CN112711819A

CN112711819A - 一种340柴油机缸盖螺栓液压拉伸器的承压面积的计算方法

Info

Publication number: CN112711819A
Application number: CN202011319984.1A
Authority: CN
Inventors: 余志利; 毛瑞龙
Original assignee: Hudong Heavy Machinery Co Ltd
Current assignee: Hudong Heavy Machinery Co Ltd
Priority date: 2020-11-23
Filing date: 2020-11-23
Publication date: 2021-04-27

Abstract

本发明技术方案公开了一种340柴油机缸盖螺栓液压拉伸器的承压面积的计算方法，根据给定的缸盖螺栓的屈服强度计算缸盖螺栓的屈服力、缸盖螺栓承受的期望预紧力、缸盖螺栓承受的实际预紧力缸盖螺栓承受的实际预紧应力，判断缸盖螺栓承受的实际预紧力相关的安全系数是否满足要求，以及核查缸盖螺栓的伸长量是否满足要求，根据缸盖螺栓承受的实际预紧力计算缸盖液压拉伸器的承压面积。本发明通过计算缸盖液压拉伸器的承压面积选择液压拉伸器的规格尺寸，当缸盖安装到缸套上，且缸盖螺栓安装后，经过精密计算并选择对应的液压拉伸器来保证缸盖螺栓和螺母能够按照设计要求进行紧固，确保主机的平稳、安全运行。

Description

一种340柴油机缸盖螺栓液压拉伸器的承压面积的计算方法

技术领域

本发明涉及缸盖螺栓安装工具技术领域，尤其是涉及一种340柴油机缸盖螺栓液压拉伸器的承压面积的计算方法。

背景技术

340柴油机是我国首台自主研发的电控低速柴油机，原理样机已经开发成功，现进入工程化阶段。气缸盖作为燃烧室的重要组成部分，是柴油机最重要的零部件之一。气缸盖通过缸盖螺栓与气缸套相连，气缸盖顶上通过排气阀螺栓与排气阀相连，如此便组成了柴油机的燃烧腔室。

340柴油机燃烧室内的最大爆发压力高达200bar，所以不仅对缸盖螺栓的设计要求非常高，而且对其紧固的要求也非常严格。缸盖螺栓液压拉伸器是上紧和拆卸缸盖螺栓和螺母的工具，也是保证缸盖螺栓和螺母按照设计要求紧固的必要条件。

发明内容

本发明的目的在于，当缸盖安装到缸套上，且缸盖螺栓安装后，需要一种工具来保证缸盖螺栓和螺母能够按照设计要求进行紧固，确保主机的平稳、安全运行。

为解决上述的技术问题，本发明技术方案提供一种340柴油机缸盖螺栓液压拉伸器的承压面积的计算方法，其中，所述计算方法如下：

步骤1：根据给定的缸盖螺栓的屈服强度计算缸盖螺栓的屈服力；

步骤2：根据期望系数及缸盖螺栓的屈服力计算缸盖螺栓承受的期望预紧力；

步骤3：根据缸盖螺栓承受的期望预紧力计算缸盖螺栓承受的实际预紧力；

步骤4：根据缸盖螺栓承受的实际预紧力计算缸盖螺栓承受的实际预紧应力；

步骤5：判断缸盖螺栓承受的实际预紧力相关的安全系数是否满足要求，以及核查缸盖螺栓的伸长量是否满足要求；

步骤6：根据缸盖螺栓承受的实际预紧力计算缸盖液压拉伸器的承压面积。

可选地，步骤7中，根据缸盖液压拉伸器的承压面积选择液压拉伸器的规格尺寸。

可选地，步骤1中计算缸盖螺栓的屈服力的公式为：F(屈)＝P(屈) ×A。

可选地，步骤2中计算缸盖螺栓承受的期望预紧力的公式为：F(期)＝ F(屈)×σ1。

可选地，步骤3中计算缸盖螺栓承受的实际预紧力的公式为：F(实)＝ F(期)×σ2。

可选地，步骤4中计算缸盖螺栓承受的实际预紧应力的公式为：P(实) ＝F(实)/A。

可选地，计算安全系数的公式为：安全系数σ＝P(实)/P(屈)。

可选地，计算缸盖螺栓的伸长量的公式为：△L＝F×L/E×A。

可选地，缸盖螺栓的伸长量的公式包括计算缸盖螺栓的极限伸长量的公式：△L＝F(屈)L/EA，以及计算缸盖螺栓的实际伸长量的公式：△L1＝ F(实)L/EA，当△L1＜△L，缸盖螺栓的伸长量满足要求。

本发明技术方案的有益效果是：

本发明通过计算缸盖液压拉伸器的承压面积选择液压拉伸器的规格尺寸，当缸盖安装到缸套上，且缸盖螺栓安装后，经过精密计算并选择对应的液压拉伸器来保证缸盖螺栓和螺母能够按照设计要求进行紧固，确保主机的平稳、安全运行。

具体实施方式：

下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。

本实施例示出了一种340柴油机缸盖螺栓液压拉伸器的承压面积的计算方法，其中，所述计算方法如下：

本实施例中，步骤7中，根据缸盖液压拉伸器的承压面积选择液压拉伸器的规格尺寸。

本实施例中，步骤1中计算缸盖螺栓的屈服力的公式为：F(屈)＝P(屈) ×A。

本实施例中，步骤2中计算缸盖螺栓承受的期望预紧力的公式为：F(期) ＝F(屈)×σ1。

本实施例中，步骤3中计算缸盖螺栓承受的实际预紧力的公式为：F(实) ＝F(期)×σ2。

本实施例中，步骤4中计算缸盖螺栓承受的实际预紧应力的公式为：P (实)＝F(实)/A。

本实施例中，计算安全系数的公式为：安全系数σ＝P(实)/P(屈)。

本实施例中，计算缸盖螺栓的伸长量的公式为：△L＝F×L/E×A。

本实施例中，缸盖螺栓的伸长量的公式包括计算缸盖螺栓的极限伸长量的公式：△L＝F(屈)L/EA，以及计算缸盖螺栓的实际伸长量的公式：△ L1＝F(实)L/EA，当△L1＜△L，缸盖螺栓的伸长量满足要求。

通过以下说明进一步地认识本发明的特性及功能，以下举例进行计算演示。

本实施例的一种340柴油机缸盖螺栓液压拉伸器的承压面积的计算方法，拉伸器主要包括液压拉伸器和承压圈，按如下步骤进行设计：

(1)分析缸盖螺栓的材料特性、螺纹大小和外形尺寸，掌握材料的屈服强度等参数。

(2)了解气缸盖安装图和安装方式，确定缸盖螺栓需要的拉紧力为 1500bar。

(3)根据以上资料计算螺栓承受的预紧力和伸长量，以及螺栓的屈服极限情况。

(4)确定液压拉伸器最大升程和承压面积，确定拉伸器设计和承压圈设计。

所述缸盖螺栓液压拉伸器，中间是M42×4.5内螺纹的活塞，与缸盖螺栓的螺纹匹配，可以拧在缸盖螺栓上。外部是液压缸，与活塞之间形成密闭的高压油腔室，注入高压液压油后提升活塞，从而拉长缸盖螺栓。活塞顶上有快速接头，用于连接高压油管，液压油由此通道进入活塞和液压缸之间的腔室。活塞与液压缸之间有上下两道密封圈，密封活塞和液压缸之间的上下空间，保证液压油腔室的完整密封。每次液压拉伸器用完后或者使用前，需要拧开泄放螺钉，泄放掉活塞和液压缸之间多余的液压油，使活塞能够回到初始位置。

第一步：受力计算

(1)根据缸盖螺栓屈服强度730MPa，计算出缸盖螺栓所能承受的最大预紧力如下：

F(屈)＝P(屈)×A

＝730×10⁶×3.14×(34/2)²×10^-6＝662(KN)

F(屈)为缸盖螺栓的屈服力，P(屈)为缸盖螺栓的屈服强度，A为缸盖螺栓的最小截面积。

(2)按照期望系数，计算出缸盖螺栓期望的预紧力如下：

F(期)＝F(屈)×σ1

＝662×0.59＝390(KN)

F(期)为缸盖螺栓承受的期望预紧力，F(屈)为缸盖螺栓的屈服力，σ1为期望系数。

(3)计算缸盖螺栓承受的实际预紧力如下：

F(实)＝F(期)×σ2

＝390×1.04

＝406(KN)

F(实)为缸盖螺栓承受的实际预紧力，F(期)为缸盖螺栓承受的期望预紧力，σ2为安全系数。

(4)根据缸盖螺栓承受的实际预紧力，计算缸盖螺栓承受的实际预紧应力如下：

P(实)＝F(实)/A

＝406×10⁶/(3.14×(34/2)²×10^-6)

＝447(MPa)

P(实)为缸盖螺栓承受的实际预紧应力，F(实)为缸盖螺栓承受的实际预紧力，A为缸盖螺栓最小截面积。

第二步：核查计算结果

根据第一步中的计算结果，核算相关参数是否满足要求：

(1)核查安全系数是否满足要求：

安全系数σ＝P(实)/P(屈)

＝447/730

＝0.6

σ为实际安全系数，P(实)为缸盖螺栓承受的实际预紧应力，P(屈) 为缸盖螺栓的屈服强度。

结论：满足要求。

(2)核查缸盖螺栓伸长量是否满足要求：

△L＝F×L/E×A

△L为螺栓伸长量，F为预紧力，L为螺栓总长，E为弹性模量，A为缸盖螺栓的最小截面积。

包括计算缸盖螺栓极限伸长量：

△L＝F(屈)L/EA＝662×10⁶×1356/{2.09×10¹¹×(3.14×(34/2) ²×10^-6)}＝4.8mm

还包括按照实际预紧力计算螺栓实际伸长量：

△L1＝F(实)L/EA＝406×10⁶×1356/{2.09×10¹¹×(3.14×(34/2) ²×10^-6)}＝2.9mm

结论：△L1＜△L，缸盖螺栓实际伸长量小于最大伸长量，故满足要求。

第三步：液压拉伸器设计

计算缸盖液压拉伸器的承压面积：

A1＝F(实)/P

＝406×10⁶/1500

＝27(cm²)

A1为缸盖液压拉伸器的承压面积，F(实)为缸盖螺栓承受的实际预紧力，P为拉伸器允许的拉力(1500bar)。

根据液压拉伸器的承压面积，可以确定拉伸器的各部分尺寸，再根据液压拉伸器液压缸和活塞尺寸，可以确定承压圈的内径和外径，承压圈的高度根据缸盖螺栓长度和螺母高度可进行确定。

以上仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。

Claims

1.一种340柴油机缸盖螺栓液压拉伸器的承压面积的计算方法，其特征在于，所述计算方法如下：

2.根据权利要求1所述的340柴油机缸盖螺栓液压拉伸器的承压面积的计算方法，其特征在于，步骤7中，根据缸盖液压拉伸器的承压面积选择液压拉伸器的规格尺寸。

3.根据权利要求1所述的340柴油机缸盖螺栓液压拉伸器的承压面积的计算方法，其特征在于，步骤1中计算缸盖螺栓的屈服力的公式为：F(屈)＝P(屈)×A。

4.根据权利要求1所述的340柴油机缸盖螺栓液压拉伸器的承压面积的计算方法，其特征在于，步骤2中计算缸盖螺栓承受的期望预紧力的公式为：F(期)＝F(屈)×σ1。

5.根据权利要求1所述的340柴油机缸盖螺栓液压拉伸器的承压面积的计算方法，其特征在于，步骤3中计算缸盖螺栓承受的实际预紧力的公式为：F(实)＝F(期)×σ2。

6.根据权利要求1所述的340柴油机缸盖螺栓液压拉伸器的承压面积的计算方法，其特征在于，步骤4中计算缸盖螺栓承受的实际预紧应力的公式为：P(实)＝F(实)/A。

7.根据权利要求1所述的340柴油机缸盖螺栓液压拉伸器的承压面积的计算方法，其特征在于，计算安全系数的公式为：安全系数σ＝P(实)/P(屈)。

8.根据权利要求1所述的340柴油机缸盖螺栓液压拉伸器的承压面积的计算方法，其特征在于，计算缸盖螺栓的伸长量的公式为：△L＝F×L/E×A。

9.根据权利要求8所述的340柴油机缸盖螺栓液压拉伸器的承压面积的计算方法，其特征在于，缸盖螺栓的伸长量的公式包括计算缸盖螺栓的极限伸长量的公式：△L＝F(屈)L/EA，以及计算缸盖螺栓的实际伸长量的公式：△L1＝F(实)L/EA，当△L1＜△L，缸盖螺栓的伸长量满足要求。