关于TBD620系列柴油机涡流调节机构优化的研究

0 引言

“涡流调节机构”又称“HALLO高低负荷最优化涡流技术”，是TBD620系列柴油机所特有的调整涡流比的一种机构。采用这一技术，使得TBD620系列柴油机进气系统兼顾了高、低负荷对进气涡流的不同需求，既保持了高负荷工况时燃烧的优化，也改善了低负荷工况时的燃烧状况，提高了低速大扭矩低负荷性能。

TBD620系列柴油机长期在低负荷使用以后，风门转轴不停的震动、磨损，使涡流调节机构的故障率偏高，最严重的故障表现为转轴断裂，破损件进入气缸，导致拉缸等重大故障。可见对涡流调节机构的优化研究，具有十分重大的意义。

1 现状调查

某型船使用TBD620V12柴油机作为电站动力，该型船上使用的柴油机长期在低负荷使用以后，频繁出现涡流调节机构中的风门转轴磨损故障，风门转轴磨损严重，并出现转轴断裂故障(见图1)，部分柴油机上断裂的转轴以及螺钉进入气缸导致拉缸等重大故障。

异常磨损主要在风门转轴安装阀板相对侧、与下部转轴孔配合处发生；断裂的转轴均是在上方螺钉孔处断裂。

2 故障分析

2.1 故障分析

涡流调节机构属运动件，存在摩擦副，在气道中进气压力的作用下工作。对于常规使用的柴油机其负荷一般不会低于70%，即风门一般处于常开状态(40%负荷以上时完全打开)，风门阀板面与气流进气方向大致处于平行状态，风门阀板承受的进气压力小，此时涡流调节机构的寿命问题并不突出。

2.缺乏具有约束力的法律支持体系,可持续发展思想落地仍存挑战。以相关立法保障具体工作的实施逐步成为我国在迈向法治社会进程中的常态。由于缺乏主管机构,可持续城市规划、发展的立法进程相对滞后,无法保障相关规划、思想的实践和落地。尤其表现在城市的产业选择和中长期发展规划方面,在法律约束缺位的情况下,难以避免一些地方政府出于短期利益考虑而忽略该地区长期的可持续发展利益的行为。因此,即便有好的发展思路和发展规划,也需要有政策和法律体系以及高效的行政部门保障实施。

对于长期处于低负荷运行的柴油机，风门长期处于关闭状态，风门阀板面与气流进气方向大致处于垂直状态，进气压力作用在风门阀板上对阀板产生压力，将转轴与进气方向相反的一侧压靠在气缸盖转轴孔上，因进气压力随负荷的变化而波动，柴油机自身的振动以及进气道内的复杂环境，转轴与转轴孔发生轴向窜动、径向转动等相对运动，使转轴与转轴孔压靠的部分磨损；风门阀板安装在转轴的下部，转轴与下部转轴孔接触处所受进气压力产生的压紧力较大，磨损主要发生在下部转轴孔处。涡流调节机构长期在此状态下工作造成转轴、气缸盖转轴孔严重磨损。

使风门转轴同时承受了轴向载荷、径向载荷等复杂的变化载荷，当转轴与转轴孔磨损到一定程度之后，转轴与转轴孔在磨损侧的间隙变大，下部转轴孔对转轴的支承作用减小，在进气压力作用下，转轴受力的力学模型由两点支承的简支梁变为一点支承的悬臂梁，在进气压力变化载荷的作用下，转轴在较大的薄弱处发生疲劳断裂。

2.2 要因确认

根据上面分析的风门转轴断裂过程及原因，总结造成风门转轴异常磨损的主要原因如下：

将转轴孔由φ7改为φ10，适应转轴的更改；在气缸盖上加工连通底部转轴孔的油孔，用于为转轴加润滑油。优化后的气缸盖补充加工图(见图14)：

2.转轴强度较差；

3、转轴上应力分布不均匀，上部螺钉孔处的应力较大；

4、转轴轴向窜动大，加剧了转轴的磨损。

3 涡流调节机构的优化

结合涡流调节机构发生故障的各种原因进行分析研究，从改善转轴工作环境、加强转轴强度、减小转轴轴向窜动、减小转轴应力等方面对涡流调节机构进行优化：

3.1 风门转轴的优化

为增加风门转轴的强度，减轻转轴在工作中的磨损，风门转轴由φ7更改为φ10(见图2)，增加转轴的强度；因此将转轴上部的螺纹孔位置上移了10mm，避开应力较大的位置，降低转轴薄弱处的最大应力；为控制风门转轴的轴向间隙，降低来自轴向的磨损，在转轴上与轴向调整环配合处增加一小平面，增大有效接触面积和摩擦力，保证轴向调整环不松动。优化前后的风门转轴对比见图2。

因风门阀板和转轴结构尺寸均发生了改变，为验证零件结构优化后是否会对柴油机进气造成影响，分别对安装了优化前、后状态涡流机构的气缸盖进气道进行了吹风试验。

论文针对“机械工程测试技术”课程多媒体教学资源的建设进行研究，总结和归纳了本课程在实际教学过程中的多媒体教学资源制作软件和方法。通过改进传统教学资源，旨在增强教学的灵活性和生动性，提升学生学习兴趣和积极性，让学生更为直观地理解和掌握课程知识点。

国家林业和草原局副局长刘东生在致辞中说，森林旅游是绿水青山变成金山银山的“转化器”，是实现“不砍树也能致富”的“发动机”，是助力扶贫攻坚、林区转型发展的“动力源”，还是推动全域旅游发展的“主力军”。

根据转轴在气缸盖上的安装情况，以上下端为约束，在阀板安装面上施加垂直于阀板安装面的力，力的大小为优化前后风门阀板上各自进气压力的最大值。

根据以上强度仿真分析结果，优化前转轴应力最大点出现在上部螺钉孔的位置，最大应力35.5MPa，优化后的风门转轴应力分布相对较为均匀，最大应力6.6MPa，最大应力避开螺钉孔的位置，上部螺钉孔处最大应力4.8MPa。可见优化后的风门转轴与优化前相比具有较高的结构强度。

11月6日，科迪华农业科技、陶氏杜邦农业事业部与中国（陕西）自由贸易试验区杨凌示范区管委会正式建立战略合作伙伴关系。

优化后风门转轴结构强度仿真分析过程及结果如下(见图5、6)：

优化前风门转轴结构强度仿真分析过程及结果如下(见图3、4)：

3.2 风门的优化

风门在新机安装时与直流进气道两侧是有间隙的，随着涡流调节机构的长时间使用，风门转轴及转轴座孔磨损，严重时风门与直流进气道一侧干涉。为减少风门与直流进气道发生干涉的几率，在保证风门面积不减少的前提下，风门宽度略有减小，高度相应增加，降低风门与气道发生干涉的可能，并根据风门转轴螺钉孔位置的变更对风门做适应性优化(见图7)。

为判断优化后的转轴强度，对转轴的受力情况进行了如下仿真分析：

某大型公立医院构建涵盖能耗监控，设备监控，后勤工单管理于一体的一站式后勤信息管理平台。其中，能耗监控系统主要实现对水和电的能耗监测，下面详细介绍能耗监控平台的功能。

吹风试验将优化前、后的涡流机构风门阀板分别打开0°、45°、90°，气门升程2mm-20mm范围内进行试验(见图8、9、10、11、12、13)，结果如下：

根据上述吹风试验结果，涡流调节机构优化前、后涡流比和流量系数基本不变，涡流机构的优化对气道的进气组织没有影响。

在白羽肉鸡养殖过程中，由于对肉种鸡相关传染性疾病检测不彻底，导致这些相关传染性疾病普遍存在肉种鸡群中。一些相关疾病可以传播给下一代，引起下一代隐形感染。

3.3 气缸盖的优化

1.风门转轴工作条件差，底部转轴孔缺少润滑；

为判断增加油孔是否会影响气缸盖强度，对气缸盖的受力状况进行了仿真分析如下(见图15、16、17、18)：

气缸盖增加油孔处的最大等效应力12.2 MPa、最大主应力为8.35MPa、最大切应力6.3 MPa，而气缸盖材料为HT300NiMoCr，抗拉强度为300MPa，抗压强度为抗拉的2.5倍以上，气缸盖增加油孔处的最大应力远小于材料的许用极限，在气缸盖上增加油孔后对气缸盖整体强度没有影响。

3.4 增加用于转轴润滑的结构

通过油杯与气缸盖上的底部转轴孔相连通，用油枪在油杯处加注润滑脂可以到达底部转轴孔，为转轴在轴孔中转动提供润滑。优化后的结构装配图(见图19、20)。

3.5 调整安装间隙

调整风门转轴轴向装配间隙：

在上文中本文分析了施工安全施工的主要引发因素，所以在预警管理体系的建设中需要对这些因素进行全面规避，预警管理体系可按照以下方式进行建设：

风门转轴部件的轴向间隙为0.4mm-0.6mm，轴向间隙偏大，风门转轴部件上下窜动，使风门转轴磨损严重，转轴及转轴座孔失圆后加剧转轴部件的磨损，形成恶性循环，最终导致涡流调节机构风门转轴磨断。转轴的轴向窜动偏大也是造成风门磨损的原因之一，调整紧固螺钉控制风门转轴的轴向间隙为0.2-0.3mm，有效改善因轴向窜动较大而引起转轴及转轴座孔磨损。

在已有2个不同时相的遥感影像的基础上，此方法可对比监测出基础设施、行政区划、地貌等信息的变化，可广泛应用到满足条件的工作中去，例如：林地变更调查、青山保护、国土监测等，是一种通用的方法。

三叶木通分布于中国河北、山西、山东、河南、陕西南部、甘肃东南部至长江流域各省区。可见它分布遍布全国各地，样品采集应该来源于全国各地，而试验不足之处在于样品采集的局限性，只收集了鄂湘6个不同区域，对三叶木通遗传多样性的研究不是很全面，但是却为三叶木通种子资源的筛选与开发利用奠定了一定的基础。

调整风门转轴拉杆的安装间隙：

涡流调节机构中拉杆与转轴摇臂连接处安装间隙较大,理论数据为2.4mm，通过调整垫片调整间隙，同时调整滑块的尺寸公差，避免拉杆前后运动时与滑块干涉，将间隙调整为0.1-0.2mm，避免拉杆在水平方向上受横向力。

4 总结

优化后的涡流调节机构经使用验证总体使用状况良好，增加的润滑结构可加注润滑脂到达底部转轴孔为转轴的工作提供润滑，风门转轴的磨损得到很大改善，可在柴油机上长期正常运行，即使个别转轴出现异常情况使磨损加剧，也可保证在至少一个检修周期内可靠运行。优化后的结构具有足够的使用可靠性。

在实际生产工作中，此次优化后的涡流调节机构解决了风门转轴易发生磨损的问题，降低了因转轴磨损断裂进入燃烧室造成拉缸故障的可能性，提高了涡流调节机构的使用寿命，在不影响柴油机性能的前提下提高了柴油机的可靠性。该优化方案已在TBD620系列柴油机上推广使用。

[1]黄佐龙.船用柴油机常见故障分析与排除[J].哈尔滨：科技创新与应用，2018(5).

[2]华道生.柴油机问题分析[M].北京：国防工业出版社，1985.