第35卷2013)第2期结构与可靠性
柴油机 Diesel Engine
Vol. 35(2013) No. 2
基于动力学仿真和有限元分析的柴油机连杆寿命研究
蒋华云，叶剑”，肖宇”，杨建坤”，谷伟
（1.中海油有限公司（中国）天津分公司，天津300452；
2.中海油能源发展股份有限公司油田建设工程分公司，天津300452）
摘要：针对新泻PA5型柴油机经常发生连杆切口啮合齿疲劳失效的故障，在曲轴连杆组件动态仿真和连杆有限元分析的基础上对连杆切口部位的疲劳寿命进行了计算和分析。分析结果表明：由于在齿形处存在比较严重的应力集中，导致局部尤其是齿根处的寿命较低。建议在运行
12000-24000h后应注意疲劳裂纹的检查，以避免失效故障的发生。关键词：荣油机；连杆；仿真；有限元；疲劳寿命
中图分类号：TK422
文献标识码：A文章编号：1001-4357(2013)02-0022-04
Connecting Rod Fatigue Life Calculation Based
on Dynamic Simulation and FEA
Jiang Huayun',Ye Jian’,Xiao Yu’,Yang Jiankun',Gu Wei
(1. Tianjin Branch, CNOOC Lad. , Tianjin 300452,
2. CNOOC Oilfield Construction Engineering Co. , Tianjin 300452）
Abstract:The Nigata PA5 diesel engines constantly broke down because offatiguefailures ofconnecting rods at the area of incision's engaging teeth. Based on dynamic simulation of connecting rod and FEA, the fatigue life at the area of incision is calculated and analyzed. Analysis results show that there are local stress concentrations at the incision area, so fatigue life of some local position are short, especially the engaging teeth area. It is advised that after 12 000 ~24 000 h running, inspection must be carried out on fatigue cracks to avoid failures.
Keywords: diesel engine; connecting rod; simulation; finite element; fatigue life
0引言
渤海某油田电站用17台新泻PA5型柴油机，在做24000h大修时通过着色探伤发现：在连杆切口啮合齿处普遍存在不同深度的裂纹。后经持续跟踪调查，发现这些裂纹有85%以上是在第二个大修周期内开始出现。出现过裂纹的连杆修复后继续使用，在累计运行6000~12000h后，重新出现裂纹，并且数量有增加的趋势。针对以上问题，在动态仿真的基础上，采用有限元法对连杆啮合位置
的强度和疲劳寿命进行了分析，为后续的维护保养及改型提供了理论依据。
曲轴连杆组件动态仿真[1]
曲轴连杆组件的装配模型在ProE中建立，多体动力学模型运用ADAMS建立，发动机相关参数如表1所示，图1为最终的曲轴连杆组件动态仿真模型。输人实际测取的气体压力曲线和负载转矩，仿真得到连杆在实际工况下一个完整工作循环内的交变载荷，如图2所示。由计算结果可以看出，连杆
收稿日期：2012-10-08；修回日期：2013-01-16
作者简介：蒋华云（1978-），男，工程师，主要研究方向为机电一体化和计算机技术及应用，E-mail；jianghyz@enooe.com