【導讀】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。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。了滿意的效果，但在理論研究方面尚有待進一步的深入。析，分析各自的優(yōu)劣，以此更好的吸收最新的設計理念。的發(fā)展趨勢，具有工程實踐意義。

　　

【正文】 影響比較大，導致排放污染比較嚴重 （ 2） 兩曲線負向加速度段，此段數(shù)值的絕對值不能過大，否則，由于噴油器柱塞慣性力比較大，克服了噴油泵柱塞下端頂桿彈簧力的作用力，致使凸輪與滾輪脫離，產(chǎn)生間隙，造成不必要的沖擊、噪聲和影響凸輪的壽命 觀察兩 種供油凸輪加速度曲線會發(fā)現(xiàn)， DF4B機車供油凸輪從動件加速度曲線在 兩段元弧交接點處產(chǎn)生加速度的突變（在數(shù)學上稱之為不連續(xù)）， 由于加速度的突變 ,主要產(chǎn)生以下三個問題 [10]： （ 1） 凸輪從動件慣性力產(chǎn)生突變 , 使系統(tǒng)劇烈振動 , 影響系統(tǒng)工作的可靠性及壽命嚴重時可能產(chǎn)生滾輪與凸輪的脫離現(xiàn)象 （ 2）對高壓供油過程來說 , 由于慣性力的突變 , 將引起噴油泵柱塞運動規(guī)律的失真 , 并影響供油規(guī)律及高壓系統(tǒng)的卸載過程 （ 3） 不利于提高凸輪型面的加工精度 。 目前 ,， 國內凸輪的加工大都是用靠模法加工 , 它是大批量生產(chǎn)凸輪輪廓的最 好辦法 。 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 。 這樣一來 , 在切削刀具 （ 或磨輪 ） 走到兩段元弧交接點處 , 必然產(chǎn)生加速度及慣性力的突變 , 引起刀具 （ 或磨輪 ） 的抖動造成加工誤差 通過對兩種供油凸輪加速度曲線的綜合比較分析知， EMD 機車供油凸輪改善了加速大連交通大學 2020 屆本科生畢業(yè)設計（論文） 24 度的突變現(xiàn)象，較大的加速度讓 速度在很短的時間內提升上來，使得噴油前期噴油量大，后期噴油質量小，對整機的經(jīng)濟性好等方面 較 DF4B 機車供油凸輪有優(yōu)勢，值得我們學習。 凸輪軸的對比分析 凸輪軸是機車柴油機的關鍵部件 ，凸輪型線設計直接影響柴油機性能，因此，我們有必要對柴油機凸輪軸進行分析研究。 16V265H 柴油機凸輪軸裝配由 4個單節(jié)組成，用螺栓和定位銷定位連接把緊。每個單節(jié)控制每列兩個共 4 個氣缸。對應每個氣缸有 3個凸輪：供油凸輪、進氣凸輪和排氣 凸輪。傳動齒輪通過一組螺柱和螺母緊固在最后一節(jié)凸輪單節(jié)上。凸輪軸安裝在兩列氣缸 V 型夾角的中間，每個單節(jié)由兩個凸輪軸軸承座提供支承。兩個平切口的半瓦安裝在每個軸承座中。凸輪軸軸承座同時也是隨動搖臂軸單節(jié)的支承，它們位于凸輪軸上方。安裝在隨動搖臂軸上的隨動搖臂，通過滾輪將凸輪的 旋轉運動轉換成垂直運動（即噴油泵推桿運動方向），并傳遞到推桿上。 國產(chǎn) DF4B內燃機車 16V240ZJB型柴油機凸輪軸裝配也是由 4節(jié)單節(jié)組成 ,每節(jié)軸端驅動 2個氣缸的噴油泵和進、排氣門。每個汽缸蓋上設置 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)。 供油凸輪與進、排氣凸輪同軸 ,位于柴油機左、右兩側 ,每根凸輪軸上有 8個供油凸輪 ,各供油凸輪的相位按各缸發(fā)火順序確定 ,即按 13758624 相對順序依次相隔 45176。凸輪轉角排列，這些均與16V265H 柴油機的相同。 通過上述比 較分析，我們得到 的最大不同是 EMD機車柴油機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。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系。這與 DF4B等國內傳統(tǒng)機車柴油機供油凸輪的最大升程等于柱塞的最大行程有顯著的不同，在設計的理念上有了重要的改變，實際中引入了一種創(chuàng)新型滾輪隨動機構，國產(chǎn) DF4B內燃機車雖柱塞有較大的最大升程，能產(chǎn)生較高的噴油壓力，有利于提高噴射霧化質量，但較大的噴油壓力又對噴油泵機體的研制材料提出了更高的要求， EMD機車創(chuàng)新滾輪隨動機構的出現(xiàn)，給人們眼前一亮，在保 證柴油機各項性能良好的情況下，更容易研制，這是柴油機凸輪軸將來發(fā)展的一種趨勢。 本章小結 本章主要針對 EMD 機車 16V265H 型柴油機供油凸輪和 DF4B 內燃機車 16V240ZJB 型柴油機供油凸輪從各個角度進行了詳細深入的對比分析，通過對比分析，我們得到了以下結論： 大連交通大學 2020 屆本科生畢業(yè)設計（論文） 25 （ 1） 兩種供油凸輪型線各有優(yōu)劣， 幾何型面供油凸輪由于型線簡單，易于設計，便于加工，且能滿足一般柴油機的性能要求，因而至今仍被廣泛應用。 EMD 機車采用的函數(shù)型供油凸輪在改善加速度突變，保持高的柱塞平均速度，降低柴油機供油凸輪拉傷等方面較幾何供 油凸輪比較有優(yōu)勢，值得我們學習，消化吸收其設計理念，為改進我國柴油機噴油系統(tǒng)吸取經(jīng)驗 （ 2）美國 EMD 機車供油持續(xù)期長，柱塞最大升程大，因此 EMD 機車柴油機的噴油泵能產(chǎn)生很高的噴油壓力，因為凸輪的最大升程是影響噴油規(guī)律和噴油壓力的因素之一，而高的噴油壓力又有利于機油霧化質量的提高，使燃燒更加的充分，這些均是 EMD 柴油機的優(yōu)勢所在 （ 3）美國 EMD 機車供油凸輪從動件有較大的速度，柱塞速度是影響噴油泵噴油延時的重要因素之一，柱塞速度的增加會使噴油延時縮短，因此我們可以預知， EMD 機車柴油機噴油泵較 DF4B機車柴 油機噴油泵有較短的噴油延時，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 （ 4）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提升上來， 使得噴油前期噴油量大，后期噴油質量小，對整機的經(jīng)濟性好等方面 較 DF4B 機車供油凸輪有優(yōu)勢，值得我們學習 大連交通大學 2020 屆本科生畢業(yè)設計（論文） 26 第六章 供油凸輪的優(yōu)化設計 供油凸輪優(yōu)化設計的必要性 當今，在世界范圍內能源危機的沖擊下，柴油機面臨一個新的發(fā)展階段。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。發(fā)展的總趨向是：要求柴油機性能不斷強化的同時，大幅度地降低油耗和具有更高的可靠耐久性。在這一發(fā)展道路上，有相 當大的注意力都集中在對柴油機節(jié)能比較敏感的燃料系統(tǒng)的改造和發(fā)展上。對于機車用柴油機而言，通過對其燃料噴射系統(tǒng)的改進研究，對進一步地改善柴油機的經(jīng)濟性和進一步提高燃料噴射系統(tǒng)零件的可靠性耐久性及其對今后裝車功率提高的適應性，具有重要的意義 [11]。 供油凸輪作為柴油機燃油噴射系統(tǒng)的主要部件之一，供油凸輪型線設計得是否合理，對噴油性能和整機性能有著直接的影響。燃料在柴油機氣缸內的定時和定量的分布規(guī)律在很大程度上取決于油泵凸輪的型線。尤其其中凸輪速度特性的選擇是設計的關鍵，它影響柴油機性能及噴射系統(tǒng)的二次噴射、穴 蝕和凸輪的疲勞。因此，設計一個具有良好外形輪廓的供油凸輪對于噴油系統(tǒng)就顯得尤為重要了。 目前，國內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，對國內柴油機供油凸輪的優(yōu)化設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。 柴油機多段式供油凸輪的優(yōu)化設計 針對柴油機供油凸輪的優(yōu)化設計，我們應從以下幾個方面進行 [12]： （ 1）凸輪輪廓線計算 將凸輪輪廓線分成多段設 計，即在已知柱塞運動規(guī)律的前提下，確定凸輪轉過某角度（柱塞按每段曲線運動后凸輪轉過的角度）時對應的凸輪輪廓線。凸輪輪廓線在設計時分理論輪廓線和實際輪廓線。凸輪與從動件直接接觸的輪廓線稱為凸輪的工作廓線，即實際輪廓線，它與理論輪廓線之間的法線距離處處相等，對于滾子從動件盤形凸輪機構，設該距離等于滾子半徑。 （ 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)。第一段：大連交通大學 2020 屆本科生畢業(yè)設計（論文） 27 切線加速度，為了在供油凸輪工作段時使柱塞的速度達到最高，應采用加速度盡可能大的加速段，因此采用加速度最 大的切線加速度作為加速段。第二段：等加速段，采用等加速度函數(shù)過渡，與第三段聯(lián)合計算，保證連續(xù)性要求。第三段：降加速度段，采用加速度為直線下降的函數(shù)，使許用噴射壓力的變化趨勢與噴射后期壓力下降的趨勢基本吻合。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。 （ 3）凸輪設計中的約束條件 在凸輪設計過程中，我們同樣要注意一些約束條件，如：凸輪輪廓線連接點的約束條件，最小曲率半徑的約束，某點的 需用壓力等。 （ 4）優(yōu)化與編寫程序 本設計首先安流程圖先優(yōu)化第四段，接著再對各段進行優(yōu)化，通過對某些柴油機供油凸輪進行分析后編寫出程序，利用計算機軟件繪制出各段的運動方程位移曲線、速度曲線和加速度曲線以及凸輪輪廓線，凸輪升程階段的柱塞速度 — 轉角、加速度 — 轉角、位移 — 轉角圖。 本章小結 本章重點介紹了供油凸輪優(yōu)化設計的必要性及方法，社會的發(fā)展對柴油機動力性與燃油經(jīng)濟性的要求越來越高，這就要求對發(fā)動機燃燒過程進一步改善與控制。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)化設計改善了傳統(tǒng)設計中的不足，提高了發(fā)動機的工作性能，減少了設計上的重復性工作，降低了設計成本，具有一定的社會價值和經(jīng)濟價值。 大連交通大學 2020 屆本科生畢業(yè)設計（論文） 28 第七章 結論 研究工作總結 本文首次對引進的美國 EMD 機車 16V265H 型柴油機供油凸輪與國產(chǎn) DF4B 內燃機車 16V240ZJB 型柴油機供油凸輪進行了詳細的對比分析，并提出供油凸輪優(yōu)化設計的方法。通過本文的研究，得到以下結論： Ⅰ 通過對供油凸輪型線的對比分析研究，我們了解到國內傳統(tǒng) 幾何型面供油凸輪由于型線簡單，易于設計，便于加工，且能滿足一般柴油機 的性能要求，因而至今仍被廣泛應用。 EMD 機車采用的函數(shù)型供油凸輪在改善加速度突變，保持高的柱塞平均速度，降低柴油機供油凸輪拉傷等方面較幾何供油凸輪比較有優(yōu)勢，值得我們學習 Ⅱ 通過對供油凸輪從動件升程曲線的分析研究，知道了 美國 EMD機車供油持續(xù)期長，柱塞最大升程大，因此 EMD機車柴油機的噴油泵能產(chǎn)生很高的噴油壓力，而高的噴油壓力又有利于機油霧化質量的提高，使燃燒更加的充分，這些均是EMD 柴油機的優(yōu)勢所在 Ⅲ 通過對供油凸輪從動件加速度曲線的對比分析，我們了解到 美國 EMD 機車供油凸輪從動件較 DF4B機車供油凸 輪從動件有較大的速度，柱塞速度的增加會使噴油延時縮短，因此我們可以預知， EMD機車柴油機噴油泵較 DF4B 機車柴油機噴油泵有較短的噴油延時。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提升上來，使得噴油前期噴油量大，后期噴油質量小，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，我們看出目前國內供油凸輪在某些方面的欠缺，在世界范圍內能源危機的沖擊下，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)設計（論文） 29 對柴油機供油凸輪的優(yōu)化設計已成為一個重要的課題，需要我們去深入研究改進現(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、新方案的目的，同時，我們應該對目前國內機車柴油機用供油凸輪的優(yōu)化設計進行進一步的研究。 大連交通大學 2020 屆本科生畢業(yè)設計（論文） 30 謝 辭 本論文是在李明海教授的精心指導下完成的。 本論文的完成，得益于 李明海 老師傳授的知識，使本人有了完成論文所要求的知識積累， 更得益于 李老師 從選題的確定、論文資料的收集、論文框架的確定、開題報告準備及論文初稿與定稿中對字句的斟酌傾注的大量心血，在此對 李老師 表示感謝 。 在整個大學畢業(yè)設計期間，李明海教授都給予了我很大的關心和幫助，他以淵博的學識、嚴謹?shù)膶W術態(tài)度和活躍的學術思想積極地影響著我，使我受益