【摘 要】
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柴油机具有良好的燃油经济性和动力性,但在节能减排、双碳政策的驱动下,开发能够进行零部件强化研究及热力学问题研究的单缸试验机,对提高柴油机性能具有重要的意义。本文基于“自研为主、借用为辅、效率为先”的整体开发原则,开发了一款性能优异的126缸径单缸柴油试验机。首先,根据试验机技术需求,提出了试验机整体设计方案。考虑到后期换装与维护的方便性,将机体设计为组合式结构,由气缸体和上中下机体组成。考虑到未来
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柴油机具有良好的燃油经济性和动力性,但在节能减排、双碳政策的驱动下,开发能够进行零部件强化研究及热力学问题研究的单缸试验机,对提高柴油机性能具有重要的意义。本文基于“自研为主、借用为辅、效率为先”的整体开发原则,开发了一款性能优异的126缸径单缸柴油试验机。首先,根据试验机技术需求,提出了试验机整体设计方案。考虑到后期换装与维护的方便性,将机体设计为组合式结构,由气缸体和上中下机体组成。考虑到未来对试验机的扩展需求,设计试验机的行程和缸径可在一定范围内变化。同时,通过对转动惯量的核算,设计定型了飞轮组件。在对后置齿轮室、凸轮轴、曲轴等关键零部件及多个子系统进行设计分析后,完成了整机的设计。其次,为了保证曲轴的强度满足条件,论文基于ANSYS对曲轴进行了静态强度分析和振动模态分析。论文对标准工况和强化工况下曲轴的应力进行了计算,结果表明主轴颈、曲柄销轴颈过渡圆角处为曲轴的应力集中部位,两种工况下的最大应力分别为72.4MPa和206MPa,均满足强度条件。论文计算了曲轴的前8阶约束振动模态,并进行了模态分析,结果表明其激振力频率5.83-17.5Hz远低于最低阶次固有频率56.625 Hz,满足避开共振的要求。再次,论文对单缸试验机的平衡系统进行了分析,设计并布置了由四轴平衡装置和曲柄臂组合式平衡重构成的平衡系统,并基于ADAMS软件对平衡性能进行了仿真,结果表明所设计的平衡系统可以有效地改善单缸试验机的运行效果。最后,本文基于126缸径热力学单缸试验机开展了发动机燃烧性能试验和起动性能试验,获得了较详实的数据,结果表明本单缸试验机的开发工作是成功和有益的。
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