柴油机活塞的热状态分析.pdf

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1、第品舞帮期内燃机与动力装置I．c．E＆P。w。rpl。nt2015年4月内燃机与动力装置I．c．E＆PowerplantV01．32No．2Apr．2015【试验研究】柴油机活塞的热状态分析林英豪1，王艳彩2(1．南车戚墅堰机车车辆工艺研究所有限公司，江苏常州213011；2．风凯换热器制造(常州)有限公司，江苏常州213164)摘要：对柴油机活塞的热状态进行了分析，给出了活塞温度场的计算方法。以某柴油机改型前后活塞顶结构变化为例，研究了顶部不同燃烧室型式对活塞温度场的影响，为活塞的结构改进与优化提供了有效依据。关键词：活塞；热状态；燃烧室中图分类号：TK423．3文献标志码

2、：A文章编号：1673—6397(2015)02—0013—04AnalysisofThe珊alStatusOfDieselEnginePistOnUNYing—ha01，WANGYan—cai2(1．CSRQishuyanLocomotiVe&RollingStockTechn0109yResearchInstituteCo．，Ltd．，Changzhou2130l1，China；2．FunkeHeatExchangerSystems(Changzhou)Co．，Ltd．，Changzhou213164，China)Abstract：Thispaperanalyzedthe

3、the瑚a1statusofdieselenginepistonsandproposedthecal-culationmethodoftemperaturefield．Basingonthethe咖alloadofacertaindieselpistonthatwasstlllcturedindif玷rentpistonheads，itstudiedtheefkctofthestlllctureofapistoncombustionchamberonitstemperature6eld，pmVidingapracticalreferenceforfurtheroptimiza

4、“onofthestlllc-turedesignsofpistons．KeyWords：Piston；The彻alStatus；CombustionChamber引言活塞是柴油机中处在很不利的条件下工作的一个重要零件。它一方面在燃气压力、往复惯性力等的作用下沿气缸作高速的往复运动，另一方面它在燃烧室内跟高温高压的燃气直接接触，而润滑和冷却条件又比较差。这使得活塞顶部乃至整个活塞的温度都很高，且分布不匀温度差大，因此必须对活塞的热状态进行分析，判断其合理性，以提高柴油机的工作可靠性和使用耐久性。1柴油机活塞的热状态活塞在柴油机中工作时，其顶面直接承受瞬变的高温燃气的作用。高温

5、燃气与活塞顶面通过对流和辐射两种方式将热量传给活塞，从而使活塞组的的热负荷显著增高。而且随着平均有效压力和气缸直径的增大，活塞的平均最高温度也随之增长。同时由于活塞的结构和冷却条件的限制，使活塞不同部位的温差较大，从而产生的热应力也较大。因此，必须保证柴油机活塞适当的热状态。评定柴油机活塞的热状态主要查看三个危险区⋯：活塞顶面、第一环槽和活塞销座温度。由于受到活塞材料本身的限制，其工作时顶部的最高平均温度不可能过高，在达到一定限度后材料强度就显著降低，直至不能保证继续可靠的运转。除此之外，在高温条件下材料的抗弹性变形和抗塑性变形的能力也随之下降，这就会出现高温蠕变，甚至会在作

6、者简介：林英豪(1980一)，男，工程师，硕士，主要从事大功率柴油机组件的设计、制造以及轨道类零部件的售后服务工作。收稿日期：2015—01—23内燃机与动力装置2015年4月局部区域出现热点。局部的温度过高就会产生塑性变形、热裂甚至烧损。第一道环槽的温度如果过高，不仅使环槽处的材料强度降低，加速环槽的磨损，进而影响气环的密封性。更重要的是环槽温度过高使环带处润滑油结胶、结碳，导致活塞环卡死在环槽中，引起漏气和窜油。同时由于密封性恶化，炽热的燃气窜过活塞环，使活塞的温度进一步提高，致使输出功率下降，严重时还会引起活塞环折断和拉缸事故。活塞销座的温度也不能过高，过高的温度使材料

7、强度极限下降，导致销座的刚度降低，并在承载压力作用下发生过度变形。柴油机活塞各部位的一般容许平均温度如表l所示：”。表1柴油机活塞各部位的一般容许平均温度(℃)＼＼形式部位＼＼铝活塞铸铁活塞钢顶活塞(冷却)活塞顶部<300～350<400～450<450～500第一道环槽<180～220活塞裙部<110～130活塞销座<120～150的热应力和应变分布情况做好基础。2．2活塞温度场计算方法获取活塞温度场的方法一般有：实测法、估算法和有限元法。利用实验的方法来实测活塞的温度是最直接也是最真实的数据，其它方