（机械工程专业论文）270系列大功率柴油机国产化关键技术研究.pdf

大连理工大学专业学位硕士学位论文 摘要 本课题是根据大连机车车辆有限公司引进国外1 6 r k 2 7 0 型柴油机国产化项目的需要 而选定，是国务院振兴东北老工业基地政策的国债投资技术改造项目的重要组成部分， 是大连机车投入巨资开发的重点科技项目。 本文对国内外铁路内燃机车及船用的大功率中速柴油机的生产情况和现状进行了 介绍，并针对公司引进的m a nb w 公司1 6 r k 2 7 0 大功率柴油机的技术性能和结构特点进 行介绍，论述了引进漱nb 肼公司的柴油机技术并逐步消化吸收最终达到柴油机国产化 的全过程，重点分析了引进技术软件的转化、进口材料的国产化替代、关键大部件的国 产化研制、国产化部件整机实验等工作。 结合大连机车的生产实际，在研究与分析m a nb & w 公司的图纸和材料标准、工艺标 准的基础上，重点研究解决了标准的转化问题。在保证性能的前提下，进行材料性能试 验研究，实现了利用国产材料替代进口材料。在柴油机国产化过程中，进予亍了六大关键 部件曲轴箱、机座、连杆、气缸盖、气缸套和关键紧固件的国产化试制的工艺开发，在 利用公司现有设备的基础上，改革传统的加工工艺，进行铸造、热处理、机加工等工艺 实验，结合引进先进工艺技术解决了试制中技术难点。试制完成的关键部件组装后进行 的整机性能考核实验表明，性能指标达到了规定要求。 通过本课题的实施，解决了大功率柴油机1 6 r k 2 7 0 国产化的技术难点，填补了大连 机车柴油机制造的空白，完成了柴油机1 6 r k 2 7 0 六大关键件铸造、热处理、机加工工艺 等工艺的开发，提高了生产效率，形成一套完整的适合于大功率柴油机批量生产的工艺 与装备。 通过本课题的研究，使大连机车的大功率柴油加工工艺达到了国内先进水平，并为 柴油机进一步国产化奠定了技术基础。 关键词：大功率柴油机；国产化；关键零部件试制 2 7 0 系列大功率柴油机国产化关键技术研究 s t u d yo ht h ek e yt e c h n i q u e so f l o c a l i z a t i o nf o r2 7 0s e r i e sh i g h p o w e rd i e s e le n g i n e a b s t r a c t t h er e s e a r c ht o p i ci se s t a b l i s h e df r o mt h er e q u i r e m e n to ft h ei n t r o d u c i n gp r o j e c to f 1 6 耻笠7 0d i e s e le n g i n ei nd l o c o ( d a l i a nl o c o m o t i v ea n dr o l l i n gs t o c kc o ，l t d ) t h e i n t r o d u c i n gp r o j e c ti sa ni m p o r t a n tp a r to fw h i c hs t a t ed e p a r t m e n td e v e l o p st h en o r t h e a s t i n d u s t r a lb a s ea n dc o n d u c t st e c h n i c a lt r a n s f o r m a t i o n i nt h em e a n w h i l e ，i ti sa l s onk e y s c i e n c ea n dt e c h n o l o g yd e v e l o p i n gp r o j e c ti n v e s t e dg r e a t l yb yd l o c o t h i sp a p e rd e s c r i b e st h ei n t r o d u c t i o no f t h ep r o d u c t i o nc a p a c i t ya n dc u r r e n tc o n d i t i o no f t h ed i e s e ll o c o m o t i v e sa n di n a r i n eh i g hp o w e rm e d i u m s p e e dd i e s e le n g i n ei nd o m e s t i ca n d a b r o a d a tt h es a n l et i m e ，i tp r e s e n t st h et e c h n i c a lp r o p e r t i e sa n dt h es t a u c t u r ec h a r a c t e r i s t i co f t h em o d e l1 6 r k 2 7 0h i g hp o w e rd i e s e le n g i n ei m p o r t e df r o mm a nb & wo fu n i t e d k i n g d o m , a n dt h e nd i s c u s s e st h ew h o l ep r o c e d l l r e so ft h et e c h n o l o g yi m p o r to ft h i sk i n do f d i e s e le n g i n e t h em e t h o d o l o g yf r o ma b s o r b i n gu pt ol o c a l i z a t i o no ft h i sd i e s e le n g i n eh a s b e e nd i s c u s s e di n c l u d i n gt h ec o n v e r s i o no fi m p o r t e dt e c h n o l o g ys o f t w a r e ，l o c a l i z a t i o no f i m p o r t e dm a t e r i a l s ，l o c a l i z e dd e v e l o p m e n to ft h ek e yb i gp a r t s ，a n dw h o l em a c h i n et e s to f l o c a l i z e dp a r t sa n ds oo n c o n s i d e r i n gt h ep r a c t i c a ls i t u a t i o n ，b ya n a l y z i n gt h em a nb & wd r a w i n g s ，m a t e r i a l s t a n d a r da n dt e c h n o l o g ys t a n d a r d ，t h ep r o b l e mo fs t a n d a r dc o n v e r s i o ni sm a i n l yd i s c u s s e d o nt h ep r e m i s eo fa s s u r i n gt h ep e r f o r m a n c e ，t h et e s ta n da n a l y s i so fm a t e r i a lp r o p e r t i e sh a v e b e e nc a r r i e do na n dm o s to fi m p o r t e dm a t e r i a l sh a v eb e e ns u b s t i t u t e ds u c c e s s f u l l yb yr e l a t e d d o m e s t i cm a t e r i a l s t h e n , t h ep a p e rm a i n l yp r e s e n t st h et e c h n o l o g yd e v e l o p m e n to f l o c a l i z a t i o nt r i a lm a n u f a c t u r er e l a t e dt os i xk e yp a r t ss u c ha sc r a n k c a s e ，b e l a t e ，c o n n e c tr o d ， c y l i n d e rh c a dc y l i n d e rl i n e ra n dk e yf a s t e n e rb yu s i n gt h ee 妇s t i n ge q u i p m e n t so ft h e c o m p a n y t oi m p r o v et h et r a d i t i o n a lm a n u f a c t u r ep r o c e s si n c l u d i n gc a s t i n g ，h e a tt r e a t m e n ta n d t h em a c h i n ep r o c e s se t c a n db yi n t r o d u c i n gm a n ya d v a n c e dt e c h n i q u e st os o l v es o m e t e c h n i c a ld i f f i c u l t i e s a f t e ra s s e m b l i n gt h et r i a lm a n u f a c t u r e dk e yp a r t s ，t h ep e r f o r m a n c eo f t h ec o m p l e t es e to f e n g i n eh a sb e e nt e s t e dt os h o ws a t i s f y i n gt h er e q u i r e m e n t 碳sp r o j e c ti m p r o v e st h el e v e lo fm a n u f a c t u r i n gh i 曲p o w e rd i e s e le n g i n ei nd l o c o a n dp r o v i d e st h eb a s i cf o rf u r t h e rl o c a l i z a t i o no f t h i sk i n do f d i e s e le n g i n e k e yw o r d s ：h i 曲p o w e r d i e s e le n g i n e ；l o c a l i z a t i o n ；t r i a lm a n u f a c t u r eo f k e yc o m p o n e n t s 独创性说明 作者郑重声明：本硕士学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工 作及取得研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外， 论文中不包含其他人已经发表或撰写的研究成果，也不包含为获得大连理 工大学或者其他单位的学位或证书所使用过的材料与我一同工作的同志 对本研究所做的贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。 作者签名：幺! 垦塑日期：盈2 盔! 幽，7 日 大连理工大学专业学位硕士学位论文 大连理工大学学位论文版权使用授权书 本学位论文作者及指导教师完全了解“大连理工大学硕士、博士学位 论文版权使用规定”，同意大连理工大学保留并向国家有关部门或机构送 交学位论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权大连理 工大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，也 可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编学位论文。 作者签名：幽：叁麴 导师签名：兰巡 越年且月且日 大连理工大学专业学位硕士学位论文 1绪论 1 1 论文背景 随着我国铁路向高速重载方向的快速发展，铁路机车工业迎来了极大的发展机遇， 我国铁路运量与运能之间的矛盾日益突出，其中对高速、重载的要求越来越高，全国各 生产厂家都在积极研制和引进大功率的高速机车，为我国铁路机车事业的发展迎来了一 个发展的机遇期。大连机车车辆有限公司作为我国大功率干线内燃机车主要科研生产基 地，近年来为了适应市场需求，为满足国内铁路快速发展与国际市场竞争的需要，公司 的产品结构向多元化发展，为满足中国干线铁路运输需要，同时开拓船用柴油机市场和 柴油发电机组市场的需要，对机车用大功率柴油机的需求也更加迫切。 近年来，虽然国内主要的机车制造厂先后投入人力和物力进行6 0 0 0 马力以上大功 率柴油机的开发，但目前为止尚无成熟的产品投入运用。国内的设计工艺制造水平和生 产理念与国外存在很大差距，国内批量生产的机车柴油机的最大装车功率仅为5 0 0 0 马 力，无法满足牵引5 0 0 0 吨在平直线路上最高运行速度1 2 0 k m h 的要求，而且仍存在着 可靠性不够、可维护性较差等问题。我国机车柴油机大修周期规定为8 0 + 1 0 万k m ，国 外机车柴油机的大修周期在1 2 0 1 6 0 万k m 。零部件的可靠性方面，国外柴油机规定曲 轴、活塞、连杆等使用寿命4 6 万h ，而我国的活塞使用寿命不足2 万h ( 8 0 万k m ) ； 喷油泵的使用寿命相差更多。新研制开发的柴油机同国外先进水平相比的差距也比较 大。在其它主要技术指标上，国产机车柴油机同国外的先进水平比较也存在很大差距。 因此，为在短期内尽快提高中国铁路的装备制造水平，引进国外先进技术和成熟产品成 为必由之路。 为适应二十一世纪国内外机车以及电站、船舶等市场对柴油机功率、性能、重量、 排放及可靠耐久性的要求，中国北车集团大连机车车辆有限公司( 以下简称大连机车) 决定引进英国m a n & w 公司设计研发的r k 2 7 0 系列大功率柴油机柴油机( 以下简称2 7 0 柴油机) ，其中1 6 r k 2 7 0 型柴油机其装车功率超过了6 0 0 0 马力，具有成熟的使用经验。 在该项目的实施过程中，我公司将全面引进和吸收英国曼恩公司的柴油机设计和生产技 术，逐步完成由整机引进到散件组装直至完全自主生产的过程，最终达到柴油机国产化 的目的，以进一步提高中国机车制造企业对机车用大功率柴油机的自主创新和自主研发 能力。 本论文就是围绕2 7 0 柴油机引进消化过程中的关键问题的解决而开展的工作。 2 7 0 系列大功率柴油机国产化关键技术研究 1 。2 国内外研究现状 近1 0 年来，由于热力学、空气动力学、材料学、应用力学以及电子技术的发展及其 在柴油机领域的进一步应用，使得柴油机技术水平有了重大发展。由于对单位质量功率 ( 比功率) 、经济性、可靠性和生态环保特性的综合要求，使得机车柴油机在燃烧控制、 燃油喷射技术、增压技术以及制造工艺等方面的技术研究发展十分活跃，从而陆续开发 出越来越先进的产品。 一些原已成熟的机车柴油机，如美国g e 公司的7 f d l 系列、g m 公司6 4 5 系列、德 国m t u 3 9 6 、m t u 5 9 5 和m t u 9 5 6 系列、英国p a x m a n 公司的v a l e a t a 系列以及前苏联的q h 2 6 2 6 系列柴油机，在继续得到广泛应用的同时，并有了迸一步提高。同时世界各国又开 发出了一批功率更大、性能更好的柴油机，如德国m t u 的m 2 8 2 系列、m t u 3 9 6 t e 、 m t u 9 5 6 1 1 6 3 、法国p a 6 2 8 0 系列，美国o e 同德国d u e t z m w m 联合开发的7 h d l 系列、 美国g m 的2 6 5 h 、g m 7 1 0 g 系列以及俄罗斯的q h 2 6 2 7 和q h 3 2 3 2 系列等新型的机车柴 油机羽。 此外，开发出了一些性能良好的通用柴油机，如美 c a t e r p i l l a r3 6 0 0 系列、英国 p a x m a nv p1 8 5 系列、m a nb & w 的r x 2 7 0 系列，m b 的m b 2 7 5 t 系列等，有些通用柴 油机在内燃机车上得到很好应用。德国m t u 公司开发的m t u s 0 0 0 系列柴油机，单机功 率最大( 装车功率可达9 2 0 0 k w ) ，采用电子控制燃油喷射等先进技术，可以满足未来的排 放法规要求，开始计划应用到内燃机车上口，。 为适应铁路牵引客运快速、货运快捷、重载运输的发展，要求机车柴油机在总重变 化不大的情况下提高功率。目前世界上，内燃机车装车功率比较大的有美国g e a c 6 0 0 0 型机车的7 h d l - - 1 6 柴油机，装车功率为4 6 6 0k w 。美国g m 公司研制的s 1 9 0 m a c 机车， 采用1 6 v 2 6 5 h 柴油机，功率达到4 4 7 0 k w 。法国s e m t 公司研制的p a 6 2 8 0 柴油机( 装车功 率为4 1 5 0 k w ) 。戚墅堰机车车辆厂研制的1 6 v 2 8 0 z j b 型柴油机，装车功率为4 4 1 0k w 。 目前单机功率最大的是德国m t u 公司研制的m t u 8 0 0 0 系列柴油机，2 0 个气缸功率达到 8 2 0 0k w ，1 2 缸功率为4 9 2 0 k w 。提高内燃机车功率，可以提高铁路运输效率，节约成 本，降低燃油消耗，降低有害物的排放。6 0 0 0 英制马力( 1 英制马力：0 7 4 5k w ) 机车好 处很多，如果6 0 0 0 马力机车和3 0 0 0 马力机车按1 ：2 w 率替换，机车的初始成本和维修成 本将会降低，柴油机的排放和燃油消耗降低1 5 2 5 c 4 j 。 通常认为，柴油机平均有效压力p 和强化系数pc 越高，柴油机的性能指标越好， 但同时要求柴油机的材料性能和制造工艺水平也相当高，当材料性能和工艺制造水平较 低时，柴油机的可靠性就要低些。表1 1 数据表明，我国批量生产的1 6 v 2 4 0 z j d 型柴油机、 大连理- r ：g 学专业学位硕士学位论文 新研制的1 6 v 2 8 0 z j b 型，其p 和p c 同国外某些柴油机比较接近，但是柴油机的可靠性 方面相差较大，我国经过技术开发、试验研究和技术引进，成功地开发了钢顶铝裙变椭 圆组合活塞。但是活塞在使用寿命方面有相当大的差距，目前通过改进的活塞已经过了 6 0 万k m 运用考核，经进一步改造的活塞，其裙部的使用寿命可望达到9 0 万k m ，而国外 活塞使用寿命已达到1 2 0 万k m ，由此可见，仅仅在活塞使用寿命方面就存在着相当大的 差距卯 国外的机车柴油机比较普遍采用电子控制燃油喷射系统。采用共轨式电子控制燃油 喷射系统，可以对燃油的喷射压力、喷油量以及喷射时间进行独立控制，使燃油喷射过 程同柴油机的燃烧过程相适应，不仅降低了燃油消耗、提高了燃烧效率，而且可以改善 柴油机的废气排放。我国目前新研制的几种机车柴油机开始采用电子喷射系统，电子喷 射装置均是从国外购买进行应用。但是我们对电子喷射系统的结构设计、喷射过程控制 和调整以及与柴油机燃烧相匹配适用等技术还没有掌握。目前国外将喷射燃烧控制、增 压技术和柴油机的电子控制和管理作为未来发展的核心技术，相比在这方面我们差距很 大们 高度强化的柴油机，需要活塞工作强度的提高。我国经过技术开发、试验研究和技 术引进，成功地开发了铜项铝裙变椭圆组合活塞。但是活塞在使用寿命方面有相当大的 差距，目前通过改进的活塞已经过了6 0 万赋用考核，经进一步改造的活塞，其裙部 的使用寿命可望达n 9 0 万k m ，而国外活塞使用寿命已达n 1 2 0 万k m 。而且活塞环的使用 寿命，活塞运动副的摩擦磨损、降低振动噪声等研究工作也还有相当大差距玎1 。 机车柴油机在燃油消耗方面差距相当大，我国机车柴油机油耗率比较好的可以控制 在2 0 4 9 k w 电，国外机车柴油机油耗率已在2 0 0g k w h 以下，甚至达到1 8 3 9 k wm 柴油机废气排放污染物的控制指标也比国外的高出许多，我国制定了机车柴油机排放污 染物限制标准，但是在标准执行方面还有差距。喷油器的使用寿命同国外相比差距更大， 我国目前喷油器的拆检周期为2 万k r n ，故障率达到3 0 7 0 ，国外的可达至2 4 万k m 。 即使我国新开发的喷油器，无故障拆检周期也仅为6 8 万k m 。在燃油喷射压力方面，我 国机车柴油机的燃油喷射压力一般为1 0 0 m p a ：2 右，国外柴油机的燃油喷射压1 5 0 m p a ， 甚至可以达到1 8 0 m p a ，相比差距很大。铁路客运快速牵引、货运快捷和重载运输需要 机车柴油机的功率更大，要求提高单位质量功率比。美国g e 公司开发的7 h d l - - 1 6 型柴 油机，装车功率为4 6 6 0 k w ；g m 公司s d 9 0 m a c 机车1 6 v 2 6 5 h 型柴油机，装车功率达 4 4 7 0 k w ：俄罗斯、法国等也相继研究出4 0 0 0 k w 以上的机车柴油机，并批量生产投入铁 路运用。目前有报道，机车柴油机功率最大的是德国m t u 公司开发的m t u 8 0 0 0 系列柴 油机，2 0 缸柴油机标定功率为9 0 0 0 k w ，装车功率可达8 2 0 0 k w 哺1 。 一3 一 2 7 0 系列大功率柴油机国产化关键技术研究 我国目前新开发的1 6 v 2 8 0 z j b 型柴油机，装车功率为4 4 1 0 k w ；1 2 v 2 8 0 z j 型柴油机 的装车功率为3 8 2 0 k w 。就装车功率而言，我们同国外的水平相比存在差距，而且我们 才开始试制应用，还没有经过严格的运行考核。 表1 1 国内、外机车柴油机主要技术参数对比 t a b 1 1t h ec o m p a r i s o n o f m a i n p a r a m e t e r s f o r d o m e s t i ca n d f o r e i g n l o c o m o t i v e 叫p ed i e s e le n g i n e s 中国戚墅 生产厂家中国大连美国g m英国 美国g e 堰 柴油机型号 1 6 、秘四d1 6 、，2 8 0 z 旧1 6 、，2 6 5 h1 6 、o7 f d l 厂1 6 标定功率 k w 气缸数4 2 9 4 g q 6胡0 鳓64 4 7 0 n 6船4 矾6删1 6 缸孙行程( m ) 2 4 2 7 52 劬x 3 0 02 6 5 硼2 7 酗0 0 5 2 5 d x 3 燃油懈 新 2 d 4 1 9 5猫1 衢 ( k w 电) 。 强化系数t e o n 4 v l p a i l 一 1 矗2 61 9 1 2 1 3嬲乃7 4 单位功率质量 7 如6 d 85 1 1矗2 44 6 6 k g - k w 1 活塞运动速度 9 ，1 79 5 0l 咖 l o ”1 1 2 c r a m s d 标定转速( r t m i n ) 1 0 0 01 0 0 01 0 0 0 1 0 1 0 5 0 平晦躬蚴( m p a ) 1 船1 9 l2 1 31 所 2 1 2 进入2 1 世纪以来，国际上先进的柴油机制造企业如m a nb & w 等公司在制造工艺、 刀具等方面都进行了一系列变化，柴油机卷4 造业生产柔性化是走向之一，大量采用c n c 或加工中心来实现柔性加工，用专用加工中心构成柔性制造系统，高速化在柴油机制造 企业也表现得比较明显，大量采用涂层硬质合金刀具、p c d 和c b n 刀具，且切削速度大 大提高，广泛采用复合型加工工艺和刀具来节省设备投资和减少加工时间。国外大功率 柴油机制造企业基本实现了计算机辅助制造和计算机辅助测量，质量控制采用微机实现 各环节闭环自动控制，从而进一步确保了产品质量四1 。 国外采用铸造生产各环节进行分散在线测控。采用微机实现各环节闭环自动控制， 组成工厂智能化闭环自控系统，实现生产质量预测与控制。应用先进铸造工艺材料如原 砂、粘结剂和涂料等以确保铸件尺寸精度和表面租糙度，控制铸件表面缺陷造成的废品 大连理工大学专业学位硕士学位论文 率。 在上世纪8 0 年代，铁道部组织国内主要的机车用中速柴油机制造企业进行技术改 造以提升我国的柴油机制造能力。引进国内外先进热加工工艺和冷加工工艺和先进的数 控加工设备，熟加工方面引进德国产树脂砂铸造设备、微机控制井式曲轴氮化炉等，冷 加工方面分别从日本新泻、德国科堡和济根等机床制造厂，陆续引进了大型数控龙门铣、 数控加工中心等，并积极研究其应用技术。通过引进关键设备和应用技术，基本掌握并 开发了先进加工设备的使用技术，能够运用其制造柴油机的主要零部件，使柴油机的产 品质量有了较大的提高，产量也有了一定的增长，我国的机车用大功率柴油机制造业尽 管已获得了较大的发展并具备了一定的生产规模，但与国外的同类型企业相比在制造能 力和技术方面仍存在着较大的差距，主要表现以下： 1 、大功率柴油机的主要部件包括机体、气缸盖、气缸套等关键部件的铸造方面， 我国铸造工艺材料如原砂、粘土、煤粉、粘结剂和涂料在品种、性能、质量等方面与工 业先进国家之间的差距很大，以致我国的铸件尺寸精度和表面粗糙度比国外差- n 两个 等级，铸件表面缺陷造成的废品率比国外高几倍。我国在铸造工艺过程和铸件质量的检 测与控制方面，国内基本采用人工控制。 2 、大功率柴油机的主要部件包括连杆、凸轮轴、盐轴等的锻造方面，而国内相关 锻造企业生产技术水平较低，锻件尺寸精度和表面粗糙度与国外锻件还有一定差距。凸 轮轴、曲轴等的锻造方面国内锻造的材料利用率较低，不仅浪费材料而且造成锻件的机 加工余量偏大，增加了机加工的成本。 3 、大功率柴油机的主要部件包括机体、曲轴、连杆、气缸盖、凸轮轴等的机加工 方面，通过引进国外的先进数控设备已部分接近国外的相关企业设备水平，但在辅助设 备、工具和刀具应用上还比较落后，生产线上整体自动化水平低，在配套的计算机辅助 制造、计算机辅助测量等方面仍与国外相关企业有较大的差距，国内企业只有局部应用， 而且资金投入不足。 1 3 本文主要工作 在大功率柴油机市场竞争十分激烈的今天，如何尽快引进和吸收m a nb w 公司的柴 油机设计和生产技术，最终达到柴油机国产化的目的，同时保证产品质量、降低产品成 本是公司面临的主要问题。 本文研究的课题有引进技术资料标准的吸收和转化、进口原材料的替代研究，关键 零部件的工艺研制和柴油机整机性能实验等几个方面。 2 7 0 系列大功率柴油机国产化关键技术研究 引进技术资料、标准的吸收和转化是整个国产化工作的前提和关键步骤，m a nb w 公司首批提供图纸资料包括品供货技术规范、零部件明细表、产品图样、技术条件和各 种标准。根据标准化的要求，不仅需要对图纸进行翻译整理而且需要进行标准的转化。 由于英国图纸采用英国标准和欧洲标准、其他国家标准等。需要根据具体情况进行转化 工作，部分关键件需要参照英国标准和我国标准并结合公司具体情况编制相关产品技术 条件，不能采用国外标准，我们能套用国家标准的直接采用国家标准，能套用企业标准 的采用企业标准。 进口原材料的替代研究是国产化的基础。1 6 r k 2 7 0 型柴油机原设计所选用的金属材 料有普通结构钢、优质碳素钢、铸铁及有色金属等1 0 0 余个牌号的普通材料；对关键件 采用了合金含量较高的合金材料，这些材料除规定化学成份要求外，对调质钢还规定了 淬火性能要求，以及抗拉、冲击和其他冶金质量的要求；重要零件选用铸铁和铸铝等材 料按m a nb w 公司专用技术条件或英国标准规定的化学成份专门进行研制，并按规定的 机械性能和金相组织验收，不套用我国现行标准牌号。曲轴、连杆、高强度螺栓关键等 重要零件用钢，严格按图样规定的化学成份、机械性能和金相组织等专门研制，并经毛 坯制造、零件加工到装机考核等鉴定后才能定型批量生产。 关键零部件的工艺研制是主要针对柴油机关键零部件机体( 包括曲轴箱和机座) 、关 键螺栓、曲轴等进行的，采用先进的制造理念制定不同的制造方案，并充分考虑工艺设 计的优化，根据现有的设备资源制定关键零部件的国产化试制工艺，针对关键零部件的 制造难点，引进新工艺，攻克制造难点进行试制工艺验证。机体、机座、气缸盖、气缸 套等从毛坯的铸造生产工艺入手，控制尺寸公差和提高表面质量，减少铸造缺陷。关键 零部件的工艺优化关键在于保证产品精度和高效率的情况下，使加工工艺实现数控化、 柔性化。机体加工采用2 1 世纪初引进的德国数控龙门加工中心加工，发挥其工序高度 集中的优势，减少定位误差，以机床精度有效保证加工精度，并结合高精度线镗铰刀等 新工艺解决机体高精度深油孔的加工，提升机体加工工艺水平。1 6 r k 2 7 0 柴陋舰的曲轴 为锻钢材料，利用公司新引进的龙门加工中心和m 1 2 0 型五轴联动车铣加工中心等设备， 解决锻钢曲轴的加工难点，从而全面提升柴油机的制造工艺水平。 为了保证国产化产品质量达到了原设计水平，对于柴油机关键零部件国产化我们采 用了部件试制整机性能考核验证的试验步骤，结果表明柴油机关键零部件各项参数 均符合1 6 r k 2 7 0 柴油机的各项技术条件要求。 综上所述，通过本课题的研究，大连机车车辆有限公司从m a nb & w 公司引进的 1 6 黜( 2 7 0 中速大功率柴油机不仅完成关键零部件国产化，而且实现了试制生产的数控 大连理工大学专业学位硕士学位论文 化、柔性化，达到了目前国际先进的生产水平。 一，一 2 7 0 系列大功率柴油机国产化关键技术研究 2引进技术资料标准的吸收和转化 2 11 6 r k 2 7 0 型柴油机的结构简介 2 1 1 1 6 r k 2 7 0 型柴油机的结构特点 1 6 r k 2 7 0 型柴油汕强吉构如图2 1 所示。 图2 11 6 r k 2 7 0 柴油机的结构图 f i g 2 i c o n s t r u c td r a w i n go f1 6 r k 2 7 0 td i e s e e n g i n e 1 6 r k 2 7 0 柴糟规采用铸造曲轴箱和铸造机座的上下结构，刚度好，重量轻。增压器、 中冷器在置在自由端，结构紧凑、布置合理。全纤维锻钢曲轴，刚度好，寿命长。组合 式凸轮轴，单节凸轮轴端段即可满足所有缸需要。整体铸造气缸盖，底板钻孔冷却。带 减磨环的气缸套，改善与活塞环配合，降低机油消耗量。采用电子调速器，控制方便， 运转稳定。曲轴齿轮采用剖分齿轮，连接可靠，装配精度高。低的油耗率，低的排放指 标，可靠性高，使用寿命长。先进的增压系统带有旁通阀结构，改善低工况性能。选用 大连理工大学专业学位硕士学位论文 国际知名厂家的关键部件，a b b 增压器，w o o d w a r d 燃油喷射设备，g e i s l i n g e r 减振器，马乐活塞，m i b a 轴瓦等。用液压拉伸器紧固气缸盖螺桂，易于紧固，伸长量 精确。整体设计符合国际船用发动机的要求。 2 1 21 6 r k 2 7 0 柴油机的技术规格 1 6 r k 2 7 0 柴油机的详细技术规格如表2 1 表述。 表2 i1 6 r k 2 7 0 柴油咄隘别觏瞎 t a b 2 i t e e h n j e a ! s p e c so f1 6 r k 2 7 0d i e s e le n g i n e 1 6 r k 2 7 0 型柴油机技术上达到国际先进水平，除使用于内燃机车以外，还广泛适用 于军、民用船舶主机、辅机动力、电站机组、油田和工程机械等。 一9 一 2 7 0 系列大功率柴油机国产化关键技术研究 2 2 软件的消化吸收及国产化 从2 0 0 5 年开始，m a nb & w 公司陆续提供产品供货技术规范、零部件明细表、产品 图样、技术条件和各种标准，公司花费一年多完成了其翻译复制工作，一下针对不同情 况，介绍技术资料和相关软件的消化吸收工作。 2 2 t 软件系统的构成 1 6 r k 2 7 0 型柴油机是典型的积木式系列化设计，以满足用户要求的产品供货技术规 范为先导，确定具体用户的供货技术规范，而引出产品配套明细表和产品图样、技术文 件及各种标准。 2 2 2 产品图样的翻译复制 产品图样翻译复制采用了2 种办法，第一种办法是将原图( 蓝图) 上的英文翻译成中 文上交，再描成中文底图( 不保留英文) ，图形尺寸、形位公差、粗糙度、材料及产品代 号等均按原文复制。这种办法存在下列缺点： ( 1 ) 描图、校对工作量大，同时不可避免地会产生大量描图校对错误，要下达大量 更改单更正。 ( 2 ) 翻译不会百分之百准确，当生产中对译文产生异义时，必须到资料室查对原文， 费时费力。 ( 3 ) 英国图样更改、换版很快，新版图纸翻译、描校工作量太大。 鉴于上述情况，在第一批图样使用一段时间后，决定采用第二种方法，就是在原文 底图上直接描写译文再晒成蓝图使用，可避免第一种办法的缺点。 2 2 3 引进产品国产化相关标准转化的基本原则 标准是引进产品时一项重要的技术内容，它贯穿于整个引进过程，对引进标准的消 化吸收是消化引进技术的前提，也是整个引进产品国产化的基础。 在技术引进中，引进标准大体分为以下几种情况，对此我们采取不同的转化方法。 2 2 3 1 引进标准与我国现行的国家标准或行业标准一致 引进的标准与我国现行的国家标准或行业标准一致时，一律采用我国的国家标准。 目前，我国的互换性基础标准大部分已等同采用国际标准( i s o ) ，而国际标准恰好是根 据其它发达国家的国家标准制定的，因此在不影响质量要求的前提下，可将引进的国外 标准转换，直接执行我国的基础标准( g b ) ，但要注意计量单位如果是英制的，则转 换成国际单位制，贯彻我国的法定计量单位n 大连理工大学专业学位硕士学位论文 2 2 3 2 引进标准低于等同国际标准或我国暂无相应标准 当引进的标准低于或等同于国际标准，而我国现行标准又不能满足引进产品的要求， 或暂无相应的标准时，直接采用国际标准。我们把国际标准作为连接我国标准和国外标 准的中间纽带。 2 2 3 3 引进标准高于国际标准或暂无相应的国际标准 若引进的标准高于国际标准或暂无相应的国际标准时，则应直接采用引进标准。但 要保证该标准的计量单位采用国际单位制，涉及的电压、电流、频率等级、仪器仪表等 的输入输出接口、环境条件、安全、环境保护等要求，必须符合我国有关标准的规定。 2 2 4 引进产品国产化分类标准转化原则 2 2 4 1 基础标准 基础标准主要包括互换性基础标准，如机械制图、公差与配合、形位公差、表面粗 糙度、螺纹、键、齿轮等方面的标准。基础标准的转化尽量向国际标准靠拢，首先考虑 转化成我国标准，然后考虑转化成国际标准。 2 2 4 2 原材料、零部件、配套件标准 原材料标准转化尽量立足于国内生产，国内没有或实在不能代用的要试制后采用。 在零部件、配套件的标准转化时，引进标准属于国际、国外先进标准时则采用并实现国 内配套生产；当高于国内标准时，应直接采用引进标准并安排国内试制。 2 2 4 3 工艺标准和规范 工艺标准和规范根据国内实际工艺水平，在保证产品质量的前提下，尽量地转化为 国内技术成熟的工艺标准和规范。对于引进的特殊工艺标准和规范，则要进行消化吸收， 即通过试验和验证后，再制定出适合我国生产条件的特殊工艺标准和规范。 2 2 4 4 试验和检验方法标准 对于引进试验方法、检验方法标准不轻易改动，即使转化经过转让方的认可，并在 验证的基础上方可制定成我国的标准。这部分的标准属于企业的核心，是产品质量的保 证。 2 2 5 引进产品图纸中部分标准的转化 引进产品图纸具体转化时，主要从主要参数、使用环境条件、安装尺寸、配合尺寸、 连接部件的参数、性能要求、计量单位制等方面进行比较确定；转化后应保证其产品部 2 7 0 系列大功率柴油机国产化关键技术研究 件整组和需修换的零部件与国外原产品的对应件能通用互换，但紧固件除外。图纸全部 重新绘制：图纸转化的具体方法如下。 ( 1 ) 绘图：遵循国家标准机械制图的有关规定，有特殊要求的具体分析确定 绘制原则。编号与图样格式：产品图纸( 包括工艺图纸及技术文件) 按相关标准规定另 行编以新号，并使用企业名称图样格式，在标题栏的中间下方的空白栏注明原参考的国 外图纸编号，其中承担绘制、校核、工艺、标准及审核、批准的人员分别在相应的签署 栏内签字。改动：形状、结构、材料、工艺或某些主要尺寸有较大改变时，在图样下方 增加附注，以备查考。如：附注：本图与引进原图( 原技术文件) 有如下不同之处： a 技术要求、附注与说明：应根据确切的含义译成简明的中文，并按原顺序写于 图样的适当位置表示。如其中某些技术要求及规定已用我国某些标准或条文代替时，加 以注明n 。 ( 2 ) 计量单位：按我国国家标准规定的法定计量单位转换并标注，对于国家选定 的非法定计量单位允许并用。图上原有数据允许保留，但凡属于重要的尺寸必须保留。 ( 3 ) 尺寸换算；应符合g b t 1 8 7 7 6 - - 2 0 0 2 的有关规定，换算后图纸上的长度基本 单位为毫米( 咖) ，换算后需数值修约时，应按相关规定进行。以毫米为单位的尺寸， 般不标注单位符号。具体换算应遵循下列要求；长度换算时，可根据设计需要确定小 数点以后的位数，一般精确到小数点后三位，即达到微米( i lm ) 即可满足使用。 对于外形轮廓( 长、宽、高) 、铸造加工、圆角半径，某些参考尺寸和非配合尺寸等 非特殊需要精确的尺寸可圆整、修约至毫米整数；重量单位千克( k g ) 计算时精确至小 数点以后三位至克( g ) 为止。 ( 4 ) 公差与配合：在保持原设计要求的前提下，经过换算再按需取舍位数作适当 圆整之后转化为公制尺寸；如标注最大、最小尺寸时，选取合理的基本尺寸并添加上下 偏差值的方式。形位公差：代号应改用我国国家标准规定代号标注：原用文字符号表示 的译成中文后仍用文字表示，将数值换算成公制。 ( 5 ) 表面粗糙度：将轮廓算术平均偏差r a ( pi n ) 值对照我国国家标准g b t 1 0 3 1 - 1 9 9 5 转化成相应的r a ( pm ) 值。在选用表面粗糙度数值时，我国的现行表面粗 糙度标准在技术内容上保持与美国、英国、德国、日本等大多数国家一致。焊接涂镀等 符号：按我国相对应的标准转换标注，同时考虑其数值取舍。 ( 6 ) 螺纹：i s o 米制普通螺纹是世界上( 德国、法国、俄罗斯等国家) 使用最多 的一种用于机械紧固螺纹，它的牙型来源于美国的统一螺纹，并利用美国国家螺纹的米 制化而建立。我国普通螺纹标准是等效采用i s o 标准，在技术内容上与i s o 基本致， 一1 2 大连理工大学专业学位硕士学位论文 该螺纹与英、美制螺纹从螺纹牙型、螺距系列、公差体系等方面的差异，使得根本无法 完全对应互换但根据不同的使用情况，在保证功能及安全的前提下，做近似的公制 化转换。在英制螺纹国产化( 公制化) 时，首先考虑该两种螺纹对应的公称直径最接近， 其次是螺距对应，转换时按英寸换算成公制，对照米制直径系列取朝加大的方向转化， 两种螺纹公称的直径螺距对应关系不是绝对的。特殊的或专用的螺纹( 包括英制管柱、 锥管螺纹和合金材料且加工要求较高的重要紧固零件) 如连杆螺栓和机体主轴承螺栓， 保留英制尺寸而不转换，除特殊外，英制或美制螺纹一般应按以下方式进行公制化改换： 通用类螺栓( 含螺母) ：螺栓直径和长度应采用尺寸最接近的同类型标准公制螺栓( 含 螺母) ，并按我国国家标准选用( 螺柱、螺钉与此相同) 。偶合件及其它部件的螺纹： 根据具体情况确定，凡能转换为公制的均不保留原螺纹标记。 ( 7 ) 滚动轴承：除特殊情况外，在保证原有性能质量前提下，改换成我国可以生 产供应的滚动轴承，基本上可以对照。 2 3 产品国产化软件转化的成果 根据上述原则实现了引进r k 2 7 0 柴油机相关技术资料标准的转化，根据公司生产、 工艺和检验验收的需要，参照英国标准和我国标准并结合工厂具体情况编制了产品技术 条件5 7 份，并采用公司编号，纳入图样中。英国图样中所采用的标准大致可分为m a nb & w 公司企业标准、b s 标准、i s o 国际标准和其他国家标准等。根据上述原则对于上述标 准，经翻译复制直接采用，以便与产品图样对应。在自行设计或测绘的图样中，不能采 用国外标准。我们将能靠国家标准的直接采用国家标准，能靠企业标准的采用企业标准， 其余将英国标准转化为企业标准，到目前为止共转化4 8 项标准。 2 7 0 系列大功率柴油机国产化关键技术研究 进口原材料的国产化替代研究 3 1柴油机用结构钢的主要性毹指标 长期以来，大量钢材破损实例表明，破损形式主要有脆性破坏、疲劳损伤和腐蚀破 坏。因此，钢材的强度与塑性、抗脆性破坏性能和耐疲劳性能都是柴油机结构钢的主要 性能。在现代工业条件下，柴油机增压器和中冷器等壳结构钢都要经过冷热弯曲成形和 焊接。因此，冷热弯曲工艺性能和焊接工艺性能也是主要工艺性能。 3 1 1 抗拉强度f i i i i 铜的抗拉强度r m 用于曲轴等结构的强度计算，抗拉强度是标志钢材对最大均匀塑 性变形的抗力。由于抗拉强度是试样承受最大载荷与试样原始面积的比值，人们都以抗 拉强度作为一项主要的技术指标，因为测定钢的抗拉强度比测定钢的屈服强度更方便、 准确、可靠，特别是对于物理屈服现象不明显的钢材。因此抗拉强度仍然是构件用材的 一项必测指标。为了保证钢材的冶金质量，充分发挥钢的韧性和塑性潜力，一般对结构 钢的抗拉强度有明确规定。同时为了避免因结构钢的强度过高而引起过度应力集中和给 生产带来困难，对钢的强度范围也有明确要求n 列。 3 1 2 屈服强度r e 钢的屈服强度( 当有明显物理屈服现象时一般指下屈服点或屈服平台r e , 如果没有 明显物理屈服现象，则是指条件屈服强度r p o 2 ) 。表征钢材对微观塑性变形的抗力。 屈服强度是进行各种结构、构件强度计算从而决定了结构、