六月中的發動機組辦公室裡,圖紙和計算紙已經堆得快看不見桌面了。沈亦辰趴在桌沿,眼鏡滑到鼻尖,正用一把德國造的計算尺反覆推拉,嘴裡唸唸有詞。他面前攤著機體組的全套初步設計圖,鉛筆標註密密麻麻。
“老沈,還沒算完呢?”周明遠端著一缸子茶水晃悠進來,看見這場面直咂舌,“你這都算了三天了,曲軸箱的應力分佈還沒搞定?”
沈亦辰頭也不抬:“快好了……就是主軸承支撐腹板這兒的應力集中問題,按原設計,最大過載時安全係數只有1.5,太懸。”
“1.5還懸?”周明遠湊過來看圖紙,“德國人原設計也就這個水平吧?”
“那是他們材料好。”沈亦辰終於抬起頭,揉了揉發酸的眼睛,“咱們的鋁合金效能引數比德國貨低百分之八到十,同樣的設計,到咱們這兒安全係數就掉到1.3了。不行,得最佳化。”
他從抽屜裡翻出一疊材料測試報告,全是謝明軒那邊送來的最新資料。翻到深型輕合金鑄造那頁,仔細看了看拉伸強度和疲勞極限,又拿起計算尺。
“老周,你看。”沈亦辰在圖紙上畫了個簡圖,“如果把支撐腹板的過渡圓弧半徑從R8加大到R12,應力集中係數能降百分之十五。再把這幾個肋板的厚度從6毫米減到5毫米,但增加一條加強筋……”
周明遠眯眼看了會兒:“重量呢?肋板減薄省了重量,但加加強筋又補回去了。”
“整體減重百分之三。”沈亦辰又推了幾下計算尺,“關鍵是應力分佈更均勻了,安全係數能提到1.8以上。雖然還是比德國原設計低,但在咱們材料條件下,夠用了。”
“成!”周明遠拍板,“就這麼改。不過老沈,這深型鑄造的工藝,趙承澤那邊有把握嗎?這麼大一個曲軸箱,一體鑄造,廢品率可低不了。”
沈亦辰苦笑:“趙工昨天來看過,說盡量。但他要咱們把圖紙上的所有圓角、倒角、壁厚過渡都標得清清楚楚,說‘差一毫米可能就是廢品’。”
正說著,陳景瀾推門進來,手裡拿著氣缸體的初步設計圖,眉頭皺得能夾死蒼蠅:“老沈,你得看看這個。氣缸體的合金鑄件——謝工說,這種高矽鋁合金,咱們現在煉不出來。”
“甚麼?”沈亦辰和周明遠同時站起來。
陳景瀾把圖紙鋪開,指著材料標註欄:“德國原設計用,矽含量百分之十二,高溫強度好,熱膨脹係數低。但謝工試了三次,矽含量超過百分之八就脆,鑄件一冷卻就開裂。”
三人沉默了。辦公室裡只有窗外工地傳來的隱約機器聲。
過了半晌,沈亦辰開口:“能不能用替代材料?比如在普通鋁合金裡鑲鋼質缸套?”
“那就不是一體鑄造了。”陳景瀾搖頭,“結構複雜,重量增加,散熱也受影響。”
“但總比沒有強。”沈亦辰走到牆邊掛著的那張發動機總體佈局圖前,盯著氣缸體部分看了很久,“這樣,咱們改設計——氣缸體主體用普通鋁合金鑄造,但內建鋼質幹缸套,缸套透過螺紋環固定,突出缸體提供密封。”
他回到桌前,抓起鉛筆開始畫示意圖:“鋼缸套的壁厚可以薄一點,因為只承受燃燒壓力;鋁合金缸體主要起支撐和散熱作用。這樣材料問題解決了,雖然重量會增加一點……”
“增加多少?”周明遠問。
沈亦辰迅速估算:“一個缸體大概增重百分之五到八。但好處是——維修方便了,缸套磨損了可以單獨換,不用整個缸體報廢。”
陳景瀾盯著草圖看了半天,緩緩點頭:“可行。不過老沈,你得把缸套與缸體的配合公差算準了,熱膨脹係數不一樣,工作溫度下不能松也不能卡死。”
“我算。”沈亦辰已經進入狀態,“還有氣缸蓋——原設計是每排氣缸一個整體氣缸蓋,咱們也這麼幹。但氣門座和導管,咱們得考慮耐磨材料……”
“這個我有辦法。”周明遠插話,“上次去太原搞裝置,我順手弄回來幾根美國貨的排氣門,材料特殊,耐磨耐高溫。咱們可以研究研究成分,讓謝工試著仿製。”
“好!”沈亦辰在筆記本上記下,“接下來是氣缸墊。原設計用銅/石棉複合材質,這個……咱們有嗎?”
陳景瀾想了想:“銅有,石棉也有,但複合工藝不會。不過老沈,我有個想法——能不能用多層薄銅片夾石棉紙?雖然工藝麻煩點,但密封效果可能更好,還耐高溫。”
“試試!”沈亦辰又記一筆,“最後一個,油底殼。可拆卸式,容納機油系統——這個簡單,按原設計來就行,但材料得用咱們自己能產的鋁合金。”
他放下筆,把最佳化後的機體組設計要點重新梳理了一遍,長長舒了口氣:“這樣一來,雖然某些效能指標比德國原設計差一點,但完全在咱們的能力範圍內,而且……維修性更好了。”
周明遠忽然笑起來:“老沈,你這是把德國發動機給‘土法改造’了啊。”
“沒辦法,因地制宜嘛。”沈亦辰也笑了,“在德國可以要求材料、要求工藝、要求精度。在這兒,得先解決‘有沒有’,再考慮‘好不好’。”
三人開始分工:沈亦辰負責完成所有圖紙的詳細繪製和計算;周明遠去材料組協調替代材料;陳景瀾找趙承澤討論鑄造和機加工工藝。
接下來的五天,發動機組辦公室的燈幾乎沒滅過。圖紙一張張出,計算書一本本厚。沈亦辰帶著兩個年輕助手,把機體組的每一個零件都畫到極致——尺寸、公差、表面粗糙度、熱處理要求,標得清清楚楚。
到第六天下午,最後一張圖紙完成。沈亦辰把全套機體組圖紙在桌上鋪開,從曲軸箱到油底殼,六個主要部件,二十七張零元件圖,還有厚厚一疊計算書。
陳景瀾和周明遠圍過來,三人一起審圖。
“曲軸箱,最佳化後的應力分佈……安全係數,透過。”周明遠念著計算結論。
“氣缸體,鋁合金主體加鋼質缸套,配合公差正負毫米,熱間隙預留毫米……可行。”陳景瀾點頭。
“氣缸蓋,整體鑄造,氣門導管預埋……工藝上有挑戰,但趙工說能試。”
“氣缸墊,多層銅片夾石棉紙……密封實驗得做。”
“油底殼……這個簡單,過了。”
全部審完,已是傍晚。夕陽從窗戶斜照進來,給滿桌圖紙鍍了層金邊。沈亦辰靠坐在椅子上,看著這些凝聚了全組心血的圖紙,忽然說了句:“你們說,咱們這發動機,就算造出來了,能趕上德國貨的幾成?”
辦公室裡安靜了片刻。
陳景瀾先開口:“單純比效能引數,可能只有七成。但比適應性、比維修性、比在咱們這條件下的可靠性……我看不差。”
周明遠笑道:“而且這是咱們自己從頭設計的,每一個螺栓都知道為甚麼在那兒。德國貨再好,也是別人的。”
沈亦辰點點頭,伸手摸了摸圖紙上那個曲軸箱的剖面圖,忽然眼睛一亮:“對了,我剛才又算了一遍——如果咱們把主軸承的支撐結構再最佳化一下,減少內部應力,同時配合最佳化後的進排氣系統……”
他抓起鉛筆,在草稿紙上迅速列了幾個公式,推了幾下計算尺,聲音漸漸興奮起來:“這樣一來,發動機的最大轉速能再提高百分之五到八!整體功率輸出……能比原設計提升百分之二十左右!”
“百分之二十?”陳景瀾和周明遠同時湊過來看計算過程。
“對!”沈亦辰指著公式,“雖然材料效能差一些,但透過結構最佳化,把材料的潛力全挖出來。再加上老周說的那個美國氣門的仿製如果成功,進排氣效率提升……推力肯定更足!”
三人對視,眼裡都有光。這不僅僅是解決了一個技術難題,更是在有限的條件下,找到了超越原有框架的可能性。
“幹!”陳景瀾一拍桌子,“明天就開工藝評審會,拉上趙承澤和謝明軒,儘快開始試製!”
然而,就在沈亦辰準備把圖紙收起來時,他注意到曲軸箱圖紙的一個角落,有個之前沒太在意的細節——主軸承的潤滑油道,為了避開支撐腹板,走了一個很曲折的路線。這個設計在圖紙上沒問題,但在實際鑄造時,那樣的彎曲油道很可能因為型芯強度不足而變形,導致油道堵塞。
這個隱患很小,小到之前三次稽核都沒人提出。沈亦辰盯著那個彎曲的油道路線,眉頭又皺了起來。他提起鉛筆,想在圖紙上修改,但筆尖懸在半空——如果拉直油道,就得重新調整支撐腹板的位置,意味著前面所有應力計算都要推倒重來。
窗外,天已經完全黑了。遠處工地的燈火星星點點。沈亦辰看著那個小小的彎曲油道,知道今晚,又睡不了了。