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双腔二冲程动力装置结构设计

项目分类:发动机 发布时间:2021-10-29 ID:347317
  • 双腔二冲程动力装置结构设计

  在小型便携动力设备的配套选型场景中,双腔二冲程结构的动力单元一直是手持作业机具、小型航模、便携发电机组的核心配套部件,这类动力单元的结构设计直接决定了配套设备的整机重量、动力输出平顺性以及维护周期。从实际工程落地的角度看,这款双腔二冲程动力结构的设计,首先要平衡的是小体积下的动力密度与运行可靠性,不同于单缸二冲程结构的脉冲式动力输出,双腔布局可以通过两个腔室的做功相位差,抵消一部分活塞往复运动产生的惯性振动,降低配套设备整机的握持震感,这一点在手持油锯、便携割灌机这类需要长时间人工握持操作的设备上体现得尤为明显。

  从结构设计的思路来看,这款动力单元的缸体采用一体化集成式的壳体设计,将两个做功腔的冷却风道、进气扫气通道、曲轴安装位整合在同一个壳体铸件上,减少了分体式装配带来的密封面数量,从根源上降低了缸体漏气、渗油的故障概率。扫气通道的走向采用斜切式布局,配合活塞顶部的导流凸台,能够在活塞上行压缩的过程中,让新鲜混合气更充分地驱赶缸内的燃烧废气,减少残余废气量,提升燃烧效率,这也是二冲程结构提升燃油利用率、降低尾气排放的关键设计细节。活塞部分采用两道气环加一道油环的组合密封结构,环槽的位置经过反复校核,既保证活塞在上下止点位置时不会出现环卡入气口的问题,又能最大化密封效果,减少做功冲程的燃气下窜。

  在安装边界的设计上,这款动力单元的壳体外侧预留了三个均布的安装凸台,凸台上的安装孔位同轴度公差控制在0.02mm以内,能够直接适配多数小型动力设备的通用安装支架,不需要额外做转接法兰的设计,降低了下游设备厂商的配套改造成本。动力输出端的曲轴伸出端采用标准的锥面配合键槽传动结构,锥度为通用的1:10,能够直接匹配通用的离合器、飞轮等配套部件,输出轴的伸出长度经过严格控制,既保证传动部件的安装定位可靠,又不会因为轴伸过长导致曲轴受力点外移,增加曲轴的弯曲载荷。壳体上的散热鳍片采用不等距布局,在燃烧室对应的高温区域鳍片密度更高,扫气腔对应的低温区域鳍片密度适当降低,在保证整体散热效率满足连续满负荷运行要求的前提下,尽可能控制缸体的整体重量,避免不必要的材料冗余。

  从实际功能特性来看,这款双腔二冲程结构不需要复杂的配气机构,整体运动部件数量比同排量的四冲程结构减少近40%,整体故障率更低,在野外无专业维护条件的作业场景下,用户只需要定期清理空滤、更换混合燃油就能维持设备正常运行,维护门槛极低。两个腔室共用一个进气口与一个排气口,进排气接口的位置设计在壳体的同一侧,方便配套设备统一布置进排气管路,减少整机的管路弯折长度,降低进排气阻力。曲轴箱部分采用分体式压装结构,主轴承位的同轴度经过二次精加工,保证曲轴运转时的径向跳动量控制在0.01mm以内,减少高速运转时的轴承磨损,延长整机的大修周期。

  在实际配套应用中,这类双腔二冲程动力结构除了适配传统的园林作业机具,还可以作为小型无人船、轻型应急动力单元的动力源,因为其结构紧凑、重量轻,在对动力单元自重有严格限制的场景下,比同功率的四冲程结构更有适配优势。设计过程中针对活塞销的润滑做了专门的优化,在连杆小头的位置预留了存油槽,配合混合燃油中的润滑油成分,能够在高速往复运动时持续给活塞销提供润滑,避免活塞销抱死的故障。缸体表面的安装凸台都做了加强筋连接,将安装受力分散到整个缸体壳体上,避免设备在颠簸工况下安装位出现开裂的问题。整体结构的所有棱角位置都做了R2以上的圆角过渡,既减少了铸件的应力集中点,也避免装配维护过程中尖锐棱角划伤操作人员。

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