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          柴油機高壓油管振動優化

          2013-06-24  by:廣州有限元分析、培訓中心-1CAE.COM  來源:仿真在線

          本文通過對某型柴油機高壓油管進行不同方案的振動優化試驗,利用TEST.LAB軟件對比分析了各種方案的測量結果,得到了最佳的油管布置方案,降低了高壓油管的振動。

          隨著發動機功率的不斷增大,特別是載重卡車上配置的發動機,高壓油管內的高速流動的燃油對管壁的沖擊力度也是越來越大,因此高壓油管在整車上出現漏油、端口開裂的次數是越來越多,而究其根本原因是高壓油管本身的振動比較大所導致,所以對高壓油管進行振動優化則是勢在必行。

          0 試驗目的

          在不改變高壓油管管型的前提下,通過對振動相對大的高壓油管采取不同的優化方案在試驗室臺架上來模擬整車情況,對各油管進行振動優化,來降低高壓油管的振動幅值,從而確定各高壓油管的優化方案(包括油管的約束方式及約束點的位置)。

          1 某型柴油機主要技術指標

              柴油機主要技術指標見表1:

          表1 某型柴油機主要性能指標

          柴油機高壓油管振動優化機械設計培訓圖片1

          2 試驗要求及說明

              2.1 試驗為模擬整車情況,發動機帶變速箱,傾斜角度為3.5度,試驗時變速箱處于直接檔。

              2.2 變速箱的型號為RT-11509C,主要規格:輸入功率為191-265千瓦。

              2.3 共振分析的測量工況為700rpm~2100rpm,所有發動機的轉速變化過程由測功機控制軟件中的手動功能來實現,每次勻加速和勻減速的時間控制在150秒內。

              2.4 每次額定工況測量時,記錄發動機的最大功率和相應的扭矩。實測最大功率為2100r/min時的功率為 250.2KW,,銘牌額定功率為258KW,功率損失比為3.1%,根據經驗知道該損失在正常功率損失5%范圍之內。

          3 試驗儀器與設備

              具體試驗儀器與設備詳細情況見表2:

          表2 試驗儀器與設備清單

          柴油機高壓油管振動優化機械設計培訓圖片2

          4 試驗過程

              4.1 測試坐標定義為:上下(活塞運動方向)為Z向,左右為Y向,前后(曲軸方向)為X向,符合右手定則,見圖1:

          柴油機高壓油管振動優化機械設計培訓圖片3

          圖1 試驗坐標系示意圖

              4.2 試驗前更換機油;

              4.3 各缸高壓高壓油管優化方案的確定。

          5 高壓油管優化結果分析

              5.1 試驗結果評估依據

              按照國外某發動機公司的試驗規范來評估柴油機零部件的振動水平,評估依據分速度和位移兩種(V和S均為測量有效值RMS):

              V<40mm/s,低振動 S<100um,低振動

              40mm/s

              V>80 mm/s,劇烈振動 S>400 um,劇烈振動

              5.2 進行優化的高壓油管的確定

          根據油管原方案的測試結果分析,確定對第2缸和共軌軌前高壓油管進行振動優化。

              5.3 高壓油管優化結果分析

              5.3.1 第二缸高壓油管優化方案

               第二缸高壓油管的優化方案具體見圖2和圖3:

          柴油機高壓油管振動優化機械設計培訓圖片4

          圖2 第二缸高壓油管方案一
          (取消原來管夾,新增一個管夾)

          柴油機高壓油管振動優化機械設計培訓圖片5

          圖3 第二缸高壓油管方案二
          (在原始狀態上增加一個管夾) 

              5.3.2 第二缸高壓油管優化結果對比

              幾種不同方案的測量結果見表3:

          表3 高壓油管幾種方案測量結果

          柴油機高壓油管振動優化機械設計培訓圖片6 

          從表3中的測量對比結果可以看出,方案一改進的第二缸高壓油管振動雖然有些工況的振動速度幅值超過了 80 mm/s ,但整體 呈下降趨勢,并且峰值從289mm/s降到了143.9mm/s,降幅超過了一半;方案二中油管的振動與原狀態時的振動相比也有很大的改善,但兩種方案比較來看,方案一更理想一些。方 案一中管夾處的振動比較大,原因是該管夾是直接剛性連接到缸蓋上的,其振動不會影響到高壓油管的振動水平以及其壽命

          5.3.3 軌前高壓油管優化結果分析

          柴油機高壓油管振動優化機械設計培訓圖片7

          圖4 軌前高壓油管優化方案(在兩個管夾連接處增加軟墊)

              5.3.3.1 軌前高壓油管優化結果對比

              軌前高壓油管的兩種方案的測量結果見表4:

          表4 軌前高壓油管優化結果

          柴油機高壓油管振動優化機械設計培訓圖片8

          從表4中軌道前高壓油管的優化結果可以看出,通過改進油管的支撐結構,軌道前高壓油管upline-1的振動幅值下降效果明顯,而軌道前高壓油管downline-1的振動也有所改善。

          6 高壓油管CAE模態分析

          CAE分析主要針對第二缸高壓油管進行,油管本身采用管單元進行網格劃分,用約束油管兩端x、y、z三個自由度的方式模擬油管固定,中間管夾約束了兩個自由度(沿油管方向除外)。采用鋼材的特性來模擬油管材料,提取了0 Hz~700 Hz之間的所有模態,具體的模態結果如下:

          柴油機高壓油管振動優化機械設計培訓圖片9

          柴油機高壓油管振動優化+培訓案例圖片圖片10

          柴油機高壓油管振動優化+培訓案例圖片圖片11

          把第二缸高壓油管的CAE模態分析結果和實際測量的階次圖比較分析,可以看出,沒有出現共振頻率。另外也對高壓油管的不同的約束方式進行了CAE分析,發現管夾的約束位置對高壓油管的模態結果有很大的影響。

          7 結論及建議

          通過對目前的高壓油管進行振動優化,可以得出以下結論及建議:

          (1) 對于第二缸高壓油管,采用方案一的優化措施效果是最明顯的,因此建議采用該方案。

          (2) 對于軌前的兩根高壓油管來說,采用方案一的優化方案可以減小油管的振動,但效果不是很明顯,可以參考采用。

          (3) 高壓油管的振動和管夾的不同約束位置有很大關系,在以后的高壓油管的總布局中可以提前把該因素考慮進去,以降低高壓油管的振動。

          (4) 至于高壓油管的優化方案對于整車上的高壓油管是否有同樣的作用,還有待整車的道路試驗來做進一步檢驗。


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