内燃机零部件结构的优化设计及应用_赵永燕.pdf

第 50 卷第 1 期农业工程与装备2023 年 2 月Vol.50No.1AGRICULTURAL ENGINEERINGAND EQUIPMENTFeb.2023内燃机零部件结构的优化设计及应用赵永燕(新乡职业技术学院，河南 新乡 453000)摘要：内燃机是工业生产中的一种重要装备，在汽车、建筑、航运、矿产等领域有着广泛的应用。随着社会的进步，实现绿色环保发展已成为各个行业技术改革和升级的目标。充分结合先进科学技术的优势，秉承绿色环保发展的理念，根据实际生产需求和应用场景，实现内燃机的优化设计和科学应用，充分发挥其结构紧凑、适用性强、热效率高、操作简便等方面的优势，有利于我国工业生产设备的改造和升级，推动我国工业的绿色可持续发展。关键词：内燃机；零部件；结构设计；应用中图分类号：TK403文献标志码：A文章编号：20968736(2023)01004002Structural design and application analysis of internalcombustion engine componentsZHAO Yongyan(Xinxiang Vocational and Technical College,Xinxiang,Henan 453000,China)【Abstract】The internal combustion engine is an important equipment in industrial production,and has a wide range ofapplications in the fields of automobiles,construction,shipping,mining,and so on.With the progress of society,theachievement of green and environmental development has become the goal of technological reform and industrialupgrading in various industries.Fully combining the advantages of advanced science and technology and adhering to theconcept of green and environmental development,the optimal design and scientific application of internal combustionengine could be achieved based on actual production needs and application scenarios,which give full play to theiradvantages in compact structure,strong applicability,high thermal efficiency,and easy operation.It is conducive to thetransformation and upgrading of industrial production equipment in China,and promoting the green and sustainabledevelopment of industry in China.【Keywords】internal combustion engine;spare parts;structural design;application内燃机是工业生产中的一种重要装备，遵循绿色环保的发展理念，对内燃机零部件的结构进行优化，减少其应用过程中对环境造成的污染，不但符合我国经济绿色可持续发展的理念，也是实现我国工业生产设备改造和升级的关键。1内燃机结构分析内燃机主要由五个系统与两个机构组成，五大系统为润滑、燃料供给、冷却、点火、起动系统；作者简介：赵永燕(1986)，女，河南新乡人，大学本科，助教，主要研究方向为机电一体化。两个机构分别是曲柄连杆机构与配气机构。在内燃机的运行过程中，润滑系统主要负责内燃机的散热和润滑；燃油供给系统可根据内燃机的实际运行情况，提供相对应浓度与数量的可燃混合气体，并在燃烧完成后排除多余的废气2；冷却系统主要负责内燃机的散热和降温；点火系统主要负责内燃机可燃混合气体的点火；启动系统主要负责内燃机的能量转换，利用蓄电池的电能转化将内燃机由静止状态转换到工作状态。内燃机的曲柄连杆机构可最大程度实现内燃机工作机制的循环，完成动能的传输；内燃机的配气机构可根据内燃机的作业状态，第 50 卷第 1 期赵永燕内燃机零部件结构的优化设计及应用41有目的性地开启或关闭气门，保证空气的吸入和废气的排出。在内燃机的实际运行过程中五大系统和两大机构协同作业，因此内燃机零部件结构的优化设计具备很强的兼容性和整体性。2内燃机零部件结构优化设计的意义和现状2.1内燃机零部件结构优化设计的意义随着我国经济的快速发展，各个行业对内燃机综合性能和资源利率的要求越来越高。充分结合先进科学技术的优势，实现内燃机的优化设计和科学应用，是提高内燃机综合性能的关键，也能为新技术的应用和推广奠定基础1。内燃机分为汽油机和柴油机两种类型，工作原理是通过在燃烧室内燃烧一定比例的油气混合物，使气体膨胀产生动能，由活塞向曲柄连杆机构输出动力，实现动能的传输。由于其工作特性，在运行过程中会产生大量的废气、噪声，因此减少污染物的排放，提高内燃机燃烧热效率，优化内燃机的结构，减轻内燃机的重量，是进行内燃机零部件结构优化的关键，研发高性能、低能耗、污染小的内燃机不但是工业发展的必然趋势，也符合绿色环保的发展理念。2.2内燃机零部件结构优化设计的现状现阶段，我国内燃机零部件结构的优化设计以优化内燃机运行的整体流程为原则，从零件作业参数的优化和离散化界线点的确定入手，在减轻内燃机总体重量的同时，全面提升其燃烧的热效率，减少污染物的排放。例如，设计人员通过虚拟建模和模拟运算，进行某种型号柴油机连杆结构的优化，在保证其运行参数的前提下减轻连杆的质量。在不影响数据相对大小的前提下，对内燃机活塞适应的最高温度进行离散化处理，确定界线点后对关键数据进行调整，提升活塞的热适应性。目前，内燃机运行流程的优化由于受到各大系统运行整体性的制约，进行设计时需要综合考虑多方面的因素，因此提高了研究的难度，也是近年来该领域未取得阶段性技术突破的重要原因之一。3内燃机零部件结构的优化设计3.1内燃机零部件基本参数的优化内燃机零部件结构的优化设计涉及到其五大系统和两大机构，因此一般采用有限元法对零部件的参数进行动态和静态分析，以保证参数优化的可行性。设计人员在进行零部件基本参数优化时，首先要以零部件原始的运行参数作为基础，以优化后的目标参数作为变量，根据零部件的材料属性、尺寸、形状，计算出单元节点力和节点位移关系，建立力学和位移方程式；其次要观察和确定零部件离散化后的界限点，结合信息技术建立虚拟模型。例如，在进行四缸柴油机连杆机构优化设计时，设计人员可将其原始参数作为基础，将四缸柴油机连杆质量作为目标函数，建立单元节点力和节点位移关系方程式，通过优化计算和虚拟建模，可减轻连杆约 15%的重量。目前，内燃机零部件结构基本参数的优化分析对设计人员的综合能力要求较高，而以内燃机整体功能优化为目标参数，全面考量了零部件结构优化对内燃机运行流程、运行温度、热效率变化等因素的影响，能有效降低对设计人员工作经验的依赖程度，保证了基本参数取值的标准与规范。设计人员还可结合大数据信息技术，有针对性地进行子系统运行过程的分类模拟，可有效检验零部件优化后的运行效果3。3.2内燃机零部件结构的可视化设计随着信息化技术的迅速发展，可视化设计开始应用到图像处理、辅助设计、视觉设计等多个领域，成为进行数据分析、决策分析、参数计算等研究的一项重要技术。设计人员应用可视化技术进行内燃机零部件结构的优化设计，可实现设计流程从非开放式向开放式的转型，掌握优化设计的主动性和针对性，提高设计效率，使得设计效果得到更加直观与真实的展示。与此同时还可最大程度保障试验样机的作业效率，以便及时发现问题，并能在试验的可控范围内进行调整，缩短试验时间，自始至终保证优化设计的效率4。结合 CAD 软件和 CAE 软件实现内燃机零部件的可视化设计，可以根据零件的结构外形和原始参数，设计出动力学和数学模型，模拟其在子系统中的运行情况，进行可行性分析，可大幅度提升设计（下转第 47 页）第 50 卷第 1 期陆平平自动焊接技术在机械加工作业中的应用47动焊缝跟踪系统需要配置激光传感器，用于控制送丝量与送丝角度，及时纠正焊缝偏差，确保丝口和焊接板在焊接过程中始终处于同一水平面上。4发展趋势与未来展望4.1精密化、高效化随着我国工业的快速发展，对机械设备的综合性能的要求越来越高。自动化焊接技术在提升机械设备的产品质量和技术指标方面起着至关重要的作用，未来自动焊接技术将进一步朝着精密化、高效化的方向发展。4.2智能化、网络化目前，自动焊接技术在焊接机器人和自动焊缝跟踪系统中的成功应用，已充分体现出其在兼容性上优势。随着人工智能技术、信息技术、5G 技术、物联网技术的飞速发展，自动焊接技术的智能化、网络化升级已是大势所趋。通过与人工智能技术的融合，可以进一步优化整个自动焊接流程，进一步提高自动化作业水平；通过与 5G 技术、物联网技术的融合可以实现对自动焊接作业过程的远程控制4。5结语相较于传统焊接技术，自动焊接技术在提高焊接效率、保障焊接质量、提升产品质量、降低焊接成本方面有着得天独厚的优势。相关从业人员在机械加工作业过程中，需要结合作业需求，进一步提高自动焊接技术的应用水平，以保证企业的生产效率和产品质量，提升我国机械加工制造行业的整体竞争力，为我国工业的现代化、智能化升级助力。参考文献1黄建鹏.重型机械智能焊接应用现状及其发展趋势J.金属加工(热加工),2022(1):18-21.2黄从喜,何京谚,何明华,等.一种低平直线组合自动化焊接的应用方法:CN112756869AP.2021-05-07.3陈海龙,候潇.自动焊接在机械焊接中的应用J.工程技术(全文版),2016(6):228.4任少蒙.探究自动化焊接新技术在机械制造中的应用J.中国新通信,2020(1):231.责任编辑：张亦弛英文编辑：吴志立（上接第 41 页）效率和设计精度，还可模拟不同材料的强度、铸造工艺，对优化后的零部件结构进行应力分析和强度验证，以保证其功能性和适用性。例如在曲柄连杆结构的优化中，其曲柄部分的弯曲疲劳强度和动力传输端的静强度是保证动力传输的关键，采用 CAE软件可以有效计算其优化后的运行参数，模拟其优化后的运行情况，提升其运行的可靠性和稳定性。4结语内燃机是我国工业生产中的一种重要装备，在汽车、建筑、航运、矿产等领域有着广泛的应用。随着社会的进步，实现绿色环保发展已成为各个行业技术改革和升级的目标。内燃机零部件结构的优化设计是推动内燃机持续发展的关键，既顺应了我国经济发展的需要，也符合绿色环保的发展理念。多维度结合先进的新兴技术，进行内燃机零部件结构的优化设计，充分发挥其结构紧凑、适用性强、热效率高、操作简便等方面的优势，有利于我国工业生产设备的改造和升级，推动我国工业绿色可持续发展。参考文献1王江月.内燃机零部件结构设计及应用研究J.内燃机与配件,2021(22):9-10.2刘梦晗.内燃机连杆的静动态分析及结构优化设计D.邯郸:河北工程大学,2015.3殷满华.内燃机零部件结构设计及应用研究J.时代汽车,2020(21):128-129.4刘刚毅.浅谈内燃机及其零部件再制造关键技术J.内燃机与配件,2020(4):100-101.责任编辑：阳湘晖英文编辑：唐琦军