《6D柴油机锻钢活塞的设计》-毕业论文.doc

1 绪论 1.1 柴油机的优势 活塞是汽车发动机的“心脏”，只有活塞高效可靠的工作，才能使活塞式内燃机具有旺盛的生命力[1]。在环境保护和能源危机呼声越来越高的今天，汽车柴油化成了不可抗拒的历史潮流。在欧洲能源危机相对严重的国家，“汽改柴”已经取得了很大进展。在欧洲国家，轿车已有40％使用柴油发动机，客车中有80％使用柴油发动机，载货车则100％使用柴油发动机。尽管柴油机比汽油机的功率密度(发动机单位重量的功率)小，但它的油耗低、耐久性好,但根据行驶工况，有时柴油机的油耗只有汽油机的60％左右，另一方面，柴油机的寿命也在直线上升。所以，柴油机在国民经济和国防上得到了最为广泛的应用。 活塞是柴油机燃烧室中的重要零件，它所处的工作条件相当严酷。活塞受燃气周期性的加热作用，燃气的最高瞬时温度一般都高达1600℃～2500℃，燃气平均温度也高达700℃～1000℃左右[2、3]。高温、高负荷、高运动速度、润滑不良、和冷却困难等，使其成为发动机中故障较多的零件之一。活塞不仅与整机的性能、排放指标和经济性密切相关，同时还制约着可靠性。活塞在工作过程中直接与高温高压燃气接触，承受着较高的热负荷，并在润滑条件较差的缸套内进行高速往复运动，由热负荷和运转工况频繁变化引起的活塞热疲劳是影响柴油机可靠性的主要因素。这就给设计发动机活塞的人员提出这样一个课题，即如何在提高发动机性能的前提下，提高活塞工作的可靠性和耐久性。随着环境污染的日益严重，对作为重灾区的传统发动机的环境要求也越来越高，我们国家也会在最近实行欧Ⅲ标准，对发动机的环保要求越来越高，表1-1为排放标准。 表1-1 欧Ⅱ及欧Ⅲ车用柴油机排放指表 g/(kw·b) CO HC NO PM 欧Ⅱ 4.0 1.1 7.0 0.15 欧Ⅲ 2.1 0.66 5.0 0.10 试验表明，摩擦焊接锻钢活塞较铝合金活塞有效的降低了发动机的漏气量、机油耗，提高了发动机的可靠性，可成功的应用于中重型柴油发动机。与整体锻钢活塞相比，摩擦焊接锻钢活塞在降低漏气量等方面也有着显著的效果。 1.2 内燃机行业现状 内燃机行业是一个技术密集型的行业，虽然其自身存在噪音大、污染严重的缺陷，但是由于其热效率高、动力性优、功率范围宽广、可靠耐久等优点，已经被广泛用于工业、农业、交通运输业和国防建设事业。内燃机的不断发展，从根本上来说，是建立在主要零部件性能和寿命不断改进提高的基础上的[2]。活塞为内燃机的心脏零件，也随着内燃机的发展而发展。 建国以来，经过半个世纪的发展，在我国建立了一个比较完整的内燃机工业体系。基本上满足了当时国民经济各部门配套需要。改革开放后，内燃机行业根据国民经济发展要求，不断对产品结构和企业结构进行调整。通过自行研制开发和引进国外先进技术，发展了一大批新产品，特别是在国家出台有关排放法规和节能要求后，通过各种途径先后开发出一批满足欧Ⅰ、欧Ⅱ、欧工Ⅲ的发动机。 现在，全国内燃机行业(包括主机及配件)约有1000家左右，其中生产主机近200家，配附件约700家。据中国内燃机工业协会对2004年不完全统计：2004年全国共生产内燃机约3837万台、6.65亿千瓦；销售约3789万台、6.53亿千瓦。工业总产值1346.5亿元。2004年我国内燃机生产总量中，柴油机1118万台，3.18亿千瓦[3]。基本满足了当年国内生产的各种汽车、工程建设机械等国民经济各个部门的需求，同时也满足了大量在用机械的维修服务需求，还有一定数量产品出口。 “十一五”期间是内燃机行业在新产品和新技术开发方面取得最好的时期之一。新产品开发主要集中在为汽车、工程机械、船舶、铁路机车配套的节能、节材、低污染的可靠性好的产品。柴油机通过增压中冷技术、燃油喷射系统的优化、工作过程优化来满足欧Ⅲ要求，有的还采用电控高压共轨燃油喷射系统、废气再循环(EGR)技术、多气门技术、可变涡轮增压(VNT)技术，为满足欧工Ⅲ排放标准及进一步产品升级做好准备。为农机配套内燃机基本上都是柴油机，为满足非道路用内燃机排放标准，在优化内燃机进气、喷射、燃烧系统方面做了大量工扮作，并在减重、降噪方面都对原有产品进行了改进提高。但是，由于我国国民经济尚处于转型阶段，制约内燃机行业发展的一些结构性矛盾和问题尚未解决。从行业整体来看，内燃机行业的产品结构、企业组织结构、工艺装备水平、经营管理水平、企业的创新开发能力和人员素质等都存在不同的差距和问题。自主开发能力薄弱，创新能力不足，高新技术仍然依靠国外，特别是内燃机配件行业，很多企业都没有自己的技术开发能力，只能进行简单的来图加工，竞争力薄弱。 1.3 中重型柴油机的技术要求 由于环境污染日益严重，能源危机愈演愈烈，因此为了节省能源、降低排放，国家制定了严格的排放法规，以便与国际接轨。随着排放法规日益严