【正文】 ........................................................... 31 大連交通大學 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 1 第一章 緒論 引言 目前，世界范圍內(nèi)柴油機的性能指標日益提高， 噴油系統(tǒng)的最新發(fā)展已經(jīng)極大地推動了現(xiàn)代柴油機的進步， 直噴式柴油機對噴油系統(tǒng)要求較高，需要高的噴油速率和噴油壓力。因此傳統(tǒng)的供油凸輪已不能適應這種趨勢，急待尋求新型的供油凸輪 。大功率高強化中高速柴油機的發(fā)展 對供油凸輪也提出了更高的要求，在噴油壓力高達 100MPa 以上時，要求燃油噴射系統(tǒng)提供大噴油速率、良好的噴油規(guī)律和較低的接觸應力。 本文 對我國未來柴油機供油凸輪的發(fā)展提供重要借鑒，并揭示未來柴油機供油凸輪的發(fā)展趨勢，具有工程實踐意義。 供油凸輪是柴油機噴油泵組件之一，供油凸輪的外形對供油特性有重大影響，它是柱塞幾何供油規(guī)律的主要決定 因素，在一定程度上影響到噴油規(guī)律。 國內(nèi)外機車柴油機供油凸輪發(fā)展狀況及相關(guān)介紹 美國內(nèi)燃機車技術(shù)發(fā)展很快，其技術(shù)水平可以代表國外內(nèi)燃機車先進水平。目前， 16V265H型柴油機已由大連機車車輛有限公司以技術(shù)引進的方式進行國產(chǎn)化生產(chǎn)，作為 HXN3型機車的牽引動力。如大連機車廠生產(chǎn)16V240ZJB柴油機采用的是凹面三圓弧供油凸輪；早期從美國 GE公司引進的 ND5型機車柴油機采用的也是凹面三圓弧供油凸輪 [1]。法國熱機研究所在 PA PA6機型上，應用諧波函數(shù)凸輪既保持了高的柱塞平均速度，又減小了噴油段的沖擊，改善了彈簧的工作條件，得到了滿意的效果，但在理論研究方面尚有待進一步的深入。講述了柴油機供油凸輪的工作狀況，在工作中對噴油泵的影響，介紹了國內(nèi)外機車柴油機供油凸輪的發(fā)展狀況。 CAD 成為現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)技術(shù)進步的關(guān)鍵和基礎(chǔ)。全球經(jīng)濟一體化進程明顯加速，市場競爭要求產(chǎn)品設(shè)計制造過程朝向小批量、多樣化、個性化的方向發(fā)展，同時更新更快、成體更低。 Auto CAD 是目前世界上應用最廣的 CAD 軟件，市場占有率位居世界第一。 Auto desk 企業(yè)成立于 1982 年 1月，在二十多年的發(fā)展歷程中，該企業(yè)不斷豐富和完善 Auto CAD 系統(tǒng)，并連續(xù)推出各個新版本，使 Auto CAD由一個功能非常有限的繪圖軟件發(fā)展到了現(xiàn)在功能強大、性能穩(wěn)定、市場占有率位居世界第一的 CAD系統(tǒng)，在城市規(guī)劃、建筑、測繪、機械、電子、造船、汽車等許多行業(yè)得到了廣泛的應用。 Auto CAD 2020 出現(xiàn) 了 一個類似于 Office 的宏錄制器的功能 ， 可以把你的操作過程和步驟錄制下來 。 大連交通大學 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 6 軟件介紹 Microsoft Excel 是 辦公室 自動化 中非常重要的一款 軟件 ， 很多巨型國際企業(yè)都是依靠 Excel 進行數(shù)據(jù)管理。 在 Excel 中，工作表是一個由行和列組成的表格，工作薄是工作表的集合。 Excel 中關(guān)于圖表類型，共有 14 種標準圖表類型，每一種類型又有 2～ 7個子類型。一個值所占的面 積越大那么它在整體關(guān)系中所占的比重就越大 ：條形圖使用水平條的長度表示它所代表的值的大小 ：氣泡圖對三個系列的數(shù)據(jù)進行比較。唯一不同之處是它使用圓柱體表示 數(shù)據(jù) ：圓環(huán)圖大體上和餅狀圖相似，只是不局限于單一的數(shù)據(jù)系列。唯一不同之處是它使用棱錐表示數(shù) 大連交通大學 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 7 據(jù) ：雷達圖表示由一個中心點向外輻射的數(shù)據(jù)。它可以引用同一工作表中的其他 單元格、同一工作簿中不同工作表中的單元格，或者其他工作簿的工作表中的單元格。 數(shù)學函數(shù)如 ROUND（四舍五入函數(shù)）、 ABS（取絕對值函數(shù)）等。 Excel中常用的數(shù)據(jù)分析工具有模擬運算表、單邊量求解、規(guī)劃求解等，這些工具在辦公，工程實踐中均有重要應用。本文應用 Excel 的這些重要功能，對得到的實測數(shù)據(jù)進行了計算分析，同時利用其自帶的圖表功能，模擬生成了相關(guān)的特性曲線圖。 國內(nèi)干線機車柴油 機的供油凸輪大多采用幾何供油凸輪。所以供油凸輪設(shè)計應滿足如下需求 [1]： （ 1）具有較高的平均速度和較寬的高平均速度范圍，以便獲得較高的噴油壓力和較短的噴油持續(xù)時間； （ 2）具有較好的速度特性，以便獲得良好的噴油規(guī)律和卸載性能； （ 3）加速度曲線應連續(xù)，保證工作平穩(wěn)，負加速度不應過小，避免凸輪和滾輪脫開和彈簧負荷過大； （ 4）凸輪和滾輪之間的接觸應力不應超過材料的許用值； （ 5）凸輪軸應有足夠的剛度； 美國 EMD 機車柴油機供油凸輪分析 EMD 機車供油凸輪的參數(shù)確定 對于引進的 16V265H型柴油機供油凸輪軸型面數(shù)據(jù)外商是不提供的；為此，我們通過現(xiàn)場的調(diào)研與取樣，對該供油凸輪軸型面進行了精密測量，測量是在德國產(chǎn)凸輪軸型面測量儀上進行的，升程精度為 。 CaA） 升程 /mm 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 42 44 46 48 50 52 54 56 58 60 62 64 66 圖 31 EMD 機車柴油機供油凸輪型線圖 由圖 31可知，該供油凸輪的升程持續(xù)角度為 176。供油凸輪的基圓半徑為，基圓尺寸比較大，有利于降低凸輪、滾輪間的接觸應力，增加凸輪軸剛度。 051015202530350 50 100 150 200 250 300凸輪轉(zhuǎn)角/(176。C a A )加速度/(mm/(176。）；圖 34所示的亦是供油凸輪在工作過程持續(xù)角度為 249176。） =π /30m/s 加速度 :1mm=（π /180mm） 2/（176。因此該凸輪的最大速度為 ；最大負加速度為 。C a A )加速度/(mm/s2) 加速度曲線 圖 35 EMD機車供油凸輪特性曲線 為方便查閱，在已得到的供油凸輪升程表基礎(chǔ)上利用數(shù)值差分計算得到了供油凸輪在上升階段的特性曲線圖 35。對應每個氣缸有 3個凸輪：供油凸輪、進氣凸輪和排氣凸輪。兩個平切口的半瓦安裝在每個軸承座中。 圖 36 EMD 機車單節(jié)凸輪軸 圖 37 隨動搖臂機構(gòu)示意圖 圖 38 隨動搖臂機構(gòu)運動矢量圖 通過上面的分析，我的一個啟示是供油凸輪的最大升程并非直接等于噴油泵柱塞的最大行程。的二分之一。原理 CaA） 升程 /mm 凸輪轉(zhuǎn)角 /（176。Ca A）升程/mm 圖 42 DF4B 機車供油凸輪升程曲線 00 20 40 60 80 100 120 140凸輪轉(zhuǎn)角/ ( 176。）2） 圖 44 DF4B 機車供油凸輪加速度曲線 由圖 42可知，供油凸輪在工作過程持續(xù)角度為 129176。的加速度曲線，凸輪的最大負加速度為 （176。） 2=π 2/30m/s2 在本文中，標定轉(zhuǎn)速下凸輪軸轉(zhuǎn)速為 500r/min,即可得 到： 1mm/（176。 05101520250 10 20 30 40 50 60凸輪轉(zhuǎn)角/ ( 176。由圖 35知該凸輪的加速度曲線也是連續(xù)的，只是比之 EMD機車柴油機供油凸輪加速度曲線，沒有那么過度平滑，該凸輪供油在供油期間也不會產(chǎn)生大的沖擊，凸輪傳動機構(gòu)的動力學性能得到 改善，有效的保證了柴油機在工作期間的平穩(wěn)性。凸輪轉(zhuǎn)角排列 [5]。 根據(jù)上一節(jié)對供油凸輪參數(shù)的分析，可以確定 16V240ZJB型柴油機噴油泵柱塞的最大升程為 20mm，同時柱塞運動的速度與加速度均在上文中計算得到。由凸輪的運動特性曲線可知 16V240ZJB型柴油機采用的是幾何供油凸輪 （ 2）得到了供油滾輪的直徑與寬度分別為 ? 56 和 30mm；采用單根凸輪軸驅(qū)動供油機構(gòu)能有效的簡化供油系統(tǒng)結(jié)構(gòu) （ 3）確定了該供油凸輪的最大升程為 20mm，柱塞的最大升程為 20mm。解決上述問題的一種方法是設(shè)法降低產(chǎn)生振動的激勵源，這種激勵源 在很大程度上取決于油泵凸輪型線。供油凸輪基圓半徑為 mm? ，供油滾輪的直徑與寬度分別為 ? 56和 30mm；較國產(chǎn)柴油機供油凸輪比較，美國 EMD柴油機供油凸輪的基圓尺寸比較大，這有利于降低凸輪、滾輪間的接觸應力，同時 EMD機車供油凸輪較大的滾輪直徑與寬度均能有效的降低凸輪與滾輪之間的接觸應力，大大降低了柴油機供油凸輪的拉傷，而供油凸輪的拉傷大連交通大學 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 21 問題，多 年來一直是 16V240ZJB型柴油機的一個比較棘手的問題 [7]。 綜上分析，兩種供油凸輪型線各有優(yōu)劣，目前， 國內(nèi)干線機車柴油機的供油凸輪大多采用幾何供油凸輪。 176。而國產(chǎn) DF4B 內(nèi)燃機車柴油機供油凸輪的升程持續(xù)角度為 51176。供油凸輪的最大升程為 20mm。 大連交通大學 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 22 010 50 100 150 200 250 300凸輪轉(zhuǎn)角/（176。但在相同的平均供油速率的條件下，柱塞的最高速度比 DF4B型供油凸輪高，因此，最高供油速率以及由此引起的最高泵端壓力要比 DF4B 型供油凸輪高 （ 2）國產(chǎn) DF4B 供油凸輪的柱塞速度近似為梯形，又稱等速凸輪，這種凸輪工作時，整個供油持續(xù)角基本上都在等速段，因此，供油速率在開始時就較高，對噪聲不利，但在相同的平均供油速率下，柱塞最高速度低于 EMD 型供油凸輪，因此，最高供油速率及最高泵端壓力低于 EMD 型供油凸輪 柴 油機燃油系統(tǒng)中 ， 凸輪經(jīng)滾輪、挺柱推動柱塞運動 ， 產(chǎn)生高壓燃油 。 00 50 100 150 200 250 300凸輪轉(zhuǎn)角/（176。 靠模法就是讓切削刀具 ( 或磨輪 ) 用靠模裝置（靠模凸輪 ） 連續(xù)不斷地引導切削（磨削 ） 運動 。每個單節(jié)控制每列兩個共 4 個氣缸。兩個平切口的半瓦安裝在每個軸承座中。每個汽缸蓋上設(shè)置 2個進氣門和 2 個排氣門，同名氣門的氣道縱向串聯(lián)，氣門的同步動作通過橫臂來實現(xiàn)。因為凸輪的運動帶動隨動滾輪和噴油泵推桿的運動存在一個運動分量關(guān)系。世界各國的柴油機制造商都在致力于使自己的產(chǎn)品不斷地發(fā)展和變革，以適應競爭的需要。 供油凸輪作為柴油機燃油噴射系統(tǒng)的主要部件之一，供油凸輪型線設(shè)計得是否合理，對噴油性能和整機性能有著直接的影響。 目前，國內(nèi)機車柴油機主流采用幾何型供油凸輪，由上文的對比分析知，引入的 EMD機車柴油機采用的函數(shù)型供油凸輪在很多方面性能均優(yōu)于幾何供油凸輪，加上能源危機的影響，對國內(nèi)柴油機供油凸輪的優(yōu)化設(shè)計不得不引起我們的重視，迫切需要尋求一種新型供油凸輪來代替現(xiàn)有凸輪。 （ 2）柱塞運動方程 柱塞位移曲線的確定應按照每段運動曲線的功能采用相應的函數(shù)。第四段：余弦減速段，采用負加速度盡可能大的減速段，用余弦函數(shù)實現(xiàn)目標，因為余弦函數(shù)的二階導數(shù)仍為余弦函數(shù)，所以它的升程曲線與加速度曲線的變化趨勢完全吻合。對噴油規(guī)律的研究是改善發(fā)動機燃燒過程的重要途徑之一，供油凸輪的 優(yōu)化設(shè)計改善了傳統(tǒng)設(shè)計中的不足，提高了發(fā)動機的工作性能，減少了設(shè)計上的重復性工作，降低了設(shè)計成本，具有一定的社會價值和經(jīng)濟價值。此外，在相同的平均供油速率的條件下， EMD機車柴油機柱塞的最高速度比 DF4B 機車柴油機柱塞的高，最高供油速率以及由此引起的最高泵端壓力也要比 DF4B 型供油凸輪高 Ⅳ 通過對供油凸輪從動件加速度曲線的杜比分析，我們了解到美國 EMD機車柴油機供油凸輪從動件加速度曲線較國產(chǎn) DF4B內(nèi)燃機車供油凸輪從動件加速度曲線比較， 加速度曲線是平滑連續(xù)的，在凸輪供油期間沒有產(chǎn)生大的沖擊，能大 大改善凸輪傳動機構(gòu)的動力學性能，有效的保證了柴油機在工作期間的平穩(wěn)性，同時， EMD 機車供油凸輪改善了加速度的突變現(xiàn)象，較大的加速度讓 速度在很短的時間內(nèi)提升上來，使得噴油前期噴油量大，后期噴油質(zhì)量小，對整機的經(jīng)濟性好等方面 較 DF4B機車供油凸輪有優(yōu)勢 Ⅴ 通過與國外柴油機供油凸輪的對比分析，我們看出目前國內(nèi)供油凸輪在某些方面的欠缺，在世界范圍內(nèi)能源危機的沖擊下，柴油機面臨一個新的發(fā)展階段，大連交通大學 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 29 對柴油機供油凸輪的優(yōu)化設(shè)計已成為一個重要的課題，需要我們?nèi)ド钊胙芯扛倪M現(xiàn)有的供油凸輪 本文工作展望 在本文中，通過對 比分析，美國 EMD 機車 16V265H 型柴油機供油凸輪與國產(chǎn) DF4B內(nèi)燃機車 16V240ZJB 型柴油機 供油凸輪的型線圖與升程、速度、加速度特性曲線已求出，下一步進行的工作是對該函數(shù)凸輪不同工作段進行函數(shù)的擬合，以達到最終消化新技術(shù)、新方案的目的，同時，我們應該對目前國內(nèi)機車柴油機用供油凸輪的優(yōu)化設(shè)計進行進一步的研