蟻群算法內(nèi)燃機(jī)氣門(mén)彈簧優(yōu)化設(shè)計(jì)

6sigma管理法代表了新的管理度量和質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn),是一種組織工作業(yè)績(jī)獲得突破性改進(jìn)的手段和追求卓越的管理方法。介紹了6sigma方法的語(yǔ)言———過(guò)程變差σ與100萬(wàn)件產(chǎn)品可能出現(xiàn)的缺陷數(shù)之間的關(guān)系,以及6sigma的改進(jìn)模式———dmaic;并以內(nèi)燃機(jī)氣門(mén)彈簧清洗過(guò)程的6sigma改進(jìn)過(guò)程為例,說(shuō)明了如何應(yīng)用dmaic方法尋找出該過(guò)程的關(guān)鍵影響因素、提高清洗工藝的穩(wěn)健性

油田現(xiàn)場(chǎng)用柴油機(jī)和各種車(chē)輛中的氣門(mén)彈簧座是易損零件之一。以往對(duì)其冷擠壓組合凹模設(shè)計(jì)采用經(jīng)驗(yàn)法,精確性不高,凹模易損壞。鑒于此,采用優(yōu)化設(shè)計(jì),給出冷擠壓組合凹模優(yōu)化設(shè)計(jì)模型,導(dǎo)出優(yōu)選組合凹模各圈直徑和過(guò)盈量的計(jì)算式;針對(duì)一種氣門(mén)彈簧座的組合凹模,給出優(yōu)化設(shè)計(jì)結(jié)果。

對(duì)海上平臺(tái)雙燃料柴油機(jī)氣門(mén)彈簧進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)研究,通過(guò)對(duì)氣門(mén)彈簧材質(zhì)選取、加工工藝、熱處理工藝的策劃研究,理順了制造工藝流程.對(duì)氣門(mén)彈簧進(jìn)行了共振和穩(wěn)性驗(yàn)算,并進(jìn)行了疲勞壽命試驗(yàn),通過(guò)實(shí)際裝機(jī)運(yùn)行,使用效果超過(guò)進(jìn)口氣門(mén)彈簧.

以氣門(mén)彈簧凈質(zhì)量最小、剛度誤差最小為雙優(yōu)化設(shè)計(jì)目標(biāo),考慮可靠性等約束條件,建立了可靠性優(yōu)化設(shè)計(jì)數(shù)學(xué)模型,用線性加權(quán)組合法對(duì)多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì)的目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行處理,采用基于證據(jù)理論和區(qū)間分析的可靠性優(yōu)化設(shè)計(jì)方法進(jìn)行求解,得到了有價(jià)值的優(yōu)化方案。設(shè)計(jì)實(shí)例驗(yàn)證了該方法的有效性和實(shí)用性。

本文分析了柴油汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)氣門(mén)彈簧的作用及使用要求,分析其最優(yōu)化設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)變量、目標(biāo)函數(shù)和約束條件。提出了氣門(mén)彈簧最優(yōu)化設(shè)計(jì)的數(shù)學(xué)模型,克服了傳統(tǒng)的試湊法和圖解法的不足,并通過(guò)實(shí)例進(jìn)行驗(yàn)證說(shuō)明。提高了氣門(mén)彈簧的設(shè)計(jì)效率及設(shè)計(jì)質(zhì)量。

采用化學(xué)成分分析、金相檢驗(yàn)和硬度測(cè)試等方法對(duì)3.6mm55crsi鋼氣門(mén)彈簧在臺(tái)架試驗(yàn)中的斷裂原因進(jìn)行分析。結(jié)果表明:由于鋼絲表面存在的脆性非金屬夾雜物,導(dǎo)致氣門(mén)彈簧在試驗(yàn)時(shí)出現(xiàn)早期疲勞斷裂。

采用體視檢測(cè)、顯微組織觀察、硬度測(cè)試、成分分析等分析方法,對(duì)氣門(mén)彈簧早期失效原因進(jìn)行分析。結(jié)果表明,失效彈簧材料成分和組織基本符合55crsi鋼的技術(shù)要求,預(yù)先存在的裂紋是導(dǎo)致該批試樣提早失效的根本原因。

本文通過(guò)對(duì)氣門(mén)彈簧工作特點(diǎn)及其典型斷裂失效模式的分析,在此基礎(chǔ)上對(duì)過(guò)噴引起的氣門(mén)彈簧斷裂進(jìn)行了失效分析,并提出了噴丸工藝改進(jìn)意見(jiàn)。

以氣門(mén)彈簧質(zhì)量最小以及防共振性能最好為目標(biāo),以鋼絲直徑、彈簧直徑、彈簧圈數(shù)為設(shè)計(jì)變量,以彈簧指數(shù)、彈簧強(qiáng)度、彈簧穩(wěn)定性、彈簧尺寸等為約束條件,建立了某內(nèi)燃機(jī)氣門(mén)彈簧數(shù)學(xué)模型,并應(yīng)用遺傳算法求解了優(yōu)化結(jié)果。考慮制造誤差的影響,應(yīng)用蒙特卡羅方法對(duì)氣門(mén)彈簧的目標(biāo)函數(shù)、約束條件的概率分布特征等進(jìn)行穩(wěn)健性分析。分析表明在給定的制造精度下氣門(mén)彈簧穩(wěn)健性差,合格率低。重新修正制造精度后,氣門(mén)彈簧的穩(wěn)健性能得到了極大的提高。這種方法為氣門(mén)彈簧制造精度的確定提供了準(zhǔn)確的依據(jù)。

分析某機(jī)型改進(jìn)過(guò)程中,由于排氣背壓的增加導(dǎo)致氣門(mén)反跳的現(xiàn)象,并對(duì)新機(jī)型重新校核彈簧特性參數(shù);分析了增加彈簧預(yù)緊力對(duì)配氣機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)特性的影響,證明適當(dāng)增加彈簧預(yù)緊力能有效地解決反跳問(wèn)題,并對(duì)整個(gè)配氣機(jī)構(gòu)特性影響不大。

發(fā)動(dòng)機(jī)氣門(mén)彈簧的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及維修要領(lǐng)

氣門(mén)彈簧彈力減弱或折斷的原因分析

某發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)初期,突然發(fā)生異響,拆解發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)現(xiàn)氣門(mén)彈簧和氣門(mén)斷裂。分別對(duì)氣門(mén)、氣門(mén)彈簧進(jìn)行材質(zhì)分析,檢測(cè)結(jié)果正常。通過(guò)對(duì)氣門(mén)彈簧外觀觀察,氣門(mén)彈簧工作時(shí)內(nèi)外表面、不同螺旋角和壓縮變形時(shí)的切應(yīng)力分析,從而得出彈簧表面擦傷導(dǎo)致氣門(mén)彈簧斷裂,氣門(mén)進(jìn)氣缸內(nèi)撞擊導(dǎo)致異響及氣門(mén)變形、斷裂的結(jié)論。

本文以變剛度氣門(mén)彈簧為研究對(duì)象,建立了氣門(mén)彈簧、彈簧座的三維有限元組合模型。使用有限元分析軟件,在考慮各組件接觸關(guān)系的基礎(chǔ)上,對(duì)該氣門(mén)彈簧在不同載荷下進(jìn)行了三維有限元計(jì)算。通過(guò)有限元仿真計(jì)算,快速地得到了變剛度氣門(mén)彈簧彈性特性曲線。并依據(jù)氣門(mén)彈簧應(yīng)力計(jì)算結(jié)果對(duì)該彈簧進(jìn)行了靜強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度校核。

發(fā)動(dòng)機(jī)氣門(mén)彈簧多用圓柱形螺旋壓縮彈簧,在氣門(mén)關(guān)閉過(guò)程中用于克服氣門(mén)及傳動(dòng)件的慣性力,保證氣門(mén)及時(shí)落座并緊密貼合,防止氣門(mén)在發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)時(shí)產(chǎn)生跳動(dòng)。本文通過(guò)分析其優(yōu)化設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)變量、目標(biāo)函數(shù)和約束條件,提出并驗(yàn)證優(yōu)化設(shè)計(jì)的數(shù)學(xué)模型,該方法簡(jiǎn)便易行,且可以達(dá)到預(yù)期的設(shè)計(jì)目的。

以氣門(mén)彈簧質(zhì)量最小以及防共振性能最好為目標(biāo),以鋼絲直徑、彈簧直徑、彈簧圈數(shù)為設(shè)計(jì)變量,以彈簧指數(shù)、彈簧強(qiáng)度、彈簧穩(wěn)定性、彈簧尺寸等為約束條件,建立了某內(nèi)燃機(jī)氣門(mén)彈簧數(shù)學(xué)模型,并應(yīng)用多島遺傳算法得到了全局優(yōu)化結(jié)果。應(yīng)用蒙特卡羅方法,將設(shè)計(jì)變量處理為具有正態(tài)分布特征的隨機(jī)變量,對(duì)設(shè)計(jì)結(jié)果進(jìn)行穩(wěn)健性分析,研究設(shè)計(jì)變量變異對(duì)目標(biāo)函數(shù)的影響。分析表明:在給定的精度下此設(shè)計(jì)結(jié)果不能保證氣門(mén)彈簧的穩(wěn)健性能。應(yīng)用田口方法重新設(shè)計(jì),提高了氣門(mén)彈簧的穩(wěn)健性能。

氣門(mén)彈簧是汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)的重要元件,其對(duì)疲勞和穩(wěn)定性能的要求非?？量?。概述了氣門(mén)彈簧用鋼的化學(xué)成分、冶煉工藝等對(duì)提高彈簧性能的研究進(jìn)展。著重介紹了硅、錳、鉻、鎳、鉬、鈮及釩等元素對(duì)氣門(mén)彈簧用鋼的強(qiáng)度、疲勞極限以及抗松弛性能的影響,同時(shí)對(duì)冶煉工藝中夾雜物控制技術(shù)以及彈簧鋼表面處理技術(shù)的研究進(jìn)展進(jìn)行了系統(tǒng)歸納。

氣門(mén)彈簧多為等螺距螺旋彈簧,一般在一個(gè)氣門(mén)上安裝一個(gè)彈簧。在有的汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)上,為了防止彈簧發(fā)生共振,采用變螺距彈簧(如五十鈴cvr重型貨車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)氣門(mén)彈簧);在多數(shù)高速發(fā)動(dòng)機(jī)上則采用雙氣門(mén)彈簧。變螺距氣門(mén)彈簧和雙氣門(mén)彈簧安裝的方法要正確,否則它們不能起到應(yīng)有的作用。1變螺距彈簧氣門(mén)彈簧在發(fā)動(dòng)機(jī)工作過(guò)程中,容易發(fā)生

闡述了汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)氣門(mén)彈簧的作用,分析其最優(yōu)化設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)變量、目標(biāo)函數(shù)和約束條件,提出了氣門(mén)彈簧最優(yōu)化設(shè)計(jì)的數(shù)學(xué)模型,并通過(guò)實(shí)例進(jìn)行驗(yàn)證說(shuō)明,該模型可提高氣門(mén)彈簧的設(shè)計(jì)效率。

根據(jù)極限切應(yīng)力原理,將模糊設(shè)計(jì)與優(yōu)化設(shè)計(jì)理論相結(jié)合,推導(dǎo)出氣門(mén)彈簧靜強(qiáng)度及疲勞強(qiáng)度模糊可靠度約束條件,建立其質(zhì)量最輕及防共振性能最好的多目標(biāo)可靠性優(yōu)化設(shè)計(jì)數(shù)學(xué)模型。利用正弦轉(zhuǎn)換函數(shù)法對(duì)各分目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行規(guī)格化轉(zhuǎn)換,引入分目標(biāo)的最大值與最小值之比作為判斷量級(jí)差的依據(jù),進(jìn)行量值的同數(shù)量級(jí)處理。以df4b型內(nèi)燃機(jī)車(chē)16v240zjb型柴油機(jī)氣門(mén)彈簧為實(shí)例,基于matlab,引入熵理論,實(shí)現(xiàn)復(fù)雜零件的模糊可靠性優(yōu)化設(shè)計(jì)。結(jié)果表明,彈簧質(zhì)量略有減輕,防共振性能明顯增強(qiáng),疲勞強(qiáng)度可靠度大大提高,優(yōu)化效果良好。

例1故障現(xiàn)象有1輛奧迪q5運(yùn)動(dòng)型多功能車(chē),發(fā)動(dòng)機(jī)型號(hào)為cad,行駛里程5.3萬(wàn)km。在行駛中,怠速抖動(dòng)明顯。故障診斷及排除過(guò)程1.用v.a.s5052檢測(cè)怠速時(shí),發(fā)動(dòng)機(jī)1缸失火明顯;高怠速時(shí)失火現(xiàn)象輕微;2.拆檢火花塞,點(diǎn)火線圈正常;3.拆檢進(jìn)氣道,發(fā)現(xiàn)進(jìn)氣門(mén)積碳堆積嚴(yán)重,清洗積碳并把1缸噴油嘴和4缸噴油嘴調(diào)換位置,一切清洗干

氣門(mén)彈簧是為了滿足配氣機(jī)構(gòu)的需求,保證氣門(mén)及時(shí)關(guān)閉、平穩(wěn)落座。同時(shí),抵消配氣機(jī)構(gòu)在工作過(guò)程中的慣性力,防止傳動(dòng)件之間的脫落。通過(guò)設(shè)計(jì)低剛度氣門(mén)彈簧,可以有效改善配氣機(jī)構(gòu)所帶來(lái)的振動(dòng),提高發(fā)動(dòng)機(jī)的舒適性;改善傳動(dòng)件之間的受力情況,降低傳動(dòng)件之間磨損程度;同時(shí)也可以降低凸輪驅(qū)動(dòng)力矩,減小驅(qū)動(dòng)能耗,保證發(fā)動(dòng)機(jī)輸出更高的有效能量。顯然,氣門(mén)彈簧在配氣機(jī)構(gòu)中起到了至關(guān)重要的作用。