柴油机机体应力测试及疲劳试验研究

柴油机的主要承力部件是机体，其结构及受力情况是相当复杂。因为其工作条件非常苛刻，所以对设计要求也很严格，要有足够的强度和刚度。本文就是针对一立式直列四缸水冷四冲程废弃涡轮增压3吨级民用柴油机机体进行安装应力和静态应力测试及疲劳试验等分析研究，为其结构设计方案提供可行性依据。

试验方法

试验时把曲轴安装在机体的主轴承内，并在第2、3缸安装缸套、连杆、活塞，使其与气缸盖组成一密闭的加载系统。将主轴承盖及汽缸盖按该型号柴油机的公司企业标准-柴油机装配技术规范安装于机体上，气门用272乐泰胶密封好，以防缸内液压油从气门中渗出。作出反馈回路，传感器上安装阻尼系统，以实现伺服回路与试验组成的液压回路相匹配。

过程实施

试验设备选用聚航科技的JHYC静态应变仪。

机体的高应力区为13个危险点，布片位置如图，其中1、2、3、4、5、6、7、8为应变花，9、10、11、12、25为应变片。

安装工况：主轴承盖拧100Nm、150Nm、235Nm；汽缸盖拧50Nm、80Nm、127Nm，测量并记录6个工况及各测点的应变值。

对第3缸、第2缸分别施加4MPa、6MPa、8MPa、9MPa、10MPa、11MPa、12MPa、13MPa、14MPa、15MPa的静态压力，测量并记录10个工况及各测点的应变值。

给2、3缸交替发火时各缸压力值组成的载荷循环进行疲劳试验。

加载形式：正弦波

载荷：P_max=13.65MPa

P_min≤1.2MPa

加载相位：2、3缸相位差为180°，并交替加载

加载频率：45HZ

循环次数：1*10⁷

测量结果分析

对安装工况、静态工况下，机体上各应变片的平均应力数据分析发现，安装主轴承盖和缸盖时，各片应力值不高。当加静压时，应力值迅速增加，靠近凸轮轴腔侧的9、10、11号片的应力值均高于靠近主油道侧的12、25号片。其中紧靠凸轮轴腔的10号片应力*高，第3缸静压时为66.17MPa，第2缸静压时为70.1MPa。

在安装工况时的*大主应力为位于机体第三缸隔板曲轴座圈部位的1号花105.3MPa，方向角4.55°。

第3缸静压15MPa时的*大主应力为1号花108.4MPa，具体方向角4.25°。

第2缸静压15MPa时的*大主应力为1号花117.2MPa，具体方向角2.01°。

应力测试分析表明：机体强度能够满足该型号柴油机各工况下的正常工作。

疲劳试验结果

按上述方式加载，对机体进行疲劳试验。试验每进行1小时（约1.6*10⁵次疲劳循环），检查机体有无裂纹。当试验进行至6.76*10⁶次疲劳循环时，由于第2缸导油筒安装丝对被拉断，造成停机。停机后将第1缸上两丝对取出并安装于第2缸上继续进行疲劳试验，直至1*10⁷次疲劳循环。下台架检查机体没有裂纹等损伤。机体的结构强度得到了有效地验证。

结论

通过对该柴油机机体的安装应力和静态应力测量分析及疲劳试验，得出该机型在增压下的机体结构可靠性满足使用要求，表明其结构设计方案是可行的。