تعيين توزيع نيروي پيش‌بار و عمر خستگي پيچهاي سرسيلندر در موتور ديزل دريايي

Determination of Cylinder Head Bolts Force Distribution and There’s Life in Real Condition of Marine Diesel Engine

پيچ‌هاي سرسيلندر در موتور ديزل دور بالا ميبايست با وجود نيروي پيشبار بالا علاوه بر الزامات استاندارد پيچ‌ها‌، تحت نيروهاي سيكلي مكانيكي و حرارتي حد دوام بالايي داشته باشند و نيروي همبندي يكنواختي را جهت آب‌بندي به سرسيلندر وارد كنند. در پژوهش حاضر جهت بررسي عملكرد پيچ‌هاي ساخته شده، ابتدا نيروي پيچ‌ها نو و كاركرده در شرايط هم‌بندي سرد تخمين زده شد. سپس مقدار تغيير نيروهاي پيچ در شرايط كاركرد گرم موتور با وجود بارهاي سيكلي ناشي از احتراق محاسبه شد. از بحراني‌ترين نيروي محاسبه شده جهت بررسي حد دوام پيچ در آزمون خستگي تك محوره استفاده شد. پيچ ساخته شده توانست تحت نيروهاي ناشي از گرم شدن و احتراق موتور بيش از يك ميليون سيكل عمر كند كه نشان از عمر بي‌نهايت قطعه در شرايط واقعي دارد. همچنين با بررسي اثر استفاده مجدد پيچ‌ها در فرايند نگهداري و تعميرات مشاهده شد كه نيروي پيش‌بار پيچ كاركرده نسبت به پيچ نو حدود 8% افزايش مي‌يابد. بر اساس نتايج بدست آمده، توزيع يكنواخت نيروهاي پيش‌بار نشان از دقت مناسب روش گشتاور- زاويه جهت هم‌بندي پيچ‌ها تا ناحيه تسليم دارد و سبب بهبود فرايند آب‌بندي واشر سرسيلندر مي‌شود. اين نتيجه با آزمون تجربي كاغذ فوجي نيز تاييد شد.

Cylinder head bolts in high-speed diesel engines must meet classical standard requirements. Moreover, they should seal cylinder head gasket due to uniform distribution of clamping forces with high durability under thermal and mechanical cyclic loads. In present study, to evaluate the performance of newly designed bolts, at first, the clamping force in cold assembly was calculated using theoretical and experimental results. Then in real engine condition, the amount of clamping force variation was derived with combustion load under hot condition. The most critical force was used to test the bolt durability in a uniaxial high cycle fatigue test. The experimental test confirmed infinite life of the bolt. Also, results show preload of used bolt could be increased about 8% that is important for maintenance and repair services. In addition, torque-angle assembly procedure precisely tightened the bolt near yield stress condition and improved sealing of the cylinder head gasket. Fuji paper test confirmed this analytical uniform clamping force results too.