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柴油机气缸套空泡溃灭现象与空蚀机理研究

排灌机械工程学报 2023年

作者：韩峰刘泉李宇寒李晨阳林杰威天津大学内燃机燃烧学国家重点实验室内燃机可靠性国家重点实验室潍柴动力股份有限公司

由于冷却液空化而发生气缸套空蚀是柴油机常见故障之一。在对单缸冷却水套进行空化流动数值模拟的基础上，结合近壁面多空泡溃灭过程仿真，从宏观和介观研究了柴油机气缸套的空化现象和空蚀机理，并分析了空泡间距、空泡数量等因素对多... 详细信息

由于冷却液空化而发生气缸套空蚀是柴油机常见故障之一。在对单缸冷却水套进行空化流动数值模拟的基础上，结合近壁面多空泡溃灭过程仿真，从宏观和介观研究了柴油机气缸套的空化现象和空蚀机理，并分析了空泡间距、空泡数量等因素对多空泡溃灭的影响。结果表明：缸套壁面的振动导致冷却液发生空化并生成大量气泡；空泡间距越小，溃灭时间越长，当泡心间距从0.05 mm减小至0.025 mm时，近壁面空泡的溃灭压力增大49.82%，产生的微射流速度增大10.56%；增加空泡数量，溃灭压力呈先增后减的趋势，当空泡数量由两个增至十个，微射流的速度增大44.93%；空泡溃灭微射流的水锤压力作用于缸套壁面，造成腐蚀破坏，是缸套发生空蚀的根本原因。

关键词：柴油机气缸套空化穴蚀空泡

气缸套等离子束淬火/渗硫层“等耐磨性”试验研究

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车用发动机 2023年第3期 35-39页

作者：齐俊平王新华王守忠周口职业技术学院汽车与机电工程学院河南周口466000 河南警察学院刑事科学技术系河南郑州450046 商丘职业技术学院农学院河南商丘476005

为了提高缸套内表面磨损均匀性、改善与环的配副性,制备了等离子束淬火和等离子束淬火/渗硫两种工艺下的缸套试样,并借助OM、SEM、XRD和硬度计等比较研究了其内表面的组织性能。结果表明:淬火层组织由隐针马氏体+残余奥氏体组成,淬火/... 详细信息

为了提高缸套内表面磨损均匀性、改善与环的配副性,制备了等离子束淬火和等离子束淬火/渗硫两种工艺下的缸套试样,并借助OM、SEM、XRD和硬度计等比较研究了其内表面的组织性能。结果表明:淬火层组织由隐针马氏体+残余奥氏体组成,淬火/渗硫复合层组织由α-Fe+FeS+FeS 2组成;随扫描速度逐渐降低,自下而上,淬火层的硬度逐渐提高,淬火/渗硫复合层的硬度、厚度和FeS含量逐渐增加;淬火缸套试样磨损量基本为0.009 mm,淬火/渗硫缸套试样磨损量基本为0.003 mm,相对淬火缸套减少了66.7%,配副环的开口间隙相对减小了65.3%。淬火缸套内表面强化效果自下而上逐渐提高,其对FeS支撑作用逐渐增强,与缸套不同部位实际工作条件的变化对耐磨性的要求基本一致,是两种缸套试样具有“等耐磨性”的主要机理所在。

关键词：气缸套等离子束淬火低温离子渗硫耐磨性

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主机气缸盖垫片漏气案例分析

天津航海 2024年第1期 18-19页

作者：张雷震林斌中远海运船员管理有限公司广州分公司广东广州510220 集美大学轮机工程学院福建厦门361021

某轮安装气缸盖垫片时,因疏忽没把新垫片四个突起部位弯成一定角度,造成安装气缸盖垫片时发生移位而压偏,使主机运行一定时间后发生漏气,给船舶进出航道造成较大的被动局面.轮机管理人员平时管理不注意细节,不努力提高管理技术水平,可... 详细信息

某轮安装气缸盖垫片时,因疏忽没把新垫片四个突起部位弯成一定角度,造成安装气缸盖垫片时发生移位而压偏,使主机运行一定时间后发生漏气,给船舶进出航道造成较大的被动局面.轮机管理人员平时管理不注意细节,不努力提高管理技术水平,可能会给船舶正常营运带来意想不到的安全隐患.针对于此,文章就具体案例分析了其故障原因,详述了故障排查过程,总结了经验教训,供同行们参考.

关键词：气缸盖气缸套气缸盖垫片漏气压偏安装工艺

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气缸套热机耦合力学特性分析及其系统开发

气缸套热机耦合力学特性分析及其系统开发

作者：尚德健郑州航空工业管理学院

学位级别：硕士

内燃机自从问世以来一直是机械装备的重要动力源,尤其在汽车领域。气缸套作为内燃机的关键零部件之一,其形变直接影响活塞环与气缸套内壁的配合以及燃烧室的气密性,严重时将导致燃气泄漏、活塞环摩擦加剧。气缸套变形程度是影响内燃机... 详细信息

内燃机自从问世以来一直是机械装备的重要动力源,尤其在汽车领域。气缸套作为内燃机的关键零部件之一,其形变直接影响活塞环与气缸套内壁的配合以及燃烧室的气密性,严重时将导致燃气泄漏、活塞环摩擦加剧。气缸套变形程度是影响内燃机综合性能的关键。随着内燃机的不断发展、转速和功率不断提升,为满足内燃机发展需求,研究气缸套变形规律的需求日益凸显。随CAE技术的日益完善和广泛应用,以有限元分析为代表的CAE技术逐渐成为内燃机零部件研发和设计的重要手段。本文运用有限元数值分析技术对三款不同型号气缸套进行研究,建立了三款不同型号的气缸套分析模型,根据不同型号的工作要求完成了其各自的工况条件设置。基于内燃机温度参数进行稳态热温度场分析,得到三款不同型号气缸套的温度场分布规律,三款气缸套温度场分布形式类似,温度沿着气缸套轴向由大到小分布,最高温度出现在气缸套顶部,最低温度出现在气缸套下部的非活塞行程区域。在温度场分析的基础上添加机械载荷,采用热机耦合分析方法,对气缸套进行变形和应力分析,结果表明,非工作状态下三款气缸套由于螺栓预紧力顶端产生“花瓣状”形变,形变量较小;工作状态下气缸套变形主要表现为径向形变明显,最大形变位置主要集中在活塞推力侧,是影响气缸套工作性能的关键。为简化气缸套数值分析流程,本文基于Visual Basic语言,结合ANSYS二次开发技术,针对三款不同型号气缸套的数值分析开发出了专用的气缸套分析系统。该系统提供了专用化界面,通过简单的操作便可完成三款不同型号气缸套的参数化建模、材料属性设置、边界条件施加、数值分析计算以及结果显示,提高了气缸套数值分析效率,为气缸套的快速设计提供了便利。

关键词：气缸套数值分析热机耦合参数化建模二次开发

基于气缸套-活塞环磨损的内燃机性能衰退研究

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车用发动机 2023年第5期 1-8,16页

作者：王世年崔毅徐兆辉高礼宁李亚芬侯新荣上海交通大学机械与动力工程学院上海200240 上海交通大学动力机械与工程教育部重点实验室上海200240 中国北方发动机研究所(天津) 天津300406

为了研究缸内燃气通过活塞环组窜入曲轴箱后对整机性能的影响,基于内燃机热力学理论,建立了相关的数学模型,包括柴油机性能计算模型、漏气模型和磨损模型。漏气模型考虑了活塞环开口间隙影响下的漏气对性能参数的影响,并基于当量开口间... 详细信息

为了研究缸内燃气通过活塞环组窜入曲轴箱后对整机性能的影响,基于内燃机热力学理论,建立了相关的数学模型,包括柴油机性能计算模型、漏气模型和磨损模型。漏气模型考虑了活塞环开口间隙影响下的漏气对性能参数的影响,并基于当量开口间隙,研究了气缸套-活塞环磨损对内燃机性能的影响。基于Archard模型,由性能衰退规律,预测了柴油机的大修期。计算结果表明,在气缸套最大磨损400μm,第一环磨损200μm时,功率衰退7.52%,标定工况下,有效燃油消耗率增加7.73%。

关键词：漏气气缸套活塞环磨损性能衰退大修期

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活塞环和气缸套表面形貌对润滑性能的影响

车用发动机 2023年第3期 1-7,16页

作者：孔令春白书战李国祥山东大学能源与动力工程学院山东济南250061

综合考虑缸套热变形、缸套温度场、弹性变形以及润滑油变黏度等因素影响,建立活塞环-缸套摩擦副的瞬态流体动压润滑计算模型,分析发动机工况、活塞环-缸套接触面粗糙度方向和粗糙度大小对摩擦功耗和窜气量的影响。研究发现,当转速升高时... 详细信息

综合考虑缸套热变形、缸套温度场、弹性变形以及润滑油变黏度等因素影响,建立活塞环-缸套摩擦副的瞬态流体动压润滑计算模型,分析发动机工况、活塞环-缸套接触面粗糙度方向和粗糙度大小对摩擦功耗和窜气量的影响。研究发现,当转速升高时,摩擦功耗升高,影响发动机效率;活塞环采用横向粗糙度方向和缸套采用纵向粗糙度方向的组合,能够同时使窜气量和摩擦功耗处于较低的水平;综合粗糙度一致时,采用活塞环表面粗糙度低于缸套表面粗糙度的组合,能有效降低摩擦功耗。

关键词：柴油机活塞环气缸套摩擦功耗表面形貌润滑特性

高强化柴油机活塞环-气缸套边界润滑模型研究

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车用发动机 2023年第6期 84-89页

作者：张利敏袁晓帅吕步高王延荣强慧刘旭康中国北方发动机研究所(天津) 天津300406 上海交通大学机械与动力工程学院上海200240

高强化柴油机活塞环-气缸套在上止点处的工作环境恶劣,多处于边界润滑状态,该润滑状态对摩擦副的摩擦磨损性能具有较大影响,然而目前仍缺少相应的数值模型。本研究建立了考虑摩擦膜影响的活塞环-气缸套边界润滑模型,并对其关键参数进行... 详细信息

高强化柴油机活塞环-气缸套在上止点处的工作环境恶劣,多处于边界润滑状态,该润滑状态对摩擦副的摩擦磨损性能具有较大影响,然而目前仍缺少相应的数值模型。本研究建立了考虑摩擦膜影响的活塞环-气缸套边界润滑模型,并对其关键参数进行了试验标定,在此基础上,对典型工况下该摩擦副摩擦系数及磨损量进行预测,并与往复摩擦磨损试验机试验结果进行对比,二者偏差小于10%,验证了该模型用于工程评价的有效性。

关键词：活塞环气缸套边界润滑摩擦磨损数学模型

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发动机气缸套温度场分析系统的开发

合肥工业大学学报（自然科学版） 2022年第6期45卷 726-729页

作者：宋振飞王虎汤必强合肥工业大学机械工程学院安徽合肥230009

文章使用Java编程语言及其开发工具Eclipse,并结合ANSYS软件参数化设计语言APDL,开发针对不同种类、不同参数的气缸套温度场分析系统。该系统通过操作Java语言编写的可视化操作界面,方便快速地实现不同种类气缸套的参数化建模、材料物... 详细信息

文章使用Java编程语言及其开发工具Eclipse,并结合ANSYS软件参数化设计语言APDL,开发针对不同种类、不同参数的气缸套温度场分析系统。该系统通过操作Java语言编写的可视化操作界面,方便快速地实现不同种类气缸套的参数化建模、材料物性参数的添加、网格划分、边界条件施加、有限元计算分析及结果显示等功能;ANSYS的具体计算过程集成于软件后台,提高了分析系统操作便捷性和人性化。对某型号发动机的气缸套进行温度场分析的结果证明,该温度场分析系统准确且可靠。

关键词：气缸套温度场 Java语言 ANSYS软件

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稳态磁场辅助激光熔覆气缸套再制造修复研究

稳态磁场辅助激光熔覆气缸套再制造修复研究

作者：田永昌大连交通大学

学位级别：硕士

随着国家经济的迅速发展和装备制造业的日益壮大,各行各业所需的设备面临工况也变得越来越复杂。许多部件未到服役寿命提前失效,造成了资源的巨大浪费。船用柴油发动机是轮船上重要的动力装置,气缸套则是其重要组成部分,但气缸套的工作... 详细信息

随着国家经济的迅速发展和装备制造业的日益壮大,各行各业所需的设备面临工况也变得越来越复杂。许多部件未到服役寿命提前失效,造成了资源的巨大浪费。船用柴油发动机是轮船上重要的动力装置,气缸套则是其重要组成部分,但气缸套的工作环境十分恶劣,往复摩擦和与冷却液造成的电化学腐蚀都影响着气缸套使用寿命,导致气缸套提前报废,造成资源浪费。通过激光熔覆技术可实现气缸套的修复和复用,提高使用效率。为进一步提升修复质量,本文分析了国内外在磁场辅助激光熔覆技术的应用情况,用COMSOL Multiphysics对施加稳态磁场下熔池温度场和速度场的变化特征进行仿真模拟,并同时进行稳态磁场辅助激光熔覆实验,借助表征手段分析熔覆层的微观组织和性能。研究结果表明:(1)稳态磁场对熔池的影响机制主要包括两方面:一是稳态磁场对熔池的电磁制动效应,二是稳态磁场的热电磁流体效应。即电磁制动效应会使流体的流动速度减弱,进而抑制等轴晶形成,促进柱状晶生长。热电磁流体效应作用在枝晶上的热电磁力会起到细化晶粒的作用。用COMSOL Multiphysics对熔池的温度场和速度场仿真模拟。结果表明,稳态磁场可以抑制熔池内部对流,对熔池温度的改变较小。(2)从熔池形貌和组织来看,随着稳态磁场强度增强,熔池趋于扁平状,稀释率有所下降。而外加水平方向的磁场时熔池的高度和宽度更大,熔深和稀释率较低。随着稳恒磁场强度的増加,在熔覆层中部及顶部,存在树枝晶组织转变为等轴晶组织的现象,底部出现大范围具有方向性且更粗壮的柱状树枝晶,底部树枝晶生长方向有转向磁场方向的倾向。稳态磁场不改变熔覆层中的物相组成,随着磁场强度增强,基体相含量增加,Laves相含量下降,晶粒尺寸减小,晶体结构稳定。(3)从力学性能测试数据分析得到熔覆层显微硬度远高于基体,且硬度分布值随磁场强度的增加而增大,耐磨性能和耐腐蚀性能有所提高。稳态磁场竖直向下时的熔覆层各区域硬度最高,耐磨性能更佳,熔覆层耐腐蚀性能则低于水平方向。

关键词：气缸套激光熔覆技术稳态磁场显微组织力学性能