R12V280ZJ型大功率中速柴油机活塞开发

摘要

内燃机车作为我国高原、西部铁路运输的主型力量及国家重要的战略储备资源，其牵引用柴油机的开发至关重要。活塞作为柴油机核心部件，必须通过合理的结构设计、精密的仿真计算及试验考核来保证装用柴油机后的运用可靠性。
　　本文通过对国内、外机车中速柴油机技术水平及活塞技术发展趋势的分析，选用了成熟可靠的钢顶铝裙组合式结构活塞，进行了详细的三维结构设计及静态匹配设计，建立了准确的三维模型。研究了三维有限元分析对零部件温度场和应力场分析的基本理论，建立了组合活塞三维计算分析模型，施加了边界条件和约束载荷。本文有限元计算围绕活塞温度场、应力场及变形的分布进行分析，研究了活塞各种载荷如装配载荷、燃烧气体力载荷、惯性力载荷等作用下活塞工作状态。研究了活塞各部件常温及高温疲劳性能，利用Smith图评估了活塞顶面、内冷却面、环槽及活塞裙销孔的静态和动态安全系数。通过对R12V280ZJ型柴油机组合活塞的疲劳评估分析，提出了可行的结构设计优化改进方案。
　　对优化改进后的组合活塞进行了温度场测试分析，掌握了该型活塞真实的热负荷条件，验证了活塞温度场计算的准确性，校正了分析模型。组合活塞随柴油机整机通过了UIC性能及可靠性试验、热冲击试验、超转速及超负荷可靠性试验，结果良好，未发现裂纹及严重磨损现象。R12V280ZJ型柴油机组合活塞成功的开发提供了一定的理论及试验依据，为同类型大功率产品开发提供了帮助和参考。

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第一章 绪论

1.1课题的意义及国内外研究现状

1.2中速柴油机活塞的研究现状

1.3本课题主要工作

第二章 R12V280ZJ型柴油机活塞结构设计

2.1关键结构设计

2.2活塞冷却型式

2.3活塞顶及裙部型面设计

2.4本章小结

第三章 R12V280ZJ型柴油机活塞三维有限元分析

3.1温度场分析理论基础

3.2应力场分析理论基础

3.3三维实体模型建立

3.4载荷及边界条件

3.5结果分析

3.6本章小结

第四章 R12V280ZJ型柴油机活塞温度场测试及试验分析

4.1温度场测试方法

4.2测点布置

4.3测试结果分析

4.4热冲击及可靠性试验

4.5本章小结

第五章 总结与展望

5.1 总结

5.2 本文的不足及展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的学术论文