专利名称：柴油机背压控制阀总成的制作方法
技术领域：
本发明属重型卡车制动系统技术领域，具体涉及一种与重型卡车排气门制动系统(WEVB)配套使用的柴油机背压控制阀总成。
背景技术：
重型卡车的制动，除了用传统的刹车系统外，近年来，还在排气管上装有气动节流阀作为辅助制动装置。不久前，德国人又新发明一种更先进的制动技术一柴油机排气门制动系统(EVB系统)，由于它在节油、减排和提高安全方面作用显著，因而EVB系统成为先进国家重型卡车的标准配置并通过法规强制执行。我国为跟上世界先进水平，有关单位花巨资从德国MAN公司购入EVB专利，并定名为WEVB。WEVB的工作，必须通过排气管上的阀门将柴油机背压控制在规定范围内为前提，我国目前采用的是在原排气管气动节流阀基础上加以改造的阀门装置，它包括气缸、活塞杆、传动球节、摇臂、呼吸孔、过滤塞和转轴及阀片，上述部件全部暴露在大气中，体积大，重量大，在强烈振动下，受应力大，易损坏，自身防护能力很差，经WEVB的应用实践发现，其可靠性极差，寿命极短(I 3个月)，防碍WEVB的推广应用，因此有必要对阀门进行改进。
发明内容
本发明解决的技术问题:提供一种柴油机背压控制阀总成，针对WEVB的具体需求和技术参数，采用单元组合的模块化结构，标准化程度高，特别是气缸工作介质不被环境污染和干扰，从而对背压控制能够做到准确、稳定、可靠，并且工作寿命长。本发明采用的技术方案:柴油机背压控制阀总成，所述总成为单元组合结构，包括驱动单元A、传动单元B和动作单元C,所述驱动单元A的气缸缸体一端与传动单元B的传动壳体侧部通过止口密封固连为一体，所述传动单元B的传动壳体底部与动作单元C的阀体顶部通过止口密封固连为一体，所述驱动单元A通过传动单元B带动动作单元C扭转将阀体的气流通道遮住或打开。其中，所述驱动单元A为双动气缸，所述双动气缸包括气缸缸体、活塞和活塞杆，所述气缸缸体两端分别用前端盖和后端盖密封，所述活塞置于气缸缸体腔体内，所述活塞杆一端与活塞连接，活塞杆另一端与传动单元B连接，其中，气缸缸体上制有靠近前端盖的前接气嘴和靠近后端盖的后接气嘴，所述前接气嘴和后接气嘴均通过气孔与气缸缸体的腔体连通且活塞在前接气嘴和后接气嘴之间运动。其中，所述传动单元B包括传动壳体、连杆、摇臂和上盖，所述连杆一端与驱动单位A铰接，连杆另一端通过铰链轴与摇臂一端铰接，所述摇臂另一端与动作单元C花键连接且动作单元C可沿花键轴向滑动，所述上盖与传动壳体固连后将连杆和摇臂密封于传动壳体内，所述传动壳体内侧壁设有限制摇臂摆动角度的限位螺钉。其中，所述动作单元C包括转轴、阀片和阀体,所述转轴一端与传动单元B花键连接，转轴另一端穿过传动壳体与阀体间隙配合，所述阀片套装在转轴上用销钉紧固并在转轴扭转时将阀体的气流通道遮住或打开。进一步地，所述气缸缸体端部沿轴向制有长螺纹通孔，长螺栓穿过长螺纹通孔将气缸缸体和传动壳体旋合为一体，同时传动壳体侧部制有定位止口 I，所述定位止口 I内制有定位孔，所述前端盖插入定位孔定位，所述活塞杆穿过前端盖内的通孔III与传动单元B铰接，其中所述通孔III内依次设有密封环和密封垫。进一步地，所述传动壳体底部通过连接螺栓与阀体固定连接为一体，所述上盖通过螺钉与传动壳体顶部固定连接为一体。进一步地，所述传动壳体上制有定位孔I，所述阀体上制有的定位止口插入定位孔I内，且定位止口上制有通孔I，所述阀体另一侧与通孔I对应处制有通孔II，所述通孔I内从上至下依次设有衬套I和衬套II，所述通孔II内设有衬套III，转轴依次穿过衬套1、衬套II和衬套III并与其间隙配合，其中，衬套I与通孔I紧配合，衬套II与通孔I间隙配合，衬套III与通孔II紧配合，所述衬套I和衬套II之间设有弹簧，所述通孔II外端口用丝堵旋紧。优选地，所述转轴为实心轴，转轴套装阀片部位沿轴向制有多个筋条。优选地，所述转轴为空心轴，转轴套装阀片部位沿轴向开有多个槽缝。进一步地，所述传动壳体底部与阀体配合面之间设有热绝缘衬垫。本发明与现有技术相比的优点:1、本发明采用单元组合的模块化结构，各单元之间有精确的高强度止口定位并用紧固件固连，整体刚性好，强度高，单元组合设计，使互配性好，便于提高产品标准化和系列化，也便于大批量流水作业方式生产，便于生产过程质量控制，有利于质量保障；2、本发明改变了以往国内外同类产品惯用的单动气缸加弹簧复位的结构，而采用双动气缸，封闭结构使气缸工作介质不被环境污染和干扰，提高了气缸的可靠性和寿命；3、本发明采取全密封结构设计，对野外作业的重型卡车，常常经受的沙尘、雨淋、曝晒、污水溅射等有自身防护能力；4、本发明摈弃了国内外同类产品惯用的摇摆气缸结构，而采用刚性固定连接的双动小型气缸，摈弃了球节传动连接，使产品体积小，重量轻，刚性好，耐环境能力强，提高了总成的整体强度和耐受强烈振动能力；5、本发明通过运用气动单节流特性，既保证有足够负载力，又避免活塞杆产生径向大负载，从而减轻磨损，保证气缸的长寿命；6、本发明摈弃了同类产品一贯采用的圆柱扭杆弹簧，而采用了在转轴上制有筋条的方式，既实现了为提高背压调节灵敏度所要求的低弹性刚度系数，又能保证转轴具有足够抗弯强度；7、本发明的阀片支承部位采用了双衬套中间加弹簧的结构，在对转轴起转动支承作用的同时形成新颖的支承润滑和动密封结构，有利于阀片支承部位的密闭，防止烟气对阀片支承转动部位的污染，再施加以特种高温润滑剂，有利于阀片支承部位维持长寿命；8、本发明的阀体、阀片接触烟气的表面，采用了表面强化处理，使之提高抗蚀能力，在阀体与传动壳体之间，加有耐热材料制成的热绝缘衬垫，用以阻挡热流向传动单元传导，使传动单元不受热影响。
图1为本发明去掉传动单元的上盖后立体结构示意图；图2为本发明结构主视图；图3为图2的E-E剖视图；图4为图2的F-F剖视图；图5为本发明结构示意图；图6为本发明的转轴结构示意图；图7为图6的A-A剖视图。
具体实施例方式下面结合附图1-7描述本发明的实施例。柴油机背压控制阀总成，所述总成为单元组合结构，包括驱动单元A、传动单元B和动作单元C,所述驱动单元A的气缸缸体2 —端与传动单元B的传动壳体I侧部通过止口密封固连为一体，所述传动单元B的传动壳体I底部与动作单元C的阀体3顶部通过止口密封固连为一体，所述驱动单元A通过传动单元B带动动作单元C扭转将阀体3的气流通道遮住或打开。驱动单元A、传动单元B和动作单元C三者之间都有相互安装的定位基准，可以分别专线加工，按彼此定位组合总成，三者总成后完全处于密闭结构中，对野外作业或野战用车中常发生的沙尘、溅水、雨淋都有较强的防护能力。所述传动壳体I底部与阀体3配合面之间设有热绝缘衬垫36。用以阻挡热流向传动单元B传导，使传动单元B不受热影响上述驱动单元A为双动气缸，所述双动气缸包括气缸缸体2、活塞4和活塞杆5，所述气缸缸体2两端分别用前端盖17和后端盖21密封，所述活塞4置于气缸缸体2腔体内，所述活塞杆5 —端与活塞4连接，活塞杆5另一端与连杆6连接，其中，气缸缸体2上制有靠近前端盖17的前接气嘴10和靠近后端盖21的后接气嘴11，所述前接气嘴10和后接气嘴11均通过气孔12与气缸缸体2的腔体连通且活塞4在前接气嘴10和后接气嘴11之间运动。所述气缸缸体2端部沿轴向制有长螺纹通孔26，长螺栓19穿过长螺纹通孔26将气缸缸体2和传动壳体I旋合为一体，同时传动壳体I侧部制有定位止口 I 30，所述定位止口 I 30内制有定位孔31,所述前端盖17插入定位孔31定位,所述活塞杆5穿过前端盖17内的通孔III 34与传动单元B铰接，其中所述通孔III 34内依次设有密封环32和密封垫33。上述传动单兀B包括传动壳体1、连杆6、摇臂7和上盖,所述连杆6 —端与活塞杆5另一端铰接，连杆6另一端通过铰链轴22与摇臂7 —端铰接，所述摇臂7另一端与转轴8花键连接且转轴8可沿花键轴向滑动，所述上盖与传动壳体I固连后将连杆6和摇臂7密封于传动壳体I内，所述传动壳体I内侧壁设有限制摇臂7摆动角度的限位螺钉18。所述传动壳体I底部通过连接螺栓20与阀体3固定连接为一体，所述上盖通过螺钉与传动壳体I顶部固定连接为一体。由于连杆6的存在,免去了气缸缸体2的摆动要求,可以使气缸缸体2以单元总成的形式与传动单元B紧凑刚性固定。摇臂7与转轴8上端通过花键配合，组合十分方便。在设计中，摇臂7摆动最大角正好与活塞4运动到气缸缸体2中点相一致，在最大角附近，由于进出气缸缸体2的空气受气孔12节流作用，只能以音速以下流动，节流压降使推动活塞4的力仅有气源压力的一半以下，因而避免大摆角造成活塞杆5较大径向力的可能，避免过快磨损气缸缸体2及轴套。而当活塞4推或拉的大负荷出现时，摇臂7的摆角已接近零，几乎无有径向力。上述动作单元C包括转轴8、阀片9和阀体3，所述转轴8 —端与摇臂7花键连接，转轴8另一端穿过传动壳体I与阀体3间隙配合，所述阀片9套装在转轴8上用销钉23紧固并在转轴8扭转时将阀体3的气流通道遮住或打开。具体说，所述传动壳体I上制有定位孔I 13，所述阀体3上制有的定位止口 25插入定位孔I 13内，且定位止口 25上制有通孔I 14，所述阀体3另一侧与通孔I 14对应处制有通孔II 27，所述通孔I 14内从上至下依次设有衬套I 15和衬套II 16，所述通孔II 27内设有衬套III28，转轴8依次穿过衬套I 15、衬套II 16和衬套III 28并与其间隙配合，其中，衬套I 15与通孔I 14紧配合，衬套II 16与通孔I 14间隙配合，衬套III 28与通孔II 27紧配合，所述衬套I 15和衬套II 16之间设有弹簧24，所述通孔II 27外端口用丝堵29旋紧。转轴8可以为实心轴，转轴8套装阀片9部位沿轴向制有多个筋条35。转轴8也可以为空心轴，转轴8套装阀片9部位沿轴向开有多个槽缝，空心转轴8内部需加撑杆加以稳定。现有国内外同类产品采用的转轴8，为了满足背压阀较低刚度系数要求，转轴8不得不将直径做得较细，造成抗弯强度很弱。本发明在转轴8上制有筋条35或槽缝，使转轴8既有较低的扭转刚度系数，又有较高的抗弯刚度强度，能保持转轴8的灵活可靠。同时在弹簧24的作用下，衬套II 16和衬套III 28端面始终与阀片9相配合的端面保持弹性紧力，使转轴8的旋转润滑部位免遭柴油机烟气污染。阀体3是装在柴油机排气管道上并构成烟气流道的一个部分，通过阀片9的转动，可以对流道执行关闭和开启的控制，由活塞杆5的伸出或收回运动通过传动部件作用到阀片9转动的，而EVB按扭则是操控气缸缸体2内活塞4运动的人为控制端。图4示出动作单元C内的结构，在转轴8和各衬套相配合的部位，转轴8是光滑而精密的圆柱面，它与具有光滑内表面的各衬套呈精密动配合关系，起滑动轴承作用。在转轴8的中段柱体上制有筋条35，起扭杆弹簧作用。在扭杆弹簧部位，已不是从机械手册中可查得到的常用扭杆(实心圆柱形、空心圆柱形、椭圆形、矩形)，而是由本人新近发明的筋条形扭杆(见图五)，根据材料力学理论，为了提高扭杆弹簧对受力的敏感度(即低刚度系数)，应该降低扭杆直径或增加其长度，但这都会使扭杆的抗弯强度下降。而在本发明使用的筋条形扭杆，既具有足够低的扭转刚度，又有足够高的抗弯强度。关于这一特性，我们可借助于电脑有限元力分析，对图6所示转轴与手册中可查得扭杆对比分析，便一目了然。由图5可以看出，阀片9是由接近阀片9中部的阀片孔套装在转轴8 (兼扭杆)上的，阀片孔仅在下端一小段与转轴8紧配合，并且由销钉23加以固定，其余部分都与转轴8(兼扭杆)保持动配合。当摇臂7转动时，由耦合在一起的花键带动转轴8转动，转轴8通过销钉23带动阀片9转动，当阀片9将阀体3流道关闭后，阀片9便无法继续转动，但这时摇臂7还没有达到限位螺钉18的位置，还有一段小间隙，当在活塞杆5推力下摇臂7继续向前转动直到使摇臂7与限位螺钉18接触为止，这段消除小间隙的转动便是由转轴8的扭转弹性变形来完成，同时也为阀片9的关闭状态提供了弹性关闭预紧力。当由于柴油机组某一气缸的排气阀排气时，脉振的排气压力超过弹性预紧力时，阀片9将被压力推开，开启的程度将视脉振压力的大小及转轴刚度系数来确定。阀片9开启到一定程度，将过高的柴油机背压泄掉，使背压维持在适合EVB正常工作的范围内，同此起到对背压的控制作用。并且，转轴8的扭转刚度系数越小，能够维持的背压值越精确。
工作原理:气缸缸体2上制有前接气嘴10和后接气嘴11，分别通过馈气管与控制阀相连，当需要柴油机和排气门制动系统投入工作时，按下(或踏下)控制阀按钮(或踏板)，则控制阀将通过后接气嘴11的馈气管与高压气体接通，高压气体通过后接气嘴11经气孔12进入缸体I的腔体内，推动活塞4向前运动。同时，控制阀将前接气嘴10的管路向大气打开，气缸缸体2内的活塞前部分气体排到大气中去(泄压)，活塞4被高压空气推向前方，活塞杆5向前做伸出运动，通过连杆6推动摇臂7带动转轴8转动，使阀片9转动至关闭位置。当阀片9转到全关闭位置时，摇臂8并没有达到限动位置，与限位螺栓18的触点尚有一个小间隙一称预紧间隙。当活塞4进一步向前推动，使转轴8套装阀片9的部位发生扭转弹性变形，形成对阀片9关紧后的弹性预紧力，弹性预紧力的大小，决定着柴油机被控背压下限值的大小。当车速较高或承载较大时，柴油机背压值将升高，促使阀片9在预紧力矩基础上进一步开大，放掉压力，从而抑制了柴油机背压值的过分升高；当车速变低或车载变小时，则在转轴8作用下，自动关小阀片9与阀体3内腔的间隙，保持柴油机背压值不过分降低，只有通过将柴油机背压控制在一定范围内，柴油机排气阀制动系统才能正常工作。当需退出制动状态时，松开控制阀按钮(或踏板)，则将向前接气嘴10送入高压空气，后接气嘴11向大气打开放气，活塞4在活塞前部高压气体的作用下，向后运动，活塞杆5收回复位，阀片9全部打开，成为非制动状态。由以上的介绍还可以了解到，当EVB投入的整个过程中，阀片9不断旋转摆动，也意味着转轴8长时间经受循环应力负荷，循环次数过多，会使转轴8产生疲劳破坏，使背压控制阀失效。根据循环应力破坏的机理可知，降低材料的循环应力幅值可以显著提高疲劳寿命(呈3次方关系)，而前述转轴8可使材料处于较低应力幅值下达到同样的作用。提高可靠性和寿命的另一措施是通过对衬套II 16、衬套III28和阀片9接触部位的旋转动密封技术，来防止烟气污染轴承工作面，减少接触工作面的腐蚀和磨损，从而提高转动部位寿命。进一步阐述转轴动密封技术如下:由于柴油机排烟介质温度高至600 700°C，背压控制阀段通过的烟气介质,也在400 500°C之间，如此高温高污染成分的介质内维持动密封，并非易事。为此，在本发明的背压控制阀中，设置了衬套I 15、衬套II 16和衬套III 28，其中衬套I 15和衬套III 28都与阀体3呈静配合，而衬套II 16则与阀体3呈动配合，在弹簧24的预紧力作用下，使阀片孔孔口处的两个环形端平面，分别与衬套II 16和衬套III28的环形端平面紧密贴合，并且各自内部置有少量带有润滑剂的高温轴封盘根，使之既可以灵活转动，又防止烟气向衬套间隙渗入，使被套间隙润滑剂不受污染，由此使转动部位可靠性和寿命均获得提闻。上述实施例，只是本发明的较佳实施例，并非用来限制本发明实施范围，故凡以本发明权利要求所述内容所做的等效变化，均应包括在本发明权利要求范围之内。
权利要求
1.柴油机背压控制阀总成，所述总成为单元组合结构，包括驱动单元A、传动单元B和动作单元C,其特征在于:所述驱动单元A的气缸缸体(2) —端与传动单元B的传动壳体(I)侧部通过止口密封固连为一体，所述传动单元B的传动壳体(I)底部与动作单元C的阀体(3)顶部通过止口密封固连为一体，所述驱动单元A通过传动单元B带动动作单元C扭转将阀体(3)的气流通道遮住或打开。
2.根据权利要求1所述的柴油机背压控制阀总成，其特征在于:所述驱动单元A为双动气缸，所述双动气缸包括气缸缸体(2)、活塞(4)和活塞杆(5),所述气缸缸体(2)两端分别用前端盖(17)和后端盖(21)密封，所述活塞(4)置于气缸缸体(2)腔体内，所述活塞杆(5)一端与活塞(4)连接，活塞杆(5)另一端与传动单元B连接，其中，气缸缸体(2)上制有靠近前端盖(17)的前接气嘴(10)和靠近后端盖(21)的后接气嘴(11)，所述前接气嘴(10)和后接气嘴(11)均通过气孔(12)与气缸缸体(2)的腔体连通且活塞(4)在前接气嘴(10)和后接气嘴(11)之间运动。
3.根据权利要求1所述的柴油机背压控制阀总成，其特征在于:所述传动单元B包括传动壳体(I)、连杆出)、摇臂(7)和上盖，所述连杆(6) —端与驱动单位A铰接，连杆(6)另一端通过铰链轴(22)与摇臂(7) —端铰接，所述摇臂(7)另一端与动作单元C花键连接且动作单元C可沿花键轴向滑动，所述上盖与传动壳体(I)固连后将连杆(6)和摇臂(7)密封于传动壳体(I)内，所述传动壳体(I)内侧壁设有限制摇臂(7)摆动角度的限位螺钉(18)。
4.根据权利要求1所述的柴油机背压控制阀总成，其特征在于:所述动作单元C包括转轴(8)、阀片(9)和阀体(3)，所述转轴(8) —端与传动单元B花键连接，转轴(8)另一端穿过传动壳体(I)与阀体(3 )间隙配合，所述阀片(9)套装在转轴(8)上用销钉(23)紧固并在转轴(8)扭转时将阀体(3)的气流通道遮住或打开。
5.根据权利要求2所述的柴油机背压控制阀总成，其特征在于:所述气缸缸体(2)端部沿轴向制有长螺纹通孔(26)，长螺栓(19)穿过长螺纹通孔(26)将气缸缸体(2)和传动壳体(I)旋合为一体，同时传动壳体(I)侧部制有定位止口 I (30)，所述定位止口 1(30)内制有定位孔(31)，所述前端盖(17)插入定位孔(31)定位，所述活塞杆(5)穿过前端盖(17)内的通孔111(34)与传动单元B铰接，其中所述通孔III (34)内依次设有密封环(32)和密封垫(33)。
6.根据权利要求3所述的柴油机背压控制阀总成，其特征在于:所述传动壳体(I)底部通过连接螺栓(20)与阀体(3)固定连接为一体，所述上盖通过螺钉与传动壳体(I)顶部固定连接为一体。
7.根据权利要求4所述的柴油机背压控制阀总成，其特征在于:所述传动壳体(I)上制有定位孔I (13)，所述阀体(3)上制有的定位止口(25)插入定位孔1(13)内，且定位止口(25)上制有通孔I (14)，所述阀体(3)另一侧与通孔I (14)对应处制有通孔II (27)，所述通孔1(14)内从上至下依次设有衬套1(15)和衬套II (16)，所述通孔II (27)内设有衬套III (28)，转轴⑶依次穿过衬套I (15)、衬套II (16)和衬套III (28)并与其间隙配合，其中，衬套I (15)与通孔I (14)紧配合，衬套II (16)与通孔I (14)间隙配合，衬套III (28)与通孔II (27)紧配合，所述衬套I (15)和衬套II (16)之间设有弹簧(24)，所述通孔II (27)外端口用丝堵(29)旋紧。
8.根据权利要求7所述的柴油机背压控制阀总成，其特征在于:所述转轴(8)为实心轴，转轴(8)套装阀片(9)部位沿轴向制有多个筋条(35)。
9.根据权利要求7所述的柴油机背压控制阀总成，其特征在于:所述转轴(8)为空心轴，转轴(8)套装阀片(9)部位沿轴向开有多个槽缝。
10.根据权利要求1、2、3、4、5、6、7、8或9所述的柴油机背压控制阀总成，其特征在于:所述传动壳体(I)底部与阀体(3)配合 面之间设有热绝缘衬垫(36)。
全文摘要
提供一种柴油机背压控制阀总成，所述总成为单元组合结构，包括驱动单元A、传动单元B和动作单元C，所述驱动单元A的气缸缸体一端与传动单元B的传动壳体侧部通过止口密封固连为一体，所述传动单元B的传动壳体底部与动作单元C的阀体顶部通过止口密封固连为一体，所述驱动单元A通过传动单元B带动动作单元C扭转将阀体的气流通道遮住或打开。本发明针对WEVB的具体需求和技术参数，采用单元组合的模块化结构，标准化程度高，特别是气缸工作介质不被环境污染和干扰，从而对背压控制能够做到准确、稳定、可靠，并且工作寿命长。
文档编号F02D9/10GK103114915SQ20131006221
公开日2013年5月22日 申请日期2013年2月27日 优先权日2013年2月27日
发明者江万良, 赵逸龙, 李蛮虎, 金亚明 申请人:宝鸡市盟发汽车部件有限责任公司