中速柴油机铸铁活塞裙断裂机理的研究.pdfVIP

中速柴油机铸铁活塞裙断裂机理研究 陈特銮+陈维汉‘黎镇英‘ 许麟康‘吴孥。谢会料’ 摘要 朵柴油机发电J‘的中速柴油发电机纽，发生过多起纽合活采铸铁活寒谣的断裂拳敞嘴粜裙使用奇 命均低卡25000h)。为直明活捶裙的断裂机理，对活塞裙的材厦、装配心力、心Jj集中情况等进，亍r分析 研究。研究结泉表明，铸铁活塞裙的断裂，主螫是材质的强度，活堪裙的刚度小足t舡扇艇山下洲戍儿纯 中所引起。 关键词 柴油机活察裙应力集中装配应力 光弹性模型研究 采娟组合活塞结构(活塞头用台金钢、活塞裙用铸铁制造)，在ii三常运行过程中发生多起 活塞裙破断事故Ⅲ。为了寻找这种活塞裙破断原因．我们对材质和断口进行了分析t测鼙 了装配应力，研究了两种括塞裙结构的应力集中情况，探讨了破断的机理。 一、斯口观察 菜型柴油机组台活塞的铸铁活塞裙礅断，发生在活塞谱F部油环褙底部攀个截面处， 断口面与活塞裙轴线约成454角。 1．I断口宏观形貌 活塞裙断口表面粗糙不平，属脆性断裂(图i，a)。断裂起源丁．活塞裙油环横根部与泄油 孔的交截部位，该处过渡圆角很小，存在较高的应力集中。断口宏观形貌具有“人”字花 样特征。 1．2断口徽观形貌 断口微观检测试样虽经物理方法和有机溶液+超声波多次反复粘拔清洗，微观形貌细 1，特征仍然有些模糊不清，但仍能见到如圈l(b)所示的一些特征。 (a)宏蕊形貌 (b1微观形貌 图1断口形貌 ·广州51064l、华南理工欠学,ll广东省顺德市528300、颇德市仝顺电力厂 图l(b)表示裂源部位的断口微观形貌，具有准解理特征，可清楚看出起源于泄油7L和 油环槽根部交截面处具有沿晶走向的二次裂纹。此外，在断口其他部位还发现表征疲劳断 裂所特有的微观形貌特征，如局部疲劳辉纹和局部轮胎压痕。 二、材料成分和金相检查 Z．1材辩成分 S=O．174，Cr---0．05，Ni=0．12，Cu=0．12。可见活塞裙的材料为普通灰铸铁。 2．2金相检童 体含量大于或等于98％。 三、材料机械性能 在断口下方，截取与活塞裙轴线方向～致的试样，作拉伸试验，结果如下：实测平均 强度极限o 塞裙下部取样)的平均0 台金的58．6％。 四、活塞裙装配应力测量 活塞裙的受力，主要有活塞头部等的往复运动惯性力、 作用在油环上的润滑油压力(特 别是低温起动时)、摩擦力和装配力等。其中摩擦力较小， 可忽略。 活塞裙通过螺栓和活塞头装配在一起，因此会有一 定的装配应力存在。一般说来，装配应力是恒定应力。 为了研究活塞裙的装配应力状况，我们对装配应力进行 了实测。测量针对油环槽底部结构不同的两种活塞裙， 如圈2所示：结构1的槽底基本无过渡圆角，结构2的 褙底为圆弧过渡。 4．1测量设备 4．1．1应变片 测量采用进口的HBM公司电阻式应变片，型号为 1,5／120LYI 1，阻值为120r…f--21*o．…35／。,．系数(n=1．88+1．5％ (其中第5点Y向电阻式应变片系数为1．87±J．5呦。测点结构J 结{哿2 分布如图4所示。 图2油环槽底部结构 4．1．2应变测量仪 应变仪采用华东电子仪器厂生产的YD21型动态电阻应变仪，灵敏度：}净2．00。 4．2测量方法 采用半桥式电阻应变测量，图3为接线图。其中R1供应变测量用，R2作温度补偿j{j。 4．3漶量{簪骤 图3接线图 在活塞裙和活塞头尚未装配时，将贴好应变片的应 变值调平衡，装好连杆小头球形轴承后，按照发动机制 造厂对活塞组的装配要求进行装配。装配分两步进行： (11将螺栓用120iXhn力矩拧紧，测量各点应变值；(2)将 螺栓的螺母转动90。，再测量每一点的应变值。