تعیین توزیع نیروی پیش‌بار و عمر خستگی پیچهای سرسیلندر در موتور دیزل دریایی

پیچ‌های سرسیلندر در موتور دیزل دور بالا میبایست با وجود نیروی پیشبار بالا علاوه بر الزامات استاندارد پیچ‌ها‌، تحت نیروهای سیکلی مکانیکی و حرارتی حد دوام بالایی داشته باشند و نیروی همبندی یکنواختی را جهت آب‌بندی به سرسیلندر وارد کنند. در پژوهش حاضر جهت بررسی عملکرد پیچ‌های ساخته شده، ابتدا نیروی پیچ‌ها نو و کارکرده در شرایط هم‌بندی سرد تخمین زده شد. سپس مقدار تغییر نیروهای پیچ در شرایط کارکرد گرم موتور با وجود بارهای سیکلی ناشی از احتراق محاسبه شد. از بحرانی‌ترین نیروی محاسبه شده جهت بررسی حد دوام پیچ در آزمون خستگی تک محوره استفاده شد. پیچ ساخته شده توانست تحت نیروهای ناشی از گرم شدن و احتراق موتور بیش از یک میلیون سیکل عمر کند که نشان از عمر بی‌نهایت قطعه در شرایط واقعی دارد. همچنین با بررسی اثر استفاده مجدد پیچ‌ها در فرایند نگهداری و تعمیرات مشاهده شد که نیروی پیش‌بار پیچ کارکرده نسبت به پیچ نو حدود 8% افزایش می‌یابد. بر اساس نتایج بدست آمده، توزیع یکنواخت نیروهای پیش‌بار نشان از دقت مناسب روش گشتاور زاویه جهت هم‌بندی پیچ‌ها تا ناحیه تسلیم دارد و سبب بهبود فرایند آب‌بندی واشر سرسیلندر می‌شود. این نتیجه با آزمون تجربی کاغذ فوجی نیز تایید شد.

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

Cylinder head bolts in highspeed 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, torqueangle 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.