某大型矿车柴油机曲轴设计开发

• 作 者: 吴永强
• 出 处: 山东大学
• 发表日期: 2020年02期
• 关键词: 大型矿车柴油机 曲轴设计 仿真计算 可靠性

近年来,在国民经济飞速发展、生产效率日益提高的大背景下,市场对矿车用柴油机的需求呈现出大型化、高可靠性和耐久性的发展趋势。目前大型矿车用柴油机市场主要被康明斯QSK60/78系列、MTU4000系列、CAT3500系列等国外品牌垄断,亟需开发一款具有国际竞争能力的国产高速大功率大型矿车柴油机。曲轴是影响发动机大修周期的核心零部件,随着大型矿车用柴油机强化程度指标的不断提高,曲轴可靠性、耐久性问题变得尤为重要。尤其是其特殊运行使用工况下,大型矿车发动机大修周期要求在20000小时以上。因此,在进行大型矿车柴油机开发时,需要结合矿车特有工况,对曲轴进行针对性强化设计,同时借助仿真软件对曲轴的强度和轴系扭振、轴瓦承载等进行精确仿真评估,之后借助耐久考核等手段验证设计合理性,最后再依托市场验证,针对台架试验无法考核出的可靠性、耐久性问题进一步充分考核,并及时的做优化改进设计,以最终开发定型出一款满足大型矿车使用要求的柴油机。本文依托潍柴某大型矿车柴油机项目开发,对其曲轴系进行了设计开发。根据对标竞品及前期设计经验,确定了曲轴基本尺寸,同时结合矿用发动机可靠性特殊要求及特殊使用工况,对曲轴进行了针对性强化设计;之后利用EXCITE Designer、Power Unit等仿真软件,全面的计算分析评价曲轴扭振、轴瓦承载以及强度;后又通过疲劳试验及台架耐久试验,初步验证了曲轴强度、扭振幅值,针对曲轴系出现的突出故障进行了及时的优化设计;之后又再次进行耐久性验证,初步确认可靠性达到小批市场验证标准;最终依托市场客户资源进行了针对性的市场配套验证,进一步验证了曲轴设计的合理性。本文所开展的研究工作为企业进一步完善曲轴设计规范、丰富曲轴数据库提供了经验积累。