缸套與活塞組件摩擦力的在線測試裝置及測試方法
【專利摘要】本發明公開了一種缸套與活塞組件摩擦力的在線測試裝置及測試方法，動力單元通過活塞銷與活塞連接，活塞通過安裝在活塞的環槽內的第一道氣環、第二道氣環及刮油環與缸套密封連接；擋板固定在缸體上，使擋板與缸體之間形成間隙；缸體上設有冷卻腔和油底殼，所述的缸套密封固定在缸體內，所述摩擦力傳感器固定在擋板與缸體之間的間隙中，使摩擦力傳感器一端固定在擋板上，另一端固定在缸套上。本發明所述的缸套與活塞組件摩擦力的在線測試裝置及測試方法，模擬實際工作狀態下的熱負荷，模擬實際工作狀態下缸套活塞環組的冷卻和潤滑，對活塞環施加徑向載荷，從而使試驗中缸套活塞環組的熱負荷、機械負荷與實際工作狀態更接近，測試結果更精確。
【專利說明】
缸套與活塞組件摩擦力的在線測試裝置及測試方法
技術領域
[0001]本發明涉及摩擦磨損測試技術領域，一種缸套與活塞組件摩擦力的在線測試裝置及測試方法。【背景技術】
[0002]目前對缸套與活塞組件摩擦功耗研究普遍采用倒拖法，該方法在非點火狀態下進行試驗，因此和實際工作狀態相比，缸套與活塞組件沒有受到燃燒室的高溫加熱且缺少對活塞環徑向加載壓力，這使得測得的摩擦功耗與實際工作狀態下的相差較大。對活塞環進行徑向加載的專利《一種缸套活塞環零部件摩擦磨損試驗設備》(專利號:ZL 200520146126.6)采用碟簧對活塞環進行機械式的徑向加載，可模擬活塞環在點火狀態下受到的燃氣壓力，然而機械式徑向加載方法限制了活塞環在環槽內圓周方向的運動，與點火狀態下活塞環運動方式相差較大。大連海事大學碩士學位論文《基于模擬背壓加載的柴油機摩擦功研究》(張凱)中采用高壓氣體對活塞環進行徑向加載，但活塞與高壓軟管、高壓硬管的連接方式需要進一步改進，以避免高速往復運動過程中高頻振蕩運動對試驗裝置密封性能和試驗精確性的影響，而且該試驗裝置無法對實際工作狀態下缸套活塞環組的熱負荷進行模擬。
【發明內容】
[0003]本發明針對以上問題的提出，而研究設計一種缸套與活塞組件摩擦力的在線測試裝置及測試方法，用于解決現有的測試裝置及測試方法，對缸套與活塞組件摩擦力的測試不準確的的缺點。本發明采用的技術手段如下:
[0004]一種缸套與活塞組件摩擦力的在線測試裝置，包括:用于提供往復運動的動力單元、活塞銷、活塞、第一道氣環、第二道氣環、刮油環、缸套、缸體、擋板和摩擦力傳感器;所述的動力單元通過活塞銷與活塞連接，所述活塞通過安裝在活塞的環槽內的第一道氣環、第二道氣環及刮油環與缸套密封連接;所述的擋板固定在缸體上，使擋板與缸體之間形成間隙;還包括:冷卻腔、油底殼、燕尾槽導軌、防火罩、用于加熱活塞和缸套的加熱單元、冷卻單元和用于提供高壓氣體的供氣單元;所述的缸體上設有冷卻腔和油底殼，所述的缸套密封固定在缸體內，所述摩擦力傳感器固定在擋板與缸體之間的間隙中，使摩擦力傳感器一端固定在擋板上，另一端固定在缸套上。
[0005]所述的加熱單元通過燕尾槽導軌和防火罩固定在缸體上，使加熱單元能夠在燃燒室內產生高溫;所述的加熱單元包括烤槍和分別同烤槍相連接的燃料罐及氧氣瓶;所述的冷卻單元包括循環水冷卻單元和機油冷卻單元，所述循環水冷卻單元與冷卻腔連接;所述機油冷卻單元與油底殼連接;所述供氣單元與活塞的進氣孔連接。
[0006]作為優選所述的循環水冷卻單元為水栗、水箱和冷卻腔依次通過管道I連接而的成回路;所述的機油冷卻單元為抽油栗、換熱器、缸體和油底殼依次通過管道n連接而的成回路。
[0007]作為優選所述的燃料罐上安裝有安全閥和出油閥，燃料罐同烤槍間安裝有流量計;所述的氧氣瓶同烤槍間安裝有氧氣閥;所述的烤槍前端安裝有特殊噴嘴。
[0008]作為優選所述的供氣單元包括依次通過管路連接的壓縮機、高壓氣瓶和高壓氣體通路;所述的高壓氣體通路包括耐壓螺旋軟管、鈦管、導向筒和青銅滑塊;所述的耐壓螺旋軟管設置于導向筒內，所述的耐壓螺旋軟管一端同連接高壓氣瓶的管路連通，另一端通過鈦管同活塞的進氣孔連接。
[0009]作為優選所述的活塞上設置有溫度傳感器安裝孔，所述的溫度傳感器安裝孔安裝開設在第一道氣環的環槽I與安裝第二道氣環的環槽n之間的位置上，并且沿活塞圓周均勻分布若干個出氣孔，所述的溫度傳感器固定在溫度傳感器安裝孔內。
[0010]作為優選所述的高壓氣瓶和高壓氣體通路間的管路上設置減壓閥。
[0011]作為優選所述動力單元中的電動機通過聯軸器與曲軸連接，所述的曲軸通過連桿與活塞連接。
[0012]作為優選所述的耐壓螺旋軟管和鈦管通過導向筒和青銅滑塊固定在擋板上。
[0013] —種使用缸套與活塞組件摩擦力的在線測試裝置的測試方法，包括如下步驟:
[0014] S1、開啟循環水冷卻單元和機油冷卻單元對活塞和缸套進行冷卻和潤滑；
[0015] S2、開啟動力單元，使活塞做往復運動；
[0016] S3、開啟供氣單元，使高壓氣體從進氣孔進進入，由出氣孔輸出，對第一道氣環和第二道氣環施加徑向壓力；
[0017] S4、開啟加熱單元，對活塞和缸套進行加熱；[〇〇18] S5、第一道氣環、第二道氣環、刮油環、活塞與缸套之間的摩擦力經過缸套傳遞給摩擦力傳感器進行測量。
[0019]作為優選所述的活塞上設置的溫度傳感器測量溫度傳感器安裝孔處的溫度。
[0020]與現有技術比較，本發明所述的缸套與活塞組件摩擦力的在線測試裝置及測試方法具有以下優點:
[0021] 1、本發明所述的缸套與活塞組件摩擦力的在線測試裝置及測試方法，采用高溫加熱單元對缸套和活塞進行加熱，模擬實際工作狀態下的熱負荷;采用循環水冷卻單元和機油冷卻潤滑單元，模擬實際工作狀態下缸套活塞環組的冷卻和潤滑;采用高壓氣體模擬燃氣壓力，對活塞環施加徑向載荷，從而使試驗中缸套活塞環組的熱負荷、機械負荷與實際工作狀態更接近，測試結果更精確。
[0022] 2、本發明所述的缸套與活塞組件摩擦力的在線測試裝置及測試方法，供氣單元采用耐壓螺旋軟管、鈦管與活塞進氣孔連接，采用導向筒、青銅滑塊將耐壓螺旋管和鈦管固定在擋板上，避免了管道晃動對連接處密封性能和試驗的影響。【附圖說明】
[0023]圖1是本發明缸套與活塞組件摩擦力測試裝置的結構示意圖。
[0024]圖2是本發明循環水冷卻單元示意圖。[0〇25]圖3是發明活塞結構示意圖。
[0026]圖4是本發明溫度傳感器位置示意圖。[〇〇27] 其中，1、活塞銷，2、活塞，201、出氣孔，202、進氣口，3、第一道氣環，4、第二道氣環，5、刮油環，6、缸套，7、冷卻腔，8、油底殼，9、缸體，10、擋板，11、摩擦力傳感器，12、溫度傳感器，13、活塞溫度傳感器安裝孔，14、燕尾槽導軌，15、防火罩，16、燃料罐，17、安全閥，18、出油閥，19、流量計，20、氧氣瓶，21、氧氣閥，22、烤槍，23、特殊噴嘴，24、水栗，25、水箱，26、管道I，27、抽油栗，28、換熱器，29、管道II，30、壓縮機，31、高壓氣瓶，32、減壓閥，33、耐壓螺旋軟管，34、鈦管，35、導向筒，36、青銅滑塊，37、電動機，38、聯軸器，39、曲軸，40、連桿。【具體實施方式】
[0028]如圖1-圖4所示，一種缸套與活塞組件摩擦力的在線測試裝置，包括:用于提供往復運動的動力單元、活塞銷1、活塞2、第一道氣環3、第二道氣環4、刮油環5、缸套6、缸體9、擋板10和摩擦力傳感器11、冷卻腔7、油底殼8、燕尾槽導軌14、防火罩15、用于加熱活塞和缸套的加熱單元、冷卻單元和用于提供高壓氣體的供氣單元;所述的動力單元通過活塞銷1與活塞2連接，所述動力單元中的電動機37通過聯軸器38與曲軸39連接，所述的曲軸39通過連桿 40與活塞2連接。
[0029]所述活塞2通過安裝在活塞2的環槽內的第一道氣環3、第二道氣環4及刮油環5與缸套6密封連接;所述的擋板10固定在缸體9上，使擋板10與缸體9之間形成間隙；所述的缸體9上設有冷卻腔7和油底殼8，所述的缸套6密封固定在缸體9內，所述摩擦力傳感器11固定在擋板10與缸體9之間的間隙中，使摩擦力傳感器11 一端固定在擋板10上，另一端固定在缸套6上。
[0030]所述的加熱單元通過燕尾槽導軌14和防火罩15固定在缸體9上，使加熱單元能夠在燃燒室內產生高溫;所述的燃料罐16上安裝有安全閥17和出油閥18,燃料罐16同烤槍22 間安裝有流量計19;所述的氧氣瓶20同烤槍22間安裝有氧氣閥21;所述的烤槍22前端安裝有特殊噴嘴23,模擬實際工作狀態下缸套與活塞組件的熱負荷。[〇〇31]所述的加熱單元包括烤槍22和分別同烤槍22相連接的燃料罐16及氧氣瓶20,加熱單元對活塞頂面進行加熱，模擬實際工作時的熱負荷。
[0032] 所述的冷卻單元包括循環水冷卻單元和機油冷卻單元，所述循環水冷卻單元與冷卻腔7連接，冷卻腔7中通冷卻水對缸套進行冷卻;所述機油冷卻單元與油底殼8連接，油底殼中存儲潤滑油；所述的循環水冷卻單元為水栗24、水箱25和冷卻腔7依次通過管道126連接而的成回路;所述的機油冷卻單元為抽油栗27、換熱器28、缸體9和油底殼8依次通過管道 1129連接而的成回路，模擬實際工作狀態下缸套活塞環組的冷卻和潤滑。[〇〇33]所述供氣單元與活塞2的進氣孔202連接，所述的供氣單元包括依次通過管路連接的壓縮機30、高壓氣瓶31和高壓氣體通路;所述的高壓氣體通路包括耐壓螺旋軟管33、鈦管 34、導向筒35和青銅滑塊36;所述的耐壓螺旋軟管33設置于導向筒35內，所述的耐壓螺旋軟管33—端同連接高壓氣瓶31的管路連通，另一端通過鈦管34同活塞2的進氣孔202連接，所述的高壓氣瓶31和高壓氣體通路間的管路上設置減壓閥32,所述的耐壓螺旋軟管33和鈦管 34通過導向筒35和青銅滑塊36固定在擋板10上，采用高壓氣體模擬燃氣壓力，對活塞環施加徑向載荷，從而使試驗中缸套活塞環組的熱負荷、機械負荷與實際工作狀態更接近，測試結果更精確。
[0034]如圖4所示，所述的活塞2上設置有溫度傳感器安裝孔13,所述的溫度傳感器安裝孔13安裝開設在第一道氣環3的環槽I與安裝第二道氣環4的環槽n之間的位置上，并且沿活塞2圓周均勻分布若干個出氣孔201，所述的溫度傳感器12固定在溫度傳感器安裝孔13 內。
[0035]本發明所述的缸套與活塞組件摩擦力的在線測試裝置及測試方法，在燃燒室內設置能夠提供高溫的加熱單元，用所述加熱單元對活塞和缸套進行加熱，模擬實際工作狀態下缸套與活塞組件的熱負荷;通過設置循環水冷卻單元和機油冷卻單元模擬缸套和活塞組件在實際工作狀態下受到的冷卻和潤滑;通過能夠提供高壓氣體的供氣單元模擬實際工作狀態下對活塞環的徑向加載;通過在活塞特定位置上設置溫度傳感器安裝孔并安裝溫度傳感器對活塞特定位置的溫度進行測量和控制，同時只通過缸套自重使缸套與缸體密封連接，缸套相對于缸體呈“浮動”狀態，采用固定在擋板和缸套之間的摩擦力傳感器測得缸套與活塞組件的摩擦力。
[0036]如圖1-圖4所示，一種使用缸套與活塞組件摩擦力的在線測試裝置的測試方法，包括如下步驟:[〇〇37] S1、開啟循環水冷卻單元和機油冷卻單元，開啟水栗24和抽油栗27,對活塞2和缸套6進行冷卻和潤滑。[〇〇38] S2、開啟動力單元，開啟電動機37,電動機37帶動曲軸39旋轉，曲軸39帶動連桿40 把旋轉運動轉化為使活塞2做往復運動，使活塞2做往復運動。[〇〇39] S3、開啟供氣單元，開啟壓縮機30,調節氣壓至lOMPa，使高壓氣體從進氣孔進202 進入，由出氣孔201輸出，對第一道氣環3和第二道氣環4施加徑向壓力。
[0040] S4、開啟加熱單元，開啟烤槍22,控制汽油閥使流量計示數為38mL/min，對活塞2和缸套6進行加熱。[0041 ] S5、第一道氣環3、第二道氣環4、刮油環5、活塞2與缸套6之間的摩擦力經過缸套6 傳遞給摩擦力傳感器11進行測量。[〇〇42] S6、所述的活塞2上設置的溫度傳感器12測量溫度傳感器安裝孔13處的溫度。[〇〇43]以上所述，僅為本發明較佳的【具體實施方式】，但本發明的保護范圍并不局限于此， 任何熟悉本技術領域的技術人員在本發明揭露的技術范圍內，根據本發明的技術方案及其發明構思加以等同替換或改變，都應涵蓋在本發明的保護范圍之內。
【主權項】
1.一種缸套與活塞組件摩擦力的在線測試裝置，包括:用于提供往復運動的動力單元、 活塞銷(1)、活塞(2)、第一道氣環(3)、第二道氣環(4)、刮油環(5)、缸套(6)、缸體(9)、擋板 (10)和摩擦力傳感器(11);所述的動力單元通過活塞銷(1)與活塞(2)連接，所述活塞(2)通過安裝在活塞(2)的環 槽內的第一道氣環(3)、第二道氣環(4)及刮油環(5)與缸套(6)密封連接；所述的擋板(10)固定在缸體(9)上，使擋板(10)與缸體(9)之間形成間隙；其特征在于還包括:冷卻腔(7)、油底殼(8)、燕尾槽導軌(14)、防火罩(15)、用于加熱活 塞和缸套的加熱單元、冷卻單元和用于提供高壓氣體的供氣單元；所述的缸體(9)上設有冷卻腔(7)和油底殼(8)，所述的缸套(6)密封固定在缸體(9)內， 所述摩擦力傳感器(11)固定在擋板(10)與缸體(9)之間的間隙中，使摩擦力傳感器(11)一 端固定在擋板(10)上，另一端固定在缸套(6)上；所述的加熱單元通過燕尾槽導軌(14)和防火罩(15)固定在缸體(9)上，所述的加熱單 元包括烤槍(22)和分別同烤槍(22)相連接的燃料罐(16)及氧氣瓶(20);所述的冷卻單元包括循環水冷卻單元和機油冷卻單元，所述循環水冷卻單元與冷卻腔 (7)連接;所述機油冷卻單元與油底殼(8)連接；所述供氣單元與活塞(2)的進氣孔(202)連接。2.根據權利要求1所述的缸套與活塞組件摩擦力的在線測試裝置，其特征在于:所述的循環水冷卻單元為水栗(24)、水箱(25)和冷卻腔(7)依次通過管道1(26)連接而 的成回路；所述的機油冷卻單元為抽油栗(27)、換熱器(28)、缸體(9)和油底殼(8)依次通過管道 II (29)連接而的成回路。3.根據權利要求1所述的缸套與活塞組件摩擦力的在線測試裝置，其特征在于:所述的燃料罐(16)上安裝有安全閥(17)和出油閥(18 )，燃料罐(16)同烤槍(22)間安裝有流量計(19);所述的氧氣瓶(20)同烤槍(22)間安裝有氧氣閥(21);所述的烤槍(22)前端安裝有特殊噴嘴(23)。4.根據權利要求1所述的缸套與活塞組件摩擦力的在線測試裝置，其特征在于:所述的 供氣單元包括依次通過管路連接的壓縮機(30)、高壓氣瓶(31)和高壓氣體通路；所述的高壓氣體通路包括耐壓螺旋軟管(33)、鈦管(34)、導向筒(35)和青銅滑塊(36);所述的耐壓螺旋軟管(33)設置于導向筒(35)內，所述的耐壓螺旋軟管(33)—端同連接 高壓氣瓶(31)的管路連通，另一端通過鈦管(34)同活塞(2)的進氣孔(202)連接。5.根據權利要求1、2、3或4所述的缸套與活塞組件摩擦力的在線測試裝置，其特征在 于:所述的活塞(2)上設置有溫度傳感器安裝孔(13)，所述的溫度傳感器安裝孔(13)安裝 開設在第一道氣環(3)的環槽I與安裝第二道氣環(4)的環槽n之間的位置上，并且沿活塞 (2)圓周均勻分布若干個出氣孔(201)，所述的溫度傳感器(12)固定在溫度傳感器安裝孔 (13)內。6.根據權利要求1、2、3或4所述的缸套與活塞組件摩擦力的在線測試裝置，其特征在 于:所述的高壓氣瓶(31)和高壓氣體通路間的管路上設置減壓閥(32)。7.根據權利要求1、2、3或4所述的缸套與活塞組件摩擦力的在線測試裝置，其特征在 于:所述動力單元中的電動機(37)通過聯軸器(38)與曲軸(39)連接，所述的曲軸(39)通過 連桿(40)與活塞(2)連接。8.根據權利要求4所述的缸套與活塞組件摩擦力的在線測試裝置，其特征在于:所述的耐壓螺旋軟管(33)和鈦管(34)通過導向筒(35)和青銅滑塊(36)固定在擋板(10)上。9.一種使用上述權利要求1-8任意一項權利要求所述的缸套與活塞組件摩擦力的在線 測試裝置的測試方法，其特征在于包括如下步驟:51、開啟循環水冷卻單元和機油冷卻單元對活塞(2)和缸套(6)進行冷卻和潤滑；52、開啟動力單元，使活塞(2)做往復運動；53、開啟供氣單元，使高壓氣體從進氣孔進(202)進入，由出氣孔(201)輸出，對第一道 氣環(3)和第二道氣環(4)施加徑向壓力；54、開啟加熱單元，對活塞(2)和缸套(6)進行加熱；55、第一道氣環(3)、第二道氣環(4)、刮油環(5)、活塞(2)與缸套(6)之間的摩擦力經過 缸套(6)傳遞給摩擦力傳感器(11)進行測量。10.根據權利要求9所述的測試方法，其特征在于:所述的活塞(2)上設置的溫度傳感器(12)測量溫度傳感器安裝孔(13)處的溫度。
【文檔編號】G01L5/00GK106092410SQ201610427400
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年6月16日
【發明人】徐久軍, 單英春, 韓曉光, 沈巖, 劉德良, 朱峰, 金梅, 曹繼鴻
【申請人】大連海事大學