柴油機的主要承力部件是機體，其結構及受力情況是相當復雜。因為其工作條件非常苛刻，所以對設計要求也很嚴格，要有足夠的強度和剛度。本文就是針對一立式直列四缸水冷四沖程廢棄渦輪增壓3噸級民用柴油機機體進行安裝應力和靜態應力測試及疲勞試驗等分析研究，為其結構設計方案提供可行性依據。

試驗方法

試驗時把曲軸安裝在機體的主軸承內，并在第2、3缸安裝缸套、連桿、活塞，使其與氣缸蓋組成一密閉的加載系統。將主軸承蓋及汽缸蓋按該型號柴油機的公司企業標準-柴油機裝配技術規范安裝于機體上，氣門用272樂泰膠密封好，以防缸內液壓油從氣門中滲出。作出反饋回路，傳感器上安裝阻尼系統，以實現伺服回路與試驗組成的液壓回路相匹配。

過程實施

試驗設備選用聚航科技的JHYC靜態應變儀。

機體的高應力區為13個危險點，布片位置如圖，其中1、2、3、4、5、6、7、8為應變花，9、10、11、12、25為應變片。

安裝工況：主軸承蓋擰100Nm、150Nm、235Nm；汽缸蓋擰50Nm、80Nm、127Nm，測量并記錄6個工況及各測點的應變值。

對第3缸、第2缸分別施加4MPa、6MPa、8MPa、9MPa、10MPa、11MPa、12MPa、13MPa、14MPa、15MPa的靜態壓力，測量并記錄10個工況及各測點的應變值。

給2、3缸交替發火時各缸壓力值組成的載荷循環進行疲勞試驗。

加載形式：正弦波

載荷：P_max=13.65MPa

P_min≤1.2MPa

加載相位：2、3缸相位差為180°，并交替加載

加載頻率：45HZ

循環次數：1*10⁷

測量結果分析

對安裝工況、靜態工況下，機體上各應變片的平均應力數據分析發現，安裝主軸承蓋和缸蓋時，各片應力值不高。當加靜壓時，應力值迅速增加，靠近凸輪軸腔側的9、10、11號片的應力值均高于靠近主油道側的12、25號片。其中緊靠凸輪軸腔的10號片應力最高，第3缸靜壓時為66.17MPa，第2缸靜壓時為70.1MPa。

在安裝工況時的最大主應力為位于機體第三缸隔板曲軸座圈部位的1號花105.3MPa，方向角4.55°。

第3缸靜壓15MPa時的最大主應力為1號花108.4MPa，具體方向角4.25°。

第2缸靜壓15MPa時的最大主應力為1號花117.2MPa，具體方向角2.01°。

應力測試分析表明：機體強度能夠滿足該型號柴油機各工況下的正常工作。

疲勞試驗結果

按上述方式加載，對機體進行疲勞試驗。試驗每進行1小時（約1.6*10⁵次疲勞循環），檢查機體有無裂紋。當試驗進行至6.76*10⁶次疲勞循環時，由于第2缸導油筒安裝絲對被拉斷，造成停機。停機后將第1缸上兩絲對取出并安裝于第2缸上繼續進行疲勞試驗，直至1*10⁷次疲勞循環。下臺架檢查機體沒有裂紋等損傷。機體的結構強度得到了有效地驗證。

結論

通過對該柴油機機體的安裝應力和靜態應力測量分析及疲勞試驗，得出該機型在增壓下的機體結構可靠性滿足使用要求，表明其結構設計方案是可行的。