簡述活塞發(fā)動機配氣機構(gòu)維修特性
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論文導(dǎo)讀:：Lycoming活塞發(fā)動機配氣機構(gòu)維修特性研究現(xiàn)狀綜述，機械論文。
論文關(guān)鍵詞：Lycoming活塞發(fā)動機配氣機構(gòu)維修特性研究現(xiàn)狀綜述
發(fā)動機的換氣過程直接影響發(fā)動機的性能。良好的配氣機構(gòu)不僅要求氣門開啟有盡可能大的時面值，而且要求其配氣正時在任何情況下都能使發(fā)動機性能最佳。在設(shè)計中，配氣機構(gòu)的布置與發(fā)動機整體結(jié)構(gòu)布置密切相關(guān)，要達到總體設(shè)計要求，布置緊湊，協(xié)調(diào)合理。同時提高進、排氣工作性能與改善機構(gòu)動力學(xué)特性常常是設(shè)計中的主要矛盾。對配氣機構(gòu)進行有效的分析研究，不僅能有效防止機械故障的產(chǎn)生．而且有利于維修方式從定期維修向“以可靠性為中心”的視情維修發(fā)展．控制維護成本，提高經(jīng)濟效益。
一、 國內(nèi)外對配氣機構(gòu)研究狀況
配氣機構(gòu)是發(fā)動機的重要組成部分，配氣機構(gòu)的維修特性，直接影響到發(fā)動機的經(jīng)濟性、動力性和可靠性，并與發(fā)動機的噪音與振動有著直接的關(guān)系。配氣凸輪、氣門，氣門彈簧是配氣機構(gòu)的心臟，在配氣機構(gòu)中起著決定性的作用，其維修特性對機構(gòu)的充氣性能和動力性能具有決定性的影響。其維護與使用直接影響發(fā)動機的可靠性及維修特性指標(biāo)。這些指標(biāo)不僅包括動力性、經(jīng)濟性，也包括運轉(zhuǎn)性能，如發(fā)動機的振動、噪聲及排放指標(biāo)。此外，它對發(fā)動機的耐久性和可靠性也會產(chǎn)生直接影響。因此，研究發(fā)動機的配氣機構(gòu)維修特性，對發(fā)動機的發(fā)展格外重要。隨著現(xiàn)代航空活塞發(fā)動機技術(shù)的迅猛發(fā)展，發(fā)動機轉(zhuǎn)速和功率逐漸要求更加安全可靠，配氣機構(gòu)各零件的負(fù)荷不斷增加，這種由于構(gòu)件本身彈性所導(dǎo)致的工作異常機械論文，很可能使配氣機構(gòu)正常工作遭到嚴(yán)重破壞，直到發(fā)動機不能正常運轉(zhuǎn)。只有在知道了氣門及其驅(qū)動零件的真實運動和載荷變化情況后，才能對其工作條件和日常維護做出正確結(jié)論。
人類對配氣凸輪機構(gòu)的使用要追溯到18世紀(jì)，直到19世紀(jì)末，對凸輪機構(gòu)還未曾有過具有詳細歷史記載的系統(tǒng)研究。隨著人類文明的進步和工業(yè)化的逐步發(fā)展，對高效的自動機械的需求大大增加。特別是在發(fā)動機誕生之后，以發(fā)動機為動力的機械逐漸增多，大大提高了人們對凸輪機械的重視程度。隨著發(fā)動機動力機械的逐漸普及和發(fā)展，發(fā)動機配氣機構(gòu)的特性對工作性能的影響逐步被認(rèn)識期刊網(wǎng)。在20世紀(jì)40年代以后，由于發(fā)動機轉(zhuǎn)速增加，配氣凸輪乃至配氣機構(gòu)引起的故障日益增多，人們開始對配氣機構(gòu)的深入研究。研究的方法也從經(jīng)驗性的設(shè)計過渡到有理論依據(jù)的運動學(xué)與動力學(xué)的分析研究隨著技術(shù)的發(fā)展，計算機輔助設(shè)計和輔助制造技術(shù)也逐步得到了應(yīng)用。目前，配氣凸輪機構(gòu)設(shè)計己廣泛采用各種專用軟件借助計算機來完成，用數(shù)控機床完成加工。氣門和氣門座在工作中承受極高的機械負(fù)荷、熱負(fù)荷及腐蝕性氣體的沖刷，潤滑狀態(tài)極為不良，因而在工作中磨損比較嚴(yán)重，常造成氣門下沉，燃燒室的有害容積增大，使發(fā)動機性能變壞，嚴(yán)重時氣門一氣門座的密封作用失效，影響發(fā)動機的正常工作和大修期，因此在發(fā)動機配氣機構(gòu)設(shè)計中應(yīng)給予足夠的重視。氣門和氣門座處于燃燒室和氣道之間，由于缺乏有效的潤滑油供應(yīng)，在氣門工作表面上不可能形成潤滑油膜，從而使摩擦運動產(chǎn)生嚴(yán)重的磨損作用。通過對配氣機構(gòu)的動態(tài)模擬可以知道各零件的真實運動情況和載荷變化規(guī)律;通過對氣門副破壞方式的分析與研究，找出其規(guī)律，以便對氣門副材料的選取、表面加工，以及對配氣機構(gòu)的優(yōu)化和配氣間隙的調(diào)整提供更為有效的理論依據(jù)和實踐經(jīng)驗。這樣既研究了配氣機構(gòu)整體性又研究了配氣機構(gòu)的薄弱環(huán)節(jié)。
二、配氣機構(gòu)維修診斷特性現(xiàn)狀
隨著發(fā)動機新品種的不斷出現(xiàn)和新技術(shù)新產(chǎn)品的引進，配氣機構(gòu)經(jīng)常出現(xiàn)這樣或那樣的問題，據(jù)英國發(fā)動機工程師和用戶協(xié)會提供的發(fā)動機停機故障表明，造成發(fā)動機停機故障的各種原因中，配氣機構(gòu)的故障在發(fā)動機的故障中占有比例達11.9%。它也日益引起從事發(fā)動機生產(chǎn)、研究和有關(guān)教學(xué)方面的重視。目前國內(nèi)外對于配氣機構(gòu)的零星報導(dǎo)不少，但完整的資料或書刊卻未見到。航空配氣系統(tǒng)故障的原因往往是多方面的，而故障的發(fā)展也受多方面因素的影響。因此，航空的配氣系統(tǒng)故障診斷技術(shù)應(yīng)是針對整個系統(tǒng)的綜合診斷。現(xiàn)在已經(jīng)投入實用的故障監(jiān)測與診斷系統(tǒng)大多功能單一，系統(tǒng)化、智能化水平低，診斷準(zhǔn)確度不高。目前與汽車及船用活塞發(fā)動機比較，使用在航空上的活塞發(fā)動機較少使用電子控制裝置，在使用過程中測量的參數(shù)也較少，維護檢修主要依靠維護人員的經(jīng)驗和維護手冊提供的排故程序。根據(jù)這種情況，航空活塞發(fā)動機的配氣系統(tǒng)故障診斷可以利用人工智能結(jié)合排故手冊和經(jīng)驗豐富的維護人員的排故經(jīng)驗開發(fā)采用基于故障樹的故障診斷系統(tǒng)，用于日常維護中故障的快速準(zhǔn)確的排除。由于發(fā)動機自身的工作原理，凸輪與挺柱之間、氣門與氣門座圈之間不可避免的存在碰撞作用，配氣機構(gòu)工作條件十分惡劣;而且機械論文，隨著發(fā)動機轉(zhuǎn)速不斷提提高，配氣機構(gòu)各零件的負(fù)荷不斷增加，這種由于構(gòu)件本身彈性所導(dǎo)致的工作異常，很可能使配氣機構(gòu)正常工作遭到嚴(yán)重破壞，例如:凸輪與挺柱之間、氣門與氣門座圈之間的早期磨損;而且凸輪與挺柱之間的磨損將導(dǎo)致噪聲增加，甚至影響換氣性能;同時氣門與氣門座圈過早的磨損現(xiàn)象，會造成氣門強度降低，進一步發(fā)生氣門掉頭，氣門頭與活塞運動干涉產(chǎn)生撞擊，最終導(dǎo)致發(fā)動機故障。利用試車臺測試的大量參數(shù)，采集發(fā)動機的各種具有某些特征的動態(tài)信息，并對這些信息進行各種分析和處理、區(qū)分、識別并確認(rèn)其異常表現(xiàn)，預(yù)測其發(fā)展趨勢及潛在的故障，查明其產(chǎn)生原因、發(fā)生部位和嚴(yán)重程度，提出針對性的維修措施和處理方法。
航空使用及維修性能指標(biāo)主要是依據(jù)動力性、經(jīng)濟性和廢氣排放指標(biāo)。動力性指標(biāo)主要以輸出的有效功率表示，經(jīng)濟性指標(biāo)主要用燃油消耗率表示，廢氣排放量指標(biāo)主要用C0，HC.NO、和碳粒表示。配氣機構(gòu)是的主要組成部分.在各種配氣機構(gòu)中，其主要零件都包括為氣門組和氣門驅(qū)動組。氣門組包括氣門座、氣門、氣門導(dǎo)管、氣門彈簧及座和鎖瓣等，其主要功用是維持氣門的關(guān)閉。氣門驅(qū)動組是指從正時齒輪開始至推動氣門動作的所有零件，包括凸輪軸，氣門挺桿，推桿和搖臂等，其主要功用是定時驅(qū)動氣門開閉，并保證氣門有足夠的開度和氣門間隙。配氣機構(gòu)的主要作用是按照每個氣缸的作功順序，按時打開和關(guān)閉各氣缸進氣門和排氣門，以保證各氣缸及時吸入清潔空氣和排出廢氣;同時在壓縮和作功行程中維持燃燒室的密封，保證正常工作。實踐表明，航空功率下降、排氣冒黑煙、燃料消耗率增加等問題均與配氣機構(gòu)的技術(shù)狀態(tài)緊密相關(guān)。而配氣相位和氣門間隙是配氣機構(gòu)技術(shù)狀態(tài)的主要方面，對的工作可靠性能影響極大。由于的轉(zhuǎn)速較高，活塞每一行程所經(jīng)歷的時間極短，如Lycoming四沖程轉(zhuǎn)速20O0r/min時，一個行程時間只有0.01，再加上氣門開啟有一個過程，氣門全開的時間就更短，在這樣短的時間內(nèi)，要使進氣充足、排氣干凈是比較困難的，為了增加氣門開啟和時間斷面，并充分利用氣流的流動慣性以及減少換氣過程的損失，從而改善換氣質(zhì)量，提高充氣系數(shù)，的進氣門和排氣門都要“早開晚關(guān)”，即進氣門要在活塞位于上止點前便提前打開，而推遲到下止點后再關(guān)閉;排氣門都是在活塞移動到下止點前便提前打開，而推遲到上止點后才關(guān)閉。表示進、排氣門開始開啟和關(guān)閉終了時刻及其持續(xù)過程的曲軸轉(zhuǎn)角機械論文，稱為配氣相位。它是設(shè)計單位經(jīng)過反復(fù)實驗而確定的，雖然近年來己可采用計算分析的方法來選擇最佳的配氣相位，然后經(jīng)實驗驗證，但大多數(shù)配氣相位仍是經(jīng)過試驗確定的。不同型號發(fā)動機的，因結(jié)構(gòu)參數(shù)不同，配氣相位也不同。正確的配氣相位應(yīng)能滿足下列要求:(l)良好的充氣系數(shù)，以保證的動力性;(2)合對于上磨損故障，國內(nèi)外的科研工作者已經(jīng)進行了長期的研究與探索，取得了一定成果。其中，對于滑油潤滑零部件的磨損故障，已經(jīng)形成了較為成熟的監(jiān)測與診斷技術(shù)體系；而對于氣路磨損故障，尚未形成很有效的解決方法。適的充氣系數(shù)特性，以適應(yīng)發(fā)動機扭矩特性的要求;(3)較小的換氣損失，以改善的經(jīng)濟性;(4)必要的燃燒室熱氣，適當(dāng)?shù)呐艢鉁囟龋越档褪軣崃慵臒嶝?fù)荷，保證運轉(zhuǎn)的可靠性。由上可見，正確的配氣相位是保證氣缸內(nèi)有足夠的空氣充量，以保證燃油的完全燃燒，使發(fā)動機有良好的動力性、經(jīng)濟性和廢氣排放為目的。發(fā)動機工作時，氣門實際開閉的時刻是由凸輪的形狀和配氣機構(gòu)各零件的正確裝配保證的。在使用和維修過程中，由于零部件制造偏差、使用過程產(chǎn)生的磨損偏差及修理裝配過程各種工藝誤差等，一般都不同程度地改變了原規(guī)定的配氣相位值，如氣門間隙調(diào)整過小或凸輪外形加工太肥，使氣門早開晚關(guān)，氣門開啟延續(xù)時間過長期刊網(wǎng)。配氣相位誤差將導(dǎo)致的動力性下降、經(jīng)濟性變壞及排放惡化。相位差很大時，根本不能起動:嚴(yán)重時造成氣門和活塞碰撞，氣門桿頂彎、凸輪軸變形及打壞活塞。有資料顯示，某系列發(fā)動機因配氣相位的誤差使最大功率下降13%，最大扭矩下降11%，最低燃油消耗率增加19%。我院Lycoming發(fā)動機氣門的結(jié)構(gòu)形式為頂置式和。氣門間隙是指氣門處于關(guān)閉狀態(tài)時，氣門尾端與搖臂之間留有的一定間隙值。氣門間隙的作用是保證氣門、推桿等傳動桿件受熱膨脹時留有余地，當(dāng)氣門在關(guān)閉時與氣門座緊密貼合，這對發(fā)動機是一個非常重要的因素，對其正常工作有很大影響。發(fā)動機在使用過程中，由于配氣機構(gòu)某些零件的磨損和緊固件的松動，氣門間隙會發(fā)生變化，氣門間隙過大會使氣門遲開早閉，縮短開放時間，減小開啟高度，造成氣缸內(nèi)進氣不足，廢氣排放不徹底，燃燒的準(zhǔn)備條件變壞，燃燒不完全，發(fā)動機的動力性下降機械論文，起動困難，怠速時發(fā)出“噠、噠、噠”氣門敲擊聲。隨發(fā)動機轉(zhuǎn)速的升高噪聲也隨之增大，單缸斷火試驗時聲響不變。若氣門間隙過小或沒有(液壓式配氣機構(gòu)除外)，當(dāng)氣門及傳動桿件受熱膨脹后氣門桿端抵觸搖臂，使氣門關(guān)閉不嚴(yán)發(fā)生漏氣，造成氣缸壓縮壓力降低、氣門與氣門座容易燒損，使發(fā)動機起動困難，動力性和經(jīng)濟性下降，排放污染增加。
三、配氣機構(gòu)研究技術(shù)的發(fā)展趨勢
對于專門用于發(fā)動機的配氣機構(gòu)的研究，一直是該領(lǐng)域的研究前沿。研究
摘要進一步了解配氣機構(gòu)各零件的真實運動情況，氣門彈簧的顫振和高次振型時配氣機構(gòu)的異常振動，從而明確機構(gòu)中的薄弱環(huán)節(jié)，單質(zhì)量模型則無能為力。因而隨后出現(xiàn)了多質(zhì)量動力學(xué)模型。根據(jù)使用者目的的不同，有三質(zhì)量、四質(zhì)量、五質(zhì)量，以至更多質(zhì)量的模型。多質(zhì)量動力學(xué)模型的建立、參數(shù)的確定、方程的求解等雖然較困難，但它可以分析傳動鏈中的各零件的真實運動規(guī)律以及對整個機構(gòu)的影響，并能計算出氣門內(nèi)、外彈簧圈的大致振動情況，使模擬值更接近實際情況，故近年來多質(zhì)量模型的應(yīng)用遠比單質(zhì)量模型的應(yīng)用廣泛。為了進一步提高配氣機構(gòu)動力學(xué)模擬精度，有人采用變剛度、變搖臂比進行多質(zhì)量模型的模擬計算。當(dāng)然其模擬精度又有一定程度的提高，多質(zhì)量動力學(xué)模型也得到了進一步的發(fā)展和完善
四、目前在配氣機構(gòu)維修特性方面存在的不足：
課題的難點是收集數(shù)據(jù)是一項艱難復(fù)雜的工作，本身發(fā)動機結(jié)構(gòu)復(fù)雜，引起失效的原因也復(fù)雜。維修特性技術(shù)在航空活塞發(fā)動機中應(yīng)用理論體系不完整。磨損機理分析采集數(shù)據(jù)多為實驗得，對于實際使用中以參數(shù)變化收據(jù)不足。
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