卧式柴油机主轴承润滑特性的影响因素分析

针对自主开发的2D25卧式柴油机,基于弹性流体动力润滑理论,采用AVL Excite Power Unit软件建立了主轴承润滑仿真模型,在考虑内燃机轴瓦与轴承座的弹性变形、轴瓦与轴颈粗糙度的基础上,研究了轴承间隙、轴承宽度、进油口位置和油槽宽度对主轴承润滑特性的影响。研究结果表明:在分析的4个结构参数中,轴承间隙和轴承宽度对主轴承润滑特性影响较大,是主要影响因素,进油口位置和油槽宽度对主轴承润滑特性的影响相对较小,是次要影响因素。随着轴承间隙的增加,轴承平均载荷、轴承平均弯矩、峰值油膜压力和平均机油流出量增加,最小油膜厚度和平均摩擦功耗降低。随着轴承宽度的增加,轴承平均载荷、轴承平均弯矩、峰值油膜压力和平均机油流出量减小,最小油膜厚度和平均摩擦功耗增加。进油口位置和油槽宽度对轴承润滑特性的影响不呈现明显的变化规律。     

农用柴油机钢活塞销孔-销的摩擦副润滑特性分析

为解决钢活塞销孔-销摩擦副因同种材料摩擦配副问题以及钢材密度大和导热性能差所带来的润滑特性差的问题，该研究以D25TCIF农用柴油机钢活塞为对象，建立钢活塞连杆组传热模型和热弹性流体动力学模型，并开展钢活塞温度场测试试验与仿真验证。结合单因素扫值法和Box-Behnken多因素优化算法分析了销孔轴承间隙、销孔表面粗糙度和销孔指数型线内外半径增量变化对销孔轴承润滑特性的影响。结果表明：销孔结构优化后销孔轴承内的最小油膜厚度较优化前增加0.705 μm，最大粗糙接触压力降低255.956 MPa，说明销孔结构对轴承的润滑特性有很大影响，销孔指数型线内半径增量的影响最大，而外半径增量的影响较小。最优参数组合为销孔轴承间隙0.021 mm、销孔表面粗糙度0.798 μm、销孔指数型线内半径增量0.008 mm、销孔指数型线外半径增量0.01 mm，此时预测的最小油膜厚度为0.979 μm；最大粗糙接触压力为249.406 MPa，与该方案下仿真值的相对误差小于5%。本文优化方法效果好，且预测准确，可为后续的钢活塞销孔结构设计提供理论依据。     

不同口环间隙离心泵性能及水力激励特性分析及试验

为进一步研究改变口环间隙所产生的影响,该文通过改变口环间隙大小,采用数值计算与试验相结合的方法,研究了离心泵内叶轮所受径向力以及压力脉动的变化。分别采用0.25、0.5以及0.75 mm的口环间隙,进行数值计算和试验。通过对叶轮外表面的压力场求解和分析,得到不同口环间隙对叶轮所受径向力的影响,通过试验测得的各监测点的压力脉动数据进行分析。结果表明:模拟所得扬程与试验结果较为吻合。叶频所对应的压力脉动幅值在前腔进口处,口环间隙为0.5 mm的方案约为0.25 mm方案的3.1倍,在叶轮出口处约为1.3倍;口环一周的平均压力脉动在0.75 mm时最小,此时约为0.5 mm方案的0.81倍;叶轮进口及其上游的压力脉动以0.75 mm方案最小,约为其他2个方案的0.67倍,说明口环间隙为0.5 mm时离心泵前腔及进口处的压力脉动最大。叶轮所受径向力随着口环间隙的改变呈现非线性变化,小流量及设计工况时0.75 mm方案的径向力最小,设计工况时0.25 mm方案的径向力最小。通过研究不同口环间隙所诱导的压力脉动及径向力的变化,对离心泵的传统设计进行了一定的补充,并且对口环的设计提供了参考。     

交变温度对航天轴承摩擦力矩的影响机理

针对空间环境温度在-60~80℃之间交替变化影响航天轴承摩擦力矩的问题,该文利用接触力学和运动学等理论,建立了固体润滑轴承摩擦力矩的数学模型,并分析了内、外圈的摩擦力矩。基于弹性力学、热学和变形协调关系,分析了交变温度影响航天轴承过盈量和预紧力的规律。在此基础上,结合摩擦力矩模型探究了交变温度对航天轴承摩擦力矩的影响机理。通过理论分析研究了交变温度对航天轴承的过盈量、预紧力的影响,进而揭示了交变温度对摩擦力矩的影响规律,并进行了试验验证。研究结果表明:交变温度与内圈过盈量负相关,与外圈过盈量正相关;过盈量增加引起内圈摩擦力矩增大量大于外圈;预紧力随交变温度升高而增大,当交变温度从-60升高到80℃时,与常温时相比预紧力变化范围为-40~40 N;预紧力、环境温度的增加都将引起摩擦力矩增大;摩擦力矩随交变温度增加而增大,随交变温度降低而变小,且摩擦力矩达不到初始时刻的最大值和最小值。研究结果为减缓摩擦力矩变化提供参考。     

果园有机肥机械化环沟施肥方法及其实现

环状沟施肥在传统上被认为是一种果园精准施肥方法，但其高肥效的机理尚不明确，且其机械化作业依然是个巨大的挑战。针对上述问题，该研究分析了果园机械化环沟施肥技术的相关农艺要求，并提出有机肥机械化环沟施肥方法及其实现装备。通过分析矮砧密植苹果树根系分布、肥料养分迁移与吸收、肥-土混合的农艺机理，阐明了果园环沟施肥机械化技术的优势和必要性，并确定环沟轨迹基圆半径。提出密植苹果园有机肥机械化环沟施肥方法，在树行单侧以连续曲线沟对根区形成包围，并同步施肥和混肥。研制了履带自走式果园有机肥环沟施肥机。该施肥机借助检测到的树干定位信号，通过电液式环沟轨迹控制系统控制开沟混肥器横向运动。由开沟混肥器的横向运动与施肥机的纵向运动合成曲线轨迹，一体化完成曲线开沟、施肥和混肥。田间试验表明，研制的施肥机能够精准识别果树树干，并围绕树干进行连续的环沟施肥，且肥料与全层土壤混合分布。环沟宽度210±6.3 mm，施肥深度300±19.5 mm，平均开沟阻力矩127.32 N·m，开沟混肥器平均功耗5.84 kW，工况稳定。基圆半径为0.7 m时，环沟轨迹和施肥轨迹平均误差分别为0.05和0.03 m。本研究首次实现了矮砧苹果园有机肥机械化环沟施肥方法，对旱区果园有机肥精准、高效施肥新技术具有促进作用。     

转轮下环间隙对混流式水轮机内部流动特性的影响

水轮机转轮间隙内的泄漏涡、泄漏流等复杂的湍流易影响水轮机的性能与稳定性。为了分析下环间隙对混流式水轮机能量特性和内部流态的影响,该文基于N-S方程和SST湍流模型,考虑了0.6 Qd(Qd为设计流量工况)、0.8 Qd、Qd、1.2 Qd共4种流量工况,对5种下环间隙下的混流式水轮机模型机进行三维全流道数值计算。通过对比不同下环间隙方案对混流式水轮机效率与容积损失的影响,结合不同水轮机内部流场特征,分析下环间隙与水轮机性能的关系。计算结果表明:下环间隙由0.4 mm增大到1.3 mm,机组泄漏量增大,水轮机效率整体呈下降趋势。其中,当机组在小流量0.6 Qd工况运行时,间隙对水轮机能量特性影响最为明显,效率下降了4.1个百分点。当机组在小流量0.6 Qd与0.8 Qd工况运行时,下环间隙增大,间隙内部流场与尾水管内部流场呈现小幅度恶化;当机组在大流量1.2 Qd工况运行时,下环间隙增大,转轮叶片吸力面压力分布以及尾水管内部流场均得到改善。该研究可为混流式水轮机结构设计提供有效参考。     

环模式成型机压缩水稻秆成型工艺参数优化

为了确定环模式成型机压缩水稻秸秆最佳的成型工艺参数,该文以水稻秸秆为原料,利用9JYK-2000A型环模式成型机进行压缩成型,寻求工作参数对环模式成型机压缩水稻秸秆成型影响规律和优化工艺参数组合。采用四因素五水平二次回归正交旋转中心组合设计试验方法,以含水率、成型温度、模辊间隙和主轴转速为影响因子,以成型压块的松弛密度和抗破碎性为评价指标。利用Design-expert8.0.6的回归分析法及响应面分析法,建立并分析了4个因子对评价指标影响的数学模型。结果表明：当参数组合含水率为17.5%～27.1%、成型温度为81.9℃～88.1℃、磨辊间隙为2.49～3.78 mm、主轴转速为157.6～186.5 r/min条件下,成型压块的松弛密度大于1.0 g/cm3,成型压块的抗破碎性大于65%;各因素对松弛密度贡献率的主次关系为：主轴转速>磨辊间隙>含水率>成型温度,各因素对抗破碎性贡献率的主次关系为：含水率>主轴转速>磨辊间隙>成型温度。研究可为环模式成型机压缩水稻秸秆成型提供一定理论依据和技术支撑。     

脂润滑关节轴承的摩擦副表面织构设计及摩擦性能试验

为研究具有相对滑动运动的织构摩擦面在大载荷脂润滑条件下的摩擦特性,在关节轴承内圈表面设计制造了凹槽和凹坑2种不同形状的织构,采用表面形貌参数中的偏态、峰态和平均谷体积等参数对织构表面形貌进行表征。在专用的疲劳摩擦磨损试验机上对轴承进行摩擦性能试验,润滑剂为二硫化钼锂基润滑脂,载荷分别为20,40和60 k N,滑动速度范围为5.2~20.9 mm/s。结果表明:控制织构参数可获得所需的表面形貌参数,进而控制接触表面的摩擦学性能。对于相同的织构形状,在织构宽度(或直径)和面积密度一定时,织构深度越大,则偏态越小,峰态和平均谷体积越大,从而表面的摩擦系数也就越小;在织构深度和宽度(或直径)一定时,织构面积密度减小,则偏态减小,峰态和平均谷体积增大,滑动摩擦系数也减小。设计合理的表面织构能有效减小滑动摩擦系数,在该试验的速度和载荷范围内,与接触面未织构的轴承相比,凹槽织构和凹坑织构能使轴承滑动摩擦系数最大减小46.2%和60%。该研究可为脂润滑条件下相对滑动摩擦面的织构设计和摩擦性能预测提供参考。     

马卡山不同植被群落斜坡土体中根土环隙导流特性

根土环隙作为一种新型的特殊土壤大孔隙类型,在植被发育斜坡土体降雨入渗过程中发挥着重要作用。采集呈贡实验区高盖度不同植被群落斜坡土体,基于水分穿透法,获取大孔隙特征参数,结合套管数学模型,进行了土体中根土环隙的导流特性研究,结果表明:木本和草本植被群落土体根土环隙尺寸范围分别为0.62~1.02 mm、0.67~1.12 mm,且前者土体各层环隙尺度均小于后者。两种植被群落土体中根土环隙流道u/u_m的最大值均随深度增加而增大,但大小基本一致;深度范围内,土体各层u/u_m达到最大值时的r值提前,且木本土体各层相应r值均大于草本;根系及环隙尺寸的差异是形成其特征的主要原因。相同流道数量及雷诺数条件下,平均流速、最大流速及环隙导流贡献率均随深度增加而增大,流量则反之,且木本土体各层流速、流量及贡献率均大于草本。     

浅圆仓环壁通风降温系统的性能试验与风道设置优化

通风降温是实现粮食保质储藏的重要措施。以大直径浅圆仓为研究对象,建立了环壁分层通风快速降温实验系统,进行了不同工况的降温实验,研究在粮食初入仓阶段的降温过程中,影响粮堆内温度、水分均匀性的因素。结果表明:外界热环境对降温速度有明显影响,过渡季高温期工况和夏季工况下,降温速度分别为0.43和0.16℃/h,纵向层间温差分别为0.5和1.6℃,降温后粮堆平均温度为17.24和22.76℃,分别达到准低温储粮(20℃)和常温储粮(25℃)的范围。采用露点以上温度进行送风,降温过程粮堆内空气相对湿度较为稳定,波动幅度在5%以内。采用计算流体力学(computer fluent dynamic,CFD)方法对环壁风道的配置进行了模拟研究,模拟结果与实验结果的平均相对误差为6.43%,证实了模拟的合理性与准确性。模拟结果表明,环壁风道上移后,增强了上部粮堆的降温效果,提高了整体降温速度,改善了粮堆温度的均匀性。     

剥皮机挤压揉搓机构中曲沟球轴承的试制及其承载能力

为了满足剥皮机的挤压揉搓作业效果,简化机械结构,设计了一种曲沟球轴承。建立曲沟球轴承受力分析模型,分析了不同加载力下滚动体与外圈滚道的峰顶到谷底之间5个接触点的接触应力,得到滚动体与外圈之间的接触应力从峰顶到谷底逐渐减小、随着加载力的增大而增加的趋势;在此基础上,试制了外圈为三维正弦曲线环形圆弧滚道,内圈为定点窝眼滚珠结构的曲沟球轴承,用自制的试验台对试制的曲沟球轴承进行了测试。结果表明:加载力增大,轴承外圈的温升幅度增高,温升速度加快,经过10 min后,温升曲线趋于平缓,基本达到了热平衡状态。研究成果为曲沟球轴承的结构优化、定型生产及后续的推广应用提供了参考。     

燃油稀释低黏度机油对柴油机缸套活塞环润滑性能的影响

为研究燃油稀释低黏度润滑油对缸套活塞环润滑性能的影响,该研究以农用柴油机为研究对象,基于燃油湿壁现象考察了燃油稀释低黏度润滑油对混合液的黏度变化影响。试验结果显示,随着燃油稀释率增大,混合液的动力黏度呈现先急剧下降后缓慢下降的变化规律,稀释率从0增加到10%,动力黏度降幅达44.9%,表明少量柴油稀释低黏度润滑油将导致黏度迅速降低。通过构建缸套-活塞环润滑摩擦理论模型,采用数值计算方法探究了燃油湿壁效应对缸套-活塞环摩擦性能的影响机理。模拟计算结果显示,随稀释率的增加,缸套-活塞环之间的油膜厚度变薄,流体动压润滑区间不断缩小,而混合润滑区间不断扩大,导致摩擦副表面微凸体接触增多,特别是在压缩行程上止点附近,缸套-活塞环的摩擦力随着稀释率增加而增大;而缸套-活塞环摩擦副的循环摩擦损失随稀释率增大呈现先降低后升高的趋势,稀释率为10%时摩擦损失最小。通过搭建发动机测试台架进行倒拖试验发现,当稀释率从0增大到30%时倒拖转矩呈现先减小后增大的趋势,且当稀释率为10%时倒拖转矩最小,验证了不同燃油稀释率下倒拖转矩变化与模拟计算结果的一致性。在发动机中应用低黏度润滑油,应控制其稀释率低于20%,以保持必要的润滑作用。研究结果可为为低黏度润滑油的推广应用提供指导。     

基于薄壁圆环理论的机器人用柔性轴承变形特征快速求解

谐波减速器内部柔性轴承是机器人关节的重要传动部件,因在工作中会产生较大的预变形而与普通轴承不同,导致传统轴承理论不适用,所以建立新的研究方法对其各项性能进行分析非常必要。该文通过建立柔性轴承的理论计算模型,求解计算柔性轴承工作时内部应力与变形特征,具体步骤包括:1)建立变形协调方程,并通过莫尔积分定理求解方程,得到变形过程中柔性轴承外圈的弯曲力矩;2)根据薄壁圆环理论,求得外圈的变形特征与内圈弯曲力矩;3)建立三弯矩方程,计算外载荷作用下柔性轴承外圈所承受的最大弯曲力矩。最后,建立柔性轴承有限元仿真模型对比验证理论模型,两者最大误差为7%,其中理论求解时间为5～8 min,有限元计算需4～5 h,通过理论模型可以快速求得柔性轴承内部变性特征与受力情况。计算结果表明,对于CSF-25-80型柔性轴承,外圈厚度设计在1.3～1.6 mm,宽度设计在9 mm左右,都可以有效改善外圈的应力状况。该研究可为对柔性轴承的设计和优化提供理论参考。     

低速大扭矩水压马达的配流性能分析及试验

为了提高低速大扭矩水压马达的容积效率,以马达的配流副为研究对象,基于力平衡方程及流量方程,建立了配流体端面与转子端面间的泄漏流量损失和功率损失的数学模型。以配流体转子间的水膜厚度、介质温度和马达转速等为性能指标,分析了不同供流方式下间隙、温度和转速对其性能的影响。研究结果表明:间隙越大,配流体转子端面的泄漏流量损失和功率损失越大,温度越高,功率损失越大,同时内环供流时水压马达的性能要优于外环供流。因此,减小水膜厚度,降低水温,可减小配流副的泄漏流量损失和功率损失,提高水压马达的容积效率及马达性能。综合考虑,配流间隙控制在4~5μm较为合适,水温控制在室温(20±5)℃状态下为宜。同时基于上述研究,设计加工出低速大扭矩水压马达物理样机,并对样机的性能进行了加载试验测试,得到了相应的性能曲线,试验结果表明:加工完成的水压马达样机在带载时的容积效率最高可达到90.97%,机械效率最高可达到93.59%,从而验证了所研制的低速大扭矩水压马达原理正确可行,也证明了上述研究结果的正确性,解决了低速大扭矩水压马达的设计理论及关键技术问题。该研究为低速大扭矩水压马达进一步的产品化提供了参考。     

基于格子波兹曼方法研究颗粒对缸套-活塞环油膜压力的影响

为了研究小于油膜厚度的固体悬浮颗粒对活塞环流体润滑的影响,该文从流场角度分析发动机缸套-活塞环的润滑区域,建立了缸套-活塞环润滑问题的格子波兹曼离散模型,基于雷诺边界条件的负压归零法,分析了油膜破裂时格子波兹曼方法(lattice boltzmann method,LBM)模拟润滑油流动的边界条件的处理方法,基于LBM对含有固体颗粒的润滑油流动进行流场分析,研究了多个颗粒对于活塞环润滑性能的影响。得到了颗粒位置、形状,以及在不同曲柄转角下对活塞环油膜压力的影响;分析了润滑区域的油膜速度分布,并与试验结果进行了定性的比较。结果表明,当颗粒距离活塞环较近时,对于活塞环附近的油膜压力场影响较大,而当颗粒距离活塞环较远时,颗粒的存在对于活塞环的油膜压力场影响较小;并且对于缸套-活塞环下止点磨损较严重的实验现象给予了理论分析。     

农用柴油机活塞环组机油消耗和窜气的灰色关联分析与预测

活塞环组的润滑和密封性能直接影响柴油机的动力性、经济性和排放特性，机油消耗量（lube oil consumption,LOC）和窜气量（crankcase blow-by,CB）是评估活塞环组润滑和密封性能优劣的主要指标。为探究影响农用柴油机活塞环组LOC和CB的影响因素及LOC和CB对影响因素的敏感程度，该研究提出农用柴油机活塞环组LOC和CB的多影响因素系统分析及预测方法。以YNF40农用柴油机为对象，首先搭建柴油机LOC和CB测试台架，建立活塞环组运动学与动力学仿真模型并验证模型的精确度和可靠度，然后采用灰色关联分析（grey relation analysis,GRA）得到不同影响因素的灰色关联度（grey relational grade,GRG），并基于此进行影响因素敏感性分析，最后基于BP神经网络建立不同转速工况下LOC和CB瞬态变化的时间序列预测模型。多因素GRG分析结果表明：对活塞环组LOC和CB影响最敏感和最不敏感的因素分别是活塞第一环槽下边缘倒角和活塞第三环槽背隙，其对应的GRG分别为0.892 79和0.583 61，得到目标与影响因素敏感程度的降序排列为：第...     

侧流道泵叶轮轴径向间隙内流动特性数值模拟与验证

为了研究侧流道泵叶轮周围间隙质量流量交换规律,该文利用数值计算方法研究了侧流道泵在最高效率工况点下叶轮间隙处的流动规律,具体分析了其脉动扬程、交换质量流量、间隙处压力脉动情况、轴向速度变化等。结果表明,每旋转一个叶轮流道(18°),扬程出现一次完整的波动周期,每个周期内扬程最大值与最小值相差0.07 m左右;间隙外缘监测点的瞬时压力值明显大于其他4个监测点,顶部监测点压力值最大,在整个周期内的平均压力值大约是最小压力监测点的2.8倍;右侧间隙靠近外缘处的流体交换最激烈,该处速度绝对值最大;流体主要是在右侧间隙外缘大约0.8~1倍间隙半径处向侧流道流入,在0.53~0.8倍间隙半径处从侧流道流出至叶轮中;净交换流曲线近似呈三角函数图像变化,交替出现减小增大反复趋势,并且净交换流的波动导致侧流道泵扬程曲线的波动。该研究可为进一步提高侧流道泵的水力性能提供理论依据。     

游隙对双列调心球轴承静力学性能影响及游隙控制分析

为了分析游隙对轴承静力学性能的影响,基于赫兹弹性接触原理和变形协调原理,且在考虑初始游隙和实际接触角变化的前提下,建立了双列调心球轴承在径向和轴向联合载荷下的静力学数学模型。对静力学平衡方程和未知变量的可行域进行分析,提出基于Broyden秩1拟牛顿迭代法的数值求解流程。以调心球轴承BRF12为例,建立其非线性静力学平衡方程组并求解,分析轴承初始游隙对内、外圈相对位移、轴承刚度、负荷分布、实际接触角等的影响情况。分析得出游隙是影响调心球轴承品质的关键因素,需严格控制。分析各游隙及和接触角的几何关系,进而得到各游隙的简单计算公式,提出游隙尺寸控制和测量方法。研究结果可为新型双列调心球轴承的额定静、动载荷计算、动力学分析和优化设计等提供理论参考和依据。     

棉秆粉碎还田与残膜回收联合作业机研制与试验

针对新疆棉区秸秆粉碎还田与残膜回收机联合作业时出现的膜杆不分、残膜回收率低、脱膜效果差以及残膜易缠绕等问题,该文设计了棉秆粉碎还田与残膜回收联合作业机,主要由牵引装置、秸秆粉碎装置、秸秆输送装置、浮动式残膜回收装置、脱膜装置、传动系统、残膜回收箱、机架和地轮等组成,一次作业可实现棉秸秆粉碎还田、膜杆分离和残膜回收。该机将锤片式棉秸秆粉碎装置与刮板式输送装置相结合,用于秸秆粉碎还田和秸秆与待收残膜分离;采用浮动式起膜机构和齿耙式搂膜装置回收残膜,地面仿形效果好,有利于提高残膜回收率;用气力脱膜装置脱膜,提高脱膜可靠性,并防止残膜与收膜装置的缠绕而影响机具正常工作。通过对主要工作部件的设计,确定主要结构和工作参数,并分析了样机的工作过程。田间试验表明,在机具作业速度5～5.5 km/h、秸秆输送链轮转速125 r/min、输送装置倾角40°、残膜输送链轮转速70 r/min和风机转速1 620 r/min时,能达到膜杆分离率97%,残膜回收率88.6%,脱膜率89.4%,能够满足秸秆粉碎还田与残膜回收的技术要求,研究成果有利于解决棉田残膜污染问题。