开题报告 某柴油机机械泵高压油管数值模态分析

湖北汽车工业学院科技学院

汽车工程系

THE SCIENCE AND TECHNOLOGY COLLEGE OF HUBEI UNIVERSITY OF AUTOMOTIVE TECHNOLOGY

毕 业 设 计 开 题 报 告

题目 某柴油机机械泵高压油管数值模态分析

班号 2008K430301 专业 学生姓名

车辆工程 学号 2008k430301 指导教师

张继伟

房中华

柴油机喷油泵高压油管是柴油机燃油系统高压油路的重要组成部分， 其主要失效形式是由于谐振产生疲劳裂纹而最终导致的破坏。对某柴油机高压油管进行了三维布置设计；并对高压油管进行了模态分析，比较了高压油管无管夹固定与管夹固定两种情况下前5 阶模态频率以及振形。分析结果表明，增加固定管夹可以明显提高高压油管的固有频率，能有效延长高压油管的寿命，并得到发动机台架试验的佐证[1]。

一、课题来源

湖北汽车工业学院科技2008级毕业设计。

二、国内外现状

为了保持柴油机作为交通领域主要动力的地位，满足其高速、轻型、大功率的发展要求，并面对世界各国日益严格的排放法规，必须进一步改善其燃烧特性，提高供油压力近年来，柴油机厂大多采用了高泵端压力的喷油泵，加剧了机体振动，供油系高压油管在使用中要承受更高的泵端喷射压力，事故率上升明显，给柴油机厂和用户带来了极大的损失 本文结合现阶段柴油机装配大马力喷油泵而造成的高压油管故障率上升的实际，以某型号六缸柴油机为研究对象，对其故障件进行统计，并结合疲劳理论进行分析，确定了易受损的危险部位将局部应力-应变实验测量法应用到高压油管危险部位的测量当中，对危险部位的因受周期性外力而产生的应变的大小、应变变化的频率和振幅进行测量，为分析疲劳破坏提供了必要的数据支持，并为改进提供了理想的检验标准通过疲劳理论和流体力学理论对其工作状况和破坏机理进行分析，在国标的基础上，结合柴油机厂的生产实际，制定了厂内部的高压油管设计规范，为油管的设计提供了依据结合有限元分析方法，建立柴油机高压油管-管夹模型，对其工作规律和工作模态进行了研究，得出了油管的动态特征信息，为设计及优化提供了有效地参考数据结合模态分析理论，提出了改进管形、管夹的设计方案，并利用有限元分析方法，指导高压油管的改进 改进结果经实验验证和产品信息反馈，降低了高压油管的应变，提高了高压油管的整体抗疲劳性能，进而提高了高压油管的整体可靠性，对于解决实际问题缩短各机型油管试验分析具有很好的指导意义[2]。

三、综合分析

根据故障件统计，绝大多数故障发生在第1、6缸高压油管，即六缸柴油机高压油管的最外侧的油管，主要形式为靠近油泵或汽缸端第一个弯头处横向裂纹断裂，其中靠近喷油泵端的占70%以上。主要原因在于高压油管的自振频率与发动机工作频率不匹配，在外界的激振力作用下，会产生共振现象，从已有的经验来看，管路产生较大的振动和噪声的原因中主要是管路出现了谐振。研究的发动机最大转速为2860 r·min-1。喷油泵的泵腔油压是脉冲载荷，故喷油泵的激振力也是脉冲性质的。其振动频率为fk= ni60t k Hz k=1， 2，……，n式中： k—谐波次数；n—发动机曲轴转速r·min-1；i—汽缸数； t—冲程系数， 二冲程发动机t 为1，四冲程发动机t 为2。高压油管嘴端的振动基频主要由整机振动、喷油脉冲及缸盖上的振动引起。该发动机为直列四冲程六缸发动机，曲轴最高转速2860r·min-1，通过计算得到该发动机喷油泵一阶最大振动频率f1为143 Hz，发动机的工作频率（主激振频率）范围在40~143 Hz 之间。根据发动机厂对自振频率的设计目标，六缸发动机高压油管一阶自振频率应大于等于喷油泵一阶最大振动频率的2 倍（即286 Hz）。依据高压油管的结构建立有限元模型，计算各缸高压油管的固有频率。考虑到紧固螺母、护套等对模态的影响较小， 因此模型只包括高压油管本身，在油管的两端进行全约束[3]。利用CATIA V5 对油管分别进行了无管夹固定、有管夹固定2 种模态分析，各缸高压油管前5 阶率见表1，高压油管管夹可以明显提高高压油管的固有频率，寿命也明显会变长；同样也会提升燃油的利用率，让燃油的喷射更完全，让发动机的工作更加理想，对节约燃油也有一定的功效。研究对象原设计中， 第5、6 缸下端无安装支架，在发动机1000 h 台架锯齿可靠性试验中，第5缸高压油管在468 h 发生第一次断裂（在油泵出油口处）， 在更换油管后的进一步试验中仍然出现多次断裂。随后对高压油管的总成做了更改设计，在第5、6 缸高压油管下端增加1 个固定支架，在进行发动机500 h 锯齿台架可靠性试验和500 h 台架磨损可靠性试验中，高压油管运转正常无故障[4]。 四、方案论证

针对一特定发动机的工作特点，再结合管路设计的要求，在CATIA V5 中对

高压油管进行三维布置和结构设计，并对高压油管总成进行了无管夹和管夹固定2种情况下的模态分析[5]。可知，在无管夹固定情况下，高压油管的一阶频率较低，容易产生共振；在管夹固定模态下，高压油管得到较大的提高，远大于发动机最大频率，共振的可能性则普遍下降。因此，在管夹固定下的高压油管性能会更加稳定，该结论也得到该发动机台架试验的佐证。三维CAD/CAE的集成应用已改变传统的内燃机设计流程，并成为新产品开发、创新的必由之路。本文中的发动机高压油管总成三维设计与模态分析均在同一软件平台（CATIA V5）下完成，可以在设计阶段即可发现设计缺陷与不足，不仅方便设计变更，同时可以获得更佳的性能[6]。

五、工作步骤

序号 1 2 3 4 5 6 论文各阶段任务 明确任务要求，了解设计对象的结构于作用，收集相关资料，制定详细的工作计划，完成开题报告。 提交英文翻译，综述 学习hyperworks 利用hyperworks软件分析高压油管 评阅论文 答辩 3.19~3.23 4.16~4.20 4.20~5.1 5.1~6.5 6.7~6.8 6.15 日 期

六、参考文献

［1］ 宋君花，唐航波，敖国强，等.混合动力汽车整车控制器硬件电路与CAN

总线通信的设计开发［J］.汽车工程，2007，29（7）：590-593. ［2］ 王宜怀，刘晓升，范仲祥，等.嵌入式系统：使用HCS12微控制器的设计与

应用［M］.北京航天航空大学出版社，2008：21.

［3］ 张劲博.纯电动客车整车控制器研究［D］.吉林大学汽车工程学院，2008. ［4］ 郭孔辉，靳鹏，张建伟.基于MC9S12DP256的燃料电池电动汽车整车控制器

硬件研制［J］. 嵌入式技术，2007（6）：28-30.

［5］ 王幸之，王雷，翟成，等.单片机应用系统抗干扰技术［M］.北京航空航

天大学出版社，2000：13.

［6］ 汪胜聪，滕勤，左承基.综述单片机控制系统的抗干扰设计［J］.现代电

子技术，2003，1（144）：7-9.

［7］ 袁银南，王忠，钱恒荣，等汽车工程，

.ISG混合动力汽车整车控制器的设计［J］.

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