280型柴油机活塞接触压应力及磨损分析

任明广，宋相明，刘国栋

潍柴动力股份有限公司，山东 潍坊 261061

0 引言

随着国家建设海洋强国战略不断推进，国内市场对高功率柴油机的需求不断提升，对柴油机强化程度的要求也越来越高[1]。280型柴油机是一款直列6缸大功率中速柴油机，额定功率为2400 kW，额定转速为800 r/min，设计最高爆发压力为22.0 MPa，平均有效压力为2.33 MPa，活塞平均速度为10.93 m/s，强化系数为25.47 MPa·m/s。功率密度大、强化程度高是该柴油机的显著特征。活塞是柴油机中工作条件最严酷的组件，环境温度高、机械负荷大、润滑不良都可能加剧活塞在运行过程中磨损，引起裙部型线的变化，最终影响活塞的正常工作和柴油机的性能及可靠性[2]。活塞的工作情况在很大程度上决定了柴油机工作的可靠性和使用耐久性，这就对活塞的设计提出了更加严苛的要求。

本文中主要通过应用Abaqus软件，着重计算分析活塞在热负荷和机械负荷耦合作用下活塞的接触压应力分布规律及磨损模式，为该活塞的结构优化、强化提升及生产过程中活塞的重点部位质量控制提供重要参考。

1 模型建立及边界条件

1.1 活塞有限元模型

该机型活塞为钢顶铁裙组合式活塞，活塞顶和活塞裙采用4根均匀分布的螺栓进行连接。利用Creo软件建立活塞组及相关零件的几何三维模型，如图1所示。由于活塞为对称结构，本文采用1/2活塞模型，包含活塞、活塞销和气缸套。由于组合活塞的内部结构十分复杂，若采用六面体单元划分网格，计算误差较大，本文中采用四面体单元建立活塞的有限元模型，有限元模型共有753 238个节点，512 714个单元。……