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1、| 维普资讯 h ttp:/44酬年第3期（总第303期）运用检修&抑制柴油机气缸套的振动防止气缸套穴蚀 怡塔，站 日本症徹,前田广M S珊評从柴油机扳动入手*递步深入地分析了吒牡套穴社的产生机理，滞出穴处的主要廉園 是繪塞敲击缸套从而便虹套严生轅动，进一步使术套中冷哥水产生穴tkifeo从降抵激 换力彌改进缸套、气枇体结构两方面入手，介绍了穴迪陆止播施乜分析过程中使用了有限 元技术。| 维普资讯 h ttp:/44酬年第3期（总第303期）| 维普资讯 h ttp:/44酬年第3期（总第303期）关St词症鱼 堡輕匚 逵电 吏限尤法1柴油机和振动柴油机一般被看作是振动、噪声源，控制振 动、噪
2、声是设计时最关心的事悄之一口本例对柴池机振动何题中的气缸套振动进 行分析井介紹对其进行改逬的情况-股往境内燃机的活塞在气缸套中不仅仅 是单纯上下运动还由于连杆的倾斜引起的横 向力（推力）柞用会引起横向运动，从而造成活 塞对气缸套产生冲击作用，即严生所谓的活塞 厳和现象。由于冲击产生气缸套的振动传播到 柴油机表面曲为嚴缸噪声，是柴油机噪声大的 原因之一，同时还会在气缸套水腔测引起穴烛。2汽缸套的穴烛对于水檜式柴袖机，在气缸休水腔侧，由于 柴油机朗运转会引起微小吒泡*即产生穴蚀气 泡，当它们崩裂时冲击气缸套和气缸体表面，会 产生如图II所示的许多小孔状的损捞口这种现 象和化学腐蚀现象的穴蚀是有区别
3、的，所以称 其为物理损坏的穴蚀。1有穴烛损伤的气缸套产生穴恤时*极端情况会有费穿气缸套和 气缸体的损伤;役却水流人气缸内产生水锤现 象:冷却水涌到柴油机外面或漏到凸轮箱而造 成險却水量不足，以及机袖劣化的重大事故&所以李文以有气缸套穴蚀的实用柴袖机为 例.分析其主要原园并对抑制激振力、改进结构 的情况加旦介鋁。3穴烛的主要原因分析分析所用的柴油机的主要参数见表屛柴 油机为4冲程水冷口在试验柴油机上安装的振| 维普资讯 h ttp:/44酬年第3期（总第303期）| 维普资讯 h ttp:/45（国外内燃机车）!斓年第3期（总霁购期| 维普资讯 h ttp:/| 维普资讯 h ttp:/动加速度
4、传爾器和水压力樸感器如图2所亦。衷1试鑒樂油机的主要参做汽缸数3SI径 xfrg（mra）155x180标定转連（r/nrift）1700标宦功車CkW）100E2试鲨樂抽机的传感黯安装位置加速度fftfiSi水压力ftISr虹宴03.1在柴油机停机时的冷却水压力穴蚀损佚的主要原因和船用螺雄桨等一 样，是由于施速变化带来的局部压力变化门引 起的口因此，在柴油机不运转的情况下，貝用机 上冷却水泵驱动，昶捷了袴却水压力*结果如图 3所示&但是所得的压力变化幅值很妙，与冷 却朮静压llOkPa相比可忽略不计，可知其与穴 蚀气泡的产生几乎无关口1 UH I I I I |l I I I M+44444
5、4-444i-+frH篥柏机停机时的禅却水压力波形3,2柴油机运转时的冷却水压力实际柴油机在标定负荷工况运转时冷却水 压变毗如图4所示，能观嘉到在柴油机循环 的待定相位有大的水压变化，其中可见在爆发 上止点有最大的水压变化“将这部分放大如图 5所示由图可见,A-B与冷却水静压几乎相 同*并由此产生水压降低（图中B-C）；接着水 压降低到如图中虔城（表示饱和蒸汽压力人并 有几乎一定的保压过程（图中OD）t其后压力 出现急剧上齐（图中D-E）和出现高拡变化（图 中 E-F）o图4冷却水压力变化和咒缸套振动理度T缸内圧力（MPa）l勺切昏握动連度V （亦山變却水压力变it 3. （kP*）恥蚩打黒上
6、止点; 曲轴转扬0人r1卜Edt1 1 I Jhl B j =-，- Jr:B J J Ai* AjlF1GLJ-nF/ s11 ._kJ:11 1111 llftli111沏1OD。 re栏出盖市歼夕于“为直轉；图予耀疑行程上止点附近的冷却水压力变化旦际叵K/2rch1B0(F, TDC360(dto)也就是说，可以斷宦D间产生了穴烛 气泡,其后拎却水压力恢复，气泡崩裂，发生了 高頻冲击波。3.3振动和水压变化的关系由图4的水压变忧波形和气缸套擁前速度 披形的比较可帅，两者是非常相似的乜图&所 示的气缸套振动速度和冷却水压力变化的关系 存在很离的相关性。而表示气泡产生的部分* 其与缸套撮动之
7、间的比例关系遭到破坏，这是 由于气槪的发生而使图5CD间存在压力保 持区的缘故口DD.OS0 100 席，0.2DE 6气何邸振动速度和冷却水压力变化的关塞馬却水变化压力（眼*乜誑窪按度速庄V产主气翘危宙H谨一步将气缸套撮豹速度卩变换成水庄 力变化几则有以下的关系式：、P = pcV（1）式中Q拎却水密度；C拎那水中的声蓮图6的点划线表示（1）式，可知气缸套振动 速度和冷却水压力变化能满足（1）式。3,4气缸套振动前激振源使气缸休水腔侧产生穴蚀气泡的气缸套振 动妙图4所示在1个循环中有几个峰值=作为 这种阖歇振动的壬要原因可以斷定是活塞敲 击图7所示是用试验柴油机测量岀的洁塞横 向运动和气缸套
8、振动，振动的峰值都是在活塞 推力侧（在气缸内作用有最高压力时活塞受横 向力的方向）相反的非推力侧作用时产生的。 由此可知，宙于活塞横向运动和气缸套冲突而 便活塞敲击缸套产生丁气缸套振动a图了活塞谖击和板套振动恬宴樹向也程D （冲1）：吒虹蠢摄动速度V W 讥啟抽转角（叽4减少气缸套振动的措施根据主要原因分析结果若减少气缸套振 动将能够防止穴蚀损怖*般来讲，为咸小振动，有两方面措施：- 是抑制产生这弼振动的力；二是改变振动体第 掏。本文針对这两个方面对在设计阶段减小撮 动的措施加臥叙述。4,1减小澈振力为在设计阶段能对嶽振力进行评价进面 减小激握力，制作了如图呂所示的活塞敲击分 析模型氛心、对于
9、这种分析模型，根据敲击力 的实灣值和计算值一致的原则来确定各部分的 摩擦力和油膜压力由于活塞下部变形引起的 弾性常数由图9所示的一半活塞的三维有限元 摸型计算求出=4.1油厲作用从计算模型可知*活塞销附近的油膜影响 非常大，总的来看,活塞销附近的油膜压力变冲 击力就会大幅度增大所以,为明确其影响，如 图10&）所示在活塞下部设置油环，用仅在话 塞下部形戚有效油膜的活塞柞发动机运转。这*发压力；往复盗动慣性力$慣性力活塞 増虹噸擦力匚推方；活蹇环摩擦力1上窗J油膜 压力；F部櫥鎮压力。图9活塞的三维有限元換型时的气缸套振动速度波形与标准活塞时比较如 图1】所示亠可知由于油环阻碍了活塞销附近 的浊
10、膜形成，实际上大幅度增加了气缸套振幼U(a) T*TJri L（b） T才幻円常忖上帕2图10改变油SI压力的活塞（a）下冊投再福歼：（b）下那有油环釉环；浦膜.,下忖L-下BW十诃Ab衣Lr0.40O.JO0.DD-0.200.20诃-aeo-180o1JM3605ffl 11不同油膜的吒fcr套飯动連度变化吒就窘按动連度y曲轴转角e）i节和育油环；下都无灌坤。4.1_2活塞型线支配活塞运动的主要原因之星活塞上下方向的型线性质。活塞型线形响活塞横向运动(* ”齐 12试逍活墓数线2） Afl; B#g变化的典型活塞形状实例如图12所示*在爆发 行程上止死点附近活塞横向运动情况如图13 所示这
11、时的气缸套振动如图14所示。由于改 变活塞上下方向的型线,就改变了活塞敲击模 式，其结果对气缸套是改变了冲击力，可以推断 也会改变气缸套的振动。亘1?屋* ! ， 1A n 如茁拍126I?为 tic -llrI A 4 阪WUM16 I 丨 i i I _T 8 4 2 0 2 4 宀 厂一丄L, Y IEIEIEElE!E!Er 皿 d-1-lm? 5Re1?0_18 -14A - 1?-10!莺倉|伺； .-flf 二 Q 2 4 丹 I !-; : I TaBI 亘叵13不同活塞取线活塞横向运动变化曲轴转角(B); 2：T:推力侧；A：非推力N; (a) aS； (b) B5!&4.2气缸套、气缸休的结构若提高气缸套、气缸体的刚度，有可能会抑 制吒缸套的振动。但是,近年来对发动机的轻 型化、小型化要求提高，需要用比较薄的气缸套 同时要求能确保刚度，所以就需要合适的刚度 匹配技术。因此采用有限元模型，根据振动预测方法 进行气fcE套、气缸休的刚度评价4分析摸型如 图15所示这时力的输人使用上述活塞敲击 分析获得的冲击力。撮动预测计算结果冥例如 图16所示20.19Q，站C ?04060 eo 1DQ J20.匍仲(%)ra 14活墓型线和弋虹枣振动速度气叔套振动連度v zn负荷系散(%)；盘 型：E型图廿气缸套、吒社体的有限元模型实际设计时，根据图16获得的吒缸套振动