专利名称：280/285系列机车柴油机用钢顶铝裙活塞的改进的制作方法
技术领域：
本实用新型发明的280/285系列机车柴油机用钢顶铝裙活塞的改进属柴油机用组合活塞结构强度技术领域。
背景技术：
目前，现有280/285系列机车柴油机用钢顶铝裙活塞为下穿式钢顶铝裙活塞(见附
图1)，活塞由活塞裙(1)、活塞顶(2)及其连接装置组成。该连接装置由双头螺柱(3)、弹性套(4)、螺母(5)和弹簧卡销(6)构成。活塞顶(2)和活塞裙(1)由4条双头螺柱(3)连接，双头螺柱(3)的一端拧入活塞顶(2)，另一端穿过活塞裙(1)和弹性套(4)用螺母(5)拧紧，螺母(5)通过弹簧卡销(6)防松。活塞裙(1)上双头螺柱(3)的过孔厚度H1为53mm，弹性套长度H2为58mm，双头螺柱(3)的过孔中心线在活塞裙(1)上的布置位置L×S为60mm×60mm。该活塞在机车柴油机运用负荷加大后，因活塞连接结构和布置不合理，曾发生活塞裙疲劳裂损，造成柴油机严重破损的事故。并且在机车一个中修期内(走行30万公里)柴油机拆检时，出现了活塞裙批量裂损，严重的一台机车柴油机16个活塞中，竟有14个活塞裙有裂纹。活塞的一般使用寿命仅30万公里左右，难以满足使用要求，严重影响铁路运输安全。
发明内容
为克服由于原活塞顶、裙连接结构和布置不合理导致活塞裙关键部位局部应力集中严重，活塞疲劳寿命大幅度降低的缺陷，提高活塞整体使用寿命，确保铁路运输安全，我们进行了大量的分析、计算和试验。分析、计算和试验表明，现有活塞在机车柴油机负荷加大后裙部出现批量裂损，除了活塞裙材料、加工因素外，还因活塞裙上布置有销孔、进油孔、回油孔、螺柱孔、沉孔座面，在其过渡圆角附近存在应力集中的敏感区域，在螺柱的布置和连接结构不合理情况下，应力集中严重，活塞的疲劳寿命就大幅度降低。而现有活塞由于4个连接螺柱沉孔位置设计较深，其过渡圆角恰处在主传力区域内，在气体爆发压力和螺栓预紧力等的作用下该处应力变化较大。当交变负荷加大时就易萌生微裂纹，活塞继续工作，裂纹向进油孔、回油孔等处扩展，最后导致活塞裙疲劳断裂。基于上述分析，本实用新型提供一种新型的活塞顶、裙连接结构和布置的280/285系列机车柴油机用钢顶铝裙活塞，以避开该应力集中敏感区域，提高活塞使用寿命。
本实用新型发明的“280/285系列机车柴油机用钢顶铝裙活塞的改进”解决其原活塞存在的技术问题的技术方案是钢顶铝裙活塞由活塞裙、活塞顶及其连接装置组成。其连接装置由连接螺栓和平垫圈构成，活塞顶和活塞裙由4条连接螺栓连接。连接螺栓在活塞裙上的过孔厚度H1为95～105mm，平垫圈厚度H3为8～18mm，而连接螺栓过孔中心线在活塞裙上布置L×S为(58～63)mm×(62～56)mm范围。连接螺栓可以是螺钉或双头螺栓。当连接螺栓为双头螺栓时，它的一端拧入活塞顶，另一端穿过活塞裙和平垫圈用螺母拧紧；当连接螺栓为螺钉时，螺钉穿过活塞裙和平垫圈拧入活塞顶。
本实用新型发明的“280/285系列机车柴油机用钢顶铝裙活塞的改进”其有益的技术效果是因其在发明中取消了双头螺柱中的弹性套、对活塞裙连接螺栓连接方式和位置布置、螺栓沉孔的深度、座面过渡圆角的位置等几方面进行了创新性的改进。通过对原组合活塞和本实用新型提供的两种方案的组合活塞进行的三维有限元计算和分析比较，本实用新型发明的活塞，在应力集中的敏感区域的应力状态明显改善，应力集中的敏感程度明显降低，提高了活塞裙整体的结构强度。经计算，改进后活塞最低疲劳安全系数为1.9，而现有活塞最低疲劳安全系数为1.4，疲劳安全系数明显提高。经疲劳寿命预估，改进后的活塞的使用寿命将比原活塞提高一倍以上，从而使280/285系列机车柴油机用钢顶铝裙活塞在机车负荷加大的情况下，活塞的疲劳寿命将达到1个大修期，能满足机车柴油机强化功率的要求，且活塞顶、裙连接结构简单，加工检查方便，便于制造维修，节省制造、维修成本。
以下结合附图和实施例，对本实用新型发明的“280/285系列机车柴油机用钢顶铝裙活塞的改进”作进一步的说明。
附
图1.现有机车柴油机钢顶铝裙活塞结构示意图附图2.本实用新型发明的钢顶铝裙活塞(连接螺栓为螺钉)结构示意图附图3.本实用新型发明的钢顶铝裙活塞(连接螺栓为双头螺栓)结构示意图附图4.本实用新型发明的钢顶铝裙活塞实施例结构示意图附图中(1)活塞裙、(2)活塞顶、(3)双头螺柱、(4)弹性套、(5)螺母、(6)弹簧卡销、(7)连接螺栓、(8)平垫圈、(9)螺钉具体实施方式
本实用新型发明的“280/285系列机车柴油机用钢顶铝裙活塞的改进”一个实施例如附图4所示。钢顶铝裙活塞由活塞裙(1)、活塞顶(2)及其连接装置组成。其连接装置由连接螺栓(7)和平垫圈(8)构成，活塞顶(2)和活塞裙(1)由4条连接螺栓(7)连接。连接螺栓(7)在活塞裙(1)上的过孔厚度H1为102mm，平垫圈厚度H3为10mm，而连接螺栓(7)过孔中心线在活塞裙(1)上布置位置L×S为61mm×59mm。本实施例的连接装置选用的连接螺栓(7)为螺钉(9)，螺钉(9)穿过活塞裙(1)和平垫圈(6)拧入活塞顶(1)。活塞裙(1)上连接螺栓(7)过孔厚度H1为102mm，平垫圈厚度H3为10mm，而连接螺栓(7)过孔中心线在活塞裙(1)上布置位置L×S为61mm×59mm。计算和试验结果证明本发明的钢顶铝裙活塞其疲劳寿命将有较大提高，寿命将达到1个大修期，且连接结构简单，较原活塞节省了弹性套(6)、螺母(5)和弹簧卡销(8)，加工检查方便，能够满足机车柴油机强化功率的要求。
权利要求1.一种280/285系列机车柴油机用钢顶铝裙活塞的改进，它由活塞裙(1)、活塞顶(2)及其连接装置组成，其特征是连接装置由连接螺栓(7)、平垫圈(8)构成，活塞顶(2)和活塞裙(1)用4个连接螺栓(7)连接，连接螺栓(7)在活塞裙(1)上的过孔厚度H1为95～105mm，平垫圈(8)厚度H3为8～18mm，连接螺栓(7)过孔中心线在活塞裙(1)上位置L×S为(58～63)mm×(62～56)mm。
2.根据权利要求1所述的280/285系列机车柴油机用钢顶铝裙活塞的改进，其特征是连接螺栓(7)可以是螺钉(9)或双头螺栓。
专利摘要一种280/285系列机车柴油机用钢顶铝裙活塞的改进。它是由活塞顶、活塞裙及其连接装置组成。该活塞的连接装置由连接螺栓、平垫圈构成，活塞顶和活塞裙用4条连接螺栓连接，连接螺栓在活塞裙上的过孔厚度H
文档编号F02F3/00GK2573702SQ0227479
公开日2003年9月17日 申请日期2002年8月16日 优先权日2002年8月16日
发明者杨英, 邹维敏, 周湘晔, 唐秋华 申请人:大连机车研究所