析中,连杆在最大压力工况下,杆身部位的最大应力位置靠近连杆大头,应力值为235.22MPa。连杆在最大拉力工况下,连杆的拉应力最大的位置是在小头顶部的油孔位置,应力值为97.49MPa。在此基础上,连杆杆身截面宽度从32.00mm到31.00mm的五个方案中,随着连杆截面宽度的逐渐减小:五个方案中最大压应力位置相同,而最大压应力值呈先减小后增大的趋势;连杆杆身截面厚度从12.00mm到11.00mm的五个方案中,随着连杆截面厚度的逐渐减小:最大压应力位置不变,而且最大应力值基本上相同的,基本上依次相差0.02MPa。可见,在连杆杆身截面厚度方向的五个方案中,连杆截面的厚度改变对压力作用下的最大应力位置和其应力值基本无影响。对连杆进行了线性屈曲分析,主要是为了预测构件的敏感性和屈曲模态,并为后续非线性屈曲计算提供初始缺陷。引入初始缺陷后,对原始尺寸连杆进行了非线性屈曲分析,得到连杆的原始尺寸的屈曲临界载荷为312.03kN,临界屈曲应力为601.87MPa。对宽度和厚度各个方案进行屈曲计算,发现屈曲临界载荷会随截面尺寸的减小而逐渐减小。(2)连杆屈服、疲劳和屈曲安全系数随连杆截面积减小的灵敏度分析对改变杆身截面尺寸后的模型进行静力学计算得到各个参考点在最大爆发压力工况下和最大受拉工况下的应力值,非线性屈曲分析得到连杆的临界屈曲应力。综合连杆截面宽度和厚度方向上递减三个标准的灵敏度分析得出:在宽度和厚度变化的过程中,都是疲劳灵敏度最大,其次是屈曲灵敏度。但是厚度方案下,屈曲灵敏度与疲劳灵敏度相近,数值上仅相差0.27,设计时应与疲劳同等重视。而且综合宽度和厚度两个方向的变化,宽度方案下屈曲灵敏度为3.24,厚度方案下屈曲灵敏度为4.65,可见在厚度方向的屈曲灵敏度大于宽度方向上的屈曲灵敏度。(3)连杆大头轴承弹性流体润滑动力学结构的模态关系到仿真计算的准确性,利用有限元计算和模态试验对连杆进行模态研究。连杆的仿真计算模态和试验模态的相对误差都在5%以内,验证了连杆有限元模型的准确性。从数据上分析可知:大头轴承载荷分别在宽度和厚度方案上都是最大受压载荷呈为先增大后减小的变化趋势;最大受拉载荷呈逐渐减小的变化趋势。大头轴承最大油膜压力随着转速的变大,最大油膜压力也相应变大。从数据的波动情况可以认为,宽度方案下,对最大油膜压力的最大值基本无影响。厚度方案下最大油膜压力的最大值呈先增大都减小的趋势。(4)连杆疲劳寿命分析在连杆多体动力学计算的基础上,对连杆进行应力恢复,得到连杆在一个完整的曲轴转角下的载荷谱。再由ncode DesignLife计算出连杆的疲劳寿命循环次数。在宽度方向上,连杆的最小疲劳寿命呈先增大后减小的趋势,在方案三处达到最大值为3.235ell;在厚度方向上,连杆的连杆的最小疲劳寿命呈先增大后趋于稳定的趋势。所以,从仿真计算的结果上看来:在连杆杆身截面宽度的一定范围内,有一个最佳的宽度值使得最小的疲劳寿命循环次数有最大值;在连杆杆身截面厚度的一定范围内,厚度的减小对最小疲劳寿命的位置和数值大小基本上无影响。

关键词：非道路柴油机连杆屈曲分析多体动力学疲劳寿命

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颗粒氧化催化器流场及孔道参数优化研究

颗粒氧化催化器流场及孔道参数优化研究

作者：孙正伟重庆理工大学

学位级别：硕士

非道路移动机械应用广泛,包括在工程、农业、发电和建筑设备等领域,是推动社会发展不可缺的角色。非道路移动机械的高需求必将导致更高的排放量,对环境污染和绿色发展之路带来更大的压力;由于非道路移动机械常需要高扭矩和恶劣的运行环... 详细信息

非道路移动机械应用广泛,包括在工程、农业、发电和建筑设备等领域,是推动社会发展不可缺的角色。非道路移动机械的高需求必将导致更高的排放量,对环境污染和绿色发展之路带来更大的压力;由于非道路移动机械常需要高扭矩和恶劣的运行环境,因此非道路移动机械中柴油机占比最高,因此对非道路柴油机的减排迫在眉睫;对于富氧燃烧的柴油机,排放中的颗粒物(Particulate Matter,PM)的减排是重点研究对象。颗粒氧化催化器(Particulate Oxidation Filter,POC)能有效降低柴油机PM的排放,是当下解决非道路柴油机高排放的关键技术之一。POC催化过程中碳烟捕集率以及过滤壁温度和排气压力等问题均会影响碳烟转化效率。因此,搭建台架试验对非道路柴油机进行稳态和瞬态循环试验,基于试验数据建立POC模型对其参数进行辨析,选取合适的孔道结构参数进行POC的优化设计,使其提升对PM的转化效率,满足最新的非道路柴油机国Ⅳ法规要求,从而为非道路柴油机的减排提供参考。本研究以堇青石POC为研究对象,基于台架试验搭建POC的数值模型和简化物理模型,数值模型包含了流场模型和反应机理模型;利用台架试验对POC数值模型进行了压降验证和碳烟转化效率验证。基于验证后的模型,对POC的流场特性和再生特性进行了辨析,将POC的排气速度、压降、温度以及反应物浓度等催化反应特性纳入研究,为碳烟催化过程中的各种现象提供理论依据。利用控制变量法对POC的结构参数进行分析,探索结构参数对碳烟转化效率的影响;结果表明,改变孔道直径比(入口/出口)能有效控制高排气流速下POC拦截率较差的状态;此外,过滤壁厚、过滤壁渗透率和孔道长度对碳烟转化效率和温度梯度有良好的效果,但是孔道长度会导致成本的增加以及影响后处理系统的布局。本优化研究采用COMSOL的一般优化物理模块中的近似梯度算法Nelder-Mead方法与建立的数值模型进行结构参数的组合优化设计。基于孔道结构参数的分析选取合适的结构参数以及参数范围对POC进行组合优化设计,优化设置中以提高转化效率为控制函数,以孔道直径和背压为约束函数;经过多次迭代,结果表明,孔道结构参数存在较优组合,使POC能提高转化效率的同时兼顾排气背压改变的影响。结果表明,优化的POC有较好的温度梯度,较高的再生反应速率,转化效率提高了34%。最后将优化的POC带入试验进行验证,结果表明,优化POC试验排放与仿真结果有较好的一致性,且对燃油消耗率也仅有较小的影响。

关键词：颗粒氧化催化器非道路柴油机流场孔道参数优化颗粒物

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农机市场 2016年第8期 6-11页

北京10万台工程机械将贴环保标识从7月13日起,北京市内的10万台挖掘机、装载机、内燃叉车等在用非道路移动工程机械,将被统一登记在册、张贴不同排放标准的环保标识,以改善北京市大气环境质量。据了解,北京市在用非道路移动工程机械登... 详细信息

北京10万台工程机械将贴环保标识从7月13日起,北京市内的10万台挖掘机、装载机、内燃叉车等在用非道路移动工程机械,将被统一登记在册、张贴不同排放标准的环保标识,以改善北京市大气环境质量。据了解,北京市在用非道路移动工程机械登记产品种类包括:挖掘机、装载机、挖掘装载机、叉车、推土机、平地机、压路机、摊铺机、铣刨机、旋挖钻机、打桩机共计11类产品。工作人员对产品的主机

关键词：五征集团植保机械非道路柴油机内燃叉车中国一拖经销商大会挖掘装载机企业企业管理工程机械产品升级收获机农机产品自走式拖拉机联合收割机联合收获机谷物收获机具服务站甘蔗园中联重科玉柴集团玉柴资讯

甲醇/柴油双燃料发动机超低排放集成控制试验研究

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西华大学学报（自然科学版） 2022年第5期41卷 10-17页

作者：马浩然刘军恒嵇乾魏明亮谈秉乾江苏大学汽车与交通工程学院江苏镇江212013 拖拉机动力系统国家重点实验室河南洛阳471039 无锡恒和环保科技有限公司江苏无锡214174

在一台非道路共轨柴油机上增设一套甲醇喷射系统,实现了甲醇/柴油双燃料燃烧模式,在非道路国Ⅳ排放法规稳态八工况(NRSC)测试条件下,利用尾气分析仪和FTIR对比研究了纯柴油模式和双燃料模式的排放特性,并系统分析了DOC+DPF+SCR后处理系... 详细信息

在一台非道路共轨柴油机上增设一套甲醇喷射系统,实现了甲醇/柴油双燃料燃烧模式,在非道路国Ⅳ排放法规稳态八工况(NRSC)测试条件下,利用尾气分析仪和FTIR对比研究了纯柴油模式和双燃料模式的排放特性,并系统分析了DOC+DPF+SCR后处理系统对双燃料发动机尾气排放的转化效率。试验结果表明:甲醇/柴油双燃料燃烧模式的NO_(x)和Soot排放明显低于纯柴油模式,而CO、HC、甲醇和甲醛排放却高于纯柴油模式;经过后处理系统后,对CO和HC排放的转化效率高于99%,同时NO_(x)和Soot的平均降幅分别为84%和90%,而双燃料模式的甲醇和甲醛排放能够被高效氧化,平均净化效率在90%以上。NRSC测试结果表明双燃料发动机加装DOC+DPF+SCR后CO、HC、NO_(x)和PM比排放指标均低于非道路国Ⅳ和欧Ⅴ排放法规限值。

关键词：非道路柴油机双燃料甲醇排放特性后处理系统

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玉柴:一切尽在掌握

今日工程机械 2010年第7期 50-51页

玉柴发动机匹配挖掘机最早从2000年开始,是目前唯一成功批量投放市场的国产挖掘机动力,年配套量达到4000台。广西玉柴机器股份有限公司地处广西壮族自治区玉林

关键词：发动机批量钟玉企业企业管理玉柴机器股份有限公司非道路柴油机挖掘机械挖掘机工程机械动力系统

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智造“芯”动力共筑新蓝天

科技创新与品牌 2020年第4期 50-52页

作者：杨丽敏李雪敏不详

昆明云内动力股份有限公司(以下简称"云内动力公司")在"创新驱动、转型升级"战略思想引导下,坚持以市场为导向,围绕国家排放法规升级和节能环保的要求,在国家、省市各级政府的领导和关心下,实施了技术创新和管理创新。公司董事长杨波认... 详细信息

昆明云内动力股份有限公司(以下简称"云内动力公司")在"创新驱动、转型升级"战略思想引导下,坚持以市场为导向,围绕国家排放法规升级和节能环保的要求,在国家、省市各级政府的领导和关心下,实施了技术创新和管理创新。公司董事长杨波认为,"创新"是企业永葆活力的不二法宝。近年来云内动力公司狠抓技术创新和管理创新,在做强柴油机这一核心产品的同时,还拓展了拖拉机、汽油机业务,并积极谋划进军新能源汽车关键零部件生产领域.

关键词：云内动力非道路柴油机新能源汽车商用车

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农机升“国Ⅳ”,企业与用户如何应对

农业机械 2019年第1期 60-61页

作者：段运红知谷APP(图) 不详

每次排放升级都给行业带来不小的震动,'国Ⅱ'升级令农机行业进入了实质性排放控制阶段,'国Ⅲ'升级推动农机行业进入了电控时代……2018年2月22日,环保部发布《非道路移动机械及其装用的柴油机污染物排放控制技术要求》征求意见稿(以下... 详细信息

每次排放升级都给行业带来不小的震动,'国Ⅱ'升级令农机行业进入了实质性排放控制阶段,'国Ⅲ'升级推动农机行业进入了电控时代……2018年2月22日,环保部发布《非道路移动机械及其装用的柴油机污染物排放控制技术要求》征求意见稿(以下简称《标准》),将'国Ⅳ'升级提上日程。

关键词：非道路柴油机电控技术农机行业排放标准非道路移动机械颗粒物高压共轨技术路线

非道路柴油移动机械NCD/PCD解读与分析

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现代制造技术与装备 2021年第10期57卷 221-224页

作者：赵增亮徐行军广西玉柴机器股份有限公司玉林537000

2020年12月中国生态环境部发布了《非道路柴油移动机械污染物排放控制技术要求》,并首次将NO_(x)控制诊断系统(NO_(x) Control Diagnostic system,NCD)和颗粒物控制诊断系统(Particulate Control Diagnostic system,PCD)概念引入到中国... 详细信息

2020年12月中国生态环境部发布了《非道路柴油移动机械污染物排放控制技术要求》,并首次将NO_(x)控制诊断系统(NO_(x) Control Diagnostic system,NCD)和颗粒物控制诊断系统(Particulate Control Diagnostic system,PCD)概念引入到中国非道路排放法规。基于此,详细分析了欧V、印IV、有利于中国国IV法规中有关NCD/PCD的具体内容与差异,对我国未来制定更高等级非道路排放法规有一定参考借鉴意义,在柴油机产品开发、认证及出口方面提早开展技术储备及规避一些排放风险。

关键词：非道路柴油机 NCD PCD

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非道路4.5L机型国四排放技术升级

农机市场 2022年第8期 36-37页

作者：贺捷吴盖周徐玉良余磊不详

柴油机广泛应用于工程机械、农业机械等非道路移动机械领域,随着国家对节能减排要求的不断提高,非道路移动机械用柴油机的排放标准已经从三阶段向四阶段推进,其限值大幅降低,类似于欧盟非道路IIIB阶段标准。2021年1月完成的国四标准更新... 详细信息

柴油机广泛应用于工程机械、农业机械等非道路移动机械领域,随着国家对节能减排要求的不断提高,非道路移动机械用柴油机的排放标准已经从三阶段向四阶段推进,其限值大幅降低,类似于欧盟非道路IIIB阶段标准。2021年1月完成的国四标准更新版,非道路柴油机的技术复杂程度已经与车用柴油机国五阶段类似,非道路柴油机的排放控制技术也逐渐受到重视。

关键词：非道路柴油机非道路移动机械节能减排排放控制技术技术升级工程机械技术复杂程度车用柴油机