【摘 要】
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柴油机因其压缩比高、热效率转化好、利用率高等优点在我国被广泛应用于众多领域,然而因此造成的噪声污染同样不容忽视。柴油机的噪声主要有空气动力学噪声、燃烧噪声和机械噪声,而由活塞敲缸导致的噪声是机械噪声中最主要的噪声源之一。随着柴油机向高速化发展,这种现象会日益加重,不仅影响发动机的性能,严重时还会出现缸套穴蚀现象,甚至穿透缸套导致发动机报废,危及司乘安全。本文开展了柴油机活塞敲缸行为的瞬态动力学建模
【基金项目】
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国家自然科学基金项目:活塞-缸套弹流碰撞行为的动态流-耦合建模及状态监测研究(项目编号:51805353); 山西省自然科学基金项目:活塞-缸套弹流碰撞行为对缸套穴蚀失效的影响机理研究(项目编号:201801D221222); 山西省回国留学人员科研资助:导师组模式在来华留学研究生培养中的教学实践(项目编号:HGKY2019041
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柴油机因其压缩比高、热效率转化好、利用率高等优点在我国被广泛应用于众多领域,然而因此造成的噪声污染同样不容忽视。柴油机的噪声主要有空气动力学噪声、燃烧噪声和机械噪声,而由活塞敲缸导致的噪声是机械噪声中最主要的噪声源之一。随着柴油机向高速化发展,这种现象会日益加重,不仅影响发动机的性能,严重时还会出现缸套穴蚀现象,甚至穿透缸套导致发动机报废,危及司乘安全。本文开展了柴油机活塞敲缸行为的瞬态动力学建模与试验研究。首先基于QCH1125型单缸柴油机进行了缸套模态试验,对不同约束状态下的缸套振动响应特性进行了分析。对比了不同约束状态下的缸套振动响应特性,研究发现约束条件对缸套振动响应频率有一定影响,需要在瞬态建模中加以考虑。为获取缸套在燃烧状态下的振动响应,建立了活塞-缸套组件瞬态动力学分析模型,考虑了配缸间隙、燃烧压力、材料参数、缸盖预紧力、活塞热变形和非线性接触等参数的影响。根据缸套测点对应位置的仿真加速度响应,对比分析了仿真与试验加速度谱,二者的幅值在显著峰值和频率范围方面接近,验证了模型参数选取的合理性。通过搭建单缸柴油机试验台架,获取了所需缸盖、缸套、缸体振动数据,利用连续小波变换对其进行时频域分析。对缸套实测振动响应信号区域分割,提取出了包含活塞敲击响应特征的信号频段。基于动力学仿真结果定位出活塞敲缸事件的响应时机信息,根据缸套模态试验获取振动响应分布的频带信息。在剔除了针阀落座、气门开闭等与活塞敲击事件无关的机械事件干扰后,对缸套振动低频子块(0-3k Hz)进行了统计分析。本文所提出的缸套振动研究方法可有效解析不同敲击时刻下缸套的动态响应成分及其来源,为基于振动响应的柴油机状态监测与故障诊断提供理论基础。对于缓解柴油机振动,降低发动机噪声水平,提高整车NVH(Noise、Vibration、Harshness)性能具有一定的参考意义。
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