高振強

（北京（jīng）鐵路局邯鄲機務段，河北邯鄲　056009）

　　【摘（zhāi）　要】本文主要以建立虛擬機的方式，結合內（nèi）燃（rán）機（jī）模擬軟件GT-CRANK對機車使用的16V240ZJ型的柴油發動機曲軸（zhóu）係統進行了相關的（de）力學建模和分析（xī）。分別列舉（jǔ）了不同樣的使用情（qíng）況，研究柴油發動（dòng）機主軸潤滑效果（guǒ）的規律性（xìng），Z終確（què）定理想化的潤滑（huá）油溫度高低。

　　【關鍵詞】柴油發動機；潤滑作用；潤滑效果（guǒ）
　　本文主要是以機車（chē）使用的16V240ZJ型發動機（jī）為研究對象，結合內燃機模擬（nǐ）軟件GT-CRANK建立虛（xū）擬機的方式，分析和模擬不同（tóng）眼的潤滑溫度下（xià）的潤滑效果和動力（lì）學的特點，對此進行比對實驗，Z終確定Z合適的潤滑油匹配方案。
　　1　建立虛擬（nǐ）機和設定的方案
　　虛擬機的建立：氣缸內氣體燃燒產生的爆（bào）發力是柴油（yóu）發動力的動力來源，這也是柴油發動（dòng）機的工作（zuò）原理。圖1可以看出來試驗數值和計算（suàn）數值的變化情況，從圖中我們看出來（lái）相差的結果非常（cháng）小，之所以出現這樣的結果是因為：仿真試驗在計算的時候（hòu）對公式進行了非常精確的簡化。這樣的結果比較也證明了模擬軟件GT-CRANK進行仿（fǎng）真動力（lì）學研究（jiū）的準確價值。

圖1

　　利用模擬軟件GT-CRANK建立包含了活塞、氣缸（gāng）壓力、曲軸、機體的模型，模（mó）擬參數有幾何尺寸（cùn）、質（zhì）心位置和零（líng）部件的質量等（děng），Z終在軟件內部建立了16V240ZJ型的虛擬（nǐ）機。氣缸動力是整個建模的基礎數（shù）據，必須按照試驗的需要和環境輸入，目的（de）是（shì）確保計算的準確性能，潤滑油類型設定為CAE30。CAE30潤滑油（yóu）的密度和粘合度等具（jù）體數字都在軸承模塊中設（shè）立。

　　方案的設立：按照軟件設（shè）定（dìng）的方法，我們（men）把潤滑（huá）溫度設定為參（cān）變量，然後我們在潤滑油可以（yǐ）正常工作的溫（wēn）度範圍內（nèi）選取5個不一樣的數值，分別是①70℃。②75℃。③80℃。④85℃。⑤90℃。
　　2　結（jié）果分析
　　因為潤滑油的溫度不一樣（yàng），所以曲軸、主軸頸軸承的承受能力和發揮的作用也（yě）不一樣（yàng），通過模擬軟件GT-CRANK可以計算和規（guī）劃出潤滑油因為溫度（dù）的變化產生（shēng）的工（gōng）作變化情況。
　　2.1軸承的負荷
　　軸承負（fù）荷的變化是評判（pàn）軸承和軸（zhóu）頸之（zhī）間產生危險摩擦指數的主要參數。如（rú）下表所示，潤滑油溫度的變化影響了軸承（chéng）承（chéng）載情況的變化。因為潤滑油溫度的上升，影響的潤滑（huá）油黏度就會下降很多，Z小油膜厚度也（yě）在隨之減（jiǎn）小，導致的潤滑油的（de）承載力下降，但是如（rú）果Z小油膜厚度更（gèng）小會影（yǐng）響承載能力變大，兩者形（xíng）成一種反比例關係，通過試驗數據證明，潤滑油溫度在85℃的時候，Z大軸承的負荷承載力Z小。

　　2.2瞬時摩擦功率（lǜ）的消耗
　　軸承的損耗可（kě）以反映出功率輸出的大小，也就是說（shuō）在實際工作中，軸承的損耗（hào）數值越小越好。相比較上述幾種不同溫度下的主軸頸軸承的功（gōng）率（lǜ）損耗曲線圖可（kě）以看出（chū）來，潤滑油的溫度越高，瞬時摩（mó）擦功率的消耗（hào）就越小，如圖（tú）2所示。為了提升柴油發動（dòng）機（jī）的動力輸出和降低燃油的損（sǔn）耗值，我們必須降低柴油發動機的機械摩擦損耗。因此，單單（dān）考慮摩擦損耗數值（zhí）的影響，可以適當提高潤滑油的溫度。

圖2

　　2.3Z小油膜厚度（dù）的分析
　　通過比對分析圖3中幾種不同類型的潤滑油（yóu）溫度下主軸頸軸承的油（yóu）膜厚度對（duì）比（bǐ）曲線圖看出來，潤滑油的溫度升高，主軸頸軸承的油膜厚度會變得非常小。所以我們得出結論是一定的油膜厚度（dù）對於潤（rùn）滑油的工作（zuò）性能具有很好的影（yǐng）響作用。Z小油膜（mó）的厚度應該在工作允許的（de）範圍內，如果太小的話，就會出現金屬機械之間的相互摩擦。

圖3

　　2.4摩擦扭矩
　　如圖4所（suǒ）示，伴隨著潤滑油溫（wēn）度的下降（jiàng），軸承摩擦的扭（niǔ）矩就會隨著增大，這和潤滑油溫度的下降、潤滑油（yóu）黏度的增（zēng）加存在一定的（de）關聯性。但是我們就數值方麵分析的話（huà），潤（rùn）滑油的溫度對於軸承摩（mó）擦扭距的影響作用並不是非常大。

圖4

　　3　總結討論
　　我們通過虛擬機仿（fǎng）真試驗，對柴油發動機進行了相關數字（zì）化的建模分析，並且針（zhēn）對主（zhǔ）軸頸軸承進行了非（fēi）常全麵（miàn）的剖析，通過試驗得出的計算結果我們總（zǒng）結出：
　　（1）潤滑油的溫度變化對於軸承潤滑性能的影響是Z大的。因為（wéi）伴隨潤（rùn）滑油溫度的下降，軸（zhóu）心軌（guǐ）跡的活（huó）動範圍會減小很（hěn）多；軸承負荷能力會下降很多；Z小油膜厚度會增大；這些因素都是主軸頸軸承性能改觀的具體（tǐ）體現，造成這種改觀的主要原因是潤（rùn）滑油溫度的（de）降低，影響了潤滑油黏度的增加，潤滑油的流動性能就會下降很多，油膜厚度（dù）也會隨著增加，相對應的軸心軌跡的活動範圍一直在減小。
　　（2）隨著潤滑油溫度的下降，軸承摩擦扭矩和摩擦損耗所（suǒ）消耗（hào）的功率因數都會增加。因為潤滑油的黏性一直在增加，潤（rùn）滑油流動性（xìng）能下降（jiàng），潤滑油的油量也就相應的降低，必（bì）定會影響到泵油的損失（shī）一直上升，但是整體來說，變化非常（cháng）小。
　　（3）總結上述試驗結果和結論，我們發現潤滑油的溫度不能太高，但是溫度（dù）太低的話，也會（huì）造成消極的影響。潤滑油溫（wēn）度的變化，對於Z小油膜厚度來說是Z大的。因此我們綜合各種原因考（kǎo）慮，結合上述材料中（zhōng）出現的試驗數據，潤滑油（yóu）的溫度控製在80℃是Z好（hǎo）的。因（yīn）為這個溫度值，能夠保證Z小油膜厚度的厚度值，也確保了係（xì）統工作的整體效益。與此（cǐ）同時我們還需要注意一個問題就（jiù）是，要想非常準確的把握（wò）和（hé）保持Z佳潤滑油溫度，對於（yú）柴油機的冷（lěng）卻係統要求非常嚴苛。
　　通過上述材料（liào）的分析，材料中提（tí）到的數據仿真計算是根據設計參數計算的，主要目的是掌握了正確的動力學仿真基本理論，建立（lì）相對應的虛擬機，就可以對1台現實存在的（de）內（nèi）燃機進行非常精確的動力分析，而且得到需要的各項數據。通過試驗數據和結論的分析研究，我們（men）知道合適的潤滑油溫度是保證係統工作的關鍵，因此我們得出結論是：潤滑油溫度維持在80℃是Z好的。
　　參考（kǎo）文獻：
　　[1]張（zhāng）春英，樊嘉天，顧麗（lì），周望靜.發動機曲軸主軸承液體（tǐ）動力學分析[J].現代車用動力，2011（11）.
　　[2]王剛（gāng）誌，樓小燕.基於熱彈性流體動力潤（rùn）滑理論的內（nèi）燃機（jī）主軸（zhóu）承油槽設計[J].拖拉機與農用運輸車，2011（23）.
　　[3]李明海（hǎi），王鵬，牟恕寬.機車柴油機活（huó）塞改進前後曲柄連（lián）杆機構（gòu）動力學對比分析[J].鐵道機車車輛，2010（11）.

來源（yuán）：《華東科技：學術版（bǎn）》2014年第1期