【導(dǎo)讀】大功率高強(qiáng)化中高速柴油機(jī)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(yīng)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(jìn)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(shè)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(dǎo)致排放污染比較嚴(yán)重 （ 2） 兩曲線負(fù)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(jī)車供油凸輪從動件加速度曲線在 兩段元弧交接點(diǎn)處產(chǎn)生加速度的突變（在數(shù)學(xué)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(yán)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(yùn)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(nèi)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(dǎo)切削（磨削 ） 運(yùn)動 。 這樣一來 , 在切削刀具 （ 或磨輪 ） 走到兩段元弧交接點(diǎn)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(jī)車供油凸輪改善了加速大連交通大學(xué) 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)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(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(jī)的經(jīng)濟(jì)性好等方面 較 DF4B 機(jī)車供油凸輪有優(yōu)勢，值得我們學(xué)習(xí)。 凸輪軸的對比分析 凸輪軸是機(jī)車柴油機(jī)的關(guān)鍵部件 ，凸輪型線設(shè)計直接影響柴油機(jī)性能，因此，我們有必要對柴油機(jī)凸輪軸進(jìn)行分析研究。 16V265H 柴油機(jī)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(yīng)每個氣缸有 3個凸輪：供油凸輪、進(jìn)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(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)換成垂直運(yùn)動（即噴油泵推桿運(yùn)動方向），并傳遞到推桿上。 國產(chǎn) DF4B內(nèi)燃機(jī)車 16V240ZJB型柴油機(jī)凸輪軸裝配也是由 4節(jié)單節(jié)組成 ,每節(jié)軸端驅(qū)動 2個氣缸的噴油泵和進(jìn)、排氣門。每個汽缸蓋上設(shè)置 2個進(jìn)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(jìn)、排氣凸輪同軸 ,位于柴油機(jī)左、右兩側(cè) ,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(zhuǎn)角排列，這些均與16V265H 柴油機(jī)的相同。 通過上述比 較分析，我們得到 的最大不同是 EMD機(jī)車柴油機(jī)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(yùn)動帶動隨動滾輪和噴油泵推桿的運(yùn)動存在一個運(yùn)動分量關(guān)系。這與 DF4B等國內(nèi)傳統(tǒng)機(jī)車柴油機(jī)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(shè)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(jī)構(gòu)，國產(chǎn) DF4B內(nèi)燃機(jī)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(zhì)量，但較大的噴油壓力又對噴油泵機(jī)體的研制材料提出了更高的要求， EMD機(jī)車創(chuàng)新滾輪隨動機(jī)構(gòu)的出現(xiàn)，給人們眼前一亮，在保 證柴油機(jī)各項性能良好的情況下，更容易研制，這是柴油機(jī)凸輪軸將來發(fā)展的一種趨勢。 本章小結(jié) 本章主要針對 EMD 機(jī)車 16V265H 型柴油機(jī)供油凸輪和 DF4B 內(nèi)燃機(jī)車 16V240ZJB 型柴油機(jī)供油凸輪從各個角度進(jìn)行了詳細(xì)深入的對比分析，通過對比分析，我們得到了以下結(jié)論： 大連交通大學(xué) 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)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(shè)計，便于加工，且能滿足一般柴油機(jī)的性能要求，因而至今仍被廣泛應(yīng)用。 EMD 機(jī)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(jī)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(xué)習(xí)，消化吸收其設(shè)計理念，為改進(jìn)我國柴油機(jī)噴油系統(tǒng)吸取經(jīng)驗 （ 2）美國 EMD 機(jī)車供油持續(xù)期長，柱塞最大升程大，因此 EMD 機(jī)車柴油機(jī)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(jī)油霧化質(zhì)量的提高，使燃燒更加的充分，這些均是 EMD 柴油機(jī)的優(yōu)勢所在 （ 3）美國 EMD 機(jī)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(yù)知， EMD 機(jī)車柴油機(jī)噴油泵較 DF4B機(jī)車柴 油機(jī)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(jī)車柴油機(jī)柱塞的最高速度比 DF4B機(jī)車柴油機(jī)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(jī)車柴油機(jī)供油凸輪從動件加速度曲線較國產(chǎn) DF4B 內(nèi)燃機(jī)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(jī)構(gòu)的動力學(xué)性能，有效的保證了柴油機(jī)在工作期間的平穩(wěn)性，同時， EMD機(jī)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(jī)的經(jīng)濟(jì)性好等方面 較 DF4B 機(jī)車供油凸輪有優(yōu)勢，值得我們學(xué)習(xí) 大連交通大學(xué) 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 26 第六章 供油凸輪的優(yōu)化設(shè)計 供油凸輪優(yōu)化設(shè)計的必要性 當(dāng)今，在世界范圍內(nèi)能源危機(jī)的沖擊下，柴油機(jī)面臨一個新的發(fā)展階段。世界各國的柴油機(jī)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(yīng)競爭的需要。發(fā)展的總趨向是：要求柴油機(jī)性能不斷強(qiáng)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(dāng)大的注意力都集中在對柴油機(jī)節(jié)能比較敏感的燃料系統(tǒng)的改造和發(fā)展上。對于機(jī)車用柴油機(jī)而言，通過對其燃料噴射系統(tǒng)的改進(jìn)研究，對進(jìn)一步地改善柴油機(jī)的經(jīng)濟(jì)性和進(jìn)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(yīng)性，具有重要的意義 [11]。 供油凸輪作為柴油機(jī)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(jī)性能有著直接的影響。燃料在柴油機(jī)氣缸內(nèi)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(shè)計的關(guān)鍵，它影響柴油機(jī)性能及噴射系統(tǒng)的二次噴射、穴 蝕和凸輪的疲勞。因此，設(shè)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(nèi)機(jī)車柴油機(jī)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(jī)車柴油機(jī)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(jī)的影響，對國內(nèi)柴油機(jī)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。 柴油機(jī)多段式供油凸輪的優(yōu)化設(shè)計 針對柴油機(jī)供油凸輪的優(yōu)化設(shè)計，我們應(yīng)從以下幾個方面進(jìn)行 [12]： （ 1）凸輪輪廓線計算 將凸輪輪廓線分成多段設(shè) 計，即在已知柱塞運(yùn)動規(guī)律的前提下，確定凸輪轉(zhuǎn)過某角度（柱塞按每段曲線運(yùn)動后凸輪轉(zhuǎn)過的角度）時對應(yīng)的凸輪輪廓線。凸輪輪廓線在設(shè)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(jī)構(gòu)，設(shè)該距離等于滾子半徑。 （ 2）柱塞運(yùn)動方程 柱塞位移曲線的確定應(yīng)按照每段運(yùn)動曲線的功能采用相應(yīng)的函數(shù)。第一段：大連交通大學(xué) 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)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(dá)到最高，應(yīng)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(fù)加速度盡可能大的減速段，用余弦函數(shù)實現(xiàn)目標(biāo)，因為余弦函數(shù)的二階導(dǎo)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(shè)計中的約束條件 在凸輪設(shè)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(diǎn)的約束條件，最小曲率半徑的約束，某點(diǎn)的 需用壓力等。 （ 4）優(yōu)化與編寫程序 本設(shè)計首先安流程圖先優(yōu)化第四段，接著再對各段進(jìn)行優(yōu)化，通過對某些柴油機(jī)供油凸輪進(jìn)行分析后編寫出程序，利用計算機(jī)軟件繪制出各段的運(yùn)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(zhuǎn)角、加速度 — 轉(zhuǎn)角、位移 — 轉(zhuǎn)角圖。 本章小結(jié) 本章重點(diǎn)介紹了供油凸輪優(yōu)化設(shè)計的必要性及方法，社會的發(fā)展對柴油機(jī)動力性與燃油經(jīng)濟(jì)性的要求越來越高，這就要求對發(fā)動機(jī)燃燒過程進(jìn)一步改善與控制。對噴油規(guī)律的研究是改善發(fā)動機(jī)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(jī)的工作性能，減少了設(shè)計上的重復(fù)性工作，降低了設(shè)計成本，具有一定的社會價值和經(jīng)濟(jì)價值。 大連交通大學(xué) 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 28 第七章 結(jié)論 研究工作總結(jié) 本文首次對引進(jìn)的美國 EMD 機(jī)車 16V265H 型柴油機(jī)供油凸輪與國產(chǎn) DF4B 內(nèi)燃機(jī)車 16V240ZJB 型柴油機(jī)供油凸輪進(jìn)行了詳細(xì)的對比分析，并提出供油凸輪優(yōu)化設(shè)計的方法。通過本文的研究，得到以下結(jié)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(nèi)傳統(tǒng) 幾何型面供油凸輪由于型線簡單，易于設(shè)計，便于加工，且能滿足一般柴油機(jī) 的性能要求，因而至今仍被廣泛應(yīng)用。 EMD 機(jī)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(jī)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(xué)習(xí) 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(jī)車供油持續(xù)期長，柱塞最大升程大，因此 EMD機(jī)車柴油機(jī)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(jī)油霧化質(zhì)量的提高，使燃燒更加的充分，這些均是EMD 柴油機(jī)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(jī)車供油凸輪從動件較 DF4B機(jī)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(yù)知， EMD機(jī)車柴油機(jī)噴油泵較 DF4B 機(jī)車柴油機(jī)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(jī)車柴油機(jī)柱塞的最高速度比 DF4B 機(jī)車柴油機(jī)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(jī)車柴油機(jī)供油凸輪從動件加速度曲線較國產(chǎn) DF4B內(nèi)燃機(jī)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(jī)構(gòu)的動力學(xué)性能，有效的保證了柴油機(jī)在工作期間的平穩(wěn)性，同時， EMD 機(jī)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(jī)的經(jīng)濟(jì)性好等方面 較 DF4B機(jī)車供油凸輪有優(yōu)勢 Ⅴ 通過與國外柴油機(jī)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(jī)的沖擊下，柴油機(jī)面臨一個新的發(fā)展階段，大連交通大學(xué) 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 29 對柴油機(jī)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(jìn)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(jī)車 16V265H 型柴油機(jī)供油凸輪與國產(chǎn) DF4B內(nèi)燃機(jī)車 16V240ZJB 型柴油機(jī) 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(jìn)行的工作是對該函數(shù)凸輪不同工作段進(jìn)行函數(shù)的擬合，以達(dá)到最終消化新技術(shù)、新方案的目的，同時，我們應(yīng)該對目前國內(nèi)機(jī)車柴油機(jī)用供油凸輪的優(yōu)化設(shè)計進(jìn)行進(jìn)一步的研究。 大連交通大學(xué) 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 30 謝 辭 本論文是在李明海教授的精心指導(dǎo)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(zhǔn)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(xué)畢業(yè)設(shè)計期間，李明海教授都給予了我很大的關(guān)心和幫助，他以淵博的學(xué)識、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶W(xué)術(shù)態(tài)度和活躍的學(xué)術(shù)思想積極地影響著我，使我受益